DE4215167A1 - Faseroptische Vorrichtung in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Faseroptische Vorrichtung in KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine faseroptische Vor
richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 38 25 099 C2 ist eine derartige Vorrichtung
bekannt, bei der die verschiedenen Teilnehmer parallel
über voneinander getrennte Sender- und Empfängerstrecken
ansteuerbar sind. Dies erfordert einen hohen Aufwand an
faseroptischen Leitungen und beinhaltet ferner das Pro
blem, daß die auf den verschiedenen Leitungswegen auf
tretenden Dämpfungen, bedingt durch beispielsweise
Materialunterschiede, unterschiedlich ausfallen und in
nicht vorhersehbarer Weise sich auf das Reflexsignal aus
wirken.
Es ist ferner aus der US 4 182 935 eine faseroptische
Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die Teil
nehmer in verschiedene Gruppen aufzuteilen. Die Teil
nehmer einer Gruppe sind durch Laufzeitglieder vonein
ander zu unterscheiden, die einen individuellen zeit
lichen Versatz des Reflexsignals ergeben. Die Gruppen
selbst sind mit Hilfe von Filtern voneinander unter
scheidbar, die aus einem eingehenden monochromatischen
Licht eine definierte Frequenz selektieren und die Re
flexsignale mit dieser Frequenz an eine Zentrale zurück
senden. Es handelt sich somit um einen Frequenz-Multi
plexsystem, das eine Reihe von Problemen aufwirft. Zum
einen ist gerade die auf den Leitungen auftretende
Dämpfung frequenzabhängig mit der Folge, daß sich diese
Dämpfung für die verschiedenen Reflexsignale in nicht
vorhersehbarer Weise auswirkt. Hinzu kommen unechte Re
flexsignale, die innerhalb einer Gruppe von Teilnehmern
am Verzweigungspunkt der zu den einzelnen Teilnehmern
führenden Lichtwege ergeben. Diese unerwünschten Re
flexionen überlagern sich mit der Folge von Reflexsi
gnalen, die an den verschiedenen Teilnehmern erzeugt
werden und sind zudem aufgrund der frequenzabhängigen Be
dämpfung der Lichtwege von unterschiedlicher Größe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine faser
optische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaf
fen, die mit einfachen Mitteln eine exakte Bestimmung der
von Teilnehmern an verschiedenen Teilnehmern erzeugten
Reflexsignale mit geringem Aufwand an Lichtwegen und
Analysiereinrichtungen ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnen
den Merkmale des Patentanspruchs 1.
Durch die Bildung von Gruppen, wie es an sich aus der
US 4 182 935 bekannt ist, in Verbindung mit der Erzeugung
eines definierten ersten Reflexsignals läßt sich eine
faseroptische Vorrichtung erzielen, die besonders für den
Einsatz bei Kraftfahrzeugen geeignet ist. Das Reflex
signal erfüllt dabei zwei Funktionen. Zum einen liefert
es für die Analysiereinrichtung den Hinweis auf die Re
flexsignale des bzw. der zugehörigen Teilnehmer und er
möglicht, entsprechende Analysiereinrichtungen erst ab
dem Auftreffen des Reflexsignals zu triggern. Die zweiten
Reflexsignale sind dann hinsichtlich ihres zeitlichen Ab
stands zum ersten Reflexsignal charakteristisch. Das
erste Reflexsignal liefert zusätzlich ein exaktes Maß für
die Bedämpfung des bzw. der zugehörigen zweiten Reflexsi
gnale(s). Da eine Selektion der Wellenlänge nicht
erforderlich ist, können sowohl entsprechende Filter weg
fallen als auch Mittel, die den frequenzabhängigen Ein
fluß der Bedämpfung der Lichtwege berücksichtigen.
Die Erfindung ist mit Hilfe einer 1:1-Zuordnung von
ersten und zweiten Reflexsignalen realisierbar. Demgegen
über ergibt sich eine Verringerung des Aufwands, wenn für
jedes erste Reflexsignal mehrere zweite Reflexsignale
vorgesehen sind, die von verschiedenen Teilnehmern gebil
det werden. Die zweiten Reflexsignale unterscheiden sich
untereinander in ihrem zeitlichen Abstand zum ersten Re
flexsignal. Die Analysiereinrichtung wird wieder durch
das Auftreten des ersten Reflexsignals getriggert und
nimmt die zweiten Reflexsignale mit entsprechenden
Analysiereinrichtungen auf.
Die zweiten Reflexsignale der zu den verschiedenen
Stationen gehörenden Teilnehmer können auf verschiedene
Weise unterschieden werden. Es ist möglich, die zweiten
Reflexsignale zeitlich ineinander geschachtelt in der
Zentrale zurückzuerhalten. Dies erfordert einen hohen
Aufwand, die zweiten Reflexsignale den jeweiligen ersten
Reflexsignale zuzuordnen sowie ferner auch die zweiten
Reflexsignale insgesamt in ihrer Laufzeit unterscheidbar
zu gestalten. Demgegenüber ergibt sich eine deutliche
Vereinfachung des Aufwands, wenn die zweiten Reflex
signale einer Station von den zweiten Reflexsignalen der
anderen Stationen insgesamt zeitlich unterscheidbar sind.
Die zweiten Reflexsignale zusammen mit den zugehörigen
ersten Reflexsignalen liegen dann für die einzelnen
Stationen nacheinander in der Zentrale vor. Da sich die
Laufzeiten der zweiten Reflexsignale für jede Station
insgesamt von den Laufzeiten der ersten Reflexsignale der
anderen Stationen unterscheiden, entfällt damit ein be
sonderer Aufwand, die zweiten Reflexsignale der ver
schiedenen Stationen voneinander zu unterscheiden.
Wie bereits ausgeführt, sind die zweiten Reflexsignale
aufgrund ihres zeitlichen Abstands zum zugehörigen ersten
Reflexsignal unterscheidbar und können, wie an sich be
kannt, hinsichtlich ihrer Amplitude oder aber ihres zeit
lichen Abstands vom ersten Reflexsignal für die am je
weiligen Ort vorliegende Zustandsgröße bzw. den Zustand
charakteristisch sein. Eine weitere Möglichkeit, die das
Einsatzgebiet der Erfindung erweitert, kann darin be
stehen, die Dauer eines zweiten Reflexsignals einer Sta
tion entsprechend einer Zustandsgröße bzw. eines Zu
standes veränderlich zu gestalten. Diese Möglichkeit kann
realisiert werden, durch Ausbildung des zweiten Reflex
signals als Mehrfachimpuls, der aus in ihrem Abstand
variablen Einzelimpulsen zusammengesetzt ist. Die Ab
standsänderung geschieht in Abhängigkeit von der Zu
standsgröße.
Da faseroptische Vorrichtungen in der Regel hohe Verluste
durch Koppler, Koppelstellen und Sensoren besitzen, wird
zum Ausgleich meist mit einer hohen Sendeleistung gear
beitet. Dies erfordert eine große Empfangsdynamik der
Analyseeinrichtung, um zum einen schwache Signale noch
auswerten zu können und zum andern Übersteuerungen zu
vermeiden. Ein weiteres Problem sind die Erholzeiten der
optischen Bauelemente. Hierfür sind in der Zentrale
mehrere Empfänger mit unterschiedlicher Vorschaltdämpfung
bzw. Eingangsempfindlichkeit parallel geschaltet. Mit
Hilfe des jeweils ersten Reflexsignals wird dann für jede
Station der Empfänger ausgewählt, dessen Eingangs
empfindlichkeit der Stärke dieses Signals angepaßt ist.
Damit wird die Empfindlichkeit auch für die zweiten Re
flexsignale angepaßt.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiels ist die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer faseroptischen
Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der eine
Vielzahl von Teilnehmern gemeinsam von einer
Zentrale angesteuert werden und an diese ein
Reflexsignal zurückliefern und
Fig. 2 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungs
weise der Vorrichtung von Fig. 1,
Fig. 3 den Aufbau der Zentrale für die Auswertung von
Reflexsignalen unterschiedlicher Stärke,
Fig. 4 einen Sensor zum Erzeugen eines Reflexsignals
mit entsprechend einer Zustandsgröße variabler
Breite und
Fig. 5 die vom Sensor von Fig. 4 erzeugten Reflexsi
gnale.
Die in Fig. 1 gezeigte faseroptische Vorrichtung enthält
in einer Zentrale 1 einen Sender 2 und einen Empfänger 3
für Lichtimpulse, die über ein Lichtwellenleiter-Netzwerk
zu verschiedenen Teilnehmern geleitet bzw. von diesen an
den Empfänger zurückgeleitet werden. Das Netzwerk besteht
aus einer Sendeleitung 4 sowie einer Empfangsleitung 5,
die in einen Koppler 6 münden. Ein anschließender Koppler
6′ besitzt mehrere Abzweige 7 und 8, die zu Stationen 9,
10 und 11 führen. In jeder der Stationen 9 bis 11 sind
verschiedene Teilnehmer 9 1 bis 9 4 bzw. 10 1 bis 10 3 sowie
11 1 bis 11 5, die als Schalter oder Sensor ausgebildet
sind. Diese Teilnehmer besitzen eine Schalter-
Charakteristik, indem sie eine zugehörige
Lichtwellenleitung öffnen bzw. schließen oder eine
Sensor-Charakteristik, indem sie das über eine zugehörige
Lichtwellenleitung zugeführte Lichtsignal entsprechend
einem physikalischen Parameter variabel bedämpfen. Stets
ist am Ende der zugehörigen Lichtwellenleitung ein
Spiegel S vorhanden, der das über den Schalter bzw.
Sensor gelangende Licht vollständig reflektiert und über
die zugehörige Lichtwellenleitung und den Koppler 6 sowie
die Empfangsleitung 5 auf den Empfänger 3 der Zentrale 1
zurückführt.
Die Reflexsignale der Gruppen 9 bis 10 unterscheiden sich
in ihrer Laufzeit einerseits innerhalb einer Gruppe
voneinander und andererseits zwischen den verschiedenen
Gruppen. Ferner sind sie über ein erstes Reflexsignal der
jeweiligen Gruppe zugeordnet, das durch einen Reflektor
R9 bis R11 am Eingang der jeweiligen Gruppe erzeugt wird.
Dieses erste Reflexsignal für jede der Gruppen erfüllt
dabei zwei Funktionen. Zum einen wird die Dämpfung
erkennbar, die zwischen dem Lichtwellennetz, im
wesentlichen die Elemente 4 bis 7 bzw. 4 bis 6′ und 8 für
jede der Gruppen besteht. Zum anderen wird mit Hilfe der
ersten Reflexsignale die dem Empfänger 3 nachgeschaltete
Analysiereinrichtung aktiviert und für die Aufnahme der
von den jeweiligen Reflektoren 9 1 bis 11 5 stammenden
Reflexsignale aufnahmebereit gemacht.
Die Reflexsignale innerhalb einer Gruppe, beispielsweise
für die Gruppe 9, unterscheiden sich zeitlich von den
ersten und zweiten Reflexsignalen für die Gruppe 10 bzw.
die Gruppe 11. Dies wird erreicht mit Hilfe von Lauf
zeitspulen 22 bis 24 für die zu den Schaltern 9 2 bis 9 4
führenden Lichtwege einerseits und andererseits mit Hilfe
von Laufzeitspulen 12 und 13, die in den Abzweig 8 einge
schaltet sind. Über die Laufzeitspule 12 werden die zur
Gruppe 10 gelangenden Lichtsignale sowohl beim Ein- als
auch beim Auslaufen verzögert sowie in Verbindung mit der
Laufzeitspule 13 die Lichtsignale von und zur Gruppe 11.
Im Empfänger 3 ergeben sich daher für die Gruppe 9
Reflexsignale, die die in Fig. 2 dargestellte Form
besitzen. Dabei ist mit Hilfe von Diagrammen a) bis d)
gezeigt, welche Reflexsignale und in welcher zeitlichen
Reihenfolge diese Reflexsignale am Empfänger 3 auftreffen
und in einer nicht dargestellten Verarbeitungseinrichtung
analysiert werden. Das Diagramm a) zeigt die
Reflexsignale, die bei geschlossenen Schaltern 9 1 und 9 3
am Empfänger 3 auftreten. Zunächst wird über eine
Referenzleitung 14 ein Startimpuls erzeugt, der auf eine
kurze, durch die Laufzeit über die Referenzstrecke 14
bedingte zeitliche Verschiebung mit dem Ausgangsimpuls
des Senders 1 zusammenfällt. Dieser Startimpuls ist in
den Diagrammen mit 14′ bezeichnet. Es schließt sich ein
erster Refleximpuls R9′ an, der durch die
Eingangsreflexion mit Hilfe des Spiegels R9 der Gruppe 9
hervorgerufen wird. Mit Hilfe dieses ersten Reflexsignals
wird es möglich, die auf dem Lichtwellenleiter-Netz
auftretende Gesamtbedämpfung der Reflexsignale für die
Reflexsignale der Gruppe 9 zu erkennen und entsprechend
zu berücksichtigen. Daran schließt sich ein zweites
Reflexsignal an, das durch den Spiegel S für den Schalter
9 1 ausgelöst wird und das mit 9 1′ bezeichnet ist.
Schließlich folgt ein weiteres zweites Reflexsignal 9 3′
des Schalters 9 3. Die zugehörige Stellung der Schalter 9 1
bis 9 4 ist in Fig. 1 mit ununterbrochenen Linien
eingezeichnet.
Die auftretenden Reflexsignale, die bei geöffnetem
Schalter 9 1 und 9 3 sowie geschlossenen Schalter 9 2 und 9 4
im Empfänger 3 auftreten, sind im Diagramm b) darge
stellt. Auch hier folgt auf den Startreflex 14′ und den
ersten Refleximpuls R9′ zwei zweite Reflexsignale 9 2′ und
9 4′, die durch die den Schaltern 9 2 und 9 4 nachge
schalteten Spiegel S erzeugt werden. Der zeitliche Ab
stand der zweiten Reflexsignale t1 bis t4 ist im wesent
lichen durch die Längen der Lichtwege zu den Spiegeln so
wie die ggf. vorhandenen Laufzeitspulen 22 bis 24 be
stimmt. Da innerhalb der Gruppe 9 lediglich Schalter vor
handen sind, dient das erste Reflexsignal R9′ lediglich
dazu, die dem Empfänger nachgeschalteten Auswerteeinrich
tungen zu triggern und den zeitlichen Abstand der zweiten
Reflexsignale von diesem ersten Reflexsignal zu bestim
men.
Anders verhält es sich bei den Teilnehmern der Gruppe 10.
Dort sind drei Sensoren vorgesehen, die eine Bedämpfung
des Reflexsignals entsprechend einem bestimmten physika
lischen Parameter vornehmen. Dies ist anhand des Dia
gramms c) gezeigt. Die Reflexsignale, die durch die Sen
soren 10 1 bis 10 3 erzeugt werden, sind in ihrer Amplitude
durch den jeweiligen physikalischen Parameter, beispiels
weise eine Temperatur, bestimmt. Dies ist anhand des Re
flexsignals 10 1′ des Sensors 10 1 gezeigt. Bei einer hohen
Temperatur besitzt das Reflexsignal eine Amplitude, die
etwa gleich der des ersten Reflexsignals R10′ dieser
Gruppe ist. Bei einer niedrigen Temperatur hingegen ist
das Reflexsignal in seiner Amplitude wesentlich kleiner.
Durch Vergleich der Amplitude des zweiten Reflexsignals
10 1 mit der Amplitude des ersten Reflexsignals R10′
dieser Gruppe ist es möglich, den Wert der gemessenen
Temperatur zu bestimmen. Die Höhe des ersten Reflex
signals R10′ liefert ein Maß für die Bedämpfung der
Lichtwellenleitung, die im wesentlichen durch die
Elemente 4 bis 6, 6′, 8 und 12 bedingt ist.
Entsprechend sind für die weiteren Sensoren 10 2 und 10 3
die damit bestimmten Parameter, beispielsweise Druck und
Drehwinkel, maßgeblich für die Amplitude der zweiten Re
flexsignale. Das erste Reflexsignal R10′ liefert dabei
wiederum den Maßstab für die jeweiligen zweiten Reflex
signale dieser Gruppe. Da die zweiten Reflexsignale der
Gruppe 10 bedingt durch die Laufzeitspule 12 um den Wert
Δt12 zeitlich nach den Reflexsignalen der zeitlich
ersten Gruppe 9 auftreten, können sie ohne weiteres von
einander unterschieden werden. Hier besitzt das erste Re
flexsignal R10′ eine Doppelfunktion. Es dient sowohl als
Vergleichsmaßstab für die zweiten Reflexsignale dieser
Gruppe als auch als zeitliche Marke für die Aufnahme der
Reflexsignale dieser Gruppe im Empfänger 3.
Die Reflexsignale der Gruppe 11 treten, bedingt durch die
Laufzeitspule 13 zeitlich nach den Reflexsignalen der
Gruppe 10 auf. Dabei handelt es sich um eine gemischte
Gruppe, in der sowohl Schalter 11 2 und 11 5 als auch
Sensoren (11 1, 11 3, 11 4) vorhanden sind. Das Signal der
Sensoren 11 1, 11 3 und 11 4 ist durch den gemessenen
physikalischen Parameter, z. B. ein Drehmoment in seiner
Breite beeinflußt. Bei kleinem Drehmoment m, eine Dreh
zahl, Abstand ist Drehzahl n oder einen Abstand a die
Breite des Reflexsignals 11 1′, 11 3′ und 11 4′ gering, bei
einem großen Wert dieses Parameters entsprechend größer.
Hierzu ist in Fig. 3 der prinzipielle Aufbau eines der
artigen Sensors als auch in Fig. 4 der Signalverlauf bei
kleinem und bei großem Wert des Parameters gezeigt
(Diagramme a und b).
Schließlich zeigt Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau eines
Empfängers, der unterschiedliche Eingangsempfindlich
keiten besitzt. Hierzu sind im Empfänger 3 mehrere Em
pfangseinheiten D1 bis D4 vorhanden, die unterschiedliche
Eingangsempfindlichkeiten besitzen. Über ein nicht darge
stelltes Selektionsglied wird anhand des ersten Reflex
signals R9′ bis R11′ erkannt, welche Bedämpfung für die je
weilige Gruppe von Teilnehmern maßgeblich ist und die in
ihrer Eingangsempfindlichkeit darauf angepaßte Em
pfangseinheit, beispielsweise D2 ausgewählt. Auf diese
Weise ist es möglich, für die Teilnehmer derselben Gruppe
eine optimierte Signalauswertung vorzunehmen und die üb
licherweise bei Lichtwellennetzen auftretenden stark
schwankenden Dämpfungseigenschaften durch eine Anpassung
der Eingangsempfindlichkeit des Empfängers auszugleichen.
Auf diese Weise ist es möglich, mit geringem Aufwand an
Lichtwellenleitern ein Lichtwellenleiter-Netz mit einer
Reihe von Teilnehmern zu realisieren, die unabhängig von
fertigungs- und anwendungsbedingten Dämpfungs- und Zeit
verschiebungs-Einflüssen eine exakte Aussage über die an
den verschiedenen Teilnehmern vorhandenen physikalischen
Zustandsgrößen bzw. Zustände liefern.
Claims (5)
1. Faseroptische Vorrichtung in Kraftfahrzeugen zum
Bestimmen von physikalischen Zustandsgrößen bzw.
Zuständen von Teilnehmern an verschiedenen Orten,
mit Mitteln zum Erzeugen eines Reflexsignals mit
einer entsprechenden und für den Teilnehmer charak
teristischen Eigenschaft, dadurch gekennzeichnet,
daß bei den Teilnehmern optische Stationen vor
handen sind, daß die Stationen von einer Zentrale
ausgehend gemeinsam angesteuert sind, daß die Sta
tionen ein erstes Reflexsignal an die Zentrale lie
fern, das hinsichtlich seines Eingangszeitpunkts
charakteristisch für die Station ist und daß die
Zustandsgröße bzw. der Zustand aus dem zeitlichen
Abstand eines zweiten, zeitlich nach dem ersten Re
flexsignal liegenden Reflexsignal gegenüber dem
ersten Reflexsignal bestimmbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Station mehreren Teilnehmern zu
geordnet ist, die zeitlich in ihrem Auftreten un
terscheidbare zweite Reflexsignale liefern.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die zweiten Reflexsignale der Station vor
dem ersten Reflexsignal der zeitlich nächsten Sta
tion liegen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Dauer eines zweiten
Reflexsignals einer Station entsprechend einer Zu
standsgröße bzw. eines Zustandes veränderbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß in der Zentrale mehrere
Empfänger mit unterschiedlicher Eingangsempfind
lichkeit vorhanden sind und daß von diesen Em
pfängern jeweils derjenige ausgewählt ist, dessen
Eingangsempfindlichkeit der Stärke des ersten Re
flexsignals der jeweiligen Station angepaßt ist.
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