DE102011003073B4

DE102011003073B4 - Sicherheitssystem zur Erfassung eines Einbruchversuchs an einer Sicherheitsverglasung

Info

Publication number: DE102011003073B4
Application number: DE201110003073
Authority: DE
Inventors: Udo Weinand
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: WO2012101126A1; EP2668643B1; DE102011003073A1; EP2668643A1

Abstract

Sicherheitssystem (70) zur Erfassung eines Einbruchversuchs an einer Sicherheits-Verglasung, mit folgenden Merkmalen: Verglasungsanordnung (10) mit Sicherheitsfunktion, mit einem flächigen Verglasungselement (20); und einer Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einer Mehrzahl von optischen Filterelementen (32) in Form von Bragg-Filtern, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mechanisch an dem Verglasungselement (20) angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken, und um bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken; wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) so angeordnet ist, dass die Bragg-Filter (32) in einer verteilten Anordnung oder in einem Raster an dem flächigen Verglasungselement (20) angeordnet sind; und wobei die Abstände zwischen benachbarten Bragg-Filtern so gewählt sind, dass bei einer punktuellen Aufheizung der Scheibe um zumindest 500°C am nächstgelegenen Bragg-Filter innerhalb einer Zeitdauer von weniger...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, auf ein Sicherheitssystem für eine Verglasungsanordnung und auf ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Konzept zur Überwachung eines flächigen Verglasungselements, z. B. einer Glasscheibe oder einer Verbundglasscheibe, um eine mechanische oder thermische Belastung durch ein äußeres Einwirken an dem flächigen Verglasungselement frühzeitig bzw. zeitnah zu erfassen. Dadurch kann eine versuchte Manipulation des flächigen Verglasungselements, beispielsweise bei einem Einbruchsversuch, nahezu in Echtzeit erkannt und frühzeitig ein entsprechender Alarm ausgelöst werden. Gleichermaßen kann das erfindungsgemäße Konzept an flächigen Verglasungselementen eingesetzt werden, die bei ihrem Einsatz starken mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, wie z. B. an Frontscheiben in einem Flugzeug-Cockpit, in Zügen oder anderen Fahrzeugen, um frühzeitig zu hohe mechanische oder thermische Belastungen an den Verglasungselementen zu erkennen und ein mechanisches Versagen aufgrund eines plötzlichen, unvorhergesehenen Bruchs des flächigen Verglasungselements zu vermeiden.
Auf vielen Gebieten wird sogenanntes Sicherheitsglas verwendet, um entweder die Verglasung, z. B. Panzerglas bzw. Verbund-Sicherheitsglas, mit einer möglichst ausreichenden einbruchshemmenden Wirkung zu versehen oder um einen unberechtigten physischen Zutritt zu Bereichen, die durch Sicherheitsglas gesichert sind, z. B. Auslagen von Juwelieren, Vitrinen usw., möglichst sicher zu verhindern. Darüber hinaus werden für die jeweiligen Verglasungselemente auch sog. passive Glasbruchmelder eingesetzt, die an der zu überwachenden Verglasung angeordnet sind, und einen Glasbruch bzw. eine physische Zerstörung des Verglasungselements erfassen. In diesem Zusammenhang beziehen sich unterschiedliche DIN-Normen auf sogenannte Widerstandsklassen (DIN V ENV 1627), die beispielsweise Widerstandszeiten, d. h. die Zeit, die ein Produkt einem Einbruch standhält, Tätertypen und den Modus Operandi berücksichtigen. Ferner gibt es Prüfnormen (DIN EN 356) für angriffshemmende Verglasungen, d. h. inwieweit die Verglasungen einbruchshemmend, durchwurfhemmend oder angriffshemmend sind.
Ferner wird Sicherheitsglas auch in Bereichen eingesetzt, wie z. B. als Frontscheiben in Flugzeug-Cockpits, Hochgeschwindigkeitszügen oder sonstige Fahrzeugen, die sehr starken thermischen und insbesondere mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
Nachteilig an den bisher im Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen ist, dass beispielsweise ein Einbruchsversuch erst bei Auftreten einer mechanischen Beschädigung oder Zerstörung des überwachten Verglasungselements erfasst wird. Wird nun beispielsweise bei einem Einbruchsversuch das Sicherheitsglas mittels eines Gasbrenners bzw. Schneidbrenners so in der Stabilität verändert, bis das Sicherheitsglas letztendlich schmilzt, kann ein möglicher Einbrecher relativ schnell an die hinter der Sicherheitsverglasung ausgestellten Wertgegenstände gelangen, ohne dass ein Alarm von einem passiven Glasbruchmelder ausgegeben wird. Ferner mussten bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt werden, sollte eine zeitnahe Wärmeinformation erhalten werden. Um eine möglichst umfassende Einbruchserfassung zu erhalten, mussten deshalb gemäß dem Stand der Technik unterschiedliche Überwachungskonzepte kombiniert werden, um sowohl mechanische als auch thermische Einwirkungen auf Sicherheitsverglasungen zu detektieren. Dies führt bei deren Realisierung zu einem hohen Aufwand und damit auch zu hohen Kosten.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung ”Castelli, P., u. a.: Applications of FBG sensors for the monitoring of critical components of vehichles. In: Proc. SPIE, Vol. 4763, 2003, 252–258” bezieht sich auf die Anwendung von FBG-Sensoren (FBG = fiber Bragg grating) für die Überwachung kritischer Komponenten von Fahrzeugen. Wie im Kapitel „Sensor positioning: grating net, strain-gauges and thermocouples” angegeben ist, werden die Bragg-Gitterarrays für die Erfassung einer mechanischen Beanspruchung an vorgegebenen Punkten einer Windschutzscheibe mittels eines Acrylklebstoffs geklebt. Aufgrund der Empfindlichkeit der Bragg-Gitter sowohl für eine mechanische Beanspruchung als auch für die Temperatur, ist eine Temperaturkompensation erforderlich. Ferner wird jeweils ein Bragg-Gitter, das lediglich an einer Endposition fixiert ist, und daher lediglich für eine Temperatur empfindlich ist, neben den Messgittern an jedem Messpunkt platziert.
Die US 5,493,390 A1 bezieht sich auf eine integrierte, optische Anordnung für die Diagnose von Bauteilen mittels eingebetteter oder oberflächenbefestigter optischer Sensoren, die in eine Glasfaser eingebettete Bragg-Gitter aufweisen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Konzept für eine Verglasungsanordnung mit einer Sicherheitsfunktion zu schaffen, mittels derer eine Detektion einer auf ein flächiges Verglasungselement einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung bzw. Belastung frühzeitig und möglichst in Echtzeit detektiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitssystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement, wie z. B. einem Faser-Bragg-Gitter bzw. Bragg-Filter, mechanisch so an dem flächigen Verglasungselement anzuordnen, dass bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des Verglasungselements eine optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur und insbesondere des optischen Filterelements verändert wird. Eine mechanische Verbindung zwischen einem Verglasungselement und einer Lichtwellenleiterstruktur kann beispielsweise form-, kraft- oder stoffschlüssig ausgebildet sein. So wird insbesondere erfindungsgemäß ausgenutzt, dass es bei dem in einer Lichtwellenleiterstruktur angeordneten Bragg-Filter aufgrund einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu einem Dehnungseinfluss und/oder zu einer Brechzahländerung des Materials des Bragg-Filters kommt, so dass sich die Mittenfrequenz des Bragg-Filters als veränderbare, optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur entsprechend der mechanischen oder thermischen Einwirkung ändert. Eine solche Änderung der Mittenfrequenz des Bragg-Filters ist nun relativ einfach mit an der Lichtwellenleiterstruktur angekoppelten optischen Erfassungselementen detektierbar, wobei der Größe der Änderung der Mittenfrequenz Δλ/λ₀ der Grad einer mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zugeordnet werden kann. Erfindungsgemäß kann somit durch Auswertung der optischen Eigenschaft des Bragg-Filters in der Lichtwellenleiterstruktur unmittelbar auf eine Manipulation, z. B. durch einen Einbrecher, des flächigen Verglasungselements geschlossen werden. Ferner können zur Steigerung der Erfassungssicherheit „normale” thermische oder mechanische Einwirkungen, wie z. B. Temperaturänderungen aufgrund von Sonneneinstrahlung, auf das flächige Verglasungselement bei der Auswertung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur berücksichtigt werden.
So kann nun erfindungsgemäß eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement oder einer Mehrzahl von optischen Filterelementen, die beispielsweise als Bragg-Filter ausgebildet sind, mechanisch an einem zu überwachenden flächigen Verglasungselement angebracht werden. Bei einer Verwendung mehrerer Bragg-Filter können diese beispielsweise unterschiedliche Filtermittenfrequenzen bzw. Filtermittenwellenlängen aufweisen, um ferner eine räumliche Auflösung der auf das zu überwachende, flächige Verglasungselement einwirkenden mechanischen oder thermischen Beanspruchungen zu erhalten, wie dies nachfolgend noch ausführlich erläutert wird.
Die Lichtwellenleiterstruktur mit dem optischen Filterelement bzw. den optischen Filterelementen kann nun beispielsweise an einem mehrschichtigen, flächigen Verglasungselement, z. B. einer Verbundglasanordnung, angeordnet werden, wobei die Lichtwellenleiterstruktur in einer Glaskapillare, einer gefrästen Nute oder nachträglich auf dem Sicherheitsglas in Kapillaren angebracht werden kann und mit dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement zumindest bereichsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Bezüglich der mechanischen Verbindung des Verglasungselements mit der Lichtwellenleiterstruktur wird darauf hingewiesen, dass die Lichtwellenleiterstruktur entweder bereits bei der Herstellung des Verglasungselements in bzw. an demselben mechanisch, d. h. form-, kraft- und/oder stoffschlüssig, angeordnet werden kann oder auch nachträglich an dem Verglasungselement in nachträglich angebrachten Ausnehmungen oder Aussparungen (z. B. Kapillare oder Nute) angeordnet werden kann. Wird nun beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur mit den optischen Filterelementen bereits während der Herstellung des Verglasungselements im Material des Verglasungselements integriert oder innerhalb einer von mehreren Schichten einer Verbundglasanordnung beispielsweise unter Verwendung eines transparenten Klebstoffes fixiert, kann die Lichtwellenleiterstruktur ohne Weiteres form-, kraft- und/oder stoffschlüssig an dem Verglasungselement angeordnet werden, so dass eine mechanische Beanspruchung bzw. Verformung (z. B. Dehnung) des Glasmaterials unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur und die sich darin befindlichen optischen Filterelemente übertragen wird. Gleichermaßen wird auch eine thermische Beanspruchung des Verglasungselements, d. h. eine Temperaturerhöhung, unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur und die darin sich befindlichen optischen Filterelemente übertragen.
Bei einer nachträglichen Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur an dem Verglasungselement ist nun zu unterscheiden, ob die Lichtwellenleiterstruktur in eine nach außen zugängliche Ausnehmung (z. B. eine gefräste Nut) eingelegt und mit einem Klebstoff im Wesentlichen vollständig mit dem Verglasungselement verbunden werden kann oder ob die Lichtwellenleiterstruktur bei einem Einschieben in eine vorgesehene Glaskapillare in dem Verglasungselement im Wesentlichen nur an den Endpunkten (d. h. an dem Ein- und Austrittspunkt der Lichtwellenleiterstruktur an dem Verglasungselement) mit demselben mechanisch verbunden werden kann. Im zweiten Fall wirkt sich eine mechanische Beanspruchung, z. B. in Form einer Dehnung des Verglasungselements, als eine relativ gleichmäßige Dehnung der Lichtwellenleiterstruktur zwischen den beiden fixierten Endpunkten aus. Damit ist gegenüber einer vollständigen mechanischen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur mit dem Verglasungselement zwar weiterhin die Erfassung einer Dehnung der Lichtwellenleiterstruktur und damit des Verglasungselements möglich, aber ohne eine genaue räumliche Zuordnung des Orts der einwirkenden mechanischen Beanspruchung.
Im Gegensatz zu einer mechanischen Beanspruchung ist bei einer thermischen Beanspruchung des Verglasungselements im Falle einer punktuellen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur mit dem Verglasungselement trotzdem eine räumliche Zuordnung des Orts der einwirkenden thermischen Beanspruchung möglich, da sich bei einer Erwärmung des Verglasungselements auch nur entsprechende Abschnitte der Lichtwellenleiterstruktur und somit nur bestimmte Bragg-Filterelemente erwärmen und ihre optische Filtereigenschaft ändern.
Durch Überwachung der optischen Eigenschaft der als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelemente kann nun von außen zugeführte Wärme oder großer Druck, wie dies beispielsweise bei einem Einbruchsversuch der Fall sein kann, über die resultierende mechanische Dehnung (oder Stauchung) des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements und damit auch der mechanisch verbundenen Lichtwellenleiterstruktur sehr schnell und nahezu in Echtzeit detektiert und ein elektronischer Alarm ausgelöst werden, um die Manipulation an dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement anzuzeigen. Darüber hinaus kann die an dem zu überwachenden, flächigen Verglasungselement angeordnete Lichtwellenleiterstruktur mit den optisch in Reihe geschalteten Bragg-Filtern gleichzeitig als ein Bruchsensor genutzt werden, da lediglich Signale von denjenigen Filterelementen (mit einer ausreichenden Amplitude) zurückreflektiert werden, die sich in der Lichtwellenleiterstruktur an Positionen (in Lichteinkoppelrichtung) vor der Bruchstelle befinden, während Reflexionssignale von einem oder mehreren Bragg-Filtern hinter der Bruchstelle ausfallen.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Implementierung eines Sicherheitssystems zur Erfassung eines Einbruchversuchs an einer Sicherheits-Verglasung ist nun äußerst vorteilhaft bei der Überwachung eines flächigen Verglasungselements einsetzbar, da die Lichtwellenleiterstruktur mit den als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelementen zum Einspeisen eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur einsetzbar ist, und durch die Auswertung des von den optischen Filterelementen reflektierten oder transmittierten optischen Signals direkt und nahezu in Echtzeit Informationen über eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements ermittelt werden können.
Somit wird erfindungsgemäß gegenüber den anderen im Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen mit nur einer Sensoranordnung ermöglicht, sowohl eine Wärmeeinwirkung als auch eine Dehnung oder einen Bruch (oder Knick) des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements zu erfassen, wobei die den jeweiligen Zustand des zu überwachenden, flächigen Verglasungselements beschreibenden Informationen in Form einer Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur direkt und nahezu in Echtzeit auslesbar sind. Die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist somit überall dort einsetzbar, wo Wertgegenstände, Waren oder sonstige Gegenstände vor einem ungebeteten Zugriff oder Zutritt gesichert werden sollen, z. B. bei Juwelieren, Banken, Warenhäusern usw. Darüber hinaus können mechanische Spannungen in stark beanspruchten Scheiben, wie z. B. von Frontscheiben in Flugzeug-Cockpits, Zügen oder sonstigen Fahrzeugen, rechtzeitig erkannt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die vorliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a–b Prinzipdarstellungen in einer Draufsicht und einer Schnittansicht einer Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für ein Sicherheitssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a–c eine Prinzipdarstellung einer Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement für die Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für ein Sicherheitssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Prinzipdarstellung einer Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion für ein Sicherheitssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Prinzipdarstellung eines Sicherheitssystems für eine Verglasungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens.
Bevor nachfolgend die vorliegende Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der Elemente mit gleichen Bezugszeichen untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Im Folgenden wird nun anhand von 1a–b der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise einer Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion für ein Sicherheitssystem zur Erfassung eines Einbruchversuchs an einer Sicherheits-Verglasung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die in 2a–c dargestellte prinzipielle Ausgestaltung einer Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 beispielhaft beschrieben.
Wie in 1a dargestellt ist, weist die Verglasungsanordnung 10 ein flächiges Verglasungselement 20 auf. Das flächige Verglasungselement kann beispielsweise ein ein- oder mehrschichtiges transparentes Material, z. B. Glas, Kunststoff oder ein Verbundmaterial, aufweisen. So kann beispielsweise das flächige Verglasungselement 20 für eine Sicherheitsverglasung als Verbundglas eine Kombination von Glas und durchsichtigen Kunststofffolien aufweisen. An dem flächigen Verglasungselement 20 ist nun eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement, z. B. in Form eines Faser-Bragg-Gitters bzw. eines optischen Bragg-Filters, angeordnet. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 weist somit einen Lichtwellenleiterabschnitt 34 und das optische Filterelement 32 auf. Ferner weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 einen Einkoppeleingang 36 zum Einkoppeln eines optischen Signals S₁ in die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf. Ferner weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 auch nach dem optischen Filterelement 32 optional einen weiteren Lichtwellenleiterabschnitt 34 auf, wobei der weitere Lichtwellenleiterabschnitt 34 beispielsweise zu einem Auskoppelausgang 38 an einer beliebigen Seitenfläche, z. B. einer gegenüberliegenden Seitenfläche, des flächigen Verglasungselements 20 zum Auskoppeln eines durch das optische Filterelement 32 hindurchlaufenden optischen Signals S_Tr geführt ist.
Wie nun in 1a–b dargestellt, ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 innerhalb des Materials des flächigen Verglasungselements 20 angeordnet. Wie in 1b dargestellt, weist das flächige Verglasungselement 20 beispielsweise als Verbundglas eine Mehrzahl von Einzelschichten 20-1, ..., 20-5 (20-n) auf, wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 beispielsweise in einer kleinen Kapillare oder einer gefrästen Nut in der zweiten Verglasungsschicht 20-2 (hinter der ersten Scheibe 20-1) des flächigen Verglasungselements 20 angeordnet ist.
Diese in 1a–b dargestellte Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem flächigen Verglasungselement 20 ist aber lediglich als beispielhaft anzusehen. So kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 allgemein in eine Aussparung oder Ausnehmung 40 innerhalb des Materials des flächigen Verglasungselements 20 oder auch an einer Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 eingebracht sein. Natürlich können bei der Herstellung des flächigen Verglasungselements 20 entsprechende Ausnehmungen bzw. Aussparungen an oder in dem Verglasungselement 20 zum Einschieben oder Einlegen der Lichtwellenleiterstruktur bereits vorab vorgesehen sein. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 kann nun beispielsweise mittels eines transparenten Klebstoffmaterials oder eines sonstigen Befestigungsmaterials in der vorgesehenen Ausnehmung 40 befestigt werden.
Ferner ist es auch möglich, die Lichtwellenleiterstruktur 30 noch nachträglich an einem Verglasungselement 20 anzuordnen. Bei einem nachträglichen Einbau in eine z. B. nachträglich vorgesehene Ausnehmung oder Aussparung 40 (bzw. Vertiefung) an dem Verglasungselement 20 kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 beispielsweise mittels einer Folie (nicht gezeigt in 1a–b) fixiert werden, die auf die Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 zumindest im Bereich der Aussparungen 40 für die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf die Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 geklebt wird.
Bezüglich einer örtlichen Auflösung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 wird darauf hingewiesen, dass diese mechanische Beanspruchung bei Verwendung einer Mehrzahl von Bragg-Filterelementen 32 nur an den Bereichen des Verglasungselements 20 ortsaufgelöst erfassbar ist, an denen eine feste bzw. kraftschlüssige mechanische Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32 an dem Verglasungselement vorliegt. Diesbezüglich wird auf die detaillierten Ausführungen in 4 hingewiesen, die auf alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
Im Zusammenhang mit der in 1a–b dargestellten Lichtwellenleiterstruktur 30 wird darauf hingewiesen, dass diese zur Vereinfachung der Beschreibung lediglich ein optisches Filterelement 32 aufweist. Im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung wird noch deutlich werden, dass eine Mehrzahl von optischen Filterelementen in der Lichtwellenleiterstruktur 30 angeordnet sein kann, wobei die Lichtwellenleiterstruktur 30 auch entlang im Wesentlichen beliebig geformter, z. B. mäanderförmig geformter, Aussparungen 40 in dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein kann. Ferner können weitere Lichtwellenleiterstrukturen (nicht gezeigt in 1a–b) mit jeweiligen Einkoppeleingängen und optionalen Auskoppeleingängen in dem flächigen Verglasungselement 20 getrennt voneinander angeordnet sein.
Die Lichtwellenleiterstruktur(en) 30 mit jeweils einer Mehrzahl von optischen Filterelementen 32 können nun so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein, um beispielsweise eine in einem Raster verteilte Anordnung von Sensorelementen (in Form der optischen Filterelemente 32) verteilt über die Grundfläche des flächigen Verglasungselements 20 zu erhalten. Auf eine solche Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem flächigen Verglasungselement 20 wird im Nachfolgenden noch detailliert anhand von 3 eingegangen.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die rechteckige und gerade Form der Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20, wie sie in den Figuren dargestellt ist, lediglich als beispielhaft anzusehen ist. Das erfindungsgemäße Konzept ist insbesondere auch auf beliebig geformte und auch gekrümmte Oberflächen eines flächigen Verglasungselements 20 anwendbar.
Wie in 1b nun dargestellt, weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 beispielsweise einen Durchmesser ”a” von 80–200 μm auf, so dass beispielsweise die in dem flächigen Verglasungselement 20 vorgesehene Ausnehmung 40 Abmessungen mit einer Breite ”b” und einer Höhe ”c” von beispielsweise 200–650 μm aufweisen kann, um die Lichtwellenleiterstruktur 30 aufzunehmen. In einem möglichen Zwischenraum zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und den Seitenwänden der Ausnehmung 40 kann beispielsweise ein transparenter Klebstoff oder ein sonstiges transparentes Verbindungsmaterial (nicht gezeigt in 1a–b) zum Auffüllen etwaiger Hohlräume, zur Beibehaltung der mechanischen Stabilität und zur Fixierung an dem Glas (Kraftschluß) vorgesehen sein, soweit der Klebstoff in die Ausnehmungen eingebracht werden kann.
Die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 ist nun so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet, dass etwaige mechanische und/oder thermische Belastungen, die auf das flächige Verglasungselement 20 einwirken, möglichst unmittelbar auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 übertragen oder zumindest in einem gewissen Grad weitergegeben werden. D. h., die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist so mechanisch an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet, dass eine mechanische oder thermische Beanspruchung, d. h. das Einwirken einer erhöhten Temperatur oder einer äußeren, mechanischen Kraft auf das flächige Verglasungselement 20, eine Veränderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des optischen Filterelements 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 hervorruft. Dazu ist es also erforderlich, dass die Lichtwellenleiterstruktur 30 ausreichend thermisch und/oder mechanisch mit dem flächigen Verglasungselement 20 gekoppelt ist, um eine ausreichende Wärme- und/oder Kraftübertragung von dem flächigen Verglasungselement 20 auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 zu gewährleisten. Unter mechanischen Kräften sind beispielsweise Zug-, Druck-, Schlag-, Stoß- oder Biegungsbelastungen zu verstehen. Um eine thermische Kopplung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem flächigen Verglasungselement 20 vorzusehen, ist lediglich zu beachten, dass das flächige Verglasungselement 20 und die Lichtwellenleiterstruktur 30 ausreichend nahe aneinander bzw. in (thermischem) Kontakt zueinander angeordnet sind. Um ferner mechanische Belastungen des flächigen Verglasungselements 20 in einem ausreichenden Grad an die Lichtwellenleiterstruktur 30 zu übertragen bzw. weiterzuleiten, kann eine entsprechende mechanische Verbindung, z. B. eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung, der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 an dem flächigen Verglasungselement 20 vorgesehen sein.
Im Folgenden wird nun, Bezug nehmend insbesondere auf 2a–c, darauf eingegangen, wie der Zusammenhang zwischen einer mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 und einer Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des optischen Filterelements 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30, das beispielsweise in Form eines Bragg-Filters vorliegt, erhalten wird.
Wie in 2a–c dargestellt, ist das optische Filterelement 32 beispielsweise als ein Faser-Bragg-Gitter bzw. optisches Bragg-Filter ausgebildet. Das Bragg-Filter 32 ist ein in den Glasfaserkern der Lichtwellenleiterstruktur 30 eingeschriebenes optisches Interferenzfilter. Wellenlängen des in die Lichtwellenleiterstruktur 30 eingekoppelten optischen Signals S₁ (mit der Leistungsverteilung P₁), die innerhalb der Filterbandbreite um die Mittenbandbreite λ_B des Bragg-Filters liegen, werden (zumindest größtenteils) zurückreflektiert und ergeben das reflektierte Signal S_R1 mit der Leistungsverteilung P_R1.
Die Lichtwellenleiterstruktur 30 in Form einer Einmodenglasfaser weist somit einen hochtransparenten Glasfaserkern 30-1 mit dem Brechungsindex n₂ auf, der mit einem Glasmaterial 30-2 niedrigerer Brechzahl n₁ ummantelt ist. Der Lichtwellenleiter besteht somit aus einem Kern 30-1 mit der Brechzahl n₂, einem Mantel (Cladding) 30-2 mit der Brechungszahl n₁ und beispielsweise einer Schutzbeschichtung (Coating/Buffer) 30-3 mit einer Brechzahl n₀. Der lichtführende Kern 30-1 dient zum Führen und Übertragen des optischen Signals S₁. Der Mantel 30-2 hat eine niedrigere optische Brechzahl als der Kern 30-1, d. h. n₁ < n₂. Der Mantel 30-2 bewirkt dadurch eine Totalreflexion an der Grenzschicht zu dem Kern 30-1 und somit eine Führung der Strahlung (d. h. des optischen Signals) im Kern 30-1 des Lichtwellenleiters 30. Das optische Filterelement 32 entlang des Kerns 30-1 der Lichtwellenleiterstruktur 34 ist in dem Faserkern 30-1 in Form einer periodischen Modulation der Brechzahl angeordnet, mit hohen (n₃) und niedrigen Brechzahlbereichen (n₂), die das Licht in dem Faserkern 30-1 einer bestimmten Wellenlänge λ_B zurückreflektieren, und somit die Funktion einer Bandsperre aufweisen, mit n₃ >> n₂. Die Mittenwellenlänge λ_B der Filterbandbreite ergibt sich durch die Bragg-Bedingung λ_B = 2neff·Λ. (1)
Darin ist n_eff die effektive Brechzahl des Faserkerns 30-1 der Lichtwellenleiterstruktur 30 und Λ die Gitterperiode. Die spektrale Breite des Bandes (Sperrbandes) hängt von der Länge des Faser-Bragg-Gitters 32 und der Stärke der Brechzahländerung zwischen den benachbarten Brechzahlbereichen ab.
2b zeigt nun beispielhaft das Reflexionsverhalten der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Bragg-Filter 32. Das Spektrum der Eingangsleistung P₁ des optischen Eingangssignals S₁ über der Wellenlänge λ. Das Bragg-Filter 32 wirkt wie ein Bandpassfilter, so dass ein Anteil des eingespeisten Spektrums als reflektierter Anteil P_R1 zurückreflektiert wird, d. h. das Bragg-Filter 32 wirkt als Bandsperre um die Mittenwellenlänge λ_B. Darüber hinaus ist in 2b beispielhaft das Transmissionsspektrum der übertragenen bzw. durchgehenden Leistung P_Tr dargestellt, bei dem der Anteil um die Mittenfrequenz λ_B durch das Bragg-Filter 32 aus dem Übertragungsspektrum entfernt wurde.
Bezüglich der in 2b dargestellten Leistungsspektren wird darauf hingewiesen, dass diese lediglich als beispielhaft anzusehen sind. So ist insbesondere anzumerken, dass die durch ein Bragg-Filter realisierte Bandsperrenfunktionalität äußerst schmale Sperr- bzw. Reflexionsbereiche um die Mittenwellenlänge λ_B ermöglicht, während in 2b dieser Sperrbereich zur Vereinfachung der Darstellung relativ breit dargestellt ist.
Wie aus der obigen Gleichung (1) ersichtlich ist, hängt die Mittenwellenlänge λ_B des Bragg-Filters 32 jeweils von der effektiven Brechzahl sowie von der Gitterperiode Λ des als Faser-Bragg-Gitter ausgebildeten optischen Filterelements 32 ab. In diesem Zusammenhang wird nun darauf hingewiesen, dass sich die Gitterperiode Λ durch eine einwirkende mechanische Belastung, d. h. eine Dehnung oder Stauchung aufgrund einer Zug-, Druck-, Schlag-, Stoß- oder Biegungsbelastung, ändert. Wenn also die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 mechanisch mit dem flächigen Verglasungselement 20 gekoppelt ist, so dass sich Dehnungs- oder Stauchungsverformungen aufgrund mechanischer oder auch thermischer Belastungen des flächigen Verglasungselements 20 auch auf das Bragg-Filter 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 zumindest teilweise übertragen, so ändert sich die Gitterperiode Λ des Bragg-Filters 32 und damit auch die Mittenwellenlänge λ_B des Bragg-Filters 32. Darüber hinaus sind die Brechungsindizes n₂, n₃ im Faserkern 30-1 auch temperaturabhängig, so dass sich zusätzlich die Mittenwellenlänge λ_B entsprechend der thermischen Belastung verändert, die auf das flächige Verglasungselement 20 und damit auch auf das optische Filterelement 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 einwirkt.
Daraus ergibt sich, dass die Wellenlängenänderung Δλ_B eine Abhängigkeit von der einwirkenden mechanischen und thermischen Belastung aufweist: Δλ_B = f(F; T) (2)
Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass eine mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Filterelements 20, beispielsweise bei einem Einbruchversuch oder bei einer starken Beanspruchung während der Verwendung z. B. als Frontscheibe eines Fahrzeugs, eine Veränderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 und insbesondere des darin integrierten optischen Bragg-Filters 32 hervorgerufen wird.
2c zeigt nun beispielhaft resultierende Leistungsspektren einer Lichtwellenleiterstruktur 30, die zwei optische Filterelemente (nicht gezeigt in 1a oder 2a) aufweist. In diesem Fall sind die beiden Bragg-Filter jeweils so ausgebildet, dass sie unterschiedliche Mittenwellenlängen λ_B1, λ_B2 aufweisen, so dass unter Kenntnis der Position des ersten und zweiten optischen Filterelements bei einer Veränderung der Mittenwellenlänge λ_B1, λ_B2 neben der Größe der mechanischen oder thermischen Belastung auch auf eine Position geschlossen werden kann, an der die mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 erfolgt. Da nun Bragg-Filter als äußerst schmale Bandsperren mit einer fest zugeordneten Mittenwellenlänge λ_Bn ausgebildet werden können, kann auch eine größere Anzahl von Bragg-Filtern 32-n in der Lichtwellenleiterstruktur 30 realisiert werden, so dass örtlich aufgelöst eine Überwachung des flächigen Verglasungselements 20 hinsichtlich mechanischer und/oder thermischer äußerer Beanspruchungen realisiert werden kann.
Alle Implementierungen haben aber dahin gehend das gleiche Grundprinzip, das aufgrund der Veränderung der Mittenwellenlänge Δλ_Bn des Bragg-Filters die Größe der von außen einwirkenden mechanischen oder thermischen Beanspruchung zugeordnet werden kann, so dass bei Überschreiten eines Grenzwerts zumindest eines der optischen Filterelemente 32 ein kritischer (anomalen) Zustand, z. B. ein Einbruchsversuch, an dem flächigen Verglasungselement 20 festgestellt werden kann. Darüber hinaus kann gleichzeitig mit der in einem flächigen Verglasungselement 20 integrierten Lichtwellenleiterstruktur 30 erfasst werden, wenn ein Bruch des Verglasungselements 20 und damit der Bruch oder Knick der Lichtwellenleiterstruktur 30 auftritt, da dann von einem optischen Filterelement 32, das in der Lichtwellenleiterstruktur 30 in Lichteinkoppelrichtung nach der Bruchstelle angeordnet ist, kein oder ein stark reduziertes Reflexionssignal zurückkehrt und somit sicher auf eine mechanische Beschädigung in Form eines Bruchs des Verglasungselements 20 geschlossen werden kann.
3 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Verglasungsanordnung 10. In dem flächigen Verglasungselement 20 ist eine Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einer Mehrzahl von optischen Filterelementen 32-n angeordnet. Die Lichtwellenleiterstruktur 30 ist nun wieder ausgebildet, um an einem Einkoppelanschluss 36 das optische Signal S₁ in die Lichtwellenleiterstruktur 30 einzukoppeln, wobei beispielsweise an dem ersten Bragg-Filterelement 32-1 ein erster Anteil des optischen Signals bei der ersten Mittenwellenlänge λ_B1 als erstes Reflexionssignal S_R1, an dem zweiten Bragg-Filter 32-2 bei einer zweiten Mittenwellenlänge λ_B2 ein zweites Reflexionssignal S_R2 usw. bis zu dem letzten Bragg-Filterelement 32-n bei einer Mittenwellenlänge λ_Bn das Reflexionssignal S_Rn zu dem Ankoppelanschluss 36 zurückreflektiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, an einem optional vorgesehenen Auskoppelanschluss 38 das Transmissionsspektrum P_Tr in Form des Durchgangssignals S_Tr hinsichtlich Änderungen einer oder mehrerer der Mittenwellenlängen eines oder mehrerer der Bragg-Filter 32 zu untersuchen.
Wie in 3 dargestellt, ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32-n mäanderförmig an dem flächigen Verglasungselement 20 und beispielsweise innerhalb einer speziell vorgesehenen Aussparung (nicht gezeigt in 3) mechanisch, z. B. form-, kraft- oder stoffschlüssig, an dem flächigen Verglasungselement 20 befestigt. Somit sind die als Sensorelemente angeordneten Bragg-Filter 32-n in einem Raster verteilt an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet. Dabei können die Abstände A, B oder C zwischen benachbarten Bragg-Filtern 32-n so gewählt werden, dass abhängig von der Wärmeleitfähigkeit oder der Temperaturleitfähigkeit des flächigen Verglasungselements 20, d. h. des die einzelnen Bragg-Filter 32-n umgebenden Materials, bei einer punktuellen Aufheizung der Scheibe um z. B. 500°C (oder mehr) am nächstgelegenen Bragg-Filter innerhalb einer Zeitdauer von z. B. ≤ 5 Sekunden eine eindeutig über den als normal festgestellten Temperaturschwankungen liegende Temperaturerhöhung, z. B. größer als 10°C, hervorgerufen wird. Dabei würde sich dessen Mittenwellenlänge typischerweise um mindestens ca. 100 pm erhöhen.
Beispielsweise kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32-n so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet werden, dass pro Flächeneinheit (z. B. 0,01–1,0 m²) zumindest ein Bragg-Filter 32 angeordnet ist, um sicher eine thermische oder mechanische Beanspruchung über eine Änderung der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur(en) zu erfassen.
Wie in 3 dargestellt, sind die Mehrzahl von optischen Filterelementen 32-n entlang einer Lichtwellenleiterstruktur 30 angeordnet. Erfindungsgemäß ist es gleichermaßen möglich, auch mehrere Lichtwellenleiterstrukturen 30-1, ..., 30-n jeweils mit einer oder mehreren optischen Filterelementen, z. B. in Form eines Bragg-Filters, in dem flächigen Verglasungselement 20 vorzusehen, um eine Mehrzahl optisch voneinander getrennter Sensorkreisläufe an dem flächigen Verglasungselement 20 anzubringen. Dies kann bei einem sehr großflächigen Verglasungselement 20 vorteilhaft sein.
Die in 3 dargestellte Lichtwellenleiterstruktur 30 kann an dem flächigen Verglasungselement 20 auch innerhalb einer Vertiefung oder Ausnehmung in dem flächigen Verglasungselement 20, beispielsweise mittels eines eine Verbindung herstellenden Klebstoffes (nicht gezeigt in 3) mechanisch so an dem flächigen Verglasungselement 20 angeordnet sein, um eine ausreichende mechanische und thermische Kopplung zwischen dem Verglasungselement 20 und der Lichtwellenleiterstruktur 30 herzustellen, wie dies bereits anhand von 1a–b erläutert wurde, wobei die dortigen Ausführungen gleichermaßen auf die in 3 dargestellte Anordnung anwendbar ist.
Die in 3 dargestellte Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion ist nun einerseits geeignet, um mechanische Verformungen aufgrund einer thermischen oder mechanischen Einwirkung auf das flächige Verglasungselement 20 zu erfassen. Darüber hinaus kann mit der in 3a dargestellten Verglasungsanordnung ferner auch ein Bruch des flächigen Verglasungselements 20 und damit aufgrund eines entsprechenden Bruchs oder Knicks auch der Lichtwellenleiterstruktur 30 erfasst werden. In 3 ist beispielhaft eine Bruchstelle 60 innerhalb bzw. an dem flächigen Verglasungselement 20 dargestellt. Das an dem Anschluss 36 erhaltene reflektierte Signal S_Rn enthält nun keine oder stark verringerte Reflexionssignale der in 3 dargestellten Bragg-Filter 32-9, 32-10 ... 32-n, die in Lichteinkoppeleinrichtung nach der Bruchstelle 60 angeordnet sind. Damit kann ein mechanisches Brechen des Verglasungselements 20 und damit ein Brechen oder Knicken der Lichtwellenleiterstruktur 30 erkannt und einer Position zwischen den beiden Bragg-Filterelementen 32-8 und 32-9 zugeordnet werden. Somit ist mit dem Reflexionssignal S_R auch abhängig von der jeweiligen Beabstandung der Bragg-Filterelemente 32-n eine örtliche Auflösung einer thermischen oder mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 über eine Änderung einzelner Mittenwellenlängen λ_Bn, bzw. eine Lokalisierung eines Bruches des flächigen Verglasungselements, möglich, indem ein Ausfall der Reflexionssignale oder eine starke Abnahme (> 50%) der Amplitude des Reflexionssignals S_Rn der Bragg-Filterelemente nach einer Bruchstelle erfasst wird.
Bezüglich einer örtlichen Auflösung bzw. räumlichen Zuordnung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 wird darauf hingewiesen, dass diese mechanische Beanspruchung bei Verwendung einer Mehrzahl von Bragg-Filterelementen nur an den Bereichen des Verglasungselements ortsaufgelöst erfassbar ist, an denen eine feste mechanische Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit den optischen Filterelementen 32 an dem Verglasungselement vorliegt.
Ist beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur 30 über der gesamten Länge mechanisch mit dem Verglasungselement 20 verbunden, kann über der gesamten Länge der Lichtwellenleiterstruktur 30, an der Bragg-Filterelemente angeordnet sind, eine örtliche Auflösung einer auf das Verglasungselement 20 einwirkenden mechanischen Beanspruchung erfolgen. Die örtliche Auflösung entspricht dabei der Beabstandung der Filterelemente. Wird nun aber beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur 30 nachträglich in eine an dem Verglasungselement 20 vorgesehene Kapillare 40 eingebracht, ist es häufig nur möglich, an den jeweiligen Endstücken der Lichtwellenleiterstruktur 30, die aus dem Verglasungselement 20 hervorstehen, eine mechanische Fixierung zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und dem Verglasungselement 20 vorzunehmen. Bei einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 ist dann lediglich eine über die gesamte in dem Verglasungselement 20 angeordnete Lichtwellenleiterstruktur 30 relativ gleichmäßig hervorgerufene Dehnung erfassbar, so dass nur erkannt wird, dass irgendwo entlang dieser Kapillare (und nicht etwa in benachbarten) eine mechanische Beanspruchung erfolgte.
Bezüglich der obigen Erörterung möglicher Alternativen für eine mechanische Anordnung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem Verglasungselement 20 sollte deutlich werden, dass bei einer nur bereichsweisen festen mechanischen Verbindung der Lichtwellenleiterstruktur 30 an dem Verglasungselement 20 innerhalb der festen mechanischen Verbindungsbereiche unmittelbar eine mechanische Beanspruchung auf das Verglasungselement auch auf die Lichtwellenleiterstruktur 30 übertragen wird, während auf einen etwaigen Zwischenbereich ohne eine solche feste mechanische Verbindung eine mechanische Beanspruchung des Verglasungselements 20 als relativ gleichmäßige Dehnung zwischen den mechanischen Verbindungsstellen übertragen wird, eine genaue Ortsauflösung also nicht möglich ist.
In diesem Zusammenhang wird noch darauf hingewiesen, dass eine örtliche Auflösung bei einer thermischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 i. W. unabhängig von der mechanischen Verbindung zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und dem Verglasungselement 20 ist, solange eine ausreichend gute thermische Kopplung der Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Verglasungselement 20 über der gesamten Länge der Lichtwellenleiterstruktur 30 vorhanden ist, was schon durch Aufliegen gegeben ist.
Im Folgenden wird nun anhand von 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung beispielhaft beschrieben.
Wie in 4 dargestellt, weist das Sicherheitssystem 70 beispielsweise eine Verglasungsanordnung 10 auf, wie sie anhand der vorherigen 1a–b, 2a–c und 3 beschrieben wurden und bei dem im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann.
Wie in 4 ferner dargestellt, ist an dem Ankoppelanschluss 36 eine Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln eines optischen Signals S₁ in die Lichtwellenleiterstruktur 30 vorgesehen. Ferner ist eine Signalerfassungseinrichtung 82 zum Erfassen eines optischen Signals (d. h. des Reflexionssignals S_R und/oder optional des Transmissionssignals S_Tr) der Lichtwellenleiterstruktur 30 und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals S_e basierend auf dem erfassten optischen Signal S_R bzw. S_Tr vorgesehen. Die Signaleinkoppeleinrichtung 80 ist somit als ein optischer Sender ausgebildet, während die Signalerfassungseinrichtung 82 als ein optischer Empfänger ausgebildet ist. Die Signalerfassungseinrichtung 82 ist so ausgebildet, dass sie beispielsweise das an dem Ankoppelanschluss 36 bereitgestellte Reflexionssignal S_R und optional das an dem optionalen Ankoppelanschluss 38 bereitgestellte optionale Transmissionssignal S_T bzw. das jeweilige Leistungsspektrum erfassen kann. In der Signalerfassungseinrichtung werden die erfassten optischen Signale beispielsweise in elektrische Signale S_e für eine Weiterverarbeitung und/oder Auswertung durch eine Verarbeitungseinrichtung 90 umgewandelt. Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist vorgesehen, um einerseits beispielsweise die Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln des optischen Signals S₁ anzusteuern und ferner um das von der Signalerfassungseinrichtung 82 bereitgestellte Erfassungssignal S_e basierend auf dem Reflexionssignal S_R oder dem Transmissionssignal S_Tr auszuwerten. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung 90 insbesondere ausgebildet, um eine Änderung der Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur 30 bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung und optional auch die Signaleinkoppel- und Signalerfassungseinrichtung 80, 82 können benachbart zu der Verglasungsanordnung 10 oder über eine Lichtwellenleiterverbindung (nicht gezeigt in 4) entfernt von der Verglasungsanordnung 10 angeordnet sein, um beispielsweise keinen unbefugten Zugriff und keinen Manipulationsversuch, z. B. bei einem Einbruch, an dem Sicherheitssystem 70 zu ermöglichen.
Wie bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, kann die Verarbeitungseinrichtung 90 basierend auf dem von den jeweiligen Bragg-Filtern 32-n reflektierten Signal S_R bzw. auf dem Transmissionssignal S_Tr eine mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 und damit der mechanisch angekoppelten Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem Bragg-Filterelement 32 bzw. der Mehrzahl von Bragg-Filterelementen 32-n ermitteln. So kann die Verarbeitungseinrichtung 90 eine Änderung der Mittenwellenlänge λ_Bn zumindest eines der Bragg-Filterelemente 32-n erfassen und bei einem Überschreiten eines Vergleichswerts für eine Wellenlängenänderung ein entsprechendes Anzeigesignal bzw. Alarmsignal S_OUT an einem Ausgangsanschluss 92 ausgeben.
Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung 90 an dem Ausgangsanschluss 92 ein entsprechendes Alarmausgangssignal S_OUT ausgeben, wenn in dem Reflexionssignal S_R nicht die Reflexionsspektren aller Bragg-Filterelemente 32-n enthalten sind, da dies auf einen Bruch des flächigen Verglasungselements 20 und damit auf einen Bruch oder Knick der Lichtwellenleiterstruktur 30 hinweist.
Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist so ausgebildet, um das Erfassungssignal S_e oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal innerhalb oder außerhalb eines Sollbereichs befindet, und um beim Verlassen des Sollbereichs auf eine Überschreitung des Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements 20 hinzuweisen.
Der Vergleichswert kann beispielsweise basierend auf einem Mittelwert oder einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des Erfassungssignals oder davon abgeleiteten Signalen ermittelt werden. Damit kann erreicht werden, dass beispielsweise eine relativ langsame, thermische Temperaturänderung an dem flächigen Verglasungselement, wie sie beispielsweise durch Sonneneinstrahlung auftritt, nicht zum Auslösen eines Alarms führt, während beispielsweise ein Wärmeeinwirken hoher Leistung, wie es beispielsweise von einem Gasbrenner eines Einbrechers hervorgerufen wird, äußerst schnell bzw. unmittelbar zu einem Alarmsignal führt. Heutige Gasbrenner haben eine Hitzeabstrahlung von mehr als 1900°C und eine Leistung von über 50 kW.
Neben einem relativen Vergleichswert, der basierend auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals nachgeregelt wird, kann ferner ein zweiter fester Vergleichswert vorgesehen sein, bei dessen Überschreitung auf jedem Fall ein Alarm ausgelöst wird, da dies jedenfalls auf eine zu hohe thermische oder mechanische Belastung des flächigen Verglasungselements 20 hinweist, auch wenn diese nur langsam angestiegen ist.
Wie im Vorhergehenden beschrieben wurde, basiert das Erfassungssignal oder das davon abgeleitete Signal auf einer Mittenfrequenz bzw. Mittenwellenlänge des jeweiligen Bragg-Filters oder einem Pegel des erfassten Signals. Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist somit ausgebildet, um die spektrale Verteilung der Signalanteile in dem Reflexionssignal S_R und auch den jeweiligen Pegel zu erfassen und auf eine mechanische oder thermische Beanspruchung zurückzuführende Veränderung der jeweiligen Signalanteile zu untersuchen.
Bei dem in 4 dargestellten Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung sind die Signaleinkoppeleinrichtung 80, die Signalerfassungseinrichtung 82 und die Verarbeitungseinrichtung 90 in der Prinzipdarstellung als getrennte Elemente bzw. Bauteile dargestellt, wobei diese Elemente oder Bauteile aber auch zu einer einzigen Baugruppe 100 zusammengefasst sein können.
Die Baugruppe 100 wird auch als optischer Sensor-Interrogator oder optisches Abfragegerät für Faser-Bragg-Gitter bezeichnet. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass verfügbare Interrogatoren für Faser-Bragg-Gitter beispielsweise bis zu 100 Bragg-Filterelemente in Reihe überwachen können, so dass mit nur einem einzigen Interrogator eine relativ hohe Ortsauflösung durch die Überwachung einer großen Anzahl von Bragg-Filterelementen in der Lichtwellenleiterstruktur 30 erreicht werden kann. Des weiteren kann man die Anzahl der Messstellen durch die Verwendung eines optischen Schalters (nicht gezeigt in 4) vergrößert werden.
Im Prinzip sind durch ein Bragg-Gitter äußerst geringe Dehnungen oder Stauchungen erfassbar, wie sie etwa schon bei leichtem Berühren der Scheibe oder, bei größeren Scheiben, durch den Winddruck hervorgerufen werden. Weiterhin werden vergleichbare Verschiebungen der Mittenwellenlänge eines Bragg-Gitters aber auch durch Temperaturschwankungen um einige °C hervorgerufen. Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem 70 kann nun so angepasst werden, um je nach spezifischen Anwendungsfall, z. B. je nach Scheibenkonstruktion, einzustellen, ab welcher Wellenlängenverschiebung ein Alarm ausgelöst wird. Eine Unterscheidung zwischen punktuellen thermischen und mechanischen Belastungen ist beispielsweise dadurch möglich, dass beim Biegen einer Scheibe mehrere benachbarte Bragg-Gitter gleichzeitig ansprechen, während die Wärmeausbreitung relativ langsam erfolgt, so dass benachbarte Bragg-Gitter erst im Abstand von einigen Sekunden bis Minuten ansprechen, je nach Abstand und Scheibenaufbau.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise bei einer Verbundglasanordnung für das Verglasungselement innerhalb der Verbundanordnung eine wärmeleitende Folie, d. h. eine Folie mit einer gegenüber dem umgebenden Glasmaterial erhöhten Wärmeleiteigenschaft, verwendet werden kann, um beim Einwirken einer punktuellen, thermischen Wärmequelle die einwirkende thermische Beanspruchung möglichst schnell über das Verglasungselement zu verteilen, um nahezu in Echtzeit eine ausreichend hohe Erwärmung des Glasmaterials in der Nähe eines Bragg-Filterelements in der Lichtwellenleiterstruktur 30 vorzusehen, um unmittelbar (innerhalb weniger Sekunden) eine auf eine Manipulation hinweisende Wärmeeinwirkung zu erfassen.
Im Folgenden wird nun anhand von 5 ein Ausführungsbeispiel für ein prinzipielles Verfahren 100 zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements beschrieben, wobei an dem flächigen Verglasungselement eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement angeordnet ist. Bei dem Verfahren 100 wird zunächst bei einem ersten Schritt 102 ein optisches Signal in die Lichtwellenleiterstruktur eingekoppelt. Ferner wird ein optisches Signal, z. B. in Form eines Reflexionssignals oder eines Transmissionssignals, der Lichtwellenleiterstruktur erfasst und in ein elektrisches Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur umgewandelt (Schritt 104). Dieses elektrische Erfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal wird nun ausgewertet (Schritt 106), um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu ermitteln.
Als optionaler Schritt 108 kann das elektrische Erfassungssignal oder das davon abgeleitete Signal mit einem Vergleichwert verglichen werden, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei dies auf eine Überschreitung eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung an dem flächigen Verglasungselement hinweist. Dabei kann der Vergleichswert fest vorgegeben sein oder als relativer Vergleichswert basierend auf einer statistischen Aufbereitung einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des elektrischen Erfassungssignals ermittelt werden.
Im Folgenden werden nochmals Aspekte des erfindungsgemäßen Konzepts für eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion bzw. ein Sicherheitssystem für eine Verglasungsanordnung zusammenfassend dargelegt.
Bei einem Einbruchsversuch soll beispielsweise das Sicherheitsglas einer eine Auslage eines Juweliers oder eine sonstige Auslage schützenden Scheibe mittels eines Gasbrenners unter Wärmzuführung bzw. Hitze so in der Stabilität verändert werden, um das Sicherheitsglas zumindest bereichsweise so zu schmelzen, damit ein Zugriff auf den hinter dem Sicherheitsglas liegenden, zu schützenden Bereich für eine unberechtigte Person (z. B. einen Einbrecher) ermöglicht wird. Ein Einbrecher hat somit relativ schnell Zugriff auf die hinter dem Sicherheitsglas ausgestellten Wertgegenstände, da bisherige Bruchsensoren oder Erschütterungssensoren häufig nicht auf den Einsatz eines Gasbrenners ansprechen und somit auch keinerlei Alarm ausgelöst wird. Deshalb mussten bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich zusätzlich aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt werden, um eine zeitnahe Informationen erhalten.
Das erfindungsgemäße Konzept besteht nun darin, eine Verglasungsanordnung (Sicherheitsglas) mit einer zuverlässig arbeitenden Sicherheitsfunktion zu versehen, indem an dem flächigen Verglasungselement eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem oder mehreren optischen Filterelementen, wie z. B. einem oder mehreren Bragg-Filtern, vorgesehen wird, wobei die Lichtwellenleiterstruktur innerhalb einer Ausnehmung oder Vertiefung in einem mehrschichtigen Sicherheitsglas, z. B. in einer Kapillare oder einer gefrästen Nut, oder nachträglich auf dem Sicherheitsglas in Kapillaren aufgebracht wird. Da nun die Mittenwellenlänge λ_B eines Bragg-Filters sowohl von einer mechanischen Dehnung als auch von einer Wärmeeinwirkung abhängt, können nun beispielsweise von Dritten hervorgerufene mechanische oder thermische Beanspruchungen des flächigen Verglasungselements aufgrund einer Übertragung der ausgeübten mechanischen oder thermischen Beanspruchung auf das optische Filterelement sehr schnell bzw. nahezu in Echtzeit, z. B. innerhalb weniger Sekunden, als eine versuchte Manipulation, wie z. B. ein Einbruch, an dem flächigen Verglasungselement erfasst und ein elektronischer Alarm ausgelöst werden, um die unberechtigte Person zu stören bzw. einen Sicherheitsdienst oder die Polizei zu alarmieren.
Darüber hinaus können eine Mehrzahl von Bragg-Filtern innerhalb der Lichtwellenleiterstruktur, die jeweils eine unterschiedliche Mittenwellenlänge λ_B aufweisen, optisch in Reihe geschaltet werden, so dass die Lichtwellenleiterstruktur darüber hinaus gleichzeitig auch als Bruchsensor nutzbar ist. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da in Richtung des eingekoppelten Signals nach der jeweiligen Bruchstelle des flächigen Verglasungselements und damit der Lichtwellenleiterstruktur keine von den nachfolgenden Bragg-Filtern reflektierten Signale zu der Erfassungsvorrichtung zurückkehren. Damit kann je nach der gewählten örtlichen Verteilung der Bragg-Filter auch eine (zumindest grobe) Lokalisierung der Bruchstelle an dem flächigen Verglasungselement erfolgen.
Eine typische Lichtwellenleiterstruktur mit einem als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelement weist beispielsweise einen Durchmesser von 80–200 μm auf, so dass sie beispielsweise in kleine Kapillaren oder gefräste Nuten mit einem Durchmesser von 200–650 μm an dem flächigen Verglasungselement angebracht werden kann. Typische Abstände benachbarter Reihen von Lichtwellenleiter oder von benachbarten optischen Filterelementen können dabei beispielsweise im Bereich von 10–100 oder 10–40 cm liegen. Sollte das flächige Verglasungselement beispielsweise ein Verbundglas aufweisen, kann sich die Lichtwellenleiterstruktur in einer Kapillare hinter der ersten Scheibe (bezüglich der Außenseite des flächigen Verglasungselements) befinden. Wie bereits oben erwähnt, ist es dabei möglich, mehrere Bragg-Filter hintereinander zu schalten, um eine bessere Auflösung einer Bruchstelle oder auch eines Ortes des Einwirkens einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements zu gewährleisten. Dabei kann der erforderliche maximale Abstand zur Anordnung der optischen Filterelemente der Lichtwellenleiterstruktur individuell von dem jeweiligen flächigen Verglasungselement, d. h. dessen Wärmeleitfähigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, abhängig gemacht und angepasst werden.
Das Konzept für eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist auch nachträglich in ein bestehendes Sicherheitsglas integrierbar, wobei bei einem nachträglichen Einbau in vorzusehenden Ausnehmungen oder Aussparungen (z. B. Kapillare oder Nute) die Lichtwellenleiterstruktur(en) mittels einer Folie in einem individuell entsprechend dem jeweiligen Sicherheitsglas zu wählenden Abstand auf das flächige Verglasungselement geklebt werden. Wie bereits oben angegeben ist, können genaue Werte zur exakten Positionierung der Lichtwellenleiterstruktur mit den optischen Filterelementen basierend auf dem Temperaturleitwert bzw. der Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Sicherheitsglases bzw. des Verbundglases erfolgen.
Mittels der als Bruch-, Dehnungs- und Wärmesensor ausgebildeten Lichtwellenleiterstruktur kann man nun sehr effektiv (relativ) große Wärmemengen, z. B. eines Gasbrenners, sehr schnell und nahezu in Echtzeit detektieren. Heutige Gasbrenner haben eine Hitzeabstrahlung von mehr als 1900° Celsius und eine Leistung von über 50 kW. Neben der zugeführten Wärmemenge und der daraus resultierenden Veränderung der jeweiligen Mittenwellenlängen λ_B der betroffenen Bragg-Filter kann man gleichzeitig auch mechanische Einwirkungen z. B. in Form einer Dehnung oder eines Bruchs parallel messen. Fehlmessungen bzw. Störungen der Messungen, wie sie beispielsweise durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen werden, können beispielsweise dadurch ausgeschlossen werden, dass einzelne optische Filterelemente als Referenzfilter bzw. benachbarte Bragg-Filter ausgewertet werden, um eine etwaige falsche Beurteilung eines Messergebnisses zu verhindern. So kann beispielsweise ein Vergleichswert, mit dem der jeweilige Messwert des reflektierenden optischen Signals oder einer davon abgeleiteten Größe verglichen wird, mit einem Korrekturfaktor versehen werden, der beispielsweise auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals ermittelt wird. Entsprechend kann auch der Vergleichswert basierend auf oder aus einem Mittelwert aller erfassten Reflexionsanteile in dem Reflexionssignal ermittelt werden.
Die Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ist nicht nur zur Prävention oder Erkennung von Einbrüchen, sondern auch an sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten anwendbar, bei denen flächige Verglasungselemente z. B. starken thermischen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und ferner etwaige erhöhte mechanische oder thermische Belastungszustände möglichst schnell bzw. nahezu in Echtzeit ermittelt werden sollen. So kann beispielsweise die Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion an der Frontscheibe eines Flugzug-Cockpits oder eines sonstigen Fahrzeugs bzw. Schienenfahrzeugs verwendet und entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise überwacht werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem optischen Filterelement, das als Bruch-, Dehnungs- oder Wärmesensor ausgebildet ist, im Wesentlichen unempfindlich gegenüber elektrischen oder elektromagnetischen Störsignalen ist und somit äußerst zuverlässig und störungsunempfindlich die jeweilige Überwachungsfunktion durchführen kann.
Die Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ermöglicht somit, dass die als Dehnungs-, Bruch- und Wärmesensor ausgebildete Lichtwellenleiterstruktur direkt die erforderlichen Informationen hinsichtlich der mechanischen oder thermischen Beanspruchung des zu überwachenden flächigen Verglasungselements liefert, und somit keine unterschiedlichen Sensortypen zur Erfassung von Hitze, Dehnung und Bruch benötigt werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich i. A. aufwändige Wärmebildkameras eingesetzt wurden, sollte eine zeitnahe Information erhalten werden.
Das Konzept für ein Sicherheitsglas ist somit überall dort einsetzbar, wo Wertgegenstände oder sonstige Güter vor einem unberechtigten Zugriff oder Zutritt gesichert werden sollen, wie z. B. Banken, Juweliere, Warenhäuser usw. Neben diesem Einbruchsprävention- bzw. Sicherheitsaspekt kann das erfindungsgemäße Konzept gleichermaßen an flächigen Verglasungselementen eingesetzt werden, die einsatzbedingt relativ starken, mechanischen oder thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, um eine übermäßige mechanische oder thermische Beanspruchung des jeweiligen flächigen Verglasungselements möglichst frühzeitig bzw. nahezu in Echtzeit zu erfassen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Claims

Sicherheitssystem (70) zur Erfassung eines Einbruchversuchs an einer Sicherheits-Verglasung, mit folgenden Merkmalen: Verglasungsanordnung (10) mit Sicherheitsfunktion, mit einem flächigen Verglasungselement (20); und einer Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einer Mehrzahl von optischen Filterelementen (32) in Form von Bragg-Filtern, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mechanisch an dem Verglasungselement (20) angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken, und um bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30) zu bewirken; wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) so angeordnet ist, dass die Bragg-Filter (32) in einer verteilten Anordnung oder in einem Raster an dem flächigen Verglasungselement (20) angeordnet sind; und wobei die Abstände zwischen benachbarten Bragg-Filtern so gewählt sind, dass bei einer punktuellen Aufheizung der Scheibe um zumindest 500°C am nächstgelegenen Bragg-Filter innerhalb einer Zeitdauer von weniger als 5 Sekunden eine Temperaturerhöhung von mehr als 10°C hervorgerufen wird; einer Signaleinkoppeleinrichtung (80) zum Einkoppeln eines optischen Signals (S₁) in die Lichtwellenleiterstruktur (30); einer Signalerfassungseinrichtung (82) zum Erfassen eines optischen Signals (S_R; S_Tr) der Lichtwellenleiterstruktur (30) und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals (S_e) basierend auf dem erfassten optischen Signal (S_R, S_Tr); und einer Verarbeitungseinrichtung (90) zum Ansteuern der Signaleinkoppeleinrichtung (80) und zum Auswerten des von der Signalerfassungseinrichtung (82) bereitgestellten Erfassungssignals, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um basierend auf dem Erfassungssignal oder einem davon abgeleiteten Signal eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) zu ermitteln.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um in Echtzeit sowohl die Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer starken mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) mit einer Erhöhung der Mittenwellenlänge eines der Bragg-Filter um zumindest 100 pm als auch die Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur (30, 32) aufgrund einer hohen thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) mit einer Erhöhung der Mittenwellenlänge eines der Bragg-Filter um zumindest 100 pm zu ermitteln.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungselement (20) verbunden ist.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mit den optischen Filterelementen (32) im Material des Verglasungselements integriert ist.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur auf einer kraft- und/oder temperaturabhängigen Materialdehnung oder auf einer temperaturabhängigen Brechzahländerung des Materials des als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelements (32) basiert.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Merkmalen: einer weiteren Lichtwellenleiterstruktur (30') mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement (32') in Form eines Bragg-Filters.
Sicherheitssystem nach Anspruch 6, wobei die weitere Lichtwellenleiterstruktur (30') eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen, weiteren Filterelementen (32') in Form von Bragg-Filtern aufweist, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (S_e) oder ein davon abgeleitetes Signal auszuwerten, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement (32; 32') eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement (20) zu ermitteln.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (S_e) oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal (S_e) innerhalb oder außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei ein Verlassen des Sollbereichs auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements (20) hinweist.
Sicherheitssystem nach Anspruch 9, wobei der Vergleichswert auf einem Mittelwert oder einer davon abgeleiteten Größe einer Mehrzahl vorhergehender Messwerte des Erfassungssignals eines Bragg-Filters oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern basiert.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassungssignal (S_e) oder ein davon abgeleitetes Signal auf einer Mittenwellenlänge (λ_B) des jeweiligen Bragg-Filters oder auf einem Leistungspegel des erfassten Signals basiert.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um ein Hinweis- oder Alarmsignal (S_out) auszugeben, falls eine Überschreitung eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements (20) auftritt.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (S_e) oder ein davon abgeleitetes Signal hinsichtlich der Ansprechzeitpunkte benachbarter Bragg-Filter bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung auszuwerten, wobei den Ansprechzeitpunkten zuordenbar ist, ob eine mechanische oder thermische Beanspruchung an dem Verglasungselement (20) vorliegt.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ferner ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (S_e) oder ein davon abgeleitetes Signal hinsichtlich einer Änderung der Mittenwellenlänge der Bragg-Filter auszuwerten, wobei der quantitativen Änderung der Mittenwellenlänge die Größe der mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung zuordenbar ist, und wobei der zeitlichen Änderung der Mittenwellenlänge die Art der mechanischen und/oder thermischen Beanspruchung zuordenbar ist.