DE69003674T2

DE69003674T2 - Optischer Drucksensor zur Feststellung der Druckschwankungen in einer Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69003674T2
Application number: DE90203523T
Authority: DE
Inventors: Arie Jan Koelling
Original assignee: Texas Instruments Holland BV
Current assignee: Texas Instruments Holland BV
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: EP0451374B1; ATE95280T1; NL9000801A; DE69003674D1; EP0451374A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Drucksensor zur Feststellung der Druckschwankungen in einer Brennkraftmaschine, mit einem eine Durchgangsbohrung aufweisenden Bolzen, einer in der Bohrung oder an einem Ende der Bohrung angeordneten Membrane mit mindestens einer reflektierenden Oberfläche, Einrichtungen zum Bewirken, daß Licht auf die reflektierenden Membranteile fällt und Einrichtungen zum Messen des an der Membrane reflektierten Lichts oder zum Führen des reflektierten Lichts an eine Lichtmeßvorrichtung.
Ein derartiger Sensor ist in der GB-A-2,186,360 offenbart. Hierbei bestehen sowohl die Einrichtungen zum Bewirken, daß Licht auf die reflektierenden Membranteile fällt als auch die Einrichtungen zum Führen des an der Membran reflektierten Lichts an eine Lichtmeßvorrichtung, aus einzelnen Bündeln optischer Fasern. Ein solcher Sensor ist billig herzustellen und leicht zu installieren. Die Anfälligkeit für Fehlfunktionen ist ebenfalls niedrig. Ein Nachteil des bekannten Sensors ist seine Empfindlichkeit bezüglich der Intensität der Lichtquelle, des Abstands zwischen den Bündeln der optischen Fasern und der Membrane, des Lichtverlusts in den Eingangsfasern, Veränderungen des Reflektionsvermögens der reflektierenden Membranoberfläche und der Umgebungstemperatur. Im Hinblick hierauf müssen die Bündel aus optischen Fasern genau positioniert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist der Drucksensor gemäß dem Oberbegriff dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Bewirken, daß Licht auf die reflektierenden Membranteile fällt, die Form eines Ringes oder einer Hülse aufweist, daß die Einrichtungen sowohl im Inneren des Ringes oder der Hülse als auch um den Ring oder die Hülse herum angeordnet sind, um das an der Membran reflektierte Licht zu messen oder es zu einer Lichtmeßvorrichtung zu leiten, und daß der jenseits der Membran anstehende Druck bestimmt wird durch den Quotienten aus dem reflektierten Licht, das durch die um den Ring oder die Hülse herum angeordneten Einrichtungen empfangen wird und dem reflektierten Licht, das durch die Einrichtungen, die in dem Ring oder der Hülse angeordnet sind, empfangen wird.
Da die Druckdifferenz durch den zuvor genannten Quotienten bestimmt wird, ist das Meßresultat unabhängig von der genauen Positionierung dieser Einrichtungen.
Vorzugsweise wird von einer optischen Faseransammlung Gebrauch gemacht, die aus drei konzentrischen Bündeln von lichtübertragenden Fasern besteht.
In einer Abwandlung wird von einer ringförmigen Lichtquelle und zwei konzentrischen Photodioden Gebrauch gemacht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Drucksensors für eine Brennkraftmaschine,
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel,
Figuren 3a, 3b u. 3c zeigen schematisch die Wirkungsweise des Drucksensors in drei Stellungen der Membrane,
Figur 3d zeigt einen Schnitt der Faseransammlung.
Die dargestellten Drucksensoren bestehen aus: einem Bolzen 1 der in eine in der Wand einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselpumpe, vorgesehene Gewindeöffnung einschraubbar ist, wobei der Bolzen mit einer Durchgangsbohrung 2 versehen ist, einer an einem Ende des Bolzens vorgesehenen Membrane 3 und einer optischen Faseransammlung 4, die in Figur 1 in die Bohrung 2 hineinragt und in Figur 2 nicht. Die die Faseransammlung abdeckende Membranoberfläche ist reflektierend.
Wie Figur 3 zeigt, besteht die optische Faseransammlung aus drei hülsenartigen optischen Fasergruppen: einer Lichteingangsfasergruppe 5, die eine Lichtausgangsfasergruppe 6 oder 7 zu jeder Seite aufweist.
Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen nacheinander den Fall, bei dem der Druck in der Pumpe größer als, gleich und niedriger als der Atmosphärendruck ist. Die Verbiegung der Membrane ist ein Maß für den Druck in der Brennkraftmaschine. Im Fall nach Figur 3 reflektiert die Membran erheblich mehr Licht durch die innere Faserhülse 7 als durch die äußere Faserhülse 6. Im Fall nach Figur 3c ist es genau umgekehrt, während nach Figur 3b durch beide Faserhülsen 6 und 7 das genau gleiche Licht reflektiert wird. Der Quotient aus dem durch die Hülse 6 reflektierten Licht und dem durch die Hülse 7 reflektierten Licht ist ein Maß für die Verbiegung der Membrane, d.h. für den Druckunterschied auf beiden Seiten der Membran.
Der Sensor ist relativ unempfindlich im Hinblick auf Vibrationen und ausgezeichnet brauchbar für Druckmessungen in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Dieselmotor. Um Verschmutzung der reflektierenden Membrane zu verhindern, ist die Bohrung 2 durch einen Stopfen oder eine Haube versiegelbar. Diese kann während der Messung vorübergehend entfernt werden.
Weil bei dein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 die Faseransammlung nicht in die Bohrung 2 hineinragt (die Membrane ist an dem Kopf des Bolzens vorgesehen), kann die Faseransammlung ersetzt werden durch eine zentrale Lichtquelle und zwei konzentrische Photodioden. Die Faseransammlung oder die zentrale Lichtquelle mit Photodioden wird normalerweise nur während der Messung in oder nahe des Bolzens placiert.

Claims

1. Optischer Drucksensor zur Feststellung der Druckschwankungen in einer Brennkraftmaschine bestehend aus:

einem Bolzen (1) mit einer Durchgangsbohrung (2), einer in der Bohrung oder an einem Ende der Bohrung angeordneten Membrane (3), die mindestens eine reflektierende Oberfläche aufweist, einer Einrichtung (5) zum Bewirken, daß Licht auf den reflektiven Membranenteil fällt und Einrichtungen (6, 7) zum Messen des an der Membrane reflektierten Lichts oder zum Führen des reflektierten Lichts zu einer Lichtmeßvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewirken, daß Licht auf den reflektiven Membranteil fällt, die Form eines Ringes oder einer Hülse (5) hat, daß die Einrichtungen (7 oder 6) sowohl innerhalb des Ringes oder der Hülse (5) als auch um den Ring oder die Hülse (5) herum angeordnet sind, um das an der Membrane reflektierte Licht zu messen oder es an eine Lichtmeßvorrichtung zu führen, und daß der jenseits der Membrane anstehende Druck bestimmt wird aus dem Quotient des reflektierten Lichts, das über die Einrichtung (6) empfangen wird, die um den Ring oder die Hülse (5) herum angeordnet ist, und dem reflektierten Licht, das über die Einrichtung (7) erhalten wird, die in dem Ring oder der Hülse (5) angeordnet ist.

2. Optischer Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aus drei konzentrischen Bündeln lichtübertragender Fasern (5, 6, 7) bestehende optische Faseransammlung.

3. Optischer Drucksensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Lichtquelle und zwei konzentrische Photodioden.