DE4215167A1 - Faseroptische Vorrichtung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

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.