EP2668643B1 - Sicherheitssystem für eine verglasungsanordnung und verfahren zur erfassung einer mechanischen oder thermischen beanspruchung eines flächigen verglasungselements - Google Patents

Sicherheitssystem für eine verglasungsanordnung und verfahren zur erfassung einer mechanischen oder thermischen beanspruchung eines flächigen verglasungselements Download PDF

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EP2668643B1
EP2668643B1 EP12703003.9A EP12703003A EP2668643B1 EP 2668643 B1 EP2668643 B1 EP 2668643B1 EP 12703003 A EP12703003 A EP 12703003A EP 2668643 B1 EP2668643 B1 EP 2668643B1
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EP
European Patent Office
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waveguide structure
optical waveguide
optical
glazing element
signal
Prior art date
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EP2668643A1 (de
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Udo WEINAND
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication of EP2668643A1 publication Critical patent/EP2668643A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02—Mechanical actuation
    • G08B13/04—Mechanical actuation by breaking of glass

Definitions

  • the present invention relates to a glazing assembly with safety function, to a security system for a glazing assembly and to a method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing member.
  • the present invention relates to a concept for monitoring a sheet glazing element, e.g. a glass pane or a laminated glass pane, in order to detect a mechanical or thermal stress by an external action on the planar glazing element early or promptly.
  • a sheet glazing element e.g. a glass pane or a laminated glass pane
  • the inventive concept can be applied to planar glazing elements which, when used, are subjected to strong mechanical and / or thermal stresses, such as e.g. on windshields in an airplane cockpit, on trains or other vehicles, to detect early excessive mechanical or thermal stress on the glazing elements and to avoid mechanical failure due to sudden, unforeseen breakage of the planar glazing element.
  • so-called safety glass is used to provide either the glazing, eg laminated glass or laminated safety glass, with as much intrusion-resistant effect as possible or unauthorized physical access to areas secured by safety glass, eg displays of jewelers, showcases etc., as safe as possible.
  • so-called passive glass breakage detectors are used for the respective glazing elements, which are arranged on the glazing to be monitored, and detect a broken glass or a physical destruction of the glazing element.
  • different DIN standards refer to so-called resistance classes (DIN V ENV 1627), which, for example, consider resistance times, ie the time that a product withstands burglary, the types of perpetrators and the modus operandi.
  • test standards DIN EN 356) for antiperspirant glazings, ie to what extent the glazings are burglary-resistant, puncture-resistant or attack-inhibiting.
  • safety glass is also used in areas such as e.g. as windshields in aircraft cockpits, high-speed trains or other vehicles which are exposed to very strong thermal and in particular mechanical stresses.
  • a disadvantage of the methods known hitherto in the prior art is that, for example, a break-in attempt is detected only when mechanical damage or destruction of the monitored glazing element occurs. If, for example, in the event of a break-in attempt, the safety glass is changed in stability by means of a gas burner or cutting torch until the safety glass finally melts, a possible burglar can reach the valuables issued behind the safety glazing relatively quickly, without issuing an alarm from a passive glass breakage detector becomes. Furthermore, so far had to be used to identify a heat source in the security area consuming thermal imaging cameras, a timely heat information should be obtained. In order to obtain the most comprehensive detection of burglary, different monitoring concepts therefore had to be combined according to the prior art in order to detect both mechanical and thermal effects on safety glazings. This leads to their realization to a high cost and thus also high costs.
  • the publication GB 2 193 825 A discloses a buried optical fiber building material to be bonded to a fiber optic system, which building material inherently meets the requirements for use as a physical barrier. Light transmission characteristics can be provided for this building material, and it can be used in conjunction with a safety detection system.
  • the building material comprises substantially rigid material, for example a layered arrangement of glass, wherein in the substantially rigid material at least one continuous optical fiber is embedded, said optical fiber optically stiffening at its ends substantially outside or rigid material is optically connectable.
  • the object of the present invention is to provide a concept for a glazing arrangement with a safety function, by means of which a detection of a mechanical and / or thermal stress or load acting on a planar glazing element can be detected early and, if possible, in real time.
  • the core idea of the present invention is to mechanically arrange an optical waveguide structure with an optical filter element, such as a fiber Bragg grating or Bragg filter, on the planar glazing element such that an optical property of the glazing element is due to mechanical or thermal stress Optical waveguide structure and in particular of the optical filter element is changed.
  • An optical connection between a glazing element and a Optical waveguide structure may be formed, for example, positive, cohesive or cohesive.
  • the planar glazing element in order to increase the detection reliability, "normal" thermal or mechanical effects, such as temperature changes due to solar radiation, on the planar glazing element in the evaluation of the optical property of the optical waveguide structure can be taken into account.
  • an optical waveguide structure with an optical filter element or a plurality of optical filter elements, which are formed, for example, as Bragg filters can be mechanically attached to a planar glazing element to be monitored.
  • optical filter elements or a plurality of optical filter elements which are formed, for example, as Bragg filters
  • these can have different filter center frequencies or filter center wavelengths in order to further obtain a spatial resolution of the mechanical or thermal stresses acting on the planar glazing element to be monitored, as will be explained in detail below.
  • the optical waveguide structure with the optical filter element or the optical filter elements can now, for example, on a multilayer, planar glazing element, for. B. a laminated glass arrangement are arranged, wherein the optical waveguide structure in a glass capillary, a milled groove or subsequently mounted on the safety glass in capillaries and is at least partially positively, positively and / or materially connected to the monitored, planar glazing element.
  • the optical waveguide structure is either already at the production of the glazing element in or on the same mechanically, ie, form, force and / or material fit, can be arranged or can be subsequently arranged on the glazing element in subsequently mounted recesses or recesses (eg capillary or groove).
  • the optical waveguide structure with the optical filter elements is already integrated in the material of the glazing element during the production of the glazing element or fixed within one of several layers of a laminated glass arrangement, for example using a transparent adhesive
  • the optical waveguide structure can readily form, force and / or materially bond be arranged on the glazing element, so that a mechanical stress or deformation (eg elongation) of the glass material is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein.
  • a thermal stress on the glazing element ie a temperature increase, is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein.
  • the optical waveguide structure can be inserted into an outwardly accessible recess (eg a milled groove) and connected substantially completely to the glazing element using an adhesive or if the optical waveguide structure is pushed in in a glass capillary provided in the glazing element substantially only at the end points (ie at the entry and exit point of the optical waveguide structure on the glazing element) can be mechanically connected to the same.
  • a mechanical stress e.g. in the form of an elongation of the glazing element, as a relatively uniform elongation of the optical waveguide structure between the two fixed end points.
  • the optical waveguide structure arranged on the planar glazing element to be monitored can be used simultaneously with the optically series-connected Bragg filters as a rupture sensor, since only signals from those filter elements (having a sufficient amplitude) that are reflected in the optical waveguide structure are reflected back Positions (in Lichteinkoppelraum) are located in front of the break, while reflection signals from one or more Bragg filters fail behind the break.
  • the procedure according to the invention for implementing the glazing arrangement with a safety function can now be used extremely advantageously for monitoring a planar glazing element, since the optical waveguide structure with the optical filter elements designed as Bragg filters can be used to feed an optical signal into the optical waveguide structure, and by the evaluation of The optical filter elements reflected or transmitted optical signal can be determined directly and almost in real time information about a mechanical and / or thermal stress of the monitored, planar glazing element.
  • the glazing arrangement according to the invention with security function is therefore everywhere applicable where valuables, goods or other objects are to be secured against unauthorized access or access, eg jewelers, banks, department stores, etc.
  • mechanical stresses in heavily used discs, such as Windscreens in aircraft cockpits, trains or other vehicles, can be detected in time.
  • Fig. 1a-b the basic structure and the basic operation of a glazing assembly 10 according to the invention with safety function according to a first embodiment of the present invention with reference to the in Fig. 2a-c illustrated basic configuration of an optical waveguide structure 30 with an optical filter element 32 described by way of example.
  • the glazing assembly 10 has a planar glazing element 20.
  • the planar glazing element can, for example, be a single-layered or multi-layered transparent material, eg glass, plastic or a composite material, exhibit.
  • the flat glazing element 20 for safety glazing as a laminated glass may have a combination of glass and transparent plastic films.
  • An optical waveguide structure 30 having an optical filter element, for example in the form of a fiber Bragg grating or an optical Bragg filter, is now arranged on the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 thus has an optical waveguide section 34 and the optical filter element 32.
  • the optical waveguide structure 30 has a coupling input 36 for coupling an optical signal S 1 into the optical waveguide structure 30.
  • the optical waveguide structure 30 also has an additional optical waveguide section 34, even after the optical filter element 32, wherein the further optical waveguide section 34, for example, to a Auskoppelausgang 38 on any side surface, such as an opposite side surface of the planar glazing element 20 for coupling out a through the optical filter element 32nd passing optical signal S Tr is performed.
  • the optical waveguide structure 30 is arranged within the material of the planar glazing element 20.
  • the planar glazing element 20 has, for example as a laminated glass, a plurality of individual layers 20-1,..., 20-5 (20-n), wherein the optical waveguide structure 30 is formed, for example, in a small capillary or a milled groove in the second glazing layer 20 -2 (behind the first disc 20-1) of the planar glazing element 20 is arranged.
  • the optical waveguide structure 30 can generally be introduced into a recess or recess 40 within the material of the planar glazing element 20 or else on a surface of the planar glazing element 20.
  • corresponding recesses or recesses may be provided on or in the glazing element 20 for insertion or insertion of the optical waveguide structure in advance.
  • the optical waveguide structure 30 can now be fastened, for example, in the provided recess 40 by means of a transparent adhesive material or another fastening material.
  • the optical waveguide structure 30 is also possible to subsequently arrange the optical waveguide structure 30 on a glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 for example by means of a film (not shown in FIG Fig. 1a-b ), which are fixed to the surface of the planar glazing element 20 is glued to the surface of the planar glazing element 20 at least in the region of the recesses 40 for the optical waveguide structure 30.
  • optical waveguide structure 30 In connection with in Fig. 1a-b illustrated optical waveguide structure 30 is noted that this has only an optical filter element 32 to simplify the description.
  • a plurality of optical filter elements can be arranged in the optical waveguide structure 30, wherein the optical waveguide structure 30 can also be arranged along substantially arbitrarily shaped, eg meandering, recesses 40 in the planar glazing element 20.
  • further optical waveguide structures may be arranged separately from one another with respective coupling inputs and optional coupling inputs in the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure (s) 30, each having a plurality of optical filter elements 32 can now be arranged on the planar glazing element 20, for example distributed over a grid of sensor elements (in the form of the optical filter elements 32) distributed over the base surface of the planar glazing element 20 to get.
  • Such an arrangement of the optical waveguide structure 30 on the planar glazing element 20 will be described in more detail below with reference to FIG Fig. 3 received.
  • the rectangular and straight shape of the surface of the planar glazing element 20, as shown in the figures, is to be regarded merely as an example.
  • the inventive concept is particularly applicable to arbitrarily shaped and curved surfaces of a planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 for example, a diameter "a" of 80-200 .mu.m, so that, for example, provided in the sheet-like glazing element 20 recess 40 dimensions with a width "b" and a height "c" of, for example, 200-650 ⁇ m may have to accommodate the optical waveguide structure 30.
  • a transparent adhesive or other transparent bonding material (not shown in FIG Fig. 1a-b ) for filling any cavities, for maintaining the mechanical stability and for fixing to the glass (adhesion) may be provided, as far as the adhesive can be introduced into the recesses.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is now arranged on the planar glazing element 20 such that any mechanical and / or thermal stresses acting on the planar glazing element 20 are transmitted as directly as possible to the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 or at least in be passed on to a certain extent. That is, the optical waveguide structure 30 is mechanically disposed on the planar glazing element 20 so that mechanical or thermal stress, i. the action of an elevated temperature or an external mechanical force on the planar glazing element 20 causes a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30.
  • the optical waveguide structure 30 it is therefore necessary for the optical waveguide structure 30 to be sufficiently thermally and / or mechanically coupled to the planar glazing element 20 in order to ensure sufficient heat and / or force transmission from the planar glazing element 20 to the optical waveguide structure 30.
  • mechanical forces are meant, for example, tensile, compressive, impact, shock or bending loads.
  • the planar glazing element 20 and the optical waveguide structure 30 are arranged sufficiently close to each other or in (thermal) contact with each other.
  • a corresponding mechanical connection e.g. a force, shape and / or material connection
  • the optical waveguide structure 30 may be provided with the optical filter element 32 on the planar glazing element 20.
  • Fig. 2a-c discussed how the relationship between mechanical and / or thermal stress of the planar glazing element 20 and a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30, which is present for example in the form of a Bragg filter is obtained.
  • the optical filter element 32 is formed as a fiber Bragg grating or optical Bragg filter.
  • the Bragg filter 32 is an optical interference filter inscribed in the glass fiber core of the optical waveguide structure 30. Wavelengths of the optical signal S 1 (with the power distribution P 1 ) coupled into the optical waveguide structure 30 which lie within the filter bandwidth around the center bandwidth ⁇ B of the Bragg filter are (at least largely) reflected back and give the reflected signal S R1 with the power distribution P R1 .
  • the optical waveguide structure 30 in the form of a single-mode glass fiber thus has a highly transparent glass fiber core 30-1 with the refractive index n 2 , which is encased with a glass material 30-2 of lower refractive index n 1 .
  • the optical waveguide thus consists of a core 30-1 with the refractive index n 2 , a cladding (cladding) 30-2 with the refractive index n 1 and, for example, a protective coating (coating / buffer) 30-3 with a refractive index n 0 .
  • the light-guiding core 30-1 serves to guide and transmit the optical signal S 1 .
  • the cladding 30-2 has a lower optical refractive index than the core 30-1, ie n 1 ⁇ n 2 .
  • the cladding 30-2 thereby causes a total reflection at the boundary layer to the core 30-1 and thus a guiding of the radiation (ie the optical signal) in the core 30-1 of the optical waveguide 30.
  • the optical filter element 32 along the core 30-1 of Optical waveguide structure 34 is arranged in the fiber core 30-1 in the form of a periodic modulation of the refractive index, with high (n 3 ) and low refractive index regions (n 2 ), which reflect back the light in the fiber core 30-1 of a particular wavelength ⁇ B , and thus have the function of a band-stop filter, with n 3 >> n 2 .
  • neff is the effective refractive index of the fiber core 30-1 of the optical waveguide structure 30 and A is the grating period.
  • the spectral width of the band (blocking band) depends on the length of the fiber Bragg grating 32 and the strength of the refractive index change between the adjacent refractive index regions.
  • Fig. 2b now shows an example of the reflection behavior of the optical waveguide structure 30 with the Bragg filter 32.
  • the Bragg filter 32 acts as a bandpass filter, so that a portion of the injected spectrum is reflected back as a reflected component P R1 , ie the Bragg filter 32 acts as a band-stop filter about the center wavelength ⁇ B.
  • the transmission spectrum of the transmitted or continuous power P Tr in which the proportion was removed by the center frequency ⁇ B by the Bragg filter 32 from the transmission spectrum.
  • the center wavelength ⁇ B of the Bragg filter 32 depends on the effective refractive index as well as on the grating period A of the optical filter element 32 formed as a fiber Bragg grating.
  • the grating period A changes due to an applied mechanical load, ie an expansion or compression due to a tensile, compressive, impact, impact or bending load.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is mechanically coupled to the planar glazing element 20, so that strain or compression deformations due to mechanical or even thermal stress of the planar glazing element 20 at least partially transferred to the Bragg filter 32 of the optical waveguide structure 30,
  • the grating period A of the Bragg filter 32 and thus also the center wavelength ⁇ B of the Bragg filter 32 changes.
  • the refractive indices n 2 , n 3 in the fiber core 30-1 are also temperature-dependent, so that in addition the center wavelength ⁇ B changed according to the thermal load, which acts on the planar glazing element 20 and thus also on the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30.
  • a mechanical or thermal stress of the flat filter element 20 for example during a burglary attempt or during heavy use during use, for example, as a windscreen of a Vehicle, a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the integrated therein Bragg optical filter 32 is caused.
  • Fig. 2c now shows by way of example resulting power spectra of an optical waveguide structure 30, the two optical filter elements (not shown in FIG Fig. 1a or 2a ) having.
  • the two Bragg filters are each designed so that they have different center wavelengths ⁇ B1 , ⁇ B2 , so that, knowing the position of the first and second optical filter element with a change in the center wavelength ⁇ B1 , ⁇ B2 in addition to the size of the mechanical or thermal stress can also be closed to a position at which the mechanical or thermal stress of the planar glazing element 20 takes place.
  • Bragg filters can now be embodied as extremely narrow bandstop filters with a fixed center wavelength ⁇ Bn , a larger number of Bragg filters 32-n in the optical waveguide structure 30 can also be realized, so that spatially resolved monitoring of the planar glazing element 20 can take place mechanical and / or thermal external stresses can be realized.
  • Fig. 3 shows a possible embodiment of the glazing assembly 10 according to the invention in the planar glazing element 20, an optical waveguide structure 30 having a plurality of optical filter elements 32-n is arranged.
  • the optical waveguide structure 30 is now formed again in order to couple the optical signal S 1 into the optical waveguide structure 30 at a coupling-in port 30, wherein, for example, at the first Bragg filter element 32-1 a first portion of the optical signal at the first center wavelength ⁇ B1 as the first reflection signal S R1 , at the second Bragg filter 32-2 at a second center wavelength ⁇ B2, a second reflection signal S R2 , etc., to the last Bragg filter element 32-n at a center wavelength ⁇ Bn, the reflection signal S Rn is reflected back to the coupling port 36.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n is meandering on the planar glazing element 20 and, for example, within a specially provided recess (not shown in FIG Fig. 3 ) mechanically, for example, positive, non-positive or cohesive, attached to the flat glazing element 20.
  • a specially provided recess not shown in FIG Fig. 3
  • Bragg filter 32-n distributed in a grid on the flat glazing element 20 are arranged.
  • the distances A, B or C between adjacent Bragg filters 32-n can be chosen such that, depending on the thermal conductivity or the thermal diffusivity of the planar glazing element 20, ie the material surrounding the individual Bragg filters 32-n Heating the disk by eg 500 ° C (or more) at the nearest Bragg filter within a period of eg ⁇ 5 seconds, a clearly above the normal temperature fluctuations detected temperature increase, eg greater than 10 ° C, caused. Its center wavelength would typically increase by at least about 100 pm.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n can be arranged on the planar glazing element 20 in such a way that at least one Bragg filter 32 is arranged per unit area (eg 0.01-1.0 m 2 ) in order to reliably detect a thermal or To detect mechanical stress on a change in the optical properties of the optical waveguide structure (s).
  • the plurality of optical filter elements 32-n are arranged along an optical waveguide structure 30.
  • optical waveguide structure 30 may be on the flat glazing element 20 also within a recess or recess in the planar glazing element 20, for example by means of a compound-producing adhesive (not shown in FIG Fig. 3 ) are mechanically arranged on the planar glazing element 20 in order to produce a sufficient mechanical and thermal coupling between the glazing element 20 and the optical waveguide structure 30, as already described with reference to FIG Fig. 1a-b
  • a compound-producing adhesive not shown in FIG Fig. 3
  • the comments made there are equally applicable to those in Fig. 3 shown arrangement is applicable.
  • Fig. 3 illustrated glazing assembly 10 with safety function is now on the one hand suitable to detect mechanical deformations due to a thermal or mechanical action on the planar glazing element 20.
  • a rupture of the planar glazing element 20 and thus also of the optical waveguide structure 30 are detected due to a corresponding break or bend.
  • a break point 60 is shown inside or on the planar glazing element 20.
  • the reflected signal S Rn obtained at the terminal 36 now contains no or greatly reduced reflection signals of the in Fig. 3 represented Bragg filters 32-9, 32-10 ... 32-n, which are arranged in Lichteinkoppel Rhein after the break point 60.
  • a mechanical breaking of the glazing element 20 and thus a breaking or bending of the optical waveguide structure 30 can be detected and assigned to a position between the two Bragg filter elements 32-8 and 32-9.
  • the reflection signal S R depending on the respective spacing of the Bragg filter elements 32-n, a local dissolution of a thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20 via a change of individual center wavelengths ⁇ Bn , or a localization of a rupture of the planar glazing element, possible by a failure of the reflection signals or a large decrease (> 50%) of the amplitude of the reflection signal S Rn of the Bragg filter elements is detected after a break.
  • the optical waveguide structure 30 is mechanically connected to the glazing element 20 over the entire length, a local dissolution of a mechanical stress acting on the glazing element 20 can take place over the entire length of the optical waveguide structure 30, on which Bragg filter elements are arranged.
  • the local resolution corresponds to the spacing of the filter elements.
  • the optical waveguide structure 30 is subsequently introduced into a capillary 40 provided on the glazing element 20, it is often only possible to fix mechanically at the respective end pieces of the optical waveguide structure 30 which project from the glazing element 20 between the optical waveguide structure 30 and the glazing element 20 to make.
  • a local resolution at a thermal stress of the glazing element 20 i. W. is independent of the mechanical connection between the optical waveguide structure 30 and the glazing element 20, as long as a sufficiently good thermal coupling of the optical waveguide structure 30 with the glazing element 20 over the entire length of the optical waveguide structure 30 is present, which is already given by resting.
  • Fig. 4 an exemplary embodiment of a security system 70 for glazing described by way of example.
  • the security system 70 includes a glazing assembly 10 as shown in the previous FIGS Fig. 1a-b . 2a-c and 3 have been described and can be used in the embodiment shown below.
  • a signal input device 80 for coupling an optical signal S 1 into the optical waveguide structure 30 is shown on the coupling connection 36 intended.
  • the signal input device 80 is thus designed as an optical transmitter, while the signal detection device 82 is formed as an optical receiver.
  • the signal detection device 82 is designed such that it can detect, for example, the reflection signal S R provided at the coupling connection 36 and optionally the optional transmission signal S T provided at the optional coupling connection 38 or the respective power spectrum.
  • the detected optical signals are converted, for example, into electrical signals S e for further processing and / or evaluation by a processing device 90.
  • the processing device 90 is provided on the one hand, for example, to drive the signal input device 80 for coupling in the optical signal S l and also to evaluate the detection signal S e provided by the signal detection device 82 based on the reflection signal S R or the transmission signal S Tr .
  • the processing device 90 is in particular designed to determine a change in the property of the optical waveguide structure 30 in the case of mechanical or thermal stress on the glazing element 20.
  • the processing means and optionally also the signal injection and detection means 80, 82 may be adjacent to the glazing assembly 10 or via an optical fiber connection (not shown in Figs Fig. 4 ) may be disposed away from the glazing assembly 10, for example, to prevent unauthorized access and manipulation attempt, eg in the event of a break-in, to the security system 70.
  • the processing device 90 can apply a mechanical or thermal stress to the planar glazing element 20 and thus to the mechanically coupled optical waveguide structure 30 determine with the Bragg filter element 32 and the plurality of Bragg filter elements 32-n.
  • the processing device 90 can detect a change in the center wavelength ⁇ Bn of at least one of the Bragg filter elements 32-n and output a corresponding indication signal or alarm signal S OUT at an output port 92 if a comparison value for a wavelength change is exceeded.
  • the processing device 90 can output at the output terminal 92 a corresponding alarm output signal S OUT if the reflection signals S R do not include the reflection spectra of all the Bragg filter elements 32-n, since this is due to a break of the planar glazing element 20 and thus indicates a break or kink of the optical waveguide structure 30.
  • the processing device 90 is designed to compare the detection signal S e or a signal derived therefrom with a comparison value in order to determine whether the detection signal is within or outside a desired range, and to exceed the limit value for to indicate a mechanical or thermal load of the planar glazing element 20.
  • the comparison value may be determined, for example, based on an average or a plurality of preceding measurement values of the detection signal or signals derived therefrom. It can thus be achieved that, for example, a relatively slow thermal temperature change on the planar glazing element, as occurs, for example, due to solar radiation, does not lead to the triggering of an alarm, while, for example, a heat effect of high power, as is caused, for example, by a gas burner of a burglar, extremely fast or immediately leads to an alarm signal.
  • Today's gas burners have a heat radiation of more than 1900 ° C and a power of over 50 kW.
  • a second fixed comparison value can be provided, beyond which an alarm is triggered in any case, since this is in any case attributable to an indicates high thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20, even if it has risen only slowly.
  • the detection signal or the signal derived therefrom is based on a center frequency of the respective Bragg filter or a level of the detected signal.
  • the processing device 90 is thus designed to detect the spectral distribution of the signal components in the reflection signal S R and also the respective level and to investigate a change in the respective signal components due to a mechanical or thermal stress.
  • Safety system 70 for glazing the signal input device 80, the signal detection device 82 and the processing device 90 are shown in the schematic diagram as separate elements or components, but these elements or components can also be combined into a single module 100.
  • the assembly 100 is also referred to as an optical sensor interrogator or fiber Bragg grating optical interrogator.
  • available fiber bragg grating interrogators can, for example, monitor up to 100 Bragg filter elements in series, so that with a single interrogator, relatively high spatial resolution can be achieved by monitoring a large number of Bragg filter elements in the array Optical waveguide structure 30 can be achieved.
  • the number of measuring points can be determined by the use of an optical switch (not shown in FIG Fig. 4 ).
  • the safety glazing arrangement according to the invention or security system according to the invention to perform an analysis of a mechanical action on the glazing assembly, for example, a distinction between the impact of one or more (intentional) shocks, the damage the glazing arrangement to entail, and incidental events that affect the glazing arrangement, such as a supersonic blast of an airplane, an incidental incident football, etc., to hit.
  • incidental events such as a supersonic blast of an airplane, an incidental incident football, etc.
  • the processing device 90 of the security system 70 can furthermore be used to evaluate the sensor results in the form of pattern recognition. It can be a pattern the change (s) of the optical properties of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the Bragg filters concerned are determined by the amplitudes of the changes of the central wavelengths ⁇ B of the respective mechanical action (s) and also of the temporal occurrence of the changes of the center wavelengths ⁇ B are analyzed.
  • a mechanical deformation in the glass material of the glazing arrangement will propagate from the point of action (eg wavelike), so that a pattern recognition or impact pattern recognition with respect to the acting mechanical load can be made.
  • a pattern of changes ⁇ B of the optical properties of the optical waveguide structure that decreases with time and distance, ie its amplitude and temporal appearance, is determined by the respective center wavelengths ⁇ B of the relevant Bragg beams. Filter result.
  • a strong mechanical load occurs in the form of a so-called supersonic bang of an aircraft (ie the mechanical load is based on a strong acoustic source in the near or far environment)
  • this mechanical load will be distributed relatively uniformly over the surface of the glazing arrangement a uniform distributed pattern of the change (s) ⁇ B of the optical properties of the optical waveguide structure, ie its amplitude and temporal appearance, will result from the respective center wavelengths ⁇ B of the relevant Bragg filters, ie essentially all Bragg filters.
  • the optical waveguide structure with the Bragg filters is used, for example, up to microseconds, e.g. with a clock of at least 1ms, 0.1ms or 10 ⁇ s (eg 1ms to 50 ⁇ s) and a readout frequency of at least 1kHz, 10kHz or 100kHz (eg 1 to 20kHz) to provide sufficient resolution of the resulting pattern in a to obtain mechanical action on the glazing structure.
  • the signal detection device 82 can thus be designed to provide a detection signal S e , based on the changes ⁇ B of the optical properties of the same Bragg filters of the optical waveguide structure, when subjected to a mechanical stress of the planar glazing element 20 has an information about the mechanical stress at the respective location of the affected Bragg filter, and further comprises a thermal stress on the planar glazing element 20 information about the thermal stress at the respective location of the affected Bragg filter.
  • the detected change .DELTA. ⁇ B of the optical properties of each of the Bragg filters can thus be used to distinguish both a mechanical and a thermal stress.
  • the processing device 90 can now be embodied to evaluate the detection signal S e in order to determine a local distribution of the mechanical stress over the planar glazing element when the planar glazing element 20 is subject to mechanical stress, and also when the planar glazing element 20 is subject to thermal stress to determine a local distribution of the thermal stress on the planar glazing element 20.
  • the local distribution of the mechanical and thermal stress is based on the local distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element 20.
  • a sufficiently high readout frequency of, for example, more than 1 kHz it is possible to distinguish between the mechanical load described above, which acts relatively locally on the glazing arrangement, for example in the form of a violent impact or impact load, and a strong mechanical load which is relatively high uniformly distributed over a larger area of the surface or the entire area of the surface of the glazing arrangement, although corresponding mechanical loads or their effects in the form of vibrations etc. of the glazing arrangement decay relatively quickly, for example in the range of 1 ⁇ s to 10 ms can.
  • optical decoupling signal of the optical waveguide structure 30 to make a distinction as to the occurrence of any short-term mechanical stress whose effects dissipate relatively rapidly and thermal stress due to thermal stress relatively slow heat propagation across the glazing assembly with a greater time delay adjacent Bragg grating only at a distance of a few seconds to minutes reached, depending on the distance of the respective Bragg grating and the specific disk structure.
  • the occurrence of different mechanical stresses and thermal stresses of the glazing assembly or their respective local distribution corresponding to the distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element can be resolved very accurately when the read-out frequency is chosen sufficiently high.
  • the changes ⁇ B of the optical properties of each Bragg filter can be used to detect both the occurrence of mechanical stresses (or different mechanical stresses) and thermal stresses (or different thermal stresses) of the glazing assembly and their respective local distribution.
  • a thermally conductive foil i. H. a film with a heat-conducting property increased in relation to the surrounding glass material
  • a thermal heat source to a sufficiently high heating of the glass material in the vicinity of a Bragg in real time Filter element in the optical waveguide structure 30 to immediately detect (within a few seconds) a tamper indicating heat action.
  • FIG. 5 An exemplary embodiment of a basic method 100 for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element is described, wherein an optical waveguide structure with an optical filter element is arranged on the planar glazing element.
  • an optical signal is first coupled into the optical waveguide structure in a first step 102.
  • an optical signal, eg in the form of a reflection signal or a transmission signal, of the optical waveguide structure is detected and converted into an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure (step 104).
  • This electrical detection signal or a signal derived therefrom is evaluated (step 106) in order to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to a mechanical or thermal stress of the planar glazing element.
  • the electrical detection signal or the signal derived therefrom may be compared to a comparison value to determine if the detection signal is outside a desired range, indicating an exceeding of a mechanical or thermal stress limit on the sheet glazing element ,
  • the comparison value can be predefined or can be determined as a relative comparison value based on a statistical processing of a plurality of preceding measurement values of the electrical detection signal.
  • a burglar has thus relatively quickly access to the issued behind the safety glass valuables, as previous fracture sensors or vibration sensors often do not respond to the use of a gas burner and thus no alarm is triggered. For this reason, in order to identify a heat source in the security area, complex thermal imaging cameras had to be used in order to obtain timely information.
  • the concept according to the invention consists in providing a glazing arrangement (safety glass) with a reliably functioning safety function by providing an optical waveguide structure with one or more optical filter elements, such as one or more Bragg filters, on the planar glazing element, the optical waveguide structure being inside a recess or depression in a multi-layered safety glass, for example in a capillary or a milled groove, or subsequently applied to the safety glass in capillaries.
  • a glazing arrangement safety glass
  • one or more optical filter elements such as one or more Bragg filters
  • a plurality of Bragg filters within the optical waveguide structure are optically connected in series, so that the optical waveguide structure can also be used simultaneously as a rupture sensor.
  • an (at least rough) localization of the break point on the planar glazing element can also be effected.
  • a typical optical waveguide structure with an optical filter element embodied as a Bragg filter has a diameter of 80-200 ⁇ m, for example, so that it can be attached to the flat glazing element, for example, in small capillaries or milled grooves with a diameter of 200-650 ⁇ m.
  • Typical distances of adjacent rows of optical waveguides or of neighboring optical filter elements can be, for example, in the range of 10-100 or 10-40 cm. If, for example, the planar glazing element has a laminated glass, the optical waveguide structure can be located in a capillary behind the first pane (with respect to the outside of the planar glazing element).
  • the required maximum distance to the arrangement of the optical filter elements of the optical waveguide structure can be determined individually by the respective planar glazing element, i. whose thermal conductivity or thermal conductivity, are made dependent and adapted.
  • the inventive concept for a glazing arrangement with safety function can also be subsequently integrated into an existing safety glass, wherein in a subsequent installation in recesses or recesses to be provided (eg capillary or groove), the optical waveguide structure (s) to be selected by means of a film in an individually according to the respective safety glass Distance to be glued to the flat glazing element.
  • recesses or recesses to be provided eg capillary or groove
  • the optical waveguide structure (s) to be selected by means of a film in an individually according to the respective safety glass Distance to be glued to the flat glazing element.
  • precise values for the exact positioning of the optical waveguide structure with the optical filter elements can be based on the thermal conductivity or the thermal conductivity of the respective safety glass or laminated glass.
  • strain and heat sensor optical waveguide structure can now very effective (relatively) large amounts of heat, such as a gas burner, detect very quickly and almost in real time.
  • Today's gas burners have a heat radiation of more than 1900 ° Celsius and a power of over 50 kW.
  • erroneous measurements or disturbances of the measurements can be excluded, for example, that individual optical filter elements are evaluated as a reference filter or adjacent Bragg filter to prevent any incorrect assessment of a measurement result.
  • a comparison value with which the respective measured value of the reflective optical signal or a variable derived therefrom is compared can be provided with a correction factor which is determined, for example, on an average value or a quantity derived therefrom of a plurality of preceding measured values of the detection signal. Accordingly, the comparison value can also be determined based on or from an average value of all detected reflection components in the reflection signal.
  • the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the affected Bragg filter (at least in regions or up to a damage of the optical waveguide structure) will change continuously or continuously at a thermal load of the glazing assembly, which Change is evaluated accordingly and a thermal load can be assigned.
  • the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the affected Bragg filters will be relatively abrupt or damaged if the optical waveguide structure is damaged change, whereby this change is evaluated accordingly and a mechanical load can be assigned.
  • the glazing arrangement with safety function according to the invention is not only applicable for the prevention or detection of burglary, but also in safety-relevant applications in which planar glazing elements are exposed, for example, strong thermal or mechanical loads and also determines any increased mechanical or thermal load conditions as quickly as possible or almost in real time should be.
  • the glazing arrangement according to the invention with safety function on the windshield of a train cockpit or other vehicle or rail vehicle used and monitored according to the procedure of the invention it should be noted that an optical waveguide structure with an optical filter element, which is designed as a break, strain or thermal sensor, is substantially insensitive to electrical or electromagnetic interference signals and thus extremely reliable and insensitive to interference can perform the respective monitoring function.
  • the inventive glazing arrangement with safety function thus enables the optical waveguide structure designed as strain, fracture and thermal sensor to directly supply the required information with regard to the mechanical or thermal stress of the planar glazing element to be monitored, and thus no different sensor types for detecting heat, strain and fracture needed.
  • the optical waveguide structure designed as strain, fracture and thermal sensor to directly supply the required information with regard to the mechanical or thermal stress of the planar glazing element to be monitored, and thus no different sensor types for detecting heat, strain and fracture needed.
  • the inventive concept for a safety glass can thus be used everywhere where valuables or other goods are to be secured against unauthorized access or access, such as e.g. Banks, jewelers, department stores, etc.
  • the inventive concept can be used equally on flat glazing elements that are relatively strong mechanical or thermal stresses exposed to use, as early as possible to excessive mechanical or thermal stress of the respective planar glazing element or almost in real time.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Device), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus (sensor interrogator).
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals that interact with a programmable computer system so can or can work together to carry out the respective procedure. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be a universally applicable Hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
  • a glazing security system 70 includes a glazing assembly 10 having a security function with a planar glazing element 20; and an optical waveguide structure 30 having an optical filter element 32; wherein the optical waveguide structure 30 is mechanically arranged on the glazing element 20 in order to cause a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 under mechanical stress of the planar glazing element 20, and furthermore upon thermal stress of the planar glazing element 20, a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 to effect; a signal input device 80 for coupling an optical signal S 1 into the optical waveguide structure 30; a signal detecting means 82 for detecting an optical signal S R; S Tr of the optical waveguide structure 30 and outputting an electrical detection signal S e based on the detected optical signal S R , S Tr ; and a processing device 90 for driving the signal input device 80 and for evaluating the detection signal provided by the signal detection device 82, wherein the processing device 90 is designed to detect a change in the optical property of the optical waveguide structure 30, 32 due to a mechanical stress of the
  • the optical filter element 32 further comprises a Bragg filter or a plurality of Bragg filters.
  • the optical waveguide structure 30 of the security system comprises a plurality of serially arranged, spaced-apart optical filter elements 32 in the form of Bragg filters, the Bragg filters each having a different filter center wavelength.
  • the optical waveguide structure 30 is further arranged such that the Bragg filters 32 are arranged in a distributed arrangement or in a grid on the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure of the security system is positively, positively or materially connected to the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 of the security system is integrated with the optical filter elements 32 in the material of the glazing element.
  • the change in the optical property of the optical waveguide structure of the security system is based on a force- and / or temperature-dependent material strain or on a temperature-dependent refractive index change of the material of the optical filter element designed as a Bragg filter.
  • the security system further has a further optical waveguide structure 30 'with at least one further optical filter element 32' in the form of a Bragg filter.
  • the further optical waveguide structure 30 'furthermore has a plurality of serially arranged, spaced-apart optical, further filter elements 32' in the form of Bragg filters, the Bragg filters each having a different filter center wavelength.
  • the processing device 90 is further configured to evaluate the detection signal S e or a signal derived therefrom in order to determine a spatial association of the acting mechanical or thermal load on the glazing element based on a filter element 32 'affected by an acting mechanical and / or thermal stress ,
  • the processing unit 90 of the safety system is designed to compare the detection signal S e or a signal derived therefrom with a comparison value in order to determine whether the detection signal S e is within or outside a desired range, leaving the desired range indicates an exceeding of a limit value for a mechanical or thermal load of the planar glazing element 10.
  • the processing unit 90 of the security system is designed to evaluate the detection signal S e as to whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the relevant Bragg filters changes continuously or continuously in order to determine a thermal load , and wherein the processing device 90 is further configured to evaluate the detection signal S e to determine whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the affected Bragg filter changes abruptly or abruptly to determine a mechanical load.
  • the comparison value of the security system is based on an average or a derived quantity of a plurality of preceding ones Measured values of the detection signal of a Bragg filter or a plurality of Bragg filters based.
  • the detection signal S e or the signal derived therefrom of the safety system is based on a center wavelength ⁇ B of the respective Bragg filter or on a power level of the detected signal.
  • the processing device 90 of the security system is designed to output an indication or alarm signal S out if exceeding a limit value for mechanical or thermal loading of the planar glazing element 20 occurs.
  • the signal detection device 2 of the safety detection system is designed to read the optical signal S R , S Tr of the optical waveguide structure 30 at a read-out frequency of at least 1 kHz.
  • the processing device 90 of the safety detection system is designed to evaluate the detection signal in order to determine a local distribution of the mechanical stress over the planar glazing element under mechanical stress of the planar glazing element 20, and also in the case of thermal stress of the planar surface Glazing element 20 to determine a local distribution of the thermal stress on the planar glazing element 20.
  • a safety glazing assembly 10 includes a planar glazing element 20; and an optical waveguide structure 30 having an optical filter element 32; wherein the optical waveguide structure 30 is mechanically arranged on the glazing element 20 in order to cause a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 under mechanical stress of the planar glazing element 20, and furthermore upon thermal stress of the planar glazing element 20, a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 to effect.
  • the optical filter element 32 further comprises a Bragg filter or a plurality of Bragg filters.
  • the optical waveguide structure 30 of the glazing assembly includes a plurality of serially arranged spaced apart optical filter elements 32 in the form of Bragg filters, wherein the Bragg filters each have a different filter center wavelength.
  • the optical waveguide structure 30 is further arranged such that the Bragg filters 32 are arranged in a distributed arrangement or in a grid on the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure of the glazing arrangement is connected to the planar glazing element 20 in a positive, non-positive or cohesive manner.
  • the optical waveguide structure 30 of the glazing assembly is integrated with the optical filter elements 32 in the material of the glazing element.
  • the change in the optical property of the optical waveguide structure of the glazing arrangement is based on a force- and / or temperature-dependent material strain or on a temperature-dependent refractive index change of the material of the optical filter element designed as a Bragg filter.
  • the glazing arrangement furthermore has a further optical waveguide structure 30 'with at least one further optical filter element 32' in the form of a Bragg filter.
  • the further optical waveguide structure 30 'furthermore has a plurality of serially arranged, spaced-apart optical, further filter elements 32' in the form of Bragg filters, the Bragg filters each having a different filter center wavelength.
  • a method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element 20 wherein on the planar glazing element 20, an optical waveguide structure 30 is mechanically arranged with an optical filter element 32, a coupling 102 of an optical signal in the optical waveguide structure; detecting 104 an optical signal of the optical waveguide structure and generating an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure; an evaluation 106 of the electrical detection signal or a signal derived therefrom in order to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to a mechanical stress of the planar glazing element, and further to a change in the to determine optical property of the optical waveguide structure due to thermal stress of the planar glazing element.
  • the method further comprises comparing 108 the electrical detection signal or the signal derived therefrom with a comparison value to determine if the detection signal is outside a desired range, indicating an exceeding of a mechanical or thermal stress limit of the planar glazing element ,
  • the method further comprises evaluating the electrical detection signal S e as to whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the relevant Bragg filters changes continuously or continuously in order to determine a thermal load Evaluation of the electrical detection signal S e to the effect of whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ B of the affected Bragg filter abruptly or abruptly changes to determine a mechanical load.
  • the comparison value is further fixed or is determined on the basis of a statistical processing of a plurality of preceding measured values of the electrical detection signal of one or a plurality of Bragg filters.
  • the method further comprises evaluating the detection signal S e or a signal derived therefrom, based on a filter element 32 'affected by an acting mechanical and / or thermal stress, a spatial allocation of the acting mechanical or thermal load on the glazing element to investigate.
  • Another aspect has a computer program with a program code for carrying out the method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element 20, wherein on the planar glazing element 20, an optical waveguide structure 30 is mechanically arranged with an optical filter element 32, the coupling 102 of an optical Signal in the optical waveguide structure; detecting 104 an optical signal of the optical waveguide structure and generating an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure; an evaluation 106 of the electrical detection signal or a signal derived therefrom to a change in the optical property of the optical waveguide structure due to a mechanical stress of the planar To determine glazing element, and also to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to thermal stress of the planar glazing element when the program runs on a computer or a microprocessor.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, auf ein Sicherheitssystem für eine Verglasungsanordnung und auf ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Konzept zur Überwachung eines flächigen Verglasungselements, z.B. einer Glasscheibe oder einer Verbundglasscheibe, um eine mechanische oder thermische Belastung durch ein äußeres Einwirken an dem flächigen Verglasungselement frühzeitig bzw. zeitnah zu erfassen. Dadurch kann eine versuchte Manipulation des flächigen Verglasungselements, beispielsweise bei einem Einbruchsversuch, nahezu in Echtzeit erkannt und frühzeitig ein entsprechender Alarm ausgelöst werden. Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Konzept an flächigen Verglasungselementen eingesetzt werden, die bei ihrem Einsatz starken mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, wie z.B. an Frontscheiben in einem Flugzeug-Cockpit, in Zügen oder anderen Fahrzeugen, um frühzeitig zu hohe mechanische oder thermische Belastungen an den Verglasungselementen zu erkennen und ein mechanisches Versagen aufgrund eines plötzlichen, unvorhergesehenen Bruchs des flächigen Verglasungselements zu vermeiden.
  • Auf vielen Gebieten wird sogenanntes Sicherheitsglas verwendet, um entweder die Verglasung, z.B. Panzerglas bzw. Verbund-Sicherheitsglas, mit einer möglichst ausreichenden einbruchshemmenden Wirkung zu versehen oder um einen unberechtigten physischen Zutritt zu Bereichen, die durch Sicherheitsglas gesichert sind, z.B. Auslagen von Juwelieren, Vitrinen usw., möglichst sicher zu verhindern. Darüber hinaus werden für die jeweiligen Verglasungselemente auch sog. passive Glasbruchmelder eingesetzt, die an der zu überwachenden Verglasung angeordnet sind, und einen Glasbruch bzw. eine physische Zerstörung des Verglasungselements erfassen. In diesem Zusammenhang beziehen sich unterschiedliche DIN-Normen auf sogenannte Widerstandsklassen (DIN V ENV 1627), die beispielsweise Widerstandszeiten, d.h. die Zeit, die ein Produkt einem Einbruch standhält, Tätertypen und den Modus Operandi berücksichtigen. Ferner gibt es Prüfnormen (DIN EN 356) für angriffshemmende Verglasungen, d.h. inwieweit die Verglasungen einbruchshemmend, durchwurfhemmend oder angriffshemmend sind.
  • Ferner wird Sicherheitsglas auch in Bereichen eingesetzt, wie z.B. als Frontscheiben in Flugzeug-Cockpits, Hochgeschwindigkeitszügen oder sonstige Fahrzeugen, die sehr starken thermischen und insbesondere mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
  • Nachteilig an den bisher im Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen ist, dass beispielsweise ein Einbruchsversuch erst bei Auftreten einer mechanischen Beschädigung oder Zerstörung des überwachten Verglasungselements erfasst wird. Wird nun beispielsweise bei einem Einbruchsversuch das Sicherheitsglas mittels eines Gasbrenners bzw. Schneidbrenners so in der Stabilität verändert, bis das Sicherheitsglas letztendlich schmilzt, kann ein möglicher Einbrecher relativ schnell an die hinter der Sicherheitsverglasung ausgestellten Wertgegenstände gelangen, ohne dass ein Alarm von einem passiven Glasbruchmelder ausgegeben wird. Ferner mussten bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt werden, sollte eine zeitnahe Wärmeinformation erhalten werden. Um eine möglichst umfassende Einbruchserfassung zu erhalten, mussten deshalb gemäß dem Stand der Technik unterschiedliche Überwachungskonzepte kombiniert werden, um sowohl mechanische als auch thermische Einwirkungen auf Sicherheitsverglasungen zu detektieren. Dies führt bei deren Realisierung zu einem hohen Aufwand und damit auch zu hohen Kosten.
  • Die Druckschrift GB 2 193 825 A offenbart ein Baumaterial mit eingebetteter optischer Faser, um mit einem faseroptischen System verbunden zu werden, wobei das Baumaterial inhärent die Erfordernisse für die Verwendung als physikalische beziehungsweise physische Barriere erfüllt. Für dieses Baumaterial können Lichtübertragungseigenschaften zur Verfügung gestellt werden, und es kann in Verbindung mit einem Sicherheitsdetektionssystem verwendet werden. Das Baumaterial umfasst im Wesentlichen starres bzw. steifes Material,zum Beispiel eine aus Glas ausgebildete Schichtanordnung, wobei in dem im Wesentlichen starren bzw. steifen Material wenigstens eine kontinuierliche optische Faser eingebettet ist, wobei diese optische Faser optisch an ihren Enden außerhalb des im Wesentlichen starren bzw. steifen Materials optisch verbindbar ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Konzept für eine Verglasungsanordnung mit einer Sicherheitsfunktion zu schaffen, mittels derer eine Detektion einer auf ein flächiges Verglasungselement einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung bzw. Belastung frühzeitig und möglichst in Echtzeit detektiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitssystem für eine Verglasung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements gemäß Anspruch 11 und durch ein Computerprogramm nach Anspruch 15 gelöst.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement, wie z.B. einem Faser-Bragg-Gitter bzw. Bragg-Filter, mechanisch so an dem flächigen Verglasungselement anzuordnen, dass bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des Verglasungselements eine optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur und insbesondere des optischen Filterelements verändert wird. Eine mechanische Verbindung zwischen einem Verglasungselement und einer Lichtwellenleiterstruktur kann beispielsweise form-, kraft- oder stoffschlüssig ausgebildet sein. So wird insbesondere erfindungsgemäß ausgenutzt, dass es bei dem in einer Lichtwellenleiterstruktur angeordneten Bragg-Filter aufgrund einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu einem Dehnungseinfluss und/oder zu einer Brechzahländerung des Materials des Bragg-Filters kommt, so dass sich die Mittenfrequenz des Bragg-Filters als veränderbare, optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur entsprechend der mechanischen oder thermischen Einwirkung ändert. Eine solche Änderung der Mittenfrequenz des Bragg-Filters ist nun relativ einfach mit an der Lichtwellenleiterstruktur angekoppelten optischen Erfassungselementen detektierbar, wobei der Größe der Änderung der Mittenfrequenz Δλ/λ0 der Grad einer mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zugeordnet werden kann. Erfindungsgemäß kann somit durch Auswertung der optischen Eigenschaft des Bragg-Filters in der Lichtwellenleiterstruktur unmittelbar auf eine Manipulation, z.B. durch einen Einbrecher, des flächigen Verglasungselements geschlossen werden. Ferner können zur Steigerung der Erfassungssicherheit "normale" thermische oder mechanische Einwirkungen, wie z.B. Temperaturänderungen aufgrund von Sonneneinstrahlung, auf das flächige Verglasungselement bei der Auswertung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur berücksichtigt werden.
  • So kann nun erfindungsgemäß eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement oder einer Mehrzahl von optischen Filterelementen, die beispielsweise als Bragg-Filter ausgebildet sind, mechanisch an einem zu überwachenden flächigen Verglasungselement angebracht werden. Bei einer Verwendung mehrerer Bragg-Filter können diese beispielsweise unterschiedliche Filtermittenfrequenzen bzw. Filtermittenwellenlängen aufweisen, um ferner eine räumliche Auflösung der auf das zu überwachende, flächige Verglasungselement einwirkenden mechanischen oder thermischen Beanspruchungen zu erhalten, wie dies nachfolgend noch ausführlich erläutert wird.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur mit dem optischen Filterelement bzw. den optischen Filterelementen kann nun beispielsweise an einem mehrschichtigen, flächigen Verglasungselement, z. B. einer Verbundglasanordnung, angeordnet werden, wobei die Lichtwellenleiterstruktur in einer Glaskapillare, einer gefrästen Nute oder nachträglich auf dem Sicherheitsglas in Kapillaren angebracht werden kann und mit dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement zumindest bereichsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
  • Bezüglich der mechanischen Verbindung des Verglasungselements mit der Lichtwellenleiterstruktur wird darauf hingewiesen, dass die Lichtwellenleiterstruktur entweder bereits bei der Herstellung des Verglasungselements in bzw. an demselben mechanisch, d. h. form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, angeordnet werden kann oder auch nachträglich an dem Verglasungselement in nachträglich angebrachten Ausnehmungen oder Aussparungen (z.B. Kapillare oder Nute) angeordnet werden kann. Wird nun beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur mit den optischen Filterelementen bereits während der Herstellung des Verglasungselements im Material des Verglasungselements integriert oder innerhalb einer von mehreren Schichten einer Verbundglasanordnung beispielsweise unter Verwendung eines transparenten Klebstoffes fixiert, kann die Lichtwellenleiterstruktur ohne Weiteres form-, kraft- und/oder stoffschlüssig an dem Verglasungselement angeordnet werden, so dass eine mechanische Beanspruchung bzw. Verformung (z.B. Dehnung) des Glasmaterials unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur und die sich darin befindlichen optischen Filterelemente übertragen wird. Gleichermaßen wird auch eine thermische Beanspruchung des Verglasungselements, d. h. eine Temperaturerhöhung, unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur und die darin sich befindlichen optischen Filterelemente übertragen.
  • Bei einer nachträglichen Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur an dem Verglasungselement ist nun zu unterscheiden, ob die Lichtwellenleiterstruktur in eine nach außen zugängliche Ausnehmung (z.B. eine gefräste Nut) eingelegt und mit einem Klebstoff im Wesentlichen vollständig mit dem Verglasungselement verbunden werden kann oder ob die Lichtwellenleiterstruktur bei einem Einschieben in eine vorgesehene Glaskapillare in dem Verglasungselement im Wesentlichen nur an den Endpunkten (d.h. an dem Ein- und Austrittspunkt der Lichtwellenleiterstruktur an dem Verglasungselement) mit demselben mechanisch verbunden werden kann. Im zweiten Fall wirkt sich eine mechanische Beanspruchung, z.B. in Form einer Dehnung des Verglasungselements, als eine relativ gleichmäßige Dehnung der Lichtwellenleiterstruktur zwischen den beiden fixierten Endpunkten aus. Damit ist gegenüber einer vollständigen mechanischen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur mit dem Verglasungselement zwar weiterhin die Erfassung einer Dehnung der Lichtwellenleiterstruktur und damit des Verglasungselements möglich, aber ohne eine genaue räumliche Zuordnung des Orts der einwirkenden mechanischen Beanspruchung.
  • Im Gegensatz zu einer mechanischen Beanspruchung ist bei einer thermischen Beanspruchung des Verglasungselements im Falle einer punktuellen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur mit dem Verglasungselement trotzdem eine räumliche Zuordnung des Orts der einwirkenden thermischen Beanspruchung möglich, da sich bei einer Erwärmung des Verglasungselements auch nur entsprechende Abschnitte der Lichtwellenleiterstruktur und somit nur bestimmte Bragg-Filterelemente erwärmen und ihre optische Filtereigenschaft ändern.
  • Durch Überwachung der optischen Eigenschaft der als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelemente kann nun von außen zugeführte Wärme oder großer Druck, wie dies beispielsweise bei einem Einbruchsversuch der Fall sein kann, über die resultierende mechanische Dehnung (oder Stauchung) des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements und damit auch der mechanisch verbundenen Lichtwellenleiterstruktur sehr schnell und nahezu in Echtzeit detektiert und ein elektronischer Alarm ausgelöst werden, um die Manipulation an dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement anzuzeigen. Darüber hinaus kann die an dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement angeordnete Lichtwellenleiterstruktur mit den optisch in Reihe geschalteten Bragg-Filtern gleichzeitig als ein Bruchsensor genutzt werden, da lediglich Signale von denjenigen Filterelementen (mit einer ausreichenden Amplitude) zurückreflektiert werden, die sich in der Lichtwellenleiterstruktur an Positionen (in Lichteinkoppelrichtung) vor der Bruchstelle befinden, während Reflexionssignale von einem oder mehreren Bragg-Filtern hinter der Bruchstelle ausfallen.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Implementierung der Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist nun äußerst vorteilhaft bei der Überwachung eines flächigen Verglasungselements einsetzbar, da die Lichtwellenleiterstruktur mit den als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelementen zum Einspeisen eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur einsetzbar ist, und durch die Auswertung des von den optischen Filterelementen reflektierten oder transmittierten optischen Signals direkt und nahezu in Echtzeit Informationen über eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements ermittelt werden können.
  • Somit wird erfindungsgemäß gegenüber den anderen im Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen mit nur einer Sensoranordnung ermöglicht, sowohl eine Wärmeeinwirkung als auch eine Dehnung oder einen Bruch (oder Knick) des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements zu erfassen, wobei die den jeweiligen Zustand des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements beschreibenden Informationen in Form einer Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur direkt und nahezu in Echtzeit auslesbar sind. Die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist somit überall dort einsetzbar, wo Wertgegenstände, Waren oder sonstige Gegenstände vor einem ungebeteten Zugriff oder Zutritt gesichert werden sollen, z.B. bei Juwelieren, Banken, Warenhäusern usw. Darüber hinaus können mechanische Spannungen in stark beanspruchten Scheiben, wie z.B. von Frontscheiben in Flugzeug-Cockpits, Zügen oder sonstigen Fahrzeugen, rechtzeitig erkannt werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die vorliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1a-b
    Prinzipdarstellungen in einer Draufsicht und einer Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2a-c
    eine Prinzipdarstellung einer Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement für die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 3
    eine Prinzipdarstellung einer Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 4
    eine Prinzipdarstellung eines Sicherheitssystems für eine Verglasungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
    Fig. 5
    ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bevor nachfolgend die vorliegende Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der Elemente mit gleichen Bezugszeichen untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Im Folgenden wird nun anhand von Fig. 1a-b der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die in Fig. 2a-c dargestellte prinzipielle Ausgestaltung einer Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 beispielhaft beschrieben.
  • Wie in Fig. 1a dargestellt ist, weist die Verglasungsanordnung 10 ein flächiges Verglasungselement 20 auf. Das flächige Verglasungselement kann beispielsweise ein ein- oder mehrschichtiges transparentes Material, z.B. Glas, Kunststoff oder ein Verbundmaterial, aufweisen. So kann beispielsweise das flächige Verglasungselement 20 für eine Sicherheitsverglasung als Verbundglas eine Kombination von Glas und durchsichtigen Kunststofffolien aufweisen. An dem flächigen Verglasungselement 20 ist nun eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement, z.B. in Form eines Faser-Bragg-Gitters bzw. eines optischen Bragg-Filters, angeordnet. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 weist somit einen Lichtwellenleiterabschnitt 34 und das optische Filterelement 32 auf. Ferner weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 einen Einkoppeleingang 36 zum Einkoppeln eines optischen Signals S1 in die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf. Ferner weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 auch nach dem optischen Filterelement 32 optional einen weiteren Lichtwellenleiterabschnitt 34 auf, wobei der weitere Lichtwellenleiterabschnitt 34 beispielsweise zu einem Auskoppelausgang 38 an einer beliebigen Seitenfläche, z.B. einer gegenüberliegenden Seitenfläche, des flächigen Verglasungselements 20 zum Auskoppeln eines durch das optische Filterelement 32 hindurchlaufenden optischen Signals STr geführt ist.
  • Wie nun in Fig. 1a-b dargestellt, ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 innerhalb des Materials des flächigen Verglasungselements 20 angeordnet. Wie in Fig. 1b dargestellt, weist das flächige Verglasungselement 20 beispielsweise als Verbundglas eine Mehrzahl von Einzelschichten 20-1, ... , 20-5 (20-n) auf, wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 beispielsweise in einer kleinen Kapillare oder einer gefrästen Nut in der zweiten Verglasungsschicht 20-2 (hinter der ersten Scheibe 20-1) des flächigen Verglasungselements 20 angeordnet ist.
  • Diese in Fig. 1a-b dargestellte Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem flächigen Verglasungselement 20 ist aber lediglich als beispielhaft anzusehen. So kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 allgemein in eine Aussparung oder Ausnehmung 40 innerhalb des Materials des flächigen Verglasungselements 20 oder auch an einer Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 eingebracht sein. Natürlich können bei der Herstellung des flächigen Verglasungselements 20 entsprechende Ausnehmungen bzw. Aussparungen an oder in dem Verglasungselement 20 zum Einschieben oder Einlegen der Lichtwellenleiterstruktur bereits vorab vorgesehen sein. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 kann nun beispielsweise mittels eines transparenten Klebstoffmaterials oder eines sonstigen Befestigungsmaterials in der vorgesehenen Ausnehmung 40 befestigt werden.
  • Ferner ist es auch möglich, die Lichtwellenleiterstruktur 30 noch nachträglich an einem Verglasungselement 20 anzuordnen. Bei einem nachträglichen Einbau in eine z.B. nachträglich vorgesehene Ausnehmung oder Aussparung 40 (bzw. Vertiefung) an dem Verglasungselement 20 kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 beispielsweise mittels einer Folie (nicht gezeigt in Fig. 1a-b) fixiert werden, die auf die Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 zumindest im Bereich der Aussparungen 40 für die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf die Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 geklebt wird.
  • Bezüglich einer örtlichen Auflösung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 wird darauf hingewiesen, dass diese mechanische Beanspruchung bei Verwendung einer Mehrzahl von Bragg-Filterelementen 32 nur an den Bereichen des Verglasungselements 20 ortsaufgelöst erfassbar ist, an denen eine feste bzw. kraftschlüssige mechanische Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32 an dem Verglasungselement vorliegt. Diesbezüglich wird auf die detaillierten Ausführungen in Fig. 4 hingewiesen, die auf alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
  • Im Zusammenhang mit der in Fig. 1a-b dargestellten Lichtwellenleiterstruktur 30 wird darauf hingewiesen, dass diese zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich ein optisches Filterelement 32 aufweist. Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung wird noch deutlich werden, dass eine Mehrzahl von optischen Filterelementen in der Lichtwellenleiterstruktur 30 angeordnet sein kann, wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 auch entlang im Wesentlichen beliebig geformter, z.B. mäanderformig geformter, Aussparungen 40 in dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein kann. Ferner können weitere Lichtwellenleiterstrukturen (nicht gezeigt in Fig. 1a-b) mit jeweiligen Einkoppeleingängen und optionalen Auskoppeleingängen in dem flächigen Verglasungselement 20 getrennt voneinander angeordnet sein.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur(en) 30 mit jeweils einer Mehrzahl von optischen Filterelementen 32 können nun so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein, um beispielsweise eine in einem Raster verteilte Anordnung von Sensorelementen (in Form der optischen Filterelemente 32) verteilt über die Grundfläche des flächigen Verglasungselements 20 zu erhalten. Auf eine solche Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem flächigen Verglasungselement 20 wird im Nachfolgenden noch detailliert anhand von Fig. 3 eingegangen.
  • Ferner wird darauf hingewiesen, dass die rechteckige und gerade Form der Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20, wie sie in den Figuren dargestellt ist, lediglich als beispielhaft anzusehen ist. Das erfindungsgemäße Konzept ist insbesondere auch auf beliebig geformte und auch gekrümmte Oberflächen eines flächigen Verglasungselements 20 anwendbar.
  • Wie in Fig. 1b nun dargestellt, weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 beispielsweise einen Durchmesser "a" von 80-200 µm auf, so dass beispielsweise die in dem flächigen Verglasungselement 20 vorgesehene Ausnehmung 40 Abmessungen mit einer Breite "b" und einer Höhe "c" von beispielsweise 200-650 µm aufweisen kann, um die Lichtwellenleiterstruktur 30 aufzunehmen. In einem möglichen Zwischenraum zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und den Seitenwänden der Ausnehmung 40 kann beispielsweise ein transparenter Klebstoff oder ein sonstiges transparentes Verbindungsmaterial (nicht gezeigt in Fig. 1a-b) zum Auffüllen etwaiger Hohlräume, zur Beibehaltung der mechanischen Stabilität und zur Fixierung an dem Glas (Kraftschluß) vorgesehen sein, soweit der Klebstoff in die Ausnehmungen eingebracht werden kann.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 ist nun so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet, dass etwaige mechanische und/oder thermische Belastungen, die auf das flächige Verglasungselement 20 einwirken, möglichst unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 übertragen oder zumindest in einem gewissen Grad weitergegeben werden. D.h., die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist so mechanisch an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet, dass eine mechanische oder thermische Beanspruchung, d.h. das Einwirken einer erhöhten Temperatur oder einer äußeren, mechanischen Kraft auf das flächige Verglasungselement 20, eine Veränderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des optischen Filterelements 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 hervorruft. Dazu ist es also erforderlich, dass die Lichtwellenleiterstruktur 30 ausreichend thermisch und/oder mechanisch mit dem flächigen Verglasungselement 20 gekoppelt ist, um eine ausreichende Wärme- und/oder Kraftübertragung von dem flächigen Verglasungselement 20 auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 zu gewährleisten. Unter mechanischen Kräften sind beispielsweise Zug-, Druck-, Schlag-, Stoß- oder Biegungsbelastungen zu verstehen. Um eine thermische Kopplung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem flächigen Verglasungselement 20 vorzusehen, ist lediglich zu beachten, dass das flächige Verglasungselement 20 und die Lichtwellenleiterstruktur 30 ausreichend nahe aneinander bzw. in (thermischem) Kontakt zueinander angeordnet sind. Um ferner mechanische Belastungen des flächigen Verglasungselements 20 in einem ausreichenden Grad an die Lichtwellenleiterstruktur 30 zu übertragen bzw. weiterzuleiten, kann eine entsprechende mechanische Verbindung, z.B. eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung, der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 an dem flächigen Verglasungselement 20 vorgesehen sein.
  • Im Folgenden wird nun, Bezug nehmend insbesondere auf Fig. 2a-c, darauf eingegangen, wie der Zusammenhang zwischen einer mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 und einer Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des optischen Filterelements 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30, das beispielsweise in Form eines Bragg-Filters vorliegt, erhalten wird.
  • Wie in Fig. 2a-c dargestellt, ist das optische Filterelement 32 beispielsweise als ein Faser-Bragg-Gitter bzw. optisches Bragg-Filter ausgebildet. Das Bragg-Filter 32 ist ein in den Glasfaserkern der Lichtwellenleiterstruktur 30 eingeschriebenes optisches Interferenzfilter. Wellenlängen des in die Lichtwellenleiterstruktur 30 eingekoppelten optischen Signals S1 (mit der Leistungsverteilung P1), die innerhalb der Filterbandbreite um die Mittenbandbreite λB des Bragg-Filters liegen, werden (zumindest größtenteils) zurückreflektiert und ergeben das reflektierte Signal SR1 mit der Leistungsverteilung PR1.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur 30 in Form einer Einmodenglasfaser weist somit einen hochtransparenten Glasfaserkern 30-1 mit dem Brechungsindex n2 auf, der mit einem Glasmaterial 30-2 niedrigerer Brechzahl n1 ummantelt ist. Der Lichtwellenleiter besteht somit aus einem Kern 30-1 mit der Brechzahl n2, einem Mantel (Cladding) 30-2 mit der Brechungszahl n1 und beispielsweise einer Schutzbeschichtung (Coating/Buffer) 30-3 mit einer Brechzahl n0. Der lichtführende Kern 30-1 dient zum Führen und Übertragen des optischen Signals S1. Der Mantel 30-2 hat eine niedrigere optische Brechzahl als der Kern 30-1, d.h. n1<n2. Der Mantel 30-2 bewirkt dadurch eine Totalreflexion an der Grenzschicht zu dem Kern 30-1 und somit eine Führung der Strahlung (d.h. des optischen Signals) im Kern 30-1 des Lichtwellenleiters 30. Das optische Filterelement 32 entlang des Kerns 30-1 der Lichtwellenleiterstruktur 34 ist in dem Faserkern 30-1 in Form einer periodischen Modulation der Brechzahl angeordnet, mit hohen (n3) und niedrigen Brechzahlbereichen (n2), die das Licht in dem Faserkern 30-1 einer bestimmten Wellenlänge λB zurückreflektieren, und somit die Funktion einer Bandsperre aufweisen, mit n3>>n2. Die Mittenwellenlänge λB der Filterbandbreite ergibt sich durch die Bragg-Bedingung λ B = 2 ⁢ neff * Λ .
    Figure imgb0001
  • Darin ist neff die effektive Brechzahl des Faserkerns 30-1 der Lichtwellenleiterstruktur 30 und A die Gitterperiode. Die spektrale Breite des Bandes (Sperrbandes) hängt von der Länge des Faser-Bragg-Gitters 32 und der Stärke der Brechzahländerung zwischen den benachbarten Brechzahlbereichen ab.
  • Fig. 2b zeigt nun beispielhaft das Reflexionsverhalten der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Bragg-Filter 32. Das Spektrum der Eingangsleistung PI des optischen Eingangssignals S1 über der Wellenlänge λ. Das Bragg-Filter 32 wirkt wie ein Bandpassfilter, so dass ein Anteil des eingespeisten Spektrums als reflektierter Anteil PR1 zurückreflektiert wird, d.h. das Bragg-Filter 32 wirkt als Bandsperre um die Mittenwellenlänge λB. Darüber hinaus ist in Fig. 2b beispielhaft das Transmissionsspektrum der übertragenen bzw. durchgehenden Leistung PTr dargestellt, bei dem der Anteil um die Mittenfrequenz λB durch das Bragg-Filter 32 aus dem Übertragungsspektrum entfernt wurde.
  • Bezüglich der in Fig. 2b dargestellten Leistungsspektren wird darauf hingewiesen, dass diese lediglich als beispielhaft anzusehen sind. So ist insbesondere anzumerken, dass die durch ein Bragg-Filter realisierte Bandsperrenfunktionalität äußerst schmale Sperr- bzw. Reflexionsbereiche um die Mittenwellenlänge λB ermöglicht, während in Fig. 2b dieser Sperrbereich zur Vereinfachung der Darstellung relativ breit dargestellt ist.
  • Wie aus der obigen Gleichung (1) ersichtlich ist, hängt die Mittenwellenlänge λB des Bragg-Filters 32 jeweils von der effektiven Brechzahl sowie von der Gitterperiode A des als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten optischen Filterelements 32 ab. In diesem Zusammenhang wird nun darauf hingewiesen, dass sich die Gitterperiode A durch eine einwirkende mechanische Belastung, d.h. eine Dehnung oder Stauchung aufgrund einer Zug-, Druck-, Schlag-, Stoß- oder Biegungsbelastung, ändert. Wenn also die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 mechanisch mit dem flächigen Verglasungselement 20 gekoppelt ist, so dass sich Dehnungs- oder Stauchungsverformungen aufgrund mechanischer oder auch thermischer Belastungen des flächigen Verglasungselements 20 auch auf das Bragg-Filter 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 zumindest teilweise übertragen, so ändert sich die Gitterperiode A des Bragg-Filters 32 und damit auch die Mittenwellenlänge λB des Bragg-Filters 32. Darüber hinaus sind die Brechungsindizes n2, n3 im Faserkern 30-1 auch temperaturabhängig, so dass sich zusätzlich die Mittenwellenlänge λB entsprechend der thermischen Belastung verändert, die auf das flächige Verglasungselement 20 und damit auch auf das optische Filterelement 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 einwirkt.
  • Daraus ergibt sich, dass die Wellenlängenänderung ΔλB eine Abhängigkeit von der einwirkenden mechanischen und thermischen Belastung aufweist: Δ ⁢ λ B = f F T
    Figure imgb0002
  • Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass eine mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Filterelements 20, beispielsweise bei einem Einbruchversuch oder bei einer starken Beanspruchung während der Verwendung z.B. als Frontscheibe eines Fahrzeugs, eine Veränderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des darin integrierten optischen Bragg-Filters 32 hervorgerufen wird.
  • Fig. 2c zeigt nun beispielhaft resultierende Leistungsspektren einer Lichtwellenleiterstruktur 30, die zwei optische Filterelemente (nicht gezeigt in Fig. 1a oder 2a) aufweist. In diesem Fall sind die beiden Bragg-Filter jeweils so ausgebildet, dass sie unterschiedliche Mittenwellenlängen λB1, λB2 aufweisen, so dass unter Kenntnis der Position des ersten und zweiten optischen Filterelements bei einer Veränderung der Mittenwellenlänge λB1, λB2 neben der Größe der mechanischen oder thermischen Belastung auch auf eine Position geschlossen werden kann, an der die mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 erfolgt. Da nun Bragg-Filter als äußerst schmale Bandsperren mit einer fest zugeordneten Mittenwellenlänge λBn ausgebildet werden können, kann auch eine größere Anzahl von Bragg-Filtern 32-n in der Lichtwellenleiterstruktur 30 realisiert werden, so dass örtlich aufgelöst eine Überwachung des flächigen Verglasungselements 20 hinsichtlich mechanischer und/oder thermischer äußerer Beanspruchungen realisiert werden kann.
  • Alle Implementierungen haben aber dahin gehend das gleiche Grundprinzip, das aufgrund der Veränderung der Mittenwellenlänge ΔλBn des Bragg-Filters die Größe der von außen einwirkenden mechanischen oder thermischen Beanspruchung zugeordnet werden kann, so dass bei Überschreiten eines Grenzwerts zumindest eines der optischen Filterelemente 32 ein kritischer (anomalen) Zustand, z.B. ein Einbruchsversuch, an dem flächigen Verglasungselement 20 festgestellt werden kann. Darüber hinaus kann gleichzeitig mit der in einem flächigen Verglasungselement 20 integrierten Lichtwellenleiterstruktur 30 erfasst werden, wenn ein Bruch des Verglasungselements 20 und damit der Bruch oder Knick der Lichtwellenleiterstruktur 30 auftritt, da dann von einem optischen Filterelement 32, das in der Lichtwellenleiterstruktur 30 in Lichteinkoppelrichtung nach der Bruchstelle angeordnet ist, kein oder ein stark reduziertes Reflexionssignal zurückkehrt und somit sicher auf eine mechanische Beschädigung in Form eines Bruchs des Verglasungselements 20 geschlossen werden kann.
  • Fig. 3 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung 10. In dem flächigen Verglasungselement 20 ist eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einer Mehrzahl von optischen Filterelementen 32-n angeordnet. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist nun wieder ausgebildet, um an einem Einkoppelanschluss 36 das optische Signal S1 in die Lichtwellenleiterstruktur 30 einzukoppeln, wobei beispielsweise an dem ersten Bragg-Filterelement 32-1 ein erster Anteil des optischen Signals bei der ersten Mittenwellenlänge λB1 als erstes Reflexionssignal SR1, an dem zweiten Bragg-Filter 32-2 bei einer zweiten Mittenwellenlänge λB2 ein zweites Reflexionssignal SR2 usw. bis zu dem letzten Bragg-Filterelement 32-n bei einer Mittenwellenlänge λBn das Reflexionssignal SRn zu dem Ankoppelanschluss 36 zurückreflektiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, an einem optional vorgesehenen Auskoppelanschluss 38 das Transmissionsspektrum PTr in Form des Durchgangssignals STr hinsichtlich Änderungen einer oder mehrerer der Mittenwellenlängen eines oder mehrerer der Bragg-Filter 32 zu untersuchen.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32-n mäanderformig an dem flächigen Verglasungselement 20 und beispielsweise innerhalb einer speziell vorgesehenen Aussparung (nicht gezeigt in Fig. 3) mechanisch, z.B. form-, kraft- oder stoffschlüssig, an dem flächigen Verglasungselement 20 befestigt. Somit sind die als Sensorelemente angeordneten Bragg-Filter 32-n in einem Raster verteilt an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet. Dabei können die Abstände A, B oder C zwischen benachbarten Bragg-Filtern 32-n so gewählt werden, dass abhängig von der Wärmeleitfähigkeit oder der Temperaturleitfähigkeit des flächigen Verglasungselements 20, d.h. des die einzelnen Bragg-Filter 32-n umgebenden Materials, bei einer punktuellen Aufheizung der Scheibe um z.B. 500°C (oder mehr) am nächstgelegenen Bragg-Filter innerhalb einer Zeitdauer von z.B. ≤ 5 Sekunden eine eindeutig über den als normal festgestellten Temperaturschwankungen liegende Temperaturerhöhung, z.B. größer als 10°C, hervorgerufen wird. Dabei würde sich dessen Mittenwellenlänge typischerweise um mindestens ca. 100 pm erhöhen.
  • Beispielsweise kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32-n so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet werden, dass pro Flächeneinheit (z.B. 0,01 - 1,0 m2) zumindest ein Bragg-Filter 32 angeordnet ist, um sicher eine thermische oder mechanische Beanspruchung über eine Änderung der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur(en) zu erfassen.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Mehrzahl von optischen Filterelementen 32-n entlang einer Lichtwellenleiterstruktur 30 angeordnet. Erfindungsgemäß ist es gleichermaßen möglich, auch mehrere Lichtwellenleiterstrukturen 30-1, ..., 30-n jeweils mit einer oder mehreren optischen Filterelementen, z.B. in Form eines Bragg-Filters, in dem flächigen Verglasungselement 20 vorzusehen, um eine Mehrzahl optisch voneinander getrennter Sensorkreisläufe an dem flächigen Verglasungselement 20 anzubringen. Dies kann bei einem sehr großflächigen Verglasungselement 20 vorteilhaft sein.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Lichtwellenleiterstruktur 30 kann an dem flächigen Verglasungselement 20 auch innerhalb einer Vertiefung oder Ausnehmung in dem flächigen Verglasungselement 20, beispielsweise mittels eines eine Verbindung herstellenden Klebstoffes (nicht gezeigt in Fig. 3) mechanisch so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein, um eine ausreichende mechanische und thermische Kopplung zwischen dem Verglasungselement 20 und der Lichtwellenleiterstruktur 30 herzustellen, wie dies bereits anhand von Fig. 1a-b erläutert wurde, wobei die dortigen Ausführungen gleichermaßen auf die in Fig. 3 dargestellte Anordnung anwendbar ist.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion ist nun einerseits geeignet, um mechanische Verformungen aufgrund einer thermischen oder mechanischen Einwirkung auf das flächige Verglasungselement 20 zu erfassen. Darüber hinaus kann mit der in Fig. 3a dargestellten Verglasungsanordnung ferner auch ein Bruch des flächigen Verglasungselements 20 und damit aufgrund eines entsprechenden Bruchs oder Knicks auch der Lichtwellenleiterstruktur 30 erfasst werden. In Fig. 3 ist beispielhaft eine Bruchstelle 60 innerhalb bzw. an dem flächigen Verglasungselement 20 dargestellt. Das an dem Anschluss 36 erhaltene reflektierte Signal SRn enthält nun keine oder stark verringerte Reflexionssignale der in Fig. 3 dargestellten Bragg-Filter 32-9, 32-10 ... 32-n, die in Lichteinkoppeleinrichtung nach der Bruchstelle 60 angeordnet sind. Damit kann ein mechanisches Brechen des Verglasungselements 20 und damit ein Brechen oder Knicken der Lichtwellenleiterstruktur 30 erkannt und einer Position zwischen den beiden Bragg-Filterelementen 32-8 und 32-9 zugeordnet werden. Somit ist mit dem Reflexionssignal SR auch abhängig von der jeweiligen Beabstandung der Bragg-Filterelemente 32-n eine örtliche Auflösung einer thermischen oder mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 über eine Änderung einzelner Mittenwellenlängen λBn, bzw. eine Lokalisierung eines Bruches des flächigen Verglasungselements, möglich, indem ein Ausfall der Reflexionssignale oder eine starke Abnahme (> 50%) der Amplitude des Reflexionssignals SRn der Bragg-Filterelemente nach einer Bruchstelle erfasst wird.
  • Bezüglich einer örtlichen Auflösung bzw. räumlichen Zuordnung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 wird darauf hingewiesen, dass diese mechanische Beanspruchung bei Verwendung einer Mehrzahl von Bragg-Filterelementen nur an den Bereichen des Verglasungselements ortsaufgelöst erfassbar ist, an denen eine feste mechanische Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32 an dem Verglasungselement vorliegt.
  • Ist beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur 30 über der gesamten Länge mechanisch mit dem Verglasungselement 20 verbunden, kann über der gesamten Länge der Lichtwellenleiterstruktur 30, an der Bragg-Filterelemente angeordnet sind, eine örtliche Auflösung einer auf das Verglasungselement 20 einwirkenden mechanischen Beanspruchung erfolgen. Die örtliche Auflösung entspricht dabei der Beabstandung der Filterelemente. Wird nun aber beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur 30 nachträglich in eine an dem Verglasungselement 20 vorgesehene Kapillare 40 eingebracht, ist es häufig nur möglich, an den jeweiligen Endstücken der Lichtwellenleiterstruktur 30, die aus dem Verglasungselement 20 hervorstehen, eine mechanische Fixierung zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und dem Verglasungselement 20 vorzunehmen. Bei einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 ist dann lediglich eine über die gesamte in dem Verglasungselement 20 angeordnete Lichtwellenleiterstruktur 30 relativ gleichmäßig hervorgerufene Dehnung erfassbar, so dass nur erkannt wird, dass irgendwo entlang dieser Kapillare (und nicht etwa in benachbarten) eine mechanische Beanspruchung erfolgte.
  • Bezüglich der obigen Erörterung möglicher Alternativen für eine mechanische Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem Verglasungselement 20 sollte deutlich werden, dass bei einer nur bereichsweisen festen mechanischen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem Verglasungselement 20 innerhalb der festen mechanischen Verbindungsbereiche unmittelbar eine mechanische Beanspruchung auf das Verglasungselement auch auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 übertragen wird, während auf einen etwaigen Zwischenbereich ohne eine solche feste mechanische Verbindung eine mechanische Beanspruchung des Verglasungselements 20 als relativ gleichmäßige Dehnung zwischen den mechanischen Verbindungsstellen übertragen wird, eine genaue Ortsauflösung also nicht möglich ist.
  • In diesem Zusammenhang wird noch darauf hingewiesen, dass eine örtliche Auflösung bei einer thermischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 i. W. unabhängig von der mechanischen Verbindung zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und dem Verglasungselement 20 ist, solange eine ausreichend gute thermische Kopplung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Verglasungselement 20 über der gesamten Länge der Lichtwellenleiterstruktur 30 vorhanden ist, was schon durch Aufliegen gegeben ist.
  • Im Folgenden wird nun anhand von Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung beispielhaft beschrieben.
  • Wie in Fig. 4 dargestellt, weist das Sicherheitssystem 70 beispielsweise eine Verglasungsanordnung 10 auf, wie sie anhand der vorherigen Fig. 1a-b, 2a-c und 3 beschrieben wurden und bei dem im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann.
  • Wie in Fig. 4 ferner dargestellt, ist an dem Ankoppelanschluss 36 eine Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln eines optischen Signals S1 in die Lichtwellenleiterstruktur 30 vorgesehen. Ferner ist eine Signalerfassungseinrichtung 82 zum Erfassen eines optischen Signals (d.h. des Reflexionssignals SR und/oder optional des Transmissionssignals STr) der Lichtwellenleiterstruktur 30 und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals Se basierend auf dem erfassten optischen Signal SR bzw. STr vorgesehen. Die Signaleinkoppeleinrichtung 80 ist somit als ein optischer Sender ausgebildet, während die Signalerfassungseinrichtung 82 als ein optischer Empfänger ausgebildet ist. Die Signalerfassungseinrichtung 82 ist so ausgebildet, dass sie beispielsweise das an dem Ankoppelanschluss 36 bereitgestellte Reflexionssignal SR und optional das an dem optionalen Ankoppelanschluss 38 bereitgestellte optionale Transmissionssignal ST bzw. das jeweilige Leistungsspektrum erfassen kann. In der Signalerfassungseinrichtung werden die erfassten optischen Signale beispielsweise in elektrische Signale Se für eine Weiterverarbeitung und/oder Auswertung durch eine Verarbeitungseinrichtung 90 umgewandelt. Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist vorgesehen, um einerseits beispielsweise die Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln des optischen Signals Sl anzusteuern und ferner um das von der Signalerfassungseinrichtung 82 bereitgestellte Erfassungssignal Se basierend auf dem Reflexionssignal SR oder dem Transmissionssignal STr auszuwerten. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung 90 insbesondere ausgebildet, um eine Änderung der Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung und optional auch die Signaleinkoppel- und Signalerfassungseinrichtung 80, 82 können benachbart zu der Verglasungsanordnung 10 oder über eine Lichtwellenleiterverbindung (nicht gezeigt in Fig. 4) entfernt von der Verglasungsanordnung 10 angeordnet sein, um beispielsweise keinen unbefugten Zugriff und keinen Manipulationsversuch, z.B. bei einem Einbruch, an dem Sicherheitssystem 70 zu ermöglichen.
  • Wie bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, kann die Verarbeitungseinrichtung 90 basierend auf dem von den jeweiligen Bragg-Filtern 32-n reflektierten Signal SR bzw. auf dem Transmissionssignal STr eine mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 und damit der mechanisch angekoppelten Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Bragg-Filterelement 32 bzw. der Mehrzahl von Bragg-Filterelementen 32-n ermitteln. So kann die Verarbeitungseinrichtung 90 eine Änderung der Mittenwellenlänge λBn zumindest eines der Bragg-Filterelemente 32-n erfassen und bei einem Überschreiten eines Vergleichswerts für eine Wellenlängenänderung ein entsprechendes Anzeigesignal bzw. Alarmsignal SOUT an einem Ausgangsanschluss 92 ausgeben.
  • Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung 90 an dem Ausgangsanschluss 92 ein entsprechendes Alarmausgangssignal SOUT ausgeben, wenn in dem Reflexionssignal SR nicht die Reflexionsspektren aller Bragg-Filterelemente 32-n enthalten sind, da dies auf einen Bruch des flächigen Verglasungselements 20 und damit auf einen Bruch oder Knick der Lichtwellenleiterstruktur 30 hinweist.
  • Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist so ausgebildet, um das Erfassungssignal Se oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal innerhalb oder außerhalb eines Sollbereichs befindet, und um beim Verlassen des Sollbereichs auf eine Überschreitung des Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements 20 hinzuweisen.
  • Der Vergleichswert kann beispielsweise basierend auf einem Mittelwert oder einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des Erfassungssignals oder davon abgeleiteten Signalen ermittelt werden. Damit kann erreicht werden, dass beispielsweise eine relativ langsame, thermische Temperaturänderung an dem flächigen Verglasungselement, wie sie beispielsweise durch Sonneneinstrahlung auftritt, nicht zum Auslösen eines Alarms führt, während beispielsweise ein Wärmeeinwirken hoher Leistung, wie es beispielsweise von einem Gasbrenner eines Einbrechers hervorgerufen wird, äußerst schnell bzw. unmittelbar zu einem Alarmsignal führt. Heutige Gasbrenner haben eine Hitzeabstrahlung von mehr als 1900°C und eine Leistung von über 50 kW.
  • Neben einem relativen Vergleichswert, der basierend auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals nachgeregelt wird, kann ferner ein zweiter fester Vergleichswert vorgesehen sein, bei dessen Überschreitung auf jedem Fall ein Alarm ausgelöst wird, da dies jedenfalls auf eine zu hohe thermische oder mechanische Belastung des flächigen Verglasungselements 20 hinweist, auch wenn diese nur langsam angestiegen ist.
  • Wie im Vorhergehenden beschrieben wurde, basiert das Erfassungssignal oder das davon abgeleitete Signal auf einer Mittenfrequenz bzw. Mittenwellenlänge des jeweiligen Bragg-Filters oder einem Pegel des erfassten Signals. Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist somit ausgebildet, um die spektrale Verteilung der Signalanteile in dem Reflexionssignal SR und auch den jeweiligen Pegel zu erfassen und auf eine mechanische oder thermische Beanspruchung zurückzuführende Veränderung der jeweiligen Signalanteile zu untersuchen.
  • Bei dem in Fig. 4 dargestellten Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung sind die Signaleinkoppeleinrichtung 80, die Signalerfassungseinrichtung 82 und die Verarbeitungseinrichtung 90 in der Prinzipdarstellung als getrennte Elemente bzw. Bauteile dargestellt, wobei diese Elemente oder Bauteile aber auch zu einer einzigen Baugruppe 100 zusammengefasst sein können.
  • Die Baugruppe 100 wird auch als optischer Sensor-Interrogator oder optisches Abfragegerät für Faser-Bragg-Gitter bezeichnet. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass verfügbare Interrogatoren für Faser-Bragg-Gitter beispielsweise bis zu 100 Bragg-Filterelemente in Reihe überwachen können, so dass mit nur einem einzigen Interrogator eine relativ hohe Ortsauflösung durch die Überwachung einer großen Anzahl von Bragg-Filterelementen in der Lichtwellenleiterstruktur 30 erreicht werden kann. Des weiteren kann man die Anzahl der Messstellen durch die Verwendung eines optischen Schalters (nicht gezeigt in Fig. 4) vergrößert werden.
  • Im Prinzip sind durch ein Bragg-Gitter äußerst geringe Dehnungen oder Stauchungen erfassbar, wie sie etwa schon bei leichtem Berühren der Scheibe oder, bei größeren Scheiben, durch den Winddruck hervorgerufen werden. Weiterhin werden vergleichbare Verschiebungen der Mittenwellenlänge eines Bragg-Gitters aber auch durch Temperaturschwankungen um einige °C hervorgerufen. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem 70 kann nun so angepasst werden, um je nach spezifischen Anwendungsfall, z.B. je nach Scheibenkonstruktion, einzustellen, ab welcher Wellenlängenverschiebung ein Alarm ausgelöst wird. Eine Unterscheidung zwischen punktuellen thermischen und mechanischen Belastungen ist beispielsweise dadurch möglich, dass beim Biegen einer Scheibe mehrere benachbarte Bragg-Gitter gleichzeitig ansprechen, während die Wärmeausbreitung relativ langsam erfolgt, so dass benachbarte Bragg-Gitter erst im Abstand von einigen Sekunden bis Minuten ansprechen, je nach Abstand und Scheibenaufbau.
  • Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass es mit der erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion bzw. dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem möglich ist, eine Analyse eines mechanischen Einwirkens auf die Verglasungsanordnung vorzunehmen, um beispielsweise eine Unterscheidung zwischen dem Einwirken eines oder mehrerer (beabsichtigter) Schläge, die eine Beschädigung der Verglasungsanordnung zur Folge haben sollen, und zufälliger Ereignisse, die auf die Verglasungsanordnung einwirken, wie z.B. ein Überschallknall eines Flugzeuges, ein versehentlich auftreffender Fußball etc., zu treffen. Dabei weist das Auftreten mehrerer Schläge in einem gewissen Zeitraum z.B. auf einen Einbruchversuch bezüglich der Verglasungsanordnung hin, während ein einzelner Schlag innerhalb eines größeren Zeitraums eher auf ein zufälliges Ereignis in der Umgebung hinweist.
  • Da die Lichtwellenleiterstruktur eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist, kann mit der Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitssystems 70 ferner eine Auswertung der Sensorergebnisse in Form einer Mustererkennung durchgeführt werden. Dabei kann ein Muster der Veränderung(en) der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittelwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter vorgenommen werden, indem die Amplituden der Änderungen der Mittelwellenlängen ΔλB der jeweiligen mechanischen Einwirkung(en) und ferner des zeitlichen Auftreten der Veränderungen der Mittelwellenlängen ΔλB analysiert werden.
  • Bei einer mechanischen Belastung, die z.B. in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung relativ lokal auf die Verglasungsanordnung einwirkt, wird sich eine mechanische Verformung in dem Glasmaterial der Verglasungsanordnung ausgehend von dem Einwirkungspunkt (z.B. wellenartig) ausbreiten, so dass eine Mustererkennung bzw. Schlagmustererkennung hinsichtlich der einwirkenden mechanischen Belastung vorgenommen werden kann. So wird sich ausgehend von dem Einschlag- bzw. Auftreffpunkt auf der Verglasung ein mit der Entfernung und der Zeit abnehmendes Musters von Veränderungen ΔλB der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur, d.h. deren Amplitude und zeitliches Auftreten, von den jeweiligen Mittelwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter ergeben.
  • Tritt nun beispielsweise eine starke mechanische Belastung in Form eines sogenannten Überschallknalls eines Flugzeuges auf, (d.h. basiert die mechanische Belastung auf einer starken akustischen Quelle in der näheren oder auch fernen Umgebung) wird sich diese mechanische Belastung relativ gleichmäßig über der Oberfläche der Verglasungsanordnung verteilen, so dass sich ein gleichmäßiger verteiltes Musters der Veränderung(en) ΔλB der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur, d.h. deren Amplitude und zeitliches Auftreten, von den jeweiligen Mittelwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter, d.h. im Wesentlichen aller Bragg-Filter, ergeben wird.
  • Somit ist eine deutliche Unterscheidung zwischen sehr lokal auftretenden mechanischen Belastungen, die sich beispielsweise in Form mehrerer einwirkender Schläge wiederholen können, und zufälligen Einzelereignissen, die auf die Verglasungsanordnung einwirken, möglich. Die Lichtwellenleiterstruktur mit den Bragg-Filtern wird dabei beispielsweise bis im Mikrosekunden-Takt, z.B. mit einem Takt von zumindest 1ms, 0,1ms oder 10µs (z.B. 1ms bis 50µs) und einer Auslesefrequenz von zumindest 1 kHz, 10 kHz oder 100 kHz (z.B. 1 bis 20 kHz) ausgelesen, um eine ausreichende Auflösung des sich ergebenden Musters bei einem mechanischen Einwirken auf die Verglasungsstruktur zu erhalten.
  • Die Signalerfassungseinrichtung 82 kann also ausgebildet sein, um basierend auf den Veränderungen ΔλB der optischen Eigenschaften der derselben Bragg-Filter der Lichtwellenleiterstruktur ein Erfassungssignal Se bereitzustellen, das bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Information über die mechanische Beanspruchung an dem jeweiligen Ort der betroffenen Bragg-Filter aufweist, und das ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Information über die thermische Beanspruchung an dem jeweiligen Ort der betroffenen Bragg-Filter aufweist. Die erfasste Änderung ΔλB der optischen Eigenschaften jedes der Bragg-Filters kann also zur Beurteilung Unterscheidung sowohl einer mechanischen als auch einer thermischen Beanspruchung genutzt werden. Die Verarbeitungseinrichtung 90 kann nun ausgebildet sein, um das Erfassungssignal Se dahin gehend auszuwerten, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der mechanischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement zu ermitteln, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der thermischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement 20 zu ermitteln. Die örtliche Verteilung der mechanischen und der thermischen Beanspruchung basiert dabei auf der örtlichen Verteilung der Mehrzahl von Bragg-Filtern an dem flächigen Verglasungselement 20.
  • Mit einer ausreichend hohen Auslesefrequenz von z.B. mehr als 1 kHz ist es möglich, eine Unterscheidung zwischen der oben beschriebenen mechanischen Belastung, die z.B. in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung relativ lokal auf die Verglasungsanordnung einwirkt, und einer starken mechanischen Belastung, die sich relativ gleichmäßig über einen größeren Bereich der Oberfläche oder den gesamten Bereich der Oberfläche der Verglasungsanordnung verteilt, zu treffen, obwohl entsprechende mechanische Belastungen bzw. deren Auswirkungen in Form von Vibrationen etc. der Verglasungsanordnung relativ schnell, z.B. im Bereich von 1 µs bis 10 ms, abklingen können.
  • Darüber hinaus wird erreicht, dass ausreichend viele Informationen mittels des optischen Auskoppelsignals der Lichtwellenleiterstruktur 30 bereitgestellt wird, um eine Unterscheidung hinsichtlich des Auftretens jeglicher From einer kurzzeitigen, mechanischen Belastung, deren Auswirkungen relativ schnell abklingen, und hinsichtlich einer thermischen Beanspruchung zu treffen, die aufgrund einer relativ langsamen Wärmeausbreitung über die Verglasungsanordnung mit einer größeren zeitlichen Verzögerung benachbarte Bragg-Gitter erst im Abstand von einigen Sekunden bis Minuten erreicht, je nach Abstand des jeweiligen Bragg-Gitters und des spezifischen Scheibenaufbaus.
  • Somit ist also festzustellen, dass das Auftreten unterschiedlicher mechanischer Beanspruchungen als auch thermischer Beanspruchungen der Verglasungsanordnung bzw. deren jeweilige örtliche Verteilung entsprechend der Verteilung der Mehrzahl von Bragg-Filtern an dem flächigen Verglasungselement sehr genau aufgelöst werden kann, wenn die Auslesefrequenz ausreichend hoch gewählt wird. Somit können die Veränderungen ΔλB der optischen Eigenschaften jedes Bragg-Filters genutzt werden, um sowohl das Auftreten mechanischer Beanspruchungen (oder unterschiedlicher mechanischer Beanspruchungen) als auch thermischer Beanspruchungen (oder unterschiedlicher thermischer Beanspruchungen) der Verglasungsanordnung bzw. deren jeweilige örtliche Verteilung zu erfassen.
  • Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise bei einer Verbundglasanordnung für das Verglasungselement innerhalb der Verbundanordnung eine wärmeleitende Folie, d. h. eine Folie mit einer gegenüber dem umgebenden Glasmaterial erhöhten Wärmeleiteigenschaft, verwendet werden kann, um beim Einwirken einer punktuellen, thermischen Wärmequelle die einwirkende thermische Beanspruchung möglichst schnell über das Verglasungselement zu verteilen, um nahezu in Echtzeit eine ausreichend hohe Erwärmung des Glasmaterials in der Nähe eines Bragg-Filterelements in der Lichtwellenleiterstruktur 30 vorzusehen, um unmittelbar (innerhalb weniger Sekunden) eine auf eine Manipulation hinweisende Wärmeeinwirkung zu erfassen.
  • Im Folgenden wird nun anhand von Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für ein prinzipielles Verfahren 100 zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements beschrieben, wobei an dem flächigen Verglasungselement eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement angeordnet ist. Bei dem Verfahren 100 wird zunächst bei einem ersten Schritt 102 ein optisches Signal in die Lichtwellenleiterstruktur eingekoppelt. Ferner wird ein optisches Signal, z.B. in Form eines Reflexionssignals oder eines Transmissionssignals, der Lichtwellenleiterstruktur erfasst und in ein elektrisches Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur umgewandelt (Schritt 104). Dieses elektrische Erfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal wird nun ausgewertet (Schritt 106), um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln.
  • Als optionaler Schritt 108 kann das elektrische Erfassungssignal oder das davon abgeleitete Signal mit einem Vergleichwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei dies auf eine Überschreitung eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung an dem flächigen Verglasungselement hinweist. Dabei kann der Vergleichswert fest vorgegeben sein oder als relativer Vergleichswert basierend auf einer statistischen Aufbereitung einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des elektrischen Erfassungssignals ermittelt werden.
  • Im Folgenden werden nochmals Aspekte des erfindungsgemäßen Konzepts für eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion bzw. ein Sicherheitssystem für eine Verglasungsanordnung zusammenfassend dargelegt.
  • Bei einem Einbruchsversuch soll beispielsweise das Sicherheitsglas einer eine Auslage eines Juweliers oder eine sonstige Auslage schützenden Scheibe mittels eines Gasbrenners unter Wärmzuführung bzw. Hitze so in der Stabilität verändert werden, um das Sicherheitsglas zumindest bereichsweise so zu schmelzen, damit ein Zugriff auf den hinter dem Sicherheitsglas liegenden, zu schützenden Bereich für eine unberechtigte Person (z.B. einen Einbrecher) ermöglicht wird. Ein Einbrecher hat somit relativ schnell Zugriff auf die hinter dem Sicherheitsglas ausgestellten Wertgegenstände, da bisherige Bruchsensoren oder Erschütterungssensoren häufig nicht auf den Einsatz eines Gasbrenners ansprechen und somit auch keinerlei Alarm ausgelöst wird. Deshalb mussten bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich zusätzlich aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt werden, um eine zeitnahe Informationen erhalten.
  • Das erfindungsgemäße Konzept besteht nun darin, eine Verglasungsanordnung (Sicherheitsglas) mit einer zuverlässig arbeitenden Sicherheitsfunktion zu versehen, indem an dem flächigen Verglasungselement eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem oder mehreren optischen Filterelementen, wie z.B. einem oder mehreren Bragg-Filtern, vorgesehen wird, wobei die Lichtwellenleiterstruktur innerhalb einer Ausnehmung oder Vertiefung in einem mehrschichtigen Sicherheitsglas, z.B. in einer Kapillare oder einer gefrästen Nut, oder nachträglich auf dem Sicherheitsglas in Kapillaren aufgebracht wird. Da nun die Mittenwellenlänge λB eines Bragg-Filters sowohl von einer mechanischen Dehnung als auch von einer Wärmeeinwirkung abhängt, können nun beispielsweise von Dritten hervorgerufene mechanische oder thermische Beanspruchungen des flächigen Verglasungselements aufgrund einer Übertragung der ausgeübten mechanischen oder thermischen Beanspruchung auf das optische Filterelement sehr schnell bzw. nahezu in Echtzeit, z.B. innerhalb weniger Sekunden, als eine versuchte Manipulation, wie z.B. ein Einbruch, an dem flächigen Verglasungselement erfasst und ein elektronischer Alarm ausgelöst werden, um die unberechtigte Person zu stören bzw. einen Sicherheitsdienst oder die Polizei zu alarmieren.
  • Darüber hinaus können eine Mehrzahl von Bragg-Filtern innerhalb der Lichtwellenleiterstruktur, die jeweils eine unterschiedliche Mittenwellenlänge λB aufweisen, optisch in Reihe geschaltet werden, so dass die Lichtwellenleiterstruktur darüber hinaus gleichzeitig auch als Bruchsensor nutzbar ist. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da in Richtung des eingekoppelten Signals nach der jeweiligen Bruchstelle des flächigen Verglasungselements und damit der Lichtwellenleiterstruktur keine von den nachfolgenden Bragg-Filtern reflektierten Signale zu der Erfassungsvorrichtung zurückkehren. Damit kann je nach der gewählten örtlichen Verteilung der Bragg-Filter auch eine (zumindest grobe) Lokalisierung der Bruchstelle an dem flächigen Verglasungselement erfolgen.
  • Eine typische Lichtwellenleiterstruktur mit einem als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelement weist beispielsweise einen Durchmesser von 80-200 µm auf, so dass sie beispielsweise in kleine Kapillaren oder gefräste Nuten mit einem Durchmesser von 200-650 µm an dem flächigen Verglasungselement angebracht werden kann. Typische Abstände benachbarter Reihen von Lichtwellenleiter oder von benachbarten optischen Filterelementen können dabei beispielsweise im Bereich von 10-100 oder 10-40 cm liegen. Sollte das flächige Verglasungselement beispielsweise ein Verbundglas aufweisen, kann sich die Lichtwellenleiterstruktur in einer Kapillare hinter der ersten Scheibe (bezüglich der Außenseite des flächigen Verglasungselements) befinden. Wie bereits oben erwähnt, ist es dabei möglich, mehrere Bragg-Filter hintereinander zu schalten, um eine bessere Auflösung einer Bruchstelle oder auch eines Ortes des Einwirkens einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu gewährleisten. Dabei kann der erforderliche maximale Abstand zur Anordnung der optischen Filterelemente der Lichtwellenleiterstruktur individuell von dem jeweiligen flächigen Verglasungselement, d.h. dessen Wärmeleitfähigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, abhängig gemacht und angepasst werden.
  • Das erfindungsgemäß Konzept für eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist auch nachträglich in ein bestehendes Sicherheitsglas integrierbar, wobei bei einem nachträglichen Einbau in vorzusehenden Ausnehmungen oder Aussparungen (z.B. Kapillare oder Nute) die Lichtwellenleiterstruktur(en) mittels einer Folie in einem individuell entsprechend dem jeweiligen Sicherheitsglas zu wählenden Abstand auf das flächige Verglasungselement geklebt werden. Wie bereits oben angegeben ist, können genaue Werte zur exakten Positionierung der Lichtwellenleiterstruktur mit den optischen Filterelementen basierend auf dem Temperaturleitwert bzw. der Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Sicherheitsglases bzw. des Verbundglases erfolgen.
  • Mittels der als Bruch-, Dehnungs- und Wärmesensor ausgebildeten Lichtwellenleiterstruktur kann man nun sehr effektiv (relativ) große Wärmemengen, z.B. eines Gasbrenners, sehr schnell und nahezu in Echtzeit detektieren. Heutige Gasbrenner haben eine Hitzeabstrahlung von mehr als 1900° Celsius und eine Leistung von über 50 kW. Neben der zugeführten Wärmemenge und der daraus resultierenden Veränderung der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter kann man gleichzeitig auch mechanische Einwirkungen z.B. in Form einer Dehnung oder eines Bruchs parallel messen. Fehlmessungen bzw. Störungen der Messungen, wie sie beispielsweise durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen werden, können beispielsweise dadurch ausgeschlossen werden, dass einzelne optische Filterelemente als Referenzfilter bzw. benachbarte Bragg-Filter ausgewertet werden, um eine etwaige falsche Beurteilung eines Messergebnisses zu verhindern. So kann beispielsweise ein Vergleichswert, mit dem der jeweilige Messwert des reflektierenden optischen Signals oder einer davon abgeleiteten Größe verglichen wird, mit einem Korrekturfaktor versehen werden, der beispielsweise auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals ermittelt wird. Entsprechend kann auch der Vergleichswert basierend auf oder aus einem Mittelwert aller erfassten Reflexionsanteile in dem Reflexionssignal ermittelt werden.
  • Dabei ist zu beachten, dass sich bei einer thermischen Belastung der Verglasungsanordnung die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter (zumindest bereichsweise bzw. bis zu einer Beschädigung der Lichtwellenleiterstruktur) stetig oder kontinuierlich ändern wird, wobei diese Änderung entsprechend auswertbar und einer thermischen Belastung zuordenbar ist. Dagegen wird sich bei einer mechanischen Belastung (in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung und einer entsprechenden Beschädigung) der Verglasungsanordnung die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter bei einer Beschädigung der Lichtwellenleiterstruktur relativ abrupt bzw. sprunghaft ändern, wobei auch diese Änderung entsprechend auswertbar und einer mechanischen Belastung zuordenbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist nicht nur zur Prävention oder Erkennung von Einbrüchen, sondern auch an sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten anwendbar, bei denen flächige Verglasungselemente z.B. starken thermischen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und ferner etwaige erhöhte mechanische oder thermische Belastungszustände möglichst schnell bzw. nahezu in Echtzeit ermittelt werden sollen. So kann beispielsweise die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion an der Frontscheibe eines Flugzug-Cockpits oder eines sonstigen Fahrzeugs bzw. Schienenfahrzeugs verwendet und entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise überwacht werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement, das als Bruch-, Dehnungs- oder Wärmesensor ausgebildet ist, im Wesentlichen unempfindlich gegenüber elektrischen oder elektromagnetischen Störsignalen ist und somit äußerst zuverlässig und störungsunempfindlich die jeweilige Überwachungsfunktion durchführen kann. Die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ermöglicht somit, dass die als Dehnungs-, Bruch- und Wärmesensor ausgebildete Lichtwellenleiterstruktur direkt die erforderlichen Informationen hinsichtlich der mechanischen oder thermischen Beanspruchung des zu überwachenden flächigen Verglasungselements liefert, und somit keine unterschiedlichen Sensortypen zur Erfassung von Hitze, Dehnung und Bruch benötigt werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich i. A. aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt wurden, sollte eine zeitnahe Information erhalten werden.
  • Das erfindungsgemäße Konzept für ein Sicherheitsglas ist somit überall dort einsetzbar, wo Wertgegenstände oder sonstige Güter vor einem unberechtigten Zugriff oder Zutritt gesichert werden sollen, wie z.B. Banken, Juweliere, Warenhäuser usw. Neben diesem Einbruchsprävention- bzw. Sicherheitsaspekt kann das erfindungsgemäße Konzept gleichermaßen an flächigen Verglasungselementen eingesetzt werden, die einsatzbedingt relativ starken, mechanischen oder thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, um eine übermäßige mechanische oder thermische Beanspruchung des jeweiligen flächigen Verglasungselements möglichst frühzeitig bzw. nahezu in Echtzeit zu erfassen.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch eine Hardware-Vorrichtung (oder unter Verwendung einer Hardware-Vorrichtung), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat (Sensor-Interrogator) ausgeführt werden.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
  • Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
  • Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sein.
  • Gemäß einem Aspekt weist ein Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung eine Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion mit einem flächigen Verglasungselement 20; und eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32; wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 mechanisch an dem Verglasungselement 20 angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 zu bewirken, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 zu bewirken; eine Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln eines optischen Signals S1 in die Lichtwellenleiterstruktur 30; eine Signalerfassungseinrichtung 82 zum Erfassen eines optischen Signals SR; STr der Lichtwellenleiterstruktur 30 und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals Se basierend auf dem erfassten optischen Signal SR, STr; und eine Verarbeitungseinrichtung 90 zum Ansteuern der Signaleinkoppeleinrichtung 80 und zum Auswerten des von der Signalerfassungseinrichtung 82 bereitgestellten Erfassungssignals auf, wobei die Verarbeitungseinrichtung 90 ausgebildet ist, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30, 32 aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30, 32 aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 zu ermitteln.
  • Das optische Filterelement 32 weist ferner ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 des Sicherheitssystems eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen Filterelementen 32 in Form von Bragg-Filtern auf, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist ferner so angeordnet, dass die Bragg-Filter 32 in einer verteilten Anordnung oder in einem Raster an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Lichtwellenleiterstruktur des Sicherheitssystems form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungselement 20 verbunden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 des Sicherheitssystems mit den optischen Filterelementen 32 im Material des Verglasungselements integriert. Gemäß einem weiteren Aspekt basiert die Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur des Sicherheitssystems auf einer kraft- und/oder temperaturabhängigen Materialdehnung oder auf einer temperaturabhängigen Brechzahländerung des Materials des als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelements.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Sicherheitssystem ferner eine weitere Lichtwellenleiterstruktur 30' mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement 32' in Form eines Bragg-Filters auf.
  • Die weitere Lichtwellenleiterstruktur 30' weist ferner eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen, weiteren Filterelementen 32' in Form von Bragg-Filtern auf, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
  • Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist ferner ausgebildet, um das Erfassungssignal Se oder ein davon abgeleitetes Signal auszuwerten, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement 32' eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement zu ermitteln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitssystems ausgebildet, um das Erfassungssignal Se oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal Se innerhalb oder außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei ein Verlassen des Sollbereichs auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements 10 hinweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitssystems ausgebildet, um das Erfassungssignal Se dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und wobei die Verarbeitungseinrichtung 90 ferner ausgebildet ist, um das Erfassungssignal Se dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt basiert der Vergleichswert des Sicherheitssystems auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals eines Bragg-Filters oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern basiert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt basiert das Erfassungssignal Se oder das davon abgeleitete Signal des Sicherheitssystems auf einer Mittenwellenlänge λB des jeweiligen Bragg-Filters oder auf einem Leistungspegel des erfassten Signals basiert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitssystems ausgebildet, um ein Hinweis- oder Alarmsignal Sout auszugeben, falls eine Überschreitung eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements 20 auftritt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Signalerfassungseinrichtung 2 des Sicherheitserfassungssystems ausgebildet, um das optische Signal SR, STr der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einer Auslesefrequenz von zumindest 1 kHz auszulesen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitserfassungssystems ausgebildet, um das Erfassungssignal dahin gehend auszuwerten, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der mechanischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement zu ermitteln, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der thermischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement 20 zu ermitteln.
  • Gemäß einem anderen Aspekt weist eine Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion ein flächiges Verglasungselement 20; und eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 auf; wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 mechanisch an dem Verglasungselement 20 angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 zu bewirken, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 zu bewirken.
  • Das optische Filterelement 32 weist ferner ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 der Verglasungsanordnung eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen Filterelementen 32 in Form von Bragg-Filtern auf, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
  • Die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist ferner so angeordnet, dass die Bragg-Filter 32 in einer verteilten Anordnung oder in einem Raster an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Lichtwellenleiterstruktur der Verglasungsanordnung form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungselement 20 verbunden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 der Verglasungsanordnung mit den optischen Filterelementen 32 im Material des Verglasungselements integriert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt basiert die Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur der Verglasungsanordnung auf einer kraft- und/oder temperaturabhängigen Materialdehnung oder auf einer temperaturabhängigen Brechzahländerung des Materials des als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelements.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Verglasungsanordnung ferner eine weitere Lichtwellenleiterstruktur 30' mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement 32' in Form eines Bragg-Filters auf.
  • Die weitere Lichtwellenleiterstruktur 30' weist ferner eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen, weiteren Filterelementen 32' in Form von Bragg-Filtern auf, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt weist ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements 20, wobei an dem flächigen Verglasungselement 20 eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 mechanisch angeordnet ist, ein Einkoppeln 102 eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur; ein Erfassen 104 eines optischen Signals der Lichtwellenleiterstruktur und Erzeugen eines elektrischen Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur; ein Auswerten 106 des elektrischen Erfassungssignals oder eines davon abgeleiteten Signals auf, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln.
  • Das Verfahren weist ferner ein Vergleichen 108 des elektrischen Erfassungssignals oder des davon abgeleiteten Signals mit einem Vergleichswert auf, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei dies auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements hinweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner ein Auswerten des elektrischen Erfassungssignal Se dahingehend, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und ein Auswerten des elektrischen Erfassungssignal Se dahingehend auf, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λB der betroffenen Bragg-Filter abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln.
  • Der Vergleichswert ist ferner fest vorgegeben oder wird basierend auf einer statistischen Aufbereitung einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des elektrischen Erfassungssignals eines oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern ermittelt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner ein Auswerten des Erfassungssignal Se oder eines davon abgeleiteten Signals auf, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement 32' eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement zu ermitteln.
  • Ein anderer Aspekt weist ein Computerprogramm auf mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements 20, wobei an dem flächigen Verglasungselement 20 eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 mechanisch angeordnet ist, das ein Einkoppeln 102 eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur; ein Erfassen 104 eines optischen Signals der Lichtwellenleiterstruktur und Erzeugen eines elektrischen Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur; ein Auswerten 106 des elektrischen Erfassungssignals oder eines davon abgeleiteten Signals aufweist, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessor abläuft.

Claims (15)

  1. Sicherheitssystem (70) für eine Verglasung, mit folgenden Merkmalen:
    einer Verglasungsanordnung (10) mit Sicherheitsfunktion mit einem flächigen Verglasungselement (20); und einer Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einem optischen Filterelement (32); wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mechanisch an dem Verglasungselement (20) angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken, wobei das optische Filterelement (32) ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist;
    einer Signaleinkoppeleinrichtung (80) zum Einkoppeln eines optischen Signals (S1) in die Lichtwellenleiterstruktur (30);
    einer Signalerfassungseinrichtung (82) zum Erfassen eines optischen Signals (SR; STr) der Lichtwellenleiterstruktur (30) und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals (Se) basierend auf dem erfassten optischen Signal (SR, STr); und
    einer Verarbeitungseinrichtung (90) zum Ansteuern der Signaleinkoppeleinrichtung (80) und zum Auswerten des von der Signalerfassungseinrichtung (82) bereitgestellten Erfassungssignals,
    wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) zu ermitteln, und ferner ausgebildet ist, um zwischen der Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer mechanischen Beanspruchung und der Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer thermischen Beanspruchung zu unterscheiden; und
    wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ferner ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (Se) dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlänge λB des betroffenen Bragg-Filters stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ferner ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (Se) dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlänge λB des betroffenen Bragg-Filters abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln.
  2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen Filterelementen (32) in Form von Bragg-Filtern aufweist, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
  3. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungselement (20) verbunden ist.
  4. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mit den optischen Filterelementen (32) im Material des Verglasungselements integriert ist.
  5. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Merkmalen:
    einer weiteren Lichtwellenleiterstruktur (30') mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement (32') in Form eines Bragg-Filters.
  6. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (Se) oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal (Se) innerhalb oder außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei ein Verlassen des Sollbereichs auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements (10) hinweist.
  7. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleichswert auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals eines Bragg-Filters oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern basiert.
  8. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassungssignal (Se) oder das davon abgeleitete Signal auf einer Mittenwellenlänge (λB) des jeweiligen Bragg-Filters oder auf einem Leistungspegel des erfassten Signals basiert.
  9. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalerfassungseinrichtung (82) ausgebildet ist, um das optische Signal (SR, STr) der Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einer Auslesefrequenz von zumindest 1 kHz auszulesen.
  10. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal dahin gehend auszuwerten, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine örtliche Verteilung der mechanischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement zu ermitteln, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine örtliche Verteilung der thermischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement (20) zu ermitteln.
  11. Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements (20), wobei an dem flächigen Verglasungselement (20) eine Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einem optischen Filterelement (32) mechanisch angeordnet ist, wobei das optische Filterelement (32) ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist, mit folgenden Schritten:
    Einkoppeln (102) eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur;
    Erfassen (104) eines optischen Signals der Lichtwellenleiterstruktur und Erzeugen eines elektrischen Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur;
    Auswerten (106) des elektrischen Erfassungssignals oder eines davon abgeleiteten Signals, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln, und um ferner zwischen der Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer mechanischen Beanspruchung und der Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer thermischen Beanspruchung zu unterscheiden;
    Auswerten des elektrischen Erfassungssignal (Se) dahingehend, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlänge λB des betroffenen Bragg-Filters stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und
    Auswerten des elektrischen Erfassungssignal (Se) dahingehend, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlänge λB des betroffenen Bragg-Filters abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit folgendem Schritt:
    Vergleichen (108) des elektrischen Erfassungssignals oder des davon abgeleiteten Signals mit einem Vergleichswert, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei dies auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements hinweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Vergleichswert fest vorgegeben ist oder basierend auf einer statistischen Aufbereitung einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des elektrischen Erfassungssignals eines oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern ermittelt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner mit folgenden Schritten:
    Auswerten des Erfassungssignal (Se) oder eines davon abgeleiteten Signals, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement (32') eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement zu ermitteln.
  15. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessor abläuft.
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