PT1474670E

PT1474670E - Sensor de pressão com um guia de ondas ópticas e processo para detecção de pressão

Info

Publication number: PT1474670E
Application number: PT03706469T
Authority: PT
Inventors: Gerhard Reichinger; Georg Kodl
Original assignee: Leoni Bordnetz Sys Gmbh & Co
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2006-11-30
Also published as: WO2003069294A1; AU2003208825A1; DE10205594A1; US20050005706A1; CA2475796A1; ATE331209T1; JP2005517920A; US6912912B2; HK1074077A1; EP1474670A1; ES2268329T3; MXPA04007786A; JP4800579B2; CA2475796C; DE50303946D1; EP1474670B1

Description

DESCRIÇÃO

"SENSOR DE PRESSÃO COM UM GUIA DE ONDAS ÓPTICAS E PROCESSO PARA DETECÇÃO DE PRESSÃO" A invenção refere-se a um sensor de pressão com um guia de ondas ópticas que apresenta uma fibra óptica com um indice de refracção nl.

Este tipo de sensores de pressão podem ser retirados, por exemplo, do documento DE 19721341 C2, do documento DE 4236742 Al, bem como do documento DE 3603934 AI. No caso dos sensores de pressão conhecidos, luz é fornecida ao condutor de fibra óptica e a atenuação da luz é considerado como medida para uma carga de pressão do guia de ondas ópticas. É neste caso utilizada a propriedade do guia de ondas ópticas, de o guia de ondas ópticas sofrer uma curvatura ou deflexão em carga mecânica, de modo que se altera a sua propriedade óptica e, desse modo, o seu comportamento de atenuação. É neste caso explorado em particular o efeito de que, em caso de uma deflexão critica do guia de ondas ópticas, não mais é válida a condição fronteira fisica para uma reflexão total da luz no interior do guia de ondas ópticas. Uma grande parte da luz é neste caso emitida para fora da fibra. Isto conduz à atenuação que é detectado por um sensor adequado e é considerado como medida para a solicitação de pressão. É neste caso desvantajoso o facto de que o sensor de pressão apenas apresenta uma reduzida sensibilidade, visto que o sensor de pressão apenas reage aquando de uma deflexão previamente determinada do guia de ondas ópticas. 1

Este tipo de sensores de pressão, nos quais o guia de ondas ópticas é deformado em caso de aplicação de pressão, podem ser ainda retirados do documento US 4.915.473, JP 59128009 bem como do documento DE 3433949 A 1.

Um cateter médico com um guia de ondas ópticas disposto no interior pode ser retirado do documento US 4.735.212. Em pontos previamente determinados do cateter, em particular peças parciais esponjosas encontram-se incorporadas no seu invólucro para o registo de uma pressão, as quais são proporcionadas sobre o guia de ondas ópticas que se encontra livre de revestimento apenas nestas zonas parciais. A invenção tem origem no objectivo de proporcionar um sensor de pressão fiável, bem como um processo fiável para registo de pressão. O objectivo é resolvido de acordo com a invenção através de um sensor de pressão com um guia de ondas ópticas que apresenta uma fibra óptica com um índice de refracção nl e que, mediante a formação de um espaço intercalar, se encontra num invólucro em forma de tubo flexível que forma um guia de fibra. No espaço intercalar encontra-se um meio com um índice de refracção n2 que envolve a fibra óptica. A condução de fibra é configurada de tal forma que, em caso de uma solicitação de pressão, ela fica em contacto com a fibra óptica de modo que é atenuada a propagação de luz pela fibra óptica. O invólucro apoia-se em pontos de apoio na fibra, mediante libertação do espaço intercalar. Os pontos de apoio asseguram neste caso a manutenção do espaço intercalar quando no estado sem carga. Para além disso, através desta medida o sensor de pressão enquanto tal pode ser produzido 2 de forma comparativamente fácil em termos de tecnologia de fabrico. Em particular, as condições fronteiras no que se refere aos indices de refracção e à distância entre a fibra e o invólucro podem ser ajustadas de forma segura e fiável. 0 invólucro será doravante também designado enquanto condução de fibra.

Esta configuração tem por base a consideração de que a condição física para a reflexão total no guia de ondas ópticas é preenchida quando o material ou meio que envolve a fibra óptica, apresenta um índice de refracção menor do que a fibra. A configuração do sensor de pressão assenta ainda no reconhecimento de que a reflexão necessária para a propagação de luz não tem lugar exactamente na superfície fronteira entre a fibra óptica e o meio que envolve a fibra, mas antes que ondas de luz penetram ligeiramente no espaço exterior que confina directamente com a fibra óptica, e que se forma aqui o assim designado campo evanescente. Por fibra óptica é entendido qualquer meio adequado para a propagação de luz. A geometria de secção transversal não é limitada a circular.

Partindo desta reflexão, o sensor de pressão é agora de tal forma configurado que, no caso de um efeito de pressão, a condução de fibra chega à zona exterior com o campo evanescente, de forma que o campo evanescente e, desse modo, a propagação de luz, é enfraquecido na fibra, e este enfraquecimento é registado por um sensor adequado, em particular por um fotodíodo, enquanto índice para a solicitação de pressão e é avaliado num respectivo dispositivo de avaliação. A vantagem decisiva em comparação com os sensores de pressão convencionais com condutores de luz deve ser vista no 3 facto de que não tem que ter lugar uma deflexão do guia de ondas ópticas, portanto, em particular uma deflexão da fibra óptica. É suficiente para a capacidade de funcionamento do sensor de pressão se a condução de fibra ficar em contacto com a fibra óptica. Não é importante uma deformação da fibra óptica. 0 sensor de pressão pode portanto funcionar, mesmo sem deformação da fibra óptica. É deste modo proporcionado um comportamento melhorado de resposta do sensor de pressão que pode registar solicitações de pressão já comparativamente reduzidas. Com um sensor de pressão deste tipo é para além disso proporcionado um comportamento de resposta claramente mais rápido, visto que o sensor de pressão já reage quando a condução de fibra fica em contacto com a fibra óptica, e não apenas quando a fibra óptica experimenta ela própria uma deflexão. Isto é vantajoso em particular em áreas de tecnologias de segurança, por exemplo para um dispositivo de antientalamento de bloqueio no caso de uma janela de um veiculo automóvel. A condução de fibra tem de um modo preferido um índice de refracção maior do que a fibra óptica, de modo que a condição para a reflexão total não é mais proporcionada quando a condução de fibra se encosta à fibra. A luz que se propaga na fibra condutora de luz é deste modo quase emitida e experimenta uma atenuação.

De acordo com uma optimização apropriada, para uma construção tão simples quanto possível, o meio no espaço intercalar é um gás e em particular, ar.

No estado sem carga, sem efeito de pressão, a fibra encontra-se de um modo preferido afastada - pelo menos em largas zonas parciais - de cerca de 5 a 20 pm da condução de fibra. 4

Esta distância corresponde à tipica profundidade de penetração do campo evanescente no espaço exterior que envolve a fibra óptica. No caso de uma menor profundidade de penetração, a distância também pode ser menor, até 1 pm. Com um dimensionamento deste tipo encontra-se portanto seguramente garantida a reflexão total quando em estado sem carga e simultaneamente assegurado um comportamento de resposta tão rápido quanto possível. É deste modo, para além disso também, conseguida uma construção comparativamente mais compacta. 0 sensor de pressão é de um modo preferido configurado sensível à pressão substancialmente ao longo da totalidade do comprimento da fibra. 0 invólucro apresenta neste caso de um modo preferido, uma área da secção transversal de forma rectangular. 0 invólucro apoia-se neste caso com os seus lados planos apenas em pontos localmente delimitados na fibra óptica, circular quando vista em secção transversal. Embora a condição para a reflexão total não se verifique mais nestes pontos locais, a superfície de contacto é contudo, medida suficientemente pequena de modo que a atenuação desse modo provocado não prejudica a eficácia do sensor de pressão. Através de adequadas medidas de ajustamento, por exemplo através de medidas de calibração, a atenuação desta forma provocado pode, em particular, ser considerado no dispositivo de avaliação. 0 espaço intercalar encontra-se neste caso formado nas zonas de canto entre a fibra circular e o invólucro rectangular.

Alternativamente, o invólucro envolve vantajosamente de forma concêntrica a fibra e apresenta afastadores relativamente à fibra, os quais assumem a função dos pontos de apoio. Estes 5 afastadores são por exemplo, nervuras longitudinais conduzidas no interior do invólucro em forma de tubo flexível. De modo a manter a área de contacto do invólucro, através dos afastadores, na fibra tão reduzida quanto possível, estes elementos estreitam-se de um modo preferido na direcção da fibra. Quando visto em secção transversal, eles são em particular configurados em tipo de um triângulo. A atenuação provocado pelos afastadores é deste modo mantido reduzido. No caso da disposição do invólucro é de uma forma geral vantajoso quando o invólucro apresenta apenas uma superfície de contacto tão reduzida quanto possível com a fibra óptica, quando em estado sem carga, e tanto quanto possível o invólucro apenas se apoia de forma pontual ou linear, portanto, localmente delimitada, na fibra óptica. Numa optimização preferida está previsto que os afastadores sejam constituídos por um material diferente do material do invólucro, sendo que este material apresenta um índice de refracção que preenche a condição para a reflexão total, de modo que nos afastadores não tem lugar qualquer atenuação, ou apenas uma atenuação muito reduzido.

Alternativamente à configuração com o invólucro envolvendo a fibra, a condução de fibra apresenta de um modo preferido uma rugosidade de superfície e, mesmo no caso sem carga, sem efeito de pressão, encosta já em zonas parciais à fibra, sendo que o espaço intercalar é garantido pela rugosidade de superfície. Esta configuração tem origem na consideração de que, no caso de uma rugosidade de superfície adequada, cuja profundidade de rugosidade se deveria encontrar na gama de profundidade de penetração do campo evanescente, seja de igual modo assegurado a capacidade de funcionamento do sensor de pressão. Esta configuração possibilita uma construção particularmente favorável em termos de custos e simples do sensor de pressão. 6

Numa optimização preferida está previsto que o guia de ondas ópticas apresente um elemento intercalar do lado de extremidade, numa zona de ligação, entre a fibra e a condução de fibra, o qual impede uma compressão da condução de fibra contra a fibra. Esta zona de ligação é por exemplo uma zona de acoplamento entre dois guias de ondas ópticas, ou também a zona na qual a luz é injectada ou emitida por forma do guia de ondas ópticas. Nesta zona de ligação, o guia de ondas ópticas é portanto acoplado a um outro elemento óptico. Por causa do guia de fibra necessariamente configurada elástica, existia o risco nesta zona de ligação de que a condução de fibra fosse pressionada contra a fibra óptica e, desse modo, se verificasse uma elevada atenuação na zona de ligação. Isto é impedido através do elemento intercalar. 0 elemento intercalar apresenta de um modo preferido uma camada reflectora e é, por exemplo, uma folha metálica ou uma folha de plástico revestida. 0 elemento intercalar também pode ser configurado através da aplicação de uma camada reflectora sobre a condução de fibra. 0 elemento intercalar envolve a fibra, em particular de forma completa, e apresenta um indice de refracção que é menor do que o indice de refracção da fibra óptica, de modo que se encontra preenchida a condição para a reflexão total.

Para o registo discriminado espacialmente de uma aplicação de pressão, numa optimização apropriada são proporcionadas diversas fibras, sendo que a respectiva propagação de luz nas fibras pode ser registada e avaliada de forma independente uma da outra. As fibras são de um modo preferido dispostas em tipo 7 de uma grelha ou matriz e cruzam-se, de modo que é possível uma resolução praticamente pontualmente precisa. No caso da utilização de diversas fibras independentes, é possível um registo discriminado espacialmente, tanto bidimensional, como também tridimensional.

Para o caso de que a sensibilidade à pressão não seja desejada ao longo da totalidade do comprimento da fibra, numa optimização vantajosa é proporcionado um elemento de desactivação que, em caso de aplicação de pressão, suprime a sensibilidade à pressão numa zona parcial. 0 elemento de desactivação é por exemplo, um tubo enfiado sobre a fibra em tipo de um invólucro. No case de, em vez do invólucro em forma de tubo flexível de acordo com a invenção, ser utilizada uma condução de fibra plana, por exemplo uma placa de espuma, então pode ser utilizado um elemento de desactivação plano, como por exemplo uma folha metálica, ou uma folha de plástico revestida. 0 elemento de desactivação é configurado de tal forma que uma atenuação é tanto quanto possível suprimida, em caso de aplicação de pressão, e é garantida uma reflexão total. 0 sensor de pressão é de forma apropriada configurado como um elemento de comutação e apresenta para este efeito um elemento de pressão. 0 elemento de pressão pode ser configurado enquanto elemento de guia, ou pressionar o elemento de condução contra a fibra em caso de accionamento. No caso da configuração enquanto elemento de comutação é suficiente se a sensibilidade à pressão apenas se verifica numa pequena zona parcial da fibra, sobre a qual actua o elemento de pressão. Em caso de accionamento do elemento de pressão, é portanto perturbada a propagação de luz na fibra. Esta perturbação é registada como "comutar" pela unidade de avaliação, facto pelo qual pode ser iniciada uma outra função, por exemplo o ligar ou desligar de um consumidor eléctrico.

Para verificação óptica da operação de comutação, e de um modo preferido aquando do accionamento do elemento de pressão, uma parte de luz é emitida pela fibra e tornada visivel. Em particular, o elemento de pressão é ele próprio pressionado contra a fibra e consiste num material transparente, de modo que o elemento de pressão se ilumina ele próprio. 0 sensor de pressão é de um modo preferido utilizado num veiculo automóvel. De uma forma geral, o sensor de pressão é adequado para a utilização em dispositivos de protecção antientalamento na área automóvel, em construções mecânicas, em elevadores, para registo de cargas de pressão por pessoas, veículos ou outras ondas de pressão. 0 sensor de pressão pode ser por exemplo integrado em assentos de automóvel, enquanto sistema de reconhecimento, se o assento de automóvel se encontra ocupado por uma pessoa ou não. 0 sensor de pressão pode para além disso, ser em particular também integrado na zona do pára-choques de um veículo automóvel, de modo a em tempo oportuno e rapidamente reconhecer um choque e a iniciar medidas adequadas a partir daí. Visto que até mesmo cargas de pressão comparativamente reduzidas podem ser registadas pelo sensor de pressão, este pode ser utilizado para minimização do perigo em caso de acidentes pessoais. É para este efeito por exemplo previsto, que o capot do veículo automóvel seja prontamente levantado em caso da detecção de um choque por intermédio do sensor de pressão, de modo a formar uma superfície de choque deformável e consumidora de energia. 9

Para uma disposição economizadora de espaço, o sensor de pressão é neste caso e de forma apropriada integrado no interior de um elemento de vedação, por exemplo numa vedação de janela, enquanto parte de um dispositivo de protecção de bloqueio. 0 objectivo é para além disso resolvido através do processo de acordo com a reivindicação 19. As vantagens apresentadas e configurações preferidas com referência ao sensor de pressão, são de forma análoga também válidas para o processo.

Exemplos de execução da invenção são em seguida explicados em maior detalhe com base nas Figuras. As conduções de fibra, em forma de placa, representadas e descritas nas Figuras, não são compreendidas pelas reivindicações independentes. Mostram, em representações em cada caso esquemáticas e fortemente simplificadas:

Figuras IA, B: um corte transversal através de um guia de ondas ópticas, no qual uma fibra óptica se encontra disposta entre dois elementos em forma de placa, em estado sem efeito de pressão e com efeito de pressão,

Figuras 2A, B: um corte longitudinal através de um guia de ondas ópticas, no qual a fibra óptica se encontra directamente envolvida por uma condução de fibra com maior rugosidade de superfície, em estado sem e com efeito de pressão,

Figura 3: um guia de ondas ópticas em secção transversal com um invólucro que envolve a fibra óptica de 10 forma concêntrica,

Figura

Figura 4: um guia de ondas ópticas em secção transversal com um invólucro quadrático que envolve a fibra óptica, 5: um guia de ondas ópticas com uma condução de fibra com elevada rugosidade de superfície e que envolve a fibra óptica de forma concêntrica, 6: um corte longitudinal através do guia de ondas ópticas numa zona de ligação, 7: uma vista em alçado lateral de uma porta de veiculo automóvel, com um dispositivo de protecção de bloqueio, e 8: uma representação de secção transversal, ao longo da direcção de observação VII-VII na Figura 7, através de caixilho de porta da porta de veiculo automóvel, 9: uma representação de secção transversal de uma configuração do sensor de pressão enquanto elemento de comutação, 10: uma configuração do sensor de pressão com duas fitas de fibra e elementos de desactivação, 10A: uma vista em planta em perspectiva sobre um sensor de pressão plano com uma fita de fibra, 11

Figura 11: um corte transversal através de um sensor de pressão de construção simples, com elementos de desactivação,

Figura 12: uma configuração do sensor de pressão com diversas fibras dispostas em forma de uma grelha, e

Figura 13: um sensor de pressão com um reflector disposto do lado de extremidade na fibra óptica.

De acordo com as Figuras IA e 1B, uma fibra 2 óptica é conduzida entre dois elementos 4 em forma de placa e que formam uma condução 6 de fibra elástica. A condução 6 de fibra e a fibra 2 óptica formam conjuntamente o guia 8 de ondas ópticas. No estado sem carga, sem efeito de pressão, representado na Figura IA, os elementos 4 em forma de placa encostam no essencial apenas de forma linear à fibra 2 óptica, de modo que a fibra 2 óptica é envolvida por um espaço exterior que funciona como espaço 10 intercalar, no qual se encontra um meio gasoso, de um modo preferido, ar. Ao contrário dos convencionais guias de ondas ópticas, a fibra 2 óptica não se encontra por isso directamente envolvida por um invólucro, o assim designado revestimento. A fibra 2 óptica é, por exemplo, uma fibra de vidro, ou também uma fibra de material sintético de PMMA ou PU. Os elementos 4 em forma de placa são por exemplo, elementos de vedação e numa borracha ou num material sintético adequado. A fibra 2 apresenta um indice de refracção nl, o qual é ligeiramente maior do que o indice de refracção n2 do ar no 12 espaço 10 intercalar. Simultaneamente, o indice de refracção n2 da condução 6 de fibra, portanto, dos elementos 4 em forma de placa, é maior do que o indice de refracção nl da fibra 2. A relação n3 > nl não é neste caso obrigatória. É suficiente quando a condução 6 de fibra consiste num material amortecedor de ondas electromagnéticas.

Quando o sensor de pressão se encontra em funcionamento, luz é injectada num lado do guia 8 de ondas ópticas. Para este efeito é utilizada uma fonte de luz adequada, de um modo preferido um diodo de luz ou de laser. Do lado de extremidade no guia 8 de ondas ópticas, encontra-se disposto um sensor de luz adequado, em particular um fotodiodo, o qual se encontra ligado a uma unidade de análise. A luz conduzida através do guia de ondas ópticas é registada no sensor de luz e, em comparação com a luz fornecida, é calculado a atenuação na unidade de avaliação. No estado sem carga, tal como é representado na

Figura IA, verifica-se a condição para a reflexão total na superfície de fronteira entre a fibra óptica e o espaço 10 intercalar, de modo que a luz é conduzida no essencial sem perdas através do guia 8 de ondas ópticas. Apenas na zona da superfície de contacto de forma linear com a condução 6 de fibra, tem lugar uma atenuação. Este é contudo, comparativamente reduzido.

No estado solicitado, sob efeito de pressão, tal como é representado na Figura 1B, a condução 6 de fibra é pressionada contra a fibra 2 e encosta, em resultado da sua configuração elástica, na fibra 2, de modo que é formado um contacto em comparativamente grande superfície com este. Na zona da superfície de contacto entre a fibra e a condução 6 de fibra, não são deste modo mais preenchidas as condições para a reflexão 13 total, e a luz ou campo evanescente é emitida ou amortecida na zona desta superfície de contacto. Isto conduz a uma atenuação adicional que é registado pela unidade de avaliação. 0 essencial é que não é necessária uma solicitação mecânica da fibra óptica e, em particular, uma deflexão da fibra 2 óptica, para a funcionalidade deste princípio. É deste modo proporcionado um comportamento de resposta muito rápido e sensível do sensor de pressão. 0 princípio de funcionamento do sensor de pressão é novamente representado com base nas Figuras 2Ά e 2B, nas quais a fibra 2 é directamente envolvida por uma condução 6 de fibra que apenas apresenta uma elevada rugosidade de superfície com uma profundidade T de rugosidade. A profundidade T de rugosidade indica neste caso em particular o valor médio da profundidade de rugosidade da rugosidade de superfície. Através da rugosidade de superfície são formados espaços ocos individuais entre a fibra 2 e a condução 6 de fibra, que preenchem a função do espaço 10 intercalar. No estado sem carga de acordo com a Figura 2A, a condição para a reflexão total encontra-se por isso preenchida em amplas zonas, como é representado esquematicamente através do movimento radiante da luz indicado pelas setas. Por motivos de simplicidade, abdicou-se neste caso da representação do campo evanescente, isto é, não se encontra representada a penetração da onda de luz no espaço 10 intercalar. A profundidade T de rugosidade corresponde neste caso aproximadamente à profundidade de penetração do campo evanescente, o qual se encontra tipicamente na ordem de grandeza entre 5 e 20 pm. Em caso de uma solicitação de pressão, a condução 6 de fibra é pressionada contra a fibra 2, de modo que é de novo interrompida a condição para a reflexão total e a luz é emitida pela fibra 2, o que conduz à atenuação. 14

De acordo com a Figura 3, a fibra 2 é envolvida por um invólucro 12A concêntrico mediante libertação do espaço 10 intercalar. O invólucro 12A apoia-se em três afastadores 14 que se encontram dispostos desfasados cada qual em rotação de 120°. O invólucro 12A encontra-se afastado da fibra 2, pelo menos na ordem de grandeza da profundidade de penetração do campo evanescente, portanto, pelo menos 5 a 20 pm. Os afastadores 14 apresentam uma superfície de base triangular quando visto em secção transversal, cuja ponta se encontra orientada para a fibra 2. Os afastadores 14 prolongam-se segundo a direcção longitudinal do invólucro 12A em forma de nervuras longitudinais sobre o seu lado superior interior. Na Figura 3 encontra-se neste caso esquematicamente representado que os afastadores 14 são formados por um material diferente do invólucro 12A. O indice de refracção dos afastadores 14 é neste caso menor do que o da fibra 2. Alternativamente a isto, os afastadores 14 também podem ser do mesmo material que o invólucro 12A e ser produzidos por exemplo num procedimento de extrusão. O guia de ondas ópticas de acordo com a Figura 4 compreende um invólucro 12B quadrático quando visto em secção transversal, o qual encosta, quando em estado sem carga, em quatro ponto de forma linear à fibra 2 óptica. O invólucro 12B também pode ter uma área da secção transversal rectangular de modo que ele, em estado sem carga, apenas encosta a duas linhas de contacto.

De acordo com a Figura 5, a fibra 2 é envolvida por um invólucro 12C concêntrico, o qual apresenta uma elevada rugosidade de superfície. 15

As variantes de execução de acordo com as Figuras 3 a 5 têm em comum o facto de que o invólucro 12A, B, C forma a condução 6 de fibra, e um indice de refracção n3 o qual é maior do que o indice de refracção nl da fibra 2, ou apresenta uma atenuação óptico. 0 invólucro 12A, B, C é ainda em geral de um material elástico, tal como a condução 6 de fibra, de modo que em caso de uma solicitação de pressão, o invólucro 12A, B, C é pressionado contra a fibra 2 e encosta nesta.

De acordo com a Figura 6, uma zona 16 de ligação encontra-se proporcionada na zona de extremidade do guia 8 de ondas ópticas, no qual o guia 8 de ondas ópticas é ligado a um outro elemento 18 óptico. Este encontra-se representado a tracejado na Figura 6 e é, por exemplo, um díodo de luz ou também um fotodíodo. 0 elemento 18 óptico também pode ser uma peça de acoplamento para um guia de ondas ópticas convencional, não configurado como sensor de pressão. Este elemento 18 óptico é em regra fixado em forma de um elemento de encaixe ao guia 8 de ondas ópticas. Para uma fixação segura o guia 8 de ondas ópticas é para este efeito usualmente fixado no elemento 18. De modo a impedir uma compressão da condução de guia 6 contra a fibra 2 óptica na zona 16 de ligação, no exemplo de execução da Figura 6 a fibra 2 é envolvida por um elemento 20 intercalar. Este elemento 20 intercalar apresenta um índice de refracção n4 o qual é menor do que o índice de refracção nl da fibra 2, de modo que também nesta zona a reflexão total se encontra garantida e é tanto quanto possível impedido uma atenuação. O elemento 20 intercalar é, por exemplo, uma manga de Teflon. Também pode ser de um metal, ou um material sintético metalizado. 16

Como campo de utilização preferido, na Figura 7 encontra-se prevista a utilização do sensor de pressão para um dispositivo de protecção de bloqueio no caso de uma porta 22 de veiculo automóvel. Como pode ser depreendido, em particular também em ligação com a Figura 8, o guia 8 de ondas ópticas configurado como sensor de pressão é conduzido de ambos os lados de um vidro 24 de janela, e o guia 8 de ondas ópticas encontra-se na verdade integrado num elemento 26 de vedação o qual serve para vedação do vidro 24 de janela no interior do caixilho 28 de veiculo. No exemplo de execução é neste caso previsto que o guia 8 de ondas ópticas, seja conduzido inicialmente a partir de uma unidade 30 de controlo e depois de novo de volta, em forma de uma fita, no elemento 2 6 de vedação. Na unidade 30 de controlo podem ser neste caso integradas a fonte de luz, o sensor de luz, bem como uma unidade de avaliação para determinação do grau de atenuação. Logo que um objecto fique preso entre o vidro 24 de janela e o elemento 26 de vedação, ou o caixilho 28 de veiculo, aquando do subir do vidro 24 de janela, tem lugar uma atenuação da luz conduzida através do guia 8 de ondas ópticas e a operação de fecho da janela é parada de modo a evitar possiveis ferimentos. O sensor de pressão também pode encontrar-se numa recolha aberta para cima e por exemplo em forma de V, no lado frontal de um vidro de janela. O sensor de pressão pode ser acedido a partir de fora, de modo que a subida do vidro de janela é parada por exemplo por meio de pressão manual com a mão. O sensor de pressão funciona por isso em forma de um "sensor imerso".

De acordo com a Figura 9 é proporcionado um elemento 32 de pressão. Este pode ser accionado na direcção da seta dupla 34 e no exemplo de execução é configurado como o elemento de condução que é pressionado no espaço 36 exterior aqui indicado a 17 tracejado, aquando do accionamento do elemento 32 de pressão. 0 campo evanescente encontra-se formado neste espaço 36 exterior, de modo que este é perturbado aquando do accionamento do elemento 32 de pressão. A atenuação deste modo provocada da propagação de luz na fibra 2 é registada como "comutação" e é inicializada uma função associada à comutação. No caso da configuração enquanto elemento de comutação, o guia de ondas ópticas precisa apenas de ser configurado como sensor de pressão na zona do elemento 32 de pressão. Na restante zona, a fibra 2 pode, como no caso de um guia de ondas ópticas convencional, ser envolvida por um invólucro, o assim designado "revestimento".

Para controlo óptico de se o sensor de pressão respondeu, o elemento 32 de pressão é configurado como um elemento pelo menos parcialmente transparente, ou semi-transparente, que interrompe a reflexão total aquando do accionamento, de modo que uma parte da luz que se propaga na fibra 2 é emitida e é adicionalmente conduzida através do elemento 32 de pressão e tornada visivel. O elemento 32 de pressão ilumina-se por isso aquando do accionamento. Para aumento desta intensidade luminosa, em frente do elemento 32 de pressão está disposta uma superficie 37 reflectora, de modo que luz emitida para baixo a partir da fibra 2, é reflectida no elemento 32 de pressão.

De acordo com a Figura 10, o sensor de pressão compreende duas fitas 38 de fibra, de modo que é ao todo formado um elemento de sensor plano que apresenta duas superfícies sensíveis à pressão independentemente uma da outra. Com uma disposição deste tipo, pode ser reconhecido por exemplo, não apenas se um assento se encontra ocupado, mas também em que lugar do assento a respectiva pessoa se encontra sentada. De acordo com a Figura 10A, a fita 38 de fibra encontra-se entre 18 duas conduções de fibra 6 planas, em particular folhas de material sintético.

No exemplo de execução, as fitas 38 de fibra são cobertas, na zona das suas ligações de entrada e de saida, em cada caso por uma folha metálica reflectora enquanto elemento 40 de desactivação, disposta de ambos os lados da fibra. O elemento 40 de desactivação plano encontra-se disposto entre a respectiva fita 38 de fibra e o elemento 6 de condução aqui de igual modo plano (em termos de construção, ver a Figura 11). A construção do sensor de pressão representada na Figura 11 é particularmente fácil de realizar em termos de tecnologia de fabrico. Nesta construção, enquanto condução 6 de fibra é proporcionada uma esteira ou placa de esponja plana, portanto, um elemento plano com boa capacidade de deformação elástica, que cobre em grande superfície a fibra 2, ou também diversas fibras 2, ou diversas fitas 38 de fibra. Em zonas, nas quais não é pretendida qualquer função sensitiva, o elemento 40 de desactivação é igualmente disposto enquanto elemento plano, entre a condução 6 de fibra e a fibra 2. Em caso de uma solicitação de pressão, a condução de fibra encosta, graças às suas boas propriedades elásticas, na fibra 2, na zona por fora do elemento 30 de desactivação, e perturba o campo evanescente. Na zona do elemento 40 de desactivação, este é pressionado contra a fibra e não tem lugar qualquer perturbação do campo evanescente.

De acordo com a Figura 12, é prevista uma grelha 42 de fibra com fibras 2 entrecruzadas, para um registo tanto quanto possível pontualmente preciso da acção de pressão, fibras estas que são avaliadas independentemente umas das outras. Enquanto 19 elemento de condução (aqui não representado) é em particular adequado um elemento de grande superfície, em particular uma esteira de material esponjoso.

Em ligação com a grelha 42 de fibras é de um modo preferido gerada uma imagem de pressão virtual, ou seja, é registada a distribuição de pressão sobre uma superfície, processada digitalmente e por exemplo representada num monitor, ou impressa. A resolução espacialmente precisa com auxilio da grelha 42 de fibras pode ser utilizada em particular no campo da tecnologia de automação, de modo a por exemplo determinar a posição exacta de um elemento a ser transformado, num processo de produção automatizado, sobre uma banda de transporte provida com a grelha 42 de fibras. Esta posição conhecida pode então servir para o controlo preciso de um braço robotizado com o qual o elemento deve ser agarrado.

Em todos os exemplos de execução é proporcionada uma fonte de luz, por exemplo um díodo de luz, através do qual a luz é injectada na fibra 2 óptica. Encontra-se para além disso em cada caso previsto um sensor para detecção da intensidade luminosa transmitida através da fibra 2. A fonte de luz e o sensor podem estar dispostos nas respectivas extremidades da fibra 2. Alternativamente a isto, numa extremidade da fibra 2 também pode estar disposto um reflector 44 que reflecte a luz de volta para dentro de fibra, de modo que o sensor 46 e a fonte 48 de luz podem estar dispostos na mesma extremidade de fibra. A sensibilidade é deste modo aumentada (Figura 13). Para avaliação do sinal de sensor é ainda prevista uma unidade de avaliação. No caso da utilização de diversas fibras 2 (Figura 10 e 12), a avaliação decorre separadamente para cada fibra 2. 20

Lista de índices de referência fibra óptica elemento em forma de placa condução de fibra guia de ondas ópticas espaço intercalar B, C invólucro elemento de afastamento zona de ligação elemento óptico elemento intercalar porta de veículo automóvel vidro de janela elemento de vedação caixilho de porta unidade de controlo elemento de pressão seta dupla espaço exterior superfície reflectida fita de fibra elemento de desactivação grelha de fibra reflector sensor fonte de luz

Lisboa, 18 de Setembro de 2006 21

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sensor de pressão com um guia (8) de ondas ópticas, que apresenta uma fibra (2) óptica com um indice de refracção nl, caracterizado por a fibra (2) se encontrar livre de revestimento num invólucro (6, 12A-C) em forma de tubo flexível produzido por extrusão, sendo que a fibra (2), quando no estado sem carga, se encontra envolvida de todos os lados por um espaço (10) intercalar no qual se encontra um meio com um indice de refracção n2 < nl que envolve a fibra (2), e o invólucro (6, 12A-C) apenas se apoia na fibra (2) em pontos de apoio localmente delimitados, sendo que o invólucro (6, 12A-C) é configurado elástico, de modo que ele fica em contacto com a fibra (2) óptica em caso de uma aplicação de pressão, e a propagação de luz é amortecida pela fibra (2) óptica) mesmo sem deformação da fibra (2) óptica.
2. Sensor de pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o invólucro (6, 12A-C) apresentar um indice de refracção n3 e ser válida a relação n3 > nl > n2.
3. Sensor de pressão de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o meio ser um gás, em particular ar.
4. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por a fibra (2) , quando em estado sem carga sem efeito de pressão, se encontrar afastada em cerca de 5 - 20 pm do invólucro (6, 12A-C).
5. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por a sensibilidade à pressão 1 6. ser substancialmente proporcionada ao longo da totalidade do comprimento da fibra (2). anteriores (6, 12B) de forma Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações, caracterizado por o invólucro apresentar uma área da secção transversal rectangular.
7. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o invólucro (6, 12A) envolver concentricamente a fibra (2) e apresentar (14) afastadores relativamente à fibra (2).
8. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o invólucro (6, 12C) apresentar uma rugosidade de superfície e, no caso sem carga sem efeito de pressão, a configuração do espaço (10) intercalar ser assegurada pela rugosidade de superfície.
9. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por o invólucro (6, 12A-C) ser configurado com um elemento (26) de vedação.
10. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por o guia (8) de ondas ópticas apresentar um elemento (20) intercalar do lado de extremidade, numa zona de ligação (16), entre a fibra (2) e o invólucro (6), elemento intercalar este que é configurado de tal forma que, no caso de uma aplicação de pressão, a propagação de luz na fibra (2) óptica não experimenta qualquer atenuação na zona (16) de ligação. 2
11. Sensor de pressão de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o elemento (20) intercalar apresentar uma camada reflectora e, em particular, ter um indice de refracção n4 < nl.
12. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por serem proporcionadas diversas fibras (2) ópticas separadas, para um registo discriminado espacialmente de aplicações de pressão.
13. Sensor de pressão de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por as fibras (2) se cruzarem e estarem dispostas em forma de uma grelha.
14. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por um elemento (40) de desactivação, em particular uma folha reflectora, ser proporcionada numa zona parcial da fibra (2) para suprimir a sensibilidade, elemento este que impede uma atenuação da propagação de luz na zona parcial em caso de uma aplicação de pressão.
15. Sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações, caracterizado por ele ser configurado como elemento de comutação e um elemento (32) de pressão ser proporcionado para este efeito.
16. Sensor de pressão de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o elemento (32) de pressão ser configurado de tal forma que, em caso do seu accionamento, uma parte da luz que se propaga na fibra (2), é emitida e tornada visivel. 3
17. Veículo automóvel com um sensor de pressão de acordo com qualquer uma das anteriores reivindicações.
18. Veículo automóvel de acordo com a reivindicação 17, em que o sensor de pressão se encontra integrado num elemento (26) de vedação e é parte de um dispositivo de protecção de bloqueio.
19. Processo para o registo de pressão com um guia (8) de ondas ópticas que apresenta uma fibra (2) óptica com um índice de refracção nl, caracterizado por a fibra (2) se encontrar livre de revestimento num invólucro (6, 12A-C) em forma de tubo flexível e produzido por extrusão, sendo que a fibra (2), quando no estado sem carga, se encontra envolvida de todos os lados por um espaço (10) intercalar, no qual se encontra um meio com um índice de refracção n2 < nl que envolve a fibra (2) óptica, e o invólucro (6, 12A-C) apenas se apoia na fibra (2) em pontos de apoio localmente delimitados, sendo que luz é injectada na fibra (2) de modo que se forma um campo evanescente no interior do espaço intercalar, na zona exterior que confina directamente com a fibra (2), e sendo que em caso de uma aplicação de pressão, o invólucro (6, 12A-C) chega à zona exterior com o campo evanescente, de forma que o campo evanescente e, desse modo, a propagação de luz, é enfraquecida na fibra (2) mesmo sem deformação da fibra (2) e este enfraquecimento é registado. Lisboa, 18 de Setembro de 2006 4