Beschreibung

Verfahren zum Betrieb eines biegesensitiven Sensorbandes und Sensorband beziehungsweise Sensoranordnung mit biegesensiti- ven Eigenschaften

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verformungszustandes eines biegesensitiven Sensorbandes mit einer Vielzahl parallel verlaufender optischer Fasern, die je- weils in insbesondere regelmäßigen Abständen mit oberflächenstrukturierten Bereichen versehen sind, die die Biegeabhängigkeit der optischen Dämpfung der einzelnen Fasern heraufsetzt, wobei die optischen Fasern an ihrem einen Ende mit Messlicht beaufschlagt werden und an ihrem anderen Ende der durchgeleitete Anteil an Messlicht gemessen wird.

Ein Verfahren der eingangs abgegebenen Art ist beispielsweise aus der WO 2004/089699 Al bekannt. Als biegesensitives Sensorband wird gemäß dieser Veröffentlichung ein Trägerband verwendet, auf dem mehrere Lichtleitfasern montiert sind. Die Lichtleitfasern weisen in regelmäßigen Abständen Bereiche auf, die in geeigneter Weise oberflächenstrukturiert sind, um die Biegungsabhängigkeit der durch die Oberflächenstrukturie- rung erzeugten Dämpfung zu erhöhen. Die Lichtleitfasern sind mit ihren oberflächenstrukturierten Bereichen in geeigneter

Weise versetzt angeordnet, so dass in Bezug auf die Längsausdehnung des Sensorbandes der Beginn eines oberflächenstrukturierten Bereiches jeder Faser an das Ende des oberflächenstrukturierten Bereiches einer anderen Faser angrenzt. Es ist auch möglich, die oberflächenstrukturierten Bereiche nicht regelmäßigen, sondern beispielsweise in durch den Anwendungsfall vorgegebenen, unregelmäßigen Abständen anzuordnen. In diesem Fall muss die Verteilung der Abstände auf den Fasern

für den Anwendungsfall allerdings bekannt sein, um eine Auswertung der Sensorsignale zu ermöglichen.

Um die Gefahr von fehlerhaften Messungen hinsichtlich der Verformung des Sensorbandes zu minimieren, wird gemäß der WO 2004/089699 Al vorgeschlagen, dass die oberflachenstrukturierten Bereiche auf den Lichtleitfasern jeweils auf sich gegenüberliegenden Wandabschnitten gleichzeitig vorgesehen wird. Das so erhaltene Sensorband kann beispielsweise derart in den Stoßfanger eines Kraftfahrzeuges eingebaut werden, dass die oberflachenstrukturierten Bereiche eines bestimmten Abschnittes der Lichtleitfaser jeweils der erwarteten Aufprallstelle im Stoßfanger zu- beziehungsweise abgewandt sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen eines Verformungszustandes eines biegesensitiven Sensorbandes anzugeben, welches mit vergleichsweise kostengünstig herstellbaren Sensorbandern durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er- findungsgemaß dadurch gelost, dass zumindest die Mehrzahl der oberflachenstrukturierten Bereiche jeder Faser sich jeweils an den Enden mit einem der strukturierten Bereiche einer der anderen Fasern um einen definierten, insbesondere konstanten Betrag überschneiden und Profile für die Gesamtheit der Detektorsignale hinterlegt sind, die bei Vorliegen einer Aufhebung der Veränderung der Dampfung einer bestimmten Faser durch die Lichtdetektoren der anderen Fasern aufgrund der U- berschneidung der strukturierten Bereiche gemessen werden müssen, wobei in dem Fall, dass nur in einem Teil der Fasern eine Veränderung der Dampfung gemessen wird, das Messergebnis mit den gespeicherten Profilen verglichen wird und bei übereinstimmung des Messergebnisses mit einem der Profile das Vorliegen einer Aufhebung der Veränderung der Dampfung fest-

gestellt wird. Das erfindungsgemaße Verfahren enthalt also die beiden wesentlichen Elemente, dass ein biegesensitives Sensorband verwendet wird, bei dem sich die jeweils strukturierten Bereiche in definierter Weise überschneiden. Mit ei- nem solchen Sensorband können verschiedene, für den praktischen Einsatz des Sensorbandes relevante Falle einer Aufhebung der Veränderung der Dampfung einer bestimmten optischen Faser untersucht werden. Beispielsweise kann die optische Dampfung durch einen S-Schlag der betrachteten optischen Fa- ser entstehen, bei dem in dem einen Bereich der Krümmung die optische Dampfung genau um den Betrag zunimmt, wie er in den anderen Bereich der Krümmung abnimmt. Aufgrund der überschneidung der oberflachenstrukturierten Bereiche wird jedoch sichergestellt, dass sich in dem gekrümmten Bereich des opti- sehen Sensorbandes auch oberflachenstrukturierte Bereiche anderer optischer Fasern befinden, die eine gewisse Redundanz der zu verarbeitenden Signale erzeugen. Diese Redundanz kann in dem Fall, dass die Veränderung der Dampfung sich in einer Faser aufhebt, verwendet werden, um dennoch einen Ruckschluss auf den Verformungszustand des Sensorbandes zu bekommen.

Hierzu wird das Messergebnis mit hinterlegten Profilen verglichen, die diese Sonderfalle des Gesamtergebnisses des Sensorbandes berücksichtigen. Ergibt sich eine übereinstimmung mit einem solchen Profil, dann kann trotz Aufhebung der Damp- fung in einer normalerweise für die Bestimmung des Verformungszustandes genutzten Faser der Verformungszustand erkannt werden und beispielsweise sein Vorliegen durch ein geeignetes Ausgabegerat ausgegeben werden.

Eine besonders einfache Auswertung des Messergebnisses ist möglich, wenn sich die strukturierten Bereiche sich um einen konstanten Betrag überschneiden. Hierdurch sinkt nämlich die Zahl der Profile, die für eine zuverlässige Beurteilung der

beschriebenen Sonderfalle von Messergebnissen berücksichtigt werden müssen.

Um eine zuverlässige Zuordnung der entsprechenden Ergebnisse des Sensorbandes zu bestimmten Profilen zu ermöglichen, muss der Grad der überschneidung zwischen den jeweils aufeinander folgenden oberflachenstrukturierten Bereichen verschiedener Fasern genau bekannt sein. Insbesondere, wenn sich die ober- flachenstrukturierten Bereiche auf den einzelnen Fasern in regelmäßigen Abstanden wiederholen, d. h. eine Ortsauflosung über das gesamte Sensorband nicht gegeben ist, muss auch die Reihenfolge bekannt sein, in der sich wiederholt die oberfla- chenstrukturierten Bereiche der Fasern mit überschneidung aneinander reihen. Auf diese Weise werden die abgespeicherten Profile auf der gesamten Lange des Sensorbandes gültig.

Das erfindungsgemaße Verfahren hat den Vorteil, dass eine Messung mit dem Sensorband eine größere Sicherheit aufweist, um wirkprinzipbedingte Messfehler zu erkennen und durch ge- eignete Auswertung zu korrigieren. Damit kann das beschriebene, verhältnismäßig einfach aufgebaute Sensorband Verwendung finden, ohne das Messergebnis durch redundante Messergebnisse anderer Sensoren abzusichern. Dies tragt vorteilhaft zur Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens bei.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den hinterlegten Profilen nur die Detektorsignale derjenigen Fasern berücksichtigt sind, deren strukturierten Bereiche sich jeweils mit den strukturierten Bereichen der fraglichen Faser überschneiden, in der keine

Veränderung der Dampfung gemessen wurde. Es hat sich nämlich gezeigt, dass diejenigen Fasern, deren Bereiche sich mit genau der Faser überschneiden, die keine Veränderung der Dampfung anzeigt, besonders wertvoll für eine Auswertung redun-

danter Informationen sind. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Tatsache, dass tatsächlich eine sich jeweils aufhebende Veränderung der Dämpfung in der fraglichen Faser vorliegt nur indirekt durch Rückschluss des Verhaltens der Fa- sern mit sich überschneidenden Bereichen ermittelt werden kann. Der Rückschluss ist also nur durch Vergleich mit den abgespeicherten Profilen möglich, die diese typischen Fälle erfassen. Der Abgleich mit den besagten Profilen wird vorteilhaft erleichtert, wenn diejenigen Fasern, die zur Fest- Stellung eines Messfehlers nicht notwendig sind, bei dem Vergleich mit den genannten Profilen auch nicht berücksichtigt werden .

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das Sensorband in der Frontpartie eines Kraftfahrzeuges verwendet wird und der zu bestimmende Verformungszustand durch den Aufprall eines bestimmten Objektes, insbesondere eines Fußgängers vorgegeben ist. Hierbei ergibt sich eine Verwendung für die beschriebenen Sensorbänder, die vorteilhaft das Erkennen des Aufpralls eines Fußgängers als typisches Verformungsereignis des Sensorbandes ermöglichen. Im Falle eines Fußgängeraufpralles kann eine aktive Maßnahme zum Schutz des Fußgängers ausgelöst werden (zum Beispiel Fußgängerairbag) .

Die Sicherheit gegen eine Fehlinterpretation des Sensorergebnisses kann vorteilhaft noch gesteigert werden, wenn im Falle des Erkennens des zu bestimmenden Verformungszustandes das Signal mindestens eines weiteren Sensors unabhängig vom Signal des Sensorbandes ausgewertet wird, bevor das Messergebnis als Aufprall des Objektes ausgegeben wird. Beispielsweise kann hierzu ein Beschleunigungssensor in dem Kraftfahrzeug mit dem Sensorband verwendet werden, der ohnehin Messergebnisse für andere Anwendungen im Kraftfahrzeug liefert. Hierdurch wird die Möglichkeit einer Fehlinterpretation des Sen-

sorergebnisses des Sensorbandes vorteilhaft weiter minimiert und beispielsweise ein fehlerhaftes Auslösen einer Maßnahme zum Fußgängerschutz vermieden.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein faseroptisches Sensorband mit einer Vielzahl parallel verlaufender optischer Fasern, die jeweils in insbesondere regelmäßigen Abständen mit oberflächenstrukturierten Bereichen versehen sind, die die biegungsabhängige optische Dämpfung der einzelnen Fasern heraufsetzt. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Sensoranordnung mit einem solchen faseroptischen Sensorband, bei dem die optischen Fasern an ihrem einen Ende mit einer Lichtquelle und an ihrem anderen Ende mit Lichtdetektoren optisch verbunden sind, wobei eine Auswertungseinheit für die durch die Lichtdetektoren erzeugten Detektorsignale vorgesehen ist.

Ein derartiges Sensorband beziehungsweise eine Sensoranordnung mit einem solchen Sensorband sind in der eingangs erwähnten WO 2004/089699 Al ebenfalls beschrieben.

Es ergibt sich die Aufgabe, ein faseroptisches Sensorband beziehungsweise eine Sensoranordnung mit einem solchen Sensorband anzugeben, die bei verhältnismäßig geringem konstruktiven Aufwand eine vergleichsweise hohe Sicherheit gegenüber einer Fehlinterpretation der Messergebnisse gewährleistet. Diese Aufgabe wird mit dem erwähnten faseroptischen Sensorband dadurch gelöst, dass zumindest die Mehrzahl der oberflächenstrukturierten Bereiche jeder Faser sich jeweils an den Enden mit einem der strukturierten Bereiche einer der anderen Fasern um einen konstanten Betrag überschneiden. Durch diese Gestaltung des faseroptischen Sensorbandes wird die Anwendung des oben angegebenen Verfahrens überhaupt erst möglich, wie bereits eingehend erläutert wurde.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Sensorband die o- berflachenstrukturierten Bereiche alle eine konstante Lange aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Bewertung der gespeicherten Profile, die die verschiedenen Mess- fehler abbilden, da eine zusatzliche Fehlerquelle, dass ober- flachenstrukturierte Bereiche unterschiedlicher Lange verschiedenartige Messfehler generieren wurden, ausgeschlossen ist .

Die erwähnte Sensoranordnung lost die Aufgabe erfindungsgemaß dadurch, dass in der Auswertungseinheit Profile für die Gesamtheit der Detektorsignale hinterlegt sind, die bei Vorliegen einer Aufhebung der Veränderung der Dampfung einer bestimmten Faser durch die Lichtdetektoren der anderen Fasern aufgrund der überschneidung der strukturierten Bereiche gemessen werden müssen. Durch die genannte Sensoranordnung ist damit die Voraussetzung geschaffen, dass das eingangs erwähnte Verfahren in der Sensoranordnung durchgeführt werden kann, da die Auswertungseinheit über abgespeicherte Profile zum Vergleich verfugt. Dies ist zum erfindungsgemaßen Verfahren bereits eingehend erläutert worden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In den einzelnen Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur in soweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen

Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Sensorbandes,

Figur 2 eine der optischen Fasern in dem Sensorband gemäß Figur 1, wobei deren Krümmung einen S- Schlag beschreibt,

Figur 3 schematisch ein Ausfuhrungsbeispiel der erfin- dungsgemaßen Sensoranordnung mit einem Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Sensorbandes und die

Figuren 4 und 5 graphisch die Erzeugung von Messsignalen mit einem Sensorband gemäß Figur 1 beziehungsweise ahnlich wie in Figur 1 jeweils mit und ohne überschneidung der strukturierten Bereiche un- tereinander.

Ein Sensorband 11 gemäß Figur 1 weist vier optische Fasern 12 auf, welche parallel verlaufend in der Ebene des Sensorbandes (welche der Zeichnungsebene gemäß Figur 1 entspricht) ange- ordnet sind. Die Fasern 12 weisen in gleichmaßigen Abstanden a oberflachenstrukturierte Bereiche 13 auf, welche ein konstante Lange 1 besitzen. Das Sensorband 11 weist eine Matrix 14 auf, in die die Fasern eingebettet sind. Die oberflachen- strukturierten Bereiche 12 können beispielsweise mittels ei- nes Lasers eingebracht werden, wobei die Fasern vorher bereits in die Matrix 14 eingebettet wurden und mit ihrer oberen Seite aus der Matrix herausragen. Nach der Laserbehandlung kann eine zweite Schicht des Matrixwerkstoffes auf die dargestellte Seite des Sensorbandes 11 aufgebracht werden, wobei die Fasern 12 von der Matrix des Sensorbandes dann vollständig eingeschlossen werden.

Die Fasern 12 mit ihren oberflachenstrukturierten Bereichen 13 sind derart versetzt zueinander in der Matrix 14 angeord-

net, dass die oberflachenstrukturierten Bereiche einer bestimmten Faser sich jeweils mit den Bereichen der benachbarten Fasern um den Betrag b überschneiden. Gleichzeitig überschneiden sich die Bereiche der beiden am Rand des Sensorban- des befindlichen Fasern in dargestellter Weise ebenfalls um den Betrag b, wobei dieser Betrag b immer konstant ist. Die geometrische Beziehung zwischen den Großen a, 1 und b lasst sich bei einem Sensorband mit n Fasern folgendermaßen beschreiben :

a = n * (1 - b) .

Damit ist sichergestellt, dass bei Verwendung von Fasern mit konstantem Abstand a zwischen den oberflachenstrukturierten Bereichen und konstanter Lange 1 eine konstante überlappung b zwischen den Bereichen 12 einstellbar ist.

In Figur 2 ist eine der Fasern 12 gemäß Figur 1 dargestellt. Weiterhin lasst sich der Bereich 13 erkennen, der genau im Bereich eines S-Schlages der optischen Faser liegt. Die Krümmung des Bereiches 12 ist in einen Teilbereich untergliedert, der mit einem Plus gekennzeichnet ist, und in dem die Krümmung des Bereiches konvex ist. In diesem Teilbereich nimmt die optische Dampfung der Faser zu. In einem zweiten Teilbe- reich, der mit einem Minus gekennzeichnet ist, ist aufgrund des S-formigen Verlaufes der Krümmung der optischen Faser 12 eine konkave Krümmung des Bereiches 13 verwirklicht. Diese verringert die optische Dampfung der Faser 13. Sofern der Betrag der Erhöhung beziehungsweise Verringerung der optischen Dampfung in den Teilbereichen Plus und Minus sich genau aufheben, lasst sich auch die Krümmung der Faser durch eine Messung einer Veränderung einer optischen Dampfung nicht ermitteln (vergleiche auch Figur 4) .

In Figur 3 ist eine Sensoranordnung 15 dargestellt, in der das Sensorband 11 gemäß Figur 1 verbaut ist. In einem aufgeschnittenen Bereich des Sensorbandes 11 ist eine der Fasern 12 zu erkennen, die vollständig in die Matrix des Sensorban- des 11 eingebettet ist. Das Sensorband ist auf der Hälfte seiner Länge umgelegt, so dass die Enden 16 des Sensorbandes nebeneinander in einem Gehäuse 17 jeweils mit einer Lichtquelle 18 und einem Lichtdetektor 19 optisch verbunden werden können. Die Lichtquelle 18 und der Lichtdetektor 19 können daher zusammen mit einer Auswertungseinheit 20 in dem einzigen Gehäuse zusammengefasst werden, um den Bauaufwand zu verringern. In der Mitte des Sensorbandes entsteht dadurch eine Wendeschlaufe 21.

Die Auswertungseinheit 20 ist mit dem Lichtdetektor 19 verbunden, so dass die detektierten Lichtsignale der einzelnen Fasern 12 mit Profilen verglichen werden können, die in der Auswertungseinheit 20 hinterlegt sind. Zusätzlich lässt sich in der Auswertungseinheit das Signal eines Beschleunigungs- sensors 22 berücksichtigen, um zusätzliche Kriterien für das Erfassen eines bestimmten Ereignisses (beispielsweise Aufprall eines Fußgängers auf den Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges) zu erfassen. Wird das definierte Ereignis festgestellt, so kann dies über eine Schnittstelle 23 zur Weiterverarbei- tung ausgegeben werden.

In den Figuren 4 und 5 ist der Verlauf von Sensorbändern 11, IIa als Linie graphisch dargestellt, wobei man sich das Sensorband in einer Ansicht entsprechend Figur 3 von der Seite vorstellen muss. Im Falle der Figur 4 handelt es sich um ein Sensorband IIa, welches gemäß dem Stand der Technik ausgestattet ist, d. h. Bereiche 13a mit Oberflächenstrukturierun- gen aufweist, bei denen sich die jeweils benachbarten Bereiche auf unterschiedlichen Fasern nicht überschneiden. Anders

ist dies bei dem Sensorband 11 gemäß Figur 5 gelost, wobei dieses Sensorband im Aufbau dem in Figur 1 dargestellten Sensorband 11 entspricht. Die Bereiche 13, von denen zwei schraffiert dargestellt sind, weisen eine größere Lange auf, so dass sich eine überschneidung b zu den jeweils benachbarten Bereichen ergibt (dies wird durch einen Vergleich mit den schraffierten Bereichen 13a gemäß Figur 4 schnell deutlich) .

Die schraffierten Bereiche 13, 13a gemäß den Figuren 4 und 5 liegen jeweils auf derselben Faser 12 des Sensorbandes 11,

IIa (vergleiche Figur 1) . Hierdurch ergibt sich, dass der Abstand a zwischen dem jeweiligen einen Ende der schraffierten Bereiche 13, 13a eingehalten wird.

Betrachtet man die schraffierten Bereiche 13a gemäß Figur 4 und fugt die zugehörigen Krummungsabschnitte des Sensorbandes IIa entsprechend der dargestellten Ausschnittvergrößerung zusammen, so wird deutlich, dass die Krümmung dieser beiden auf einer Faser liegenden Bereiche sich genau aufhebt und daher mit einem Ausbleiben einer Dampfungsanderung der betreffenden Faser in Folge der Verformung des Sensorbandes zu rechnen ist (im Vergleich zum gerade verlaufenden Referenzzustand, der ebenfalls in Figur 4 dargestellt ist) . Selbiges gilt bei dem dargestellten Verformungszustand auch für die nachfolgenden Abschnitte, wie der Darstellung leicht zu entnehmen ist. Der Verformungszustand konnte beispielsweise bei einem im Stoßfanger verlegten Sensorband durch die Intrusion eines Fußgangerbeins im Falle des Aufpralls desselben auf die Frontpartie des Kraftfahrzeugs entstehen. Hiermit wäre beispielhaft also ein Fall angegeben, in dem keine der Faser des Sensorbandes den dargestellten Verformungszustand durch änderung des Dampfungsverhaltens der Fasern anzeigen konnte.

Der gleiche Verformungszustand lost bei dem Sensorband gemäß Figur 5 jedoch in den schraffierten Bereichen 13 eine gewisse Veränderung des Dampfungsverhaltens des Sensors aus. Dies lasst sich wiederum der Ausschnittvergrößerung entnehmen, in dem die Krummungsabschnitte der schraffierten Bereiche 13 zusammengeführt sind. Da der von links nach rechts gesehen erste Bereich 13 an einem im Wesentlichen gerade verlaufenden Bereich anschließt, wird in dem gemeinsamen Uberlappungsbe- reich zu diesem Nachbarbereich keine Veränderung der Dampfung gemessen. Anders verhalt sich dies in dem zweiten schraffierten Bereich 13, der beidseitig an gekrümmte Bereiche angrenzt, so dass auch in den Uberlappungsbereichen eine Veränderung der Dampfung zu verzeichnen ist. Daher verbleibt eine resultierende Dampfungsveranderung, die jedoch sehr viel ge- ringer ausfallt als die aufgrund der Gesamtverformung des Sensorbandes zu erwartende.

Die nach rechts auf die beiden schraffierten Bereiche 13 folgenden Bereiche sind jedoch trotz der Berücksichtigung der Uberschneidungsbereiche symmetrisch zu den jeweils in folgenden Bereichen auf derselben Faser, so dass keine Veränderung der Dampfung zu verzeichnen ist. In dem wiederum darauf folgenden Bereich ist eine Veränderung der Dampfung äquivalent zum schraffierten Bereich 13 zu verzeichnen. Hieraus lasst sich ein Profil ableiten, bei dem in zwei benachbarten Fasern eine verhältnismäßig geringe Dampfungsveranderung ermittelt werden kann, wahrend in den dazwischen liegenden Fasern keine änderung der optischen Dampfung zu verzeichnen ist. Wird dieses Profil in der Auswertungseinheit des Sensorbandes hinter- legt, so kann dies erkannt werden und es wird ein Ruckschluss auf den wahren Verformungszustand des Sensorbandes möglich. Hierbei können eventuell zusatzliche Daten beispielsweise aus dem Beschleunigungssensor 22 berücksichtigt werden, um die übereinstimmung mit dem besagten Profil zu verifizieren.

Be zugs zeichenl i ste

Sensorband 11

Fasern 12

Bereich 13

Matrix 14

Sensoranordnung 15

Enden 16

Gehäuse 17

Lichtquelle 18

Lichtdetektoren 19

Auswertungseinheit 20

Wendeschlaufe 21

Beschleunigungssensor 22

Schnittstelle 23