WO1999012042A1 - Optisch-mechanischer beschleunigungssensor und passive sicherheitseinrichtung, insbesondere airbag-system - Google Patents

Optisch-mechanischer beschleunigungssensor und passive sicherheitseinrichtung, insbesondere airbag-system Download PDF

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WO1999012042A1
WO1999012042A1 PCT/DE1998/002372 DE9802372W WO9912042A1 WO 1999012042 A1 WO1999012042 A1 WO 1999012042A1 DE 9802372 W DE9802372 W DE 9802372W WO 9912042 A1 WO9912042 A1 WO 9912042A1
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light
acceleration sensor
deflection unit
sensor according
transmitter
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PCT/DE1998/002372
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Inventor
Gerhard Mader
Claus Schmidt
Richard Vogt
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh & Co. Ohg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up

Definitions

  • Optical-mechanical acceleration sensor and passive safety device in particular 5 airbag system
  • the invention relates to an opto-mechanical acceleration sensor with a light transmitter, a light receiver, and a light transmission device for transmitting the incident light from the light transmitter to the light receiver, the light transmission device having a light deflection unit that can be moved when accelerations occur and to which the light from the light transmitter strikes, and is reflected back into the light receiver, the light deflection unit being in a starting position and / or being transferred into acceleration when the acceleration is not effective, and the light transmission properties of the light transmission device change as a function of the movement and / or degree of movement of the light deflection unit that the light fed into the light receiver is a measure of the acting acceleration.
  • the invention further relates to a passive safety device, in particular an airbag system, for protecting the occupants of a vehicle with such an opto-mechanical acceleration sensor. 25
  • optical-mechanical acceleration sensor corresponding to the preamble of claim 1 and a passive safety device corresponding to the preamble of claim 10 have become known from DE-OS 42 24 166 AI.
  • This optical-mechanical acceleration sensor has an optical element, which is held between the opposite, free ends of two light guides and is guided in the direction of the spring force as well as movable in the opposite direction, which is arranged between the ends of the two light guides 35 or in the space between the ends the two light guides can be moved in and out of this.
  • the optical element has viewed in the direction of movement b ereichrii different transmission characteristics, and is formed for example as an optical wedge, as lichtun- permeable preferably plate-shaped member having one or more holes, slits, slots, or as an optical filter stages.
  • the light deflection unit is formed by a rotatable reflection mirror which, upon the effect of an acceleration which is greater than a predetermined threshold value, deflects the light coming from the input light guide towards the output light guide in a movement position.
  • the known acceleration sensor essentially has the following disadvantages.
  • the system operating in transmission requires a suitable optical element with geometrically variable, precisely defined transmission properties, which optical element is more complex and therefore more expensive to manufacture.
  • At least two light guides are required, the ends of which must be adjusted exactly opposite one another, which is not very favorable in applications in motor vehicles due to vibrations that naturally occur there.
  • the design and adjustment effort is comparatively high.
  • the version with the rotatably mounted mirror is not suitable for continuous acceleration measurements, but at most from the trigger element when a predetermined limit value of the acceleration occurring is exceeded.
  • the invention is therefore based on the object of providing an optical-mechanical acceleration sensor of the generic type and a passive safety device for protecting the occupants of a vehicle, in particular an airbag system which is insensitive to electromagnetic interference, in a vibration-prone environment, such as in particular vehicles works reliably, and is structurally simpler and thus also less expensive to manufacture.
  • This object is achieved by an opto-mechanical acceleration sensor according to claim 1 and by a passive safety device according to claim 14.
  • the acceleration sensor according to the invention is characterized in that the emitted light strikes the light deflection unit with a predetermined effective cross section and is reflected back in such a way that the reflection surface acting on the incident light, and thus, is dependent on the movement and / or the degree of movement of the light deflection unit the proportion of the light reflected back and fed into the light receiver is a measure of the acting acceleration.
  • the light deflection unit is assigned a lens arrangement which is held immovably in relation to this and which expands the light impinging on the light deflection unit, in particular beyond the cross section of about 1 mm of a typical standard optical fiber. It can advantageously be provided here that the lens arrangement assigned to the light deflection unit focuses the light reflected back by the light deflection unit.
  • the direction of movement of the light deflection unit runs essentially transversely to the optical axis of the light transmission device.
  • the light deflection unit is formed by a linearly movable reflection mirror.
  • both the light emitted by the light transmitter and the light reflected back by the light deflection unit are guided in the same light path, in particular in an optical light guide.
  • the light transmitter and the light receiver can be arranged on the same side of the light transmission path.
  • the light transmission path on the side of the light or light receiver a light beam splitter can be assigned.
  • the light transmitter and light receiver can also be structurally combined; in this case no light beam splitter is required.
  • Figure 1 is a schematic representation of the optical-mechanical acceleration sensor with trigger electronics according to an embodiment of the invention.
  • a passive safety device is shown schematically in FIG. 1, its circuitry with trigger electronics being shown in the form of a block diagram.
  • the passive safety device comprises the three functional units acceleration sensor 1, evaluation device 2 and triggering device 3.
  • the acceleration sensor 1 serves to record the accelerations and decelerations of a vehicle and, depending on the size of the acceleration or deceleration, supplies an electronic output signal which is transmitted via line 4 to the Evaluation device 2 is supplied.
  • the received signal is evaluated in the evaluation device 2 and checked whether the measured acceleration (deceleration) reaches or exceeds a predetermined threshold value.
  • the evaluation device 2 generates an electronic or optical trigger signal, which is fed via line 5 to the trigger device 3, which in turn activates an occupant protection device in response to the trigger signal, for example, fills a gas cushion with gas.
  • table-mechanical acceleration sensor 1 is a light emitter 6 in the form of a light-emitting diode, a light receiver 7 in the form of a semiconductor detector, and a Lichtübertragungseinrich- tung 8 for transmitting the outgoing from the light transmitter 6 the light beam 9 to the light receiver 7
  • Which light transmission device 8 has a light deflection unit 10 which can be moved when accelerations occur and onto which the light from the light transmitter impinges and is reflected back into the light receiver 7, the light deflection unit 10 being in a starting position and / or being transferred into this when the acceleration is not effective , and the light transmission properties of the light transmission device 8 change as a function of the movement and / or the degree of movement
  • Light receiver 7 fed light is a measure of the acting acceleration.
  • the light deflection unit 10 is a spring-mass system, the spring 11 of which is supported at one end against a fixed point and at the other end is connected to an inertial mass body 12, the mass body being formed by a flat reflection mirror (optical reflection element) is formed with a predetermined total reflection area 13.
  • the reflection mirror 12 With accelerations or decelerations acting on the vehicle, the reflection mirror 12 is deflected from its rest position by an amount corresponding to the amount of the acceleration or deceleration force, the direction of the deflection according to arrow 14 depending on the direction of the acting force.
  • the reflection mirror 12 is mounted such that it can move linearly, ie the direction of movement of the light deflection unit runs essentially transversely to the optical axis 15 of the light transmission device 8.
  • the lens arrangement has a diverging lens 17 for expanding the light beam and this is followed by a converging lens 18 for parallel imaging of the widened light rays onto the reflection surface 13 of the mirror 12.
  • the lenses 17 and 18 are arranged or designed such that the light 19 reflected back is again essentially focused in the region of the light guide 20.
  • the one (numerical word) light guide 20 serves at the same time for the transmission of the fed light 9 from the transmitter 6 to the light deflection unit 10, as well as for the transmission of the reflected light 19 to the receiver 7
  • Light guide 20 provided a semi-transparent mirror 21; this can be omitted in a further preferred exemplary embodiment, not shown in more detail, in which the transmitter 6 and receiver 7 are structurally combined, for example in the form of a combined semiconductor transmitter / receiver diode.
  • the light-emitting diode 6 emits a certain light intensity, which is monitored by means of a detector 22, which is only exposed to a small part of the emitted light 9.
  • the operation of the acceleration sensor is as follows.
  • the beam 23 can have a circular cross-sectional shape with a diameter of typically a few cm or else a square or rectangular cross-sectional shape with similar surface dimensions.
  • the mirror 12 When the mirror 12 is accelerated or decelerated, it moves out of the beam 23, the cross-sectional area of the beam of the reflected light becomes smaller, since only a certain proportion of the beam 23 hits the mirror and is reflected back.
  • the reflecting surface of the mirror 12, which is effective on the incident light 23, and thus the proportion of the reflected back is reflected in the
  • Light receiver 7 fed light a measure of the acting acceleration. By comparing the Ren 7 and 22 measured light intensities, the acceleration or deceleration acting on the S piegel 12 can be calculated. A corresponding signal is fed via line 4 to the evaluation device 2.
  • the spring-mass system 10 is self-oscillating and does not require a separate drive in normal operation.
  • the adjustment of the mirror 12 can be assigned an actuator, which is formed, for example, by a piezo crystal 24.
  • This is arranged as an independent component separately from the spring-mass system 10, is therefore not firmly connected to the mirror and therefore does not take part in the mass of the mirror.
  • the piezo crystal 24 expands, typically within a stroke of a few tenths of a mm to a few mm, and bumps the mirror 12 in the sense of a change in the position of the mirror 12 for self-test purposes.
  • the supply and drive voltage of the piezo crystal 24 can originate from a solar cell 25, which is supplied with light 26 from a light-emitting diode 27, which is brought to the solar cell 25 via a further light guide 28. Since the piezo crystal 24 generally has high-resistance properties, a discharge resistor can be connected in parallel so that a faster breakdown of the electrical voltage is ensured after the voltage supply has been switched off.
  • a control signal is derived from the light component received by the light receiver 7, which is further processed as a manipulated variable in the sense of regulating the actuator 24.
  • the movably mounted mirror 12 can be arranged such that part of the light 23 always passes the mirror 12 and falls on the solar cell 25.
  • An energy collector can also be connected to the solar cell 25, which only actuates the actuator 24 after a certain minimum charge has elapsed. time pressed. However, if short measuring pulses are carried out, the actuator 24 is not actuated.
  • part of the light in front of the lens 17 can also be coupled out to supply the solar cell 25.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optisch-mechanischen Beschleunigungssensor mit einem Lichtsender (6), einem Lichtempfänger (7), und einer Lichtübertragungseinrichtung (8) zum Übertragen des einfallenden Lichtes (9) des Lichtsenders (6) zum Lichtempfänger (7), wobei die Lichtübertragungseinrichtung (8) eine bei auftretenden Beschleunigungen bewegbare Lichtablenkeinheit (10) aufweist, auf die das Licht (9) des Lichtsenders (6) auftrifft, und in den Lichtempfänger (7) zurückreflektiert ist, wobei die Lichtablenkeinheit (10) bei nicht wirkender Beschleunigung in einer Ausgangsposition ist und/oder in diese überführt ist. Die Lichtablenkeinheit (10) ist durch ein optisches Reflexionselement mit einer vorbestimmten Gesamtreflexionsfläche ausgebildet, wobei das auf die Lichtablenkeinheit (10) auftreffende Licht (16) mit einem vorbestimmten wirksamen Querschnitt aufgeweitet ist. In Abhängigkeit von der Bewegung der Lichtablenkeinheit (10) ist die auf das auftreffende Licht (16) wirksame Reflexionsfläche und damit der Anteil des zurückreflektierten, in den Lichtempfänger (7) eingespeisten Lichtes (9) ein Maß für die wirkende Beschleunigung.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Optisch-mechanischer Beschleunigungssensor und passive Sicherheitseinrichtung, insbesondere 5 Airbag-System
Die Erfindung betrifft einen optisch-mechanischen Beschleunigungssensor mit einem Lichtsender, einem Lichte pfänger, und einer Lichtübertragungseinrichtung zum Übertragen des einfalle) lenden Lichtes des Lichtsenders zum Lichtempfänger, wobei die Lichtübertragungseinrichtung eine bei auftretenden Beschleunigungen bewegbare Lichtablenkeinheit aufweist, auf die das Licht des Lichtsenders auftrifft, und in den Lichtempfänger zurück reflektiert ist, wobei die Lichtablenkeinheit bei 15 nicht wirkender Beschleunigung in einer Ausgangsposition ist und/oder in diese überführt ist, und sich die Lichtübertra- gungseigenschaften der Lichtübertragungseinrichtung in Abhängigkeit von der Bewegung und/oder des Bewegungsmaßes der Lichtablenkeinheit derart verändern, dass das in den Licht- 20 empfänger eingespeiste Licht ein Maß für die wirkende Beschleunigung ist. Die Erfindung betrifft ferner eine passive Sicherheitseinrichtung, insbesondere ein Airbag-System, zum Schutz der Insassen eines Fahrzeuges mit einem derartigen optisch-mechanischen Beschleunigungssensor . 25
Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechender optischmechanischer Beschleunigungssensor und eine dem Oberbegriff des Anspruchs 10 entsprechende passive Sicherheitseinrichtung ist aus der DE-OS 42 24 166 AI bekannt geworden. Dieser op- 30 tisch-mechanische Beschleunigungssensor besitzt ein zwischen den gegenüberliegend angeordneten, freien Enden zweier Lichtleiter federelastisch gehaltenes und in Richtung der Federkraft sowie entgegengesetzt dazu bewegbar geführtes optisches Element, welches zwischen den Enden der beiden Lichtleiter 35 angeordnet oder in den Zwischenraum zwischen den Enden der beiden Lichtleiter hinein und aus diesem heraus bewegbar ist. Das optische Element besitzt in Bewegungsrichtung betrachtet bereichsweise unterschiedliche Transmissionseigenschaften, und ist beispielsweise als optischer Graukeil, als lichtun- durchlässiges vorzugsweise plattenförmiges Element mit einem oder mehreren Löchern, Schlitzen, Spalten, oder als optisches Stufenfilter ausgebildet. Bei einem weiteren Beschleunigungs- sensor ist die Lichtablenkeinheit durch einen drehbaren Reflexionsspiegel ausgebildet, welcher bei Wirkung einer Beschleunigung, die größer ist ein vorgegebener Schwellwert, in einer Bewegungsposition das vom Eingangslichtleiter kommende Licht auf den Ausgangslichtleiter hin ablenkt. Der bekannte Beschleunigungssensor besitzt im Wesentlichen folgende Nachteile. Das in Transmission arbeitende System erfordert ein geeignetes optisches Element mit geometrisch variablen, genau definierten Transmissionseigenschaften, welches optische Ele- ment aufwendiger und damit kostenintensiver herzustellen ist. Es sind wenigstens zwei Lichtleiter erforderlich, deren Enden genau gegenüberliegend justiert sein müssen, was bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen aufgrund dort naturgemäß auftretenden Erschütterungen wenig günstig ist. Der konstruktive und Justieraufwand ist vergleichsweise hoch. Die Ausführung mit dem drehbar gelagerten Spiegel ist für kontinuierliche Beschleunigungsmessungen nicht geeignet, sondern allenfalls aus Auslöseorgan bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes der auftretenden Beschleunigung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen optisch-mechanischen Beschleunigungssensor der gattungsgemäßen Art sowie eine passive Sicherheitseinrichtung zum Schutz der Insassen eines Fahrzeuges, insbesondere ein Airbag-System zur Verfügung zu stellen, der gegenüber elektromagnetischen Störungen unempfindlich ist, in erschütterungsbehafteter Umgebung wie insbesondere Fahrzeugen zuverlässig arbeitet, und dabei konstruktiv einfacher und damit auch kostengünstiger herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch einen optisch-mechanischen Beschleu- nigungssensor nach Anspruch 1 sowie durch eine passive Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 14 gelöst.
Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor zeichnet sich dadurch aus, dass das ausgesandte Licht mit einem vorbestimmten wirksamen Querschnitt auf die Lichtablenkeinheit auftrifft und dergestalt zurückreflektiert wird, dass in Abhängigkeit von der Bewegung und/oder des Bewegungsmaßes der Licht- ablenkeinheit die auf das auftreffende Licht wirksame Reflexionsfläche und damit der Anteil des zurückreflektierten, in den Lichtempfänger eingespeisten Lichtes ein Maß für die wirkende Beschleunigung ist.
Dem Prinzip der Erfindung folgend ist der Lichtablenkeinheit eine gegenüber dieser unbeweglich gehaltene Linsenanordnung zugeordnet, die das auf die Lichtablenkeinheit auftreffende Licht aufweitet, insbesondere über den Querschnitt von etwa 1 mm einer typischen Standard-Lichtfaser hinaus. Hier kann von Vorteil vorgesehen sein, dass die der Lichtablenkeinheit zugeordnete Linsenanordnung das von der Lichtablenkeinheit zurück reflektierte Licht fokussiert .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bewegungsrichtung der Lichtablenkeinheit im Wesentlichen quer zur optischen Achse der Lichtübertragungseinrichtung verläuft . Hierbei ist die Lichtablenkeinheit durch einen linear beweglichen Reflexionsspiegel ausgebildet.
Bei einer konstruktiv besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl das vom Lichtsender ausgesandte Licht, als auch das von der Lichtablenkeinheit zurück reflektierte Licht in derselben Lichtstrecke, insbesondere einem optischen Lichtleiter geführt sind. Hierbei kann der Lichtsender und der Lichtempfänger an derselben Seite der Lichtübertragungsstrecke angeordnet sein. Von Vorteil kann der Lichtübertragungsstrecke auf der Seite des Lichtsen- ders bzw. Lichtempfängers ein Lichtstrahlteiler zugeordnet sein. Alternativ können Lichtsender und Lichtempfänger auch baulich vereinigt sein; in diesem Fall ist kein Lichtstrahlteiler erforderlich.
Weitere bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un- teransprüchen.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt :
Figur 1 eine schematische Darstellung des optisch-mechanischen Beschleunigungssensors mit Auslöseelektronik gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Figur 1 ist eine passive Sicherheitseinrichtung schematisch dargestellt, wobei ihre Beschaltung mit Auslöseelektronik in Form eines Blockschaltbildes gezeigt ist. Die passive Sicherheitseinrichtung umfasst die drei Funktionseinheiten Beschleunigungssensor 1, Auswerteeinrichtung 2 und Auslöseeinrichtung 3. Der Beschleunigungssensor 1 dient zur Erfassung der Beschleunigungen und Verzögerungen eines Fahrzeuges und liefert in Abhängigkeit von der Größe der Beschleunigung bzw. Verzögerung ein elektronisches AusgangsSignal, welches über die Leitung 4 der Auswerteeinrichtung 2 zugeführt wird. In der Auswerteeinrichtung 2 wird das empfangene Signal ausgewertet und überprüft, ob die gemessene Beschleunigung (Verzögerung) einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder übersteigt. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs erzeugt die Auswerteeinrichtung 2 ein elektronisches oder auch optisches Auslösesignal, das über die Leitung 5 der Auslöseeinrichtung 3 zugeführt wird, welche wiederum als Reaktion auf das Auslösesignal eine Insassenschutzvorrichtung aktiviert, beispielsweise ein Gaskissen mit Gas befüllt. Nach der schematischen Darstellung in Figur 1 besitzt der op¬ tisch-mechanische Beschleunigungssensor 1 einen Lichtsender 6 in Form einer Leuchtdiode, einen Lichtempfänger 7 in Form eines Halbleiterdetektors, und eine Lichtübertragungseinrich- tung 8 zum Übertragen des vom Lichtsender 6 ausgehenden Lichtstrahles 9 zum Lichtempfänger 7, welche Lichtübertragungseinrichtung 8 eine bei auftretenden Beschleunigungen bewegbare Lichtablenkeinheit 10 aufweist, auf die das Licht des Lichtsenders auftrifft und in den Lichtempfänger 7 zurück re- flektiert wird, wobei die Lichtablenkeinheit 10 bei nicht wirkender Beschleunigung in einer Ausgangsposition ist und/oder in diese überführt ist, und sich die Lichtübertra- gungseigenschaften der Lichtübertragungseinrichtung 8 in Abhängigkeit von der Bewegung und/oder des Bewegungsmaßes der Lichtablenkeinheit 10 derart verändern, dass das in den
Lichtempfänger 7 eingespeiste Licht ein Maß für die wirkende Beschleunigung ist. Bei der Lichtablenkeinheit 10 handelt es sich um ein Feder-Masse-System, dessen Feder 11 einends gegen einen festen Punkt abgestützt und andernends mit einem Träg- heits-Massekörper 12 verbunden ist, wobei der Massekörper durch einen ebenen Reflexionsspiegel (optisches Reflexions- element) mit einer vorbestimmten Gesamtreflexionsfläche 13 ausgebildet ist. Bei auf das Fahrzeug wirkenden Beschleunigungen oder Verzögerungen wird der Reflexionsspiegel 12 aus seiner Ruhelage um ein dem Betrag der Beschleunigungs- bzw. Verzögungskraft entsprechendes Maß ausgelenkt, wobei die Richtung der Auslenkung gemäß Pfeil 14 von der Richtung der wirkenden Kraft abhängt. Der Reflexionsspiegel 12 ist linear beweglich gelagert, d.h. die Bewegungsrichtung der Lichtablenkeinheit verläuft im Wesentlichen quer zur optischen Achse 15 der Lichtübertragungseinrichtung 8. Der Lichtablenkeinheit 10 ist eine gegenüber dieser unbeweglich gehaltene Linsenanordnung zugeordnet, die den auf die Lichtablenkeinheit 10 auftreffenden Lichtstrahl 16 aufweitet. Die Linsenanordnung besitzt zu diesem Zweck eine Zerstreuungslinse 17 zur Aufweitung des Lichtstrahls und dieser nachgeschaltet eine Sammellinse 18 zur parallelen Abbildung der aufgeweiteten Lichtstrahlen auf die Reflexionsflache 13 des Spiegels 12. Die Linsen 17 und 18 sind so angeordnet bzw. ausgebildet, dass das zurück reflektierte Licht 19 wieder im Wesentlichen in den Bereich des Lichtleiters 20 fokussiert ist. Der eine (Zahlwort) Lichtleiter 20 dient hierbei gleichzeitig zur Übertragung des eingespeisten Lichtes 9 vom Sender 6 zur Lichtablenkeinheit 10, als auch zur Übertragung des zurück reflektierten Lichtes 19 an den Empfänger 7. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist zum Einkoppeln des Licht- Strahles 9 in den Lichtleiter 20 ein halbdurchlässiger Spiegel 21 vorgesehen; dieser kann bei einem weiteren bevorzugten, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel weggelassen sein, bei dem Sender 6 und Empfänger 7 baulich vereinigt sind, beispielsweise in Form einer kombinierten Halbleiter- sende-Empfangsdiode . Die Leuchtdiode 6 sendet eine bestimmte Lichtintensität aus, welche vermittels eines Detektors 22, der nur mit einem geringen Teil des ausgesandten Lichtes 9 beaufschlagt wird, überwacht wird.
Die Wirkungsweise des Beschleunigungsensors ist wie folgt. In der Ausgangsposition des Spiegels 12 - keine Beschleunigung wirksam - fällt das zu einem Strahlbündel 23 aufgeweitete Licht auf die Reflexionsfläche 13 des Spiegels 12; das Strahlbündel 23 kann eine kreisrunde Querschnittsform mit ei- nem Durchmesser von typischerweise einigen cm oder auch eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform mit ähnlichen Flächenabmessungen besitzen. Bei einer auf den Spiegel 12 wirkenden Beschleunigung bzw. Verzögerung bewegt sich dieser aus dem Strahlbündel 23 heraus, die Strahlquerschnittsflache des zurück reflektierten Lichtes wird geringer, da nur noch ein bestimmter Anteil des Strahlbündels 23 auf den Spiegel trifft und zurück reflektiert wird. In Abhängigkeit von der Bewegung der Lichtablenkeinheit 10 wird somit die auf das auftreffende Licht 23 wirksame Reflexionsfläche des Spiegels 12 und damit der Anteil des zurück reflektierten, in den
Lichtempfänger 7 eingespeisten Lichtes ein Maß für die wirkende Beschleunigung. Über einen Vergleich der von den Senso- ren 7 und 22 gemessenen Lichtintensitäten kann die auf den Spiegel 12 wirkende Beschleunigung bzw. Verzögerung berechnet werden. Ein entsprechendes Signal wird über die Leitung 4 an die Auswerteeinrichtung 2 geführt.
Das Feder-Masse-System 10 ist selbstschwingend und erfordert im Normalbetrieb keinen separaten Antrieb. Zu Testzwecken kann der Verstellung des Spiegels 12 ein Stellglied zugeordnet sein, welches beispielsweise durch einen Piezo-Kristall 24 ausgebildet ist. Dieser ist als eigenständiges Bauteil separat von dem Feder-Masse-System 10 angeordnet, ist somit nicht fest mit dem Spiegel verbunden und nimmt daher auch nicht an der Masse des Spiegels teil. Nach Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung dehnt sich der Piezo-Kristall 24 aus, typischerweise innerhalb eines Hubes von einigen Zehntel mm bis einigen wenigen mm, und stößt den Spiegel 12 im Sinne einer Positionsänderung des Spiegels 12 zu Selbsttestzwecken an. Die Versorgungs- und AntriebsSpannung des Piezo-Kristalls 24 kann hierbei von einer Solarzelle 25 stammen, welche mit Licht 26 einer Leuchtdiode 27 versorgt wird, das über einen weiteren Lichtleiter 28 an die Solarzelle 25 herangeführt wird. Da der Piezo-Kristall 24 in der Regel hochohmige Eigenschaften besitzt, kann diesem parallel ein Entladewiderstand zugeschaltet sein, damit nach dem Abschalten der Spannungs- Versorgung ein schnellerer Abbau der elektrischen Spannung gewährleistet ist.
Zur Steuerung des Stellgliedes 24 kann vorgesehen sein, dass aus dem vom Lichtempfänger 7 erhaltenen Lichtanteil ein Steu- ersignal abgeleitet wird, welches als Stellgröße im Sinne einer Regelung des Stellgliedes 24 weiterverarbeitet wird.
Der beweglich gelagerte Spiegel 12 kann so angeordnet sein, dass immer ein Teil des Lichtes 23 am Spiegel 12 vorbeigeht und auf die Solarzelle 25 fällt. Der Solarzelle 25 kann weiterhin ein Energiesammler angeschlossen sein, der das Stellglied 24 erst nach Verstreichen einer bestimmten Mindestlade- zeit betätigt. Werden jedoch kurze Messimpulse durchgeführt, wird das Stellglied 24 nicht betätigt. Alternativ hierzu kann zur Versorgung der Solarzelle 25 auch ein Teil des Lichtes vor der Linse 17 ausgekoppelt sein.

Claims

Hl
H"
Φ pr et μ- φ ri rr
Φ
F μ-
Ω tr et
Hi
O pr
0 cn cn μ-
Φ ri rr
.
Figure imgf000011_0001
4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bewegungsrichtung der Lichtablenkeinheit (10) im Wesentlichen quer zur optischen Achse (15) der Lichtübertra- gungseinrichtung (8) verläuft.
5. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lichtablenkeinheit (10) durch einen linear bewegli- chen Reflexionsspiegel (21) ausgebildet ist.
6. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lichtablenkeinheit (10) als Feder-Masse-System (11) ausgebildet ist.
7. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass sowohl das vom Lichtsender (6) ausgesandte Licht (16) , als auch das von der Lichtablenkeinheit (10) zurück reflektierte Licht (19) in derselben Lichtstrecke, insbesondere einem optischen Lichtleiter (20) geführt sind.
8. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Lichtübertragungsstrecke auf der Seite des Lichtsenders (6) bzw. Lichtempfängers (7) ein Lichtstrahlteiler zugeordnet ist.
9. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass Lichtsender (6) und Lichtempfänger (7) an derselben Seite der Lichtübertragungsstrecke angeordnet sind.
10. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Verstellung der Lichtablenkeinheit (10) ein Stellglied (24) zugeordnet ist, welches vermittels einer Steuer- einrichtung (25, 26, 27, 28) angesteuert ist.
11. Beschleunigungssensor nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung bzw. das dieser nachgeordnete Stellglied (24) durch ein Steuersignal gesteuert ist, welches von einer dem Anteil des zurückreflektierten Lichtes (19) entsprechenden Größe abgeleitet ist.
12. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Lichtsender ein Detektor (22) zugeordnet ist, welcher mit einem Teil des vom Lichtsender ausgesandten Lichtes (9) beaufschlagt wird.
13. Beschleunigungssensor nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Lichtempfänger (7) mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, und das vom Lichtempfänger (7) ausgegebene Signal zur Steuerung der Steuereinrichtung bzw. des diesem nachge- schalteten Stellgliedes (24) weiterverarbeitet wird.
14. Passive Sicherheitseinrichtung, insbesondere Airbag- System, zum Schutz der Insassen eines Fahrzeuges, Land-, Schienenfahrzeuges oder dergleichen vor Verletzungen bei Un- fällen, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der Fahrzeugbeschleunigungen und -Verzögerungen, einer mit der Sensoreinrichtung verbundenen Auswerteeinrichtung (2) zum Auswerten des AusgangsSignals der Sensoreinrichtung und einer mit der Auswerteeinrichtung (2) verbundenen Auslöseeinrich- tung (3) zum Aktivieren einer Insassen-Schutzvorrichtung zum
Schützen der Insassen vor Verletzungen auf den Empfang eines
Auslösesignals hin, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Sensoreinrichtung einen Beschleunigungssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
PCT/DE1998/002372 1997-08-28 1998-08-17 Optisch-mechanischer beschleunigungssensor und passive sicherheitseinrichtung, insbesondere airbag-system WO1999012042A1 (de)

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FR2427584A1 (fr) * 1978-06-02 1979-12-28 Asea Ab Dispositif a fibres optiques pour la mesure de grandeurs physiques telles que la position, la vitesse, la force, la pression et autres grandeurs similaires
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