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Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter für einen faseroptischen Sensor. Der Lichtwellenleiter weist mindestens einen sich axial erstreckenden Abschnitt auf. Der Abschnitt weist auf einer ersten Seite des Lichtwellenleiters Bereiche auf, die so ausgebildet sind, dass in den Lichtwellenleiter eingekoppeltes Licht in den Bereichen einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann als außerhalb von den Bereichen. Ferner betrifft die Erfindung den faseroptischen Sensor und ein Kraftfahrzeug, das den faseroptischen Sensor umfasst.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass ein hoher Anteil an Todesfällen im Straßenverkehr Fußgänger betrifft. Aus diesem Grund sind Gesetzgebungsinitiativen im Gange, die zum Ziel haben, dass Vorrichtungen zum Schutz von Fußgängern im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug in modernen Kraftfahrzeugen verpflichtend vorgesehen sind.
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Ein besonders hohes Verletzungsrisiko für einen Fußgänger stellt im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug ein sehr geringer Abstand zwischen einer typischerweise leicht verformbaren Motorhaube und starren Motorkomponenten dar. Die Motorkomponenten sind beispielsweise ein Motorblock und/oder elektronische Komponenten im Bereich des Motorraums. Im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger besteht somit die Gefahr von starken Kopfverletzungen, falls der Fußgänger mit seinem Kopf auf die Motorhaube und insbesondere durch die Motorhaube auf die starren Motorkomponenten aufprallt.
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Ein ausreichend großer Abstand zwischen der Motorhaube und den darunter angeordneten Motorkomponenten von beispielsweise über 10 cm kann hingegen das Verletzungsrisiko stark verringern, da die Motorhaube durch die Verformung ausreichend viel Energie aufnehmen kann und den Fußgänger so vergleichsweise sanft abbremsen kann.
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Um die Sicherheit für Fußgänger im Straßenverkehr zu erhöhen, hat sich beispielsweise die Vereinigung der Europäischen Automobilhersteller (ACEA) gegenüber den Behörden der Europäischen Union verpflichtet, durch Maßnahmen im Fahrzeugbereich die Anzahl der Verkehrstoten im Bereich der Fußgänger bis zum Jahr 2010 zu halbieren. Eine Maßnahme hierfür ist die Konstruktion von Fahrzeugen mit entsprechend beabstandeten Motorhauben. Aufgrund einer geforderten Kompaktheit von Fahrzeugen ist dies jedoch häufig nicht möglich.
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Zum Sicherstellen einer ausreichenden Dämpfung im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger ist vorgeschlagen worden, im Falle eines erkannten Aufpralls einer Person auf das Fahrzeug die Motorhaube um mehr als 10 cm von ihrer Schließposition anzuheben, um so einen ausreichenden Verformungsbereich zu schaffen. Eine große Herausforderung für derartige Sicherheitssysteme ist die Notwendigkeit, dass sie einerseits zuverlässig sind, aber auch sehr kostengünstig sind.
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Als Aktuator zum Anheben der Motorhaube ist beispielsweise aus einem Artikel der Fachzeitschrift ”Automotive Engineer”, April 2004, Seite 48 ff., bekannt, einen federbasierten Aktuator vorzusehen, dessen Feder vorgespannt ist und im Falle einer erkannten Kollision freigegeben wird, mit der Folge, dass die Motorhaube entsprechend angehoben wird. Darüber hinaus sind aus dem oben genannten Artikel auch pyrotechnische Aktuatoren bekannt.
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Aus der
CA 2 424 708 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Zusammenstoßes zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt bekannt. Lichtleitfasern sind entlang eines vorderen Stoßfängers des Fahrzeugs angeordnet. Die Lichtleitfasern umfassen in ihrem Fasermantel Lichtaustrittsbereiche, die entlang der Lichtleitfasern angeordnet sind. Ein Zusammenstoß führt zu einem Verbiegen der Lichtleitfasern. Die Dämpfung des Lichts, das in den Lichtleitfasern übertragen wird, verändert sich durch das Verbiegen der Lichtleitfaser, wenn die Lichtleitfaser in dem Lichtaustrittsbereich verbogen wird. Aus dem so modulierten Licht wird ein Signal gewonnen, das in einem Signalprozessor verarbeitet wird. Eine Sicherheitsvorrichtung, z. B. zum Anheben einer Motorhaube, kann so aktiviert werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Lichtwellenleiter für einen faseroptischen Sensor zu schaffen, der ein präzises Erkennen einer Verbiegung des faseroptischen Sensorelements ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung zeichnet sich aus bezüglich eines ersten Aspekts der Erfindung durch einen Lichtwellenleiter für einen faseroptischen Sensor. Der Lichtwellenleiter weist mindestens einen sich axial erstreckenden Abschnitt auf. Der Abschnitt weist auf einer ersten Seite des Lichtwellenleiters Bereiche auf. Die Bereiche sind so ausgebildet und angeordnet, dass in den Lichtwellenleiter eingekoppeltes Licht in den Bereichen einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann als außerhalb von den Bereichen und dass das Licht hin zu einem oder beiden axialen Enden des Abschnitts oder hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts zunehmend einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann.
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Falls der Lichtwellenleiter so verbogen wird, dass die Bereiche gequetscht werden, so wirkt dies der vereinfachten Austrittsmöglichkeit des Lichts in den entsprechenden Bereichen entgegen. Falls der Lichtwellenleiter so verbogen wird, dass die Bereiche geweitet werden, so wird die vereinfachte Austrittsmöglichkeit des Lichts in den entsprechenden Bereichen noch weiter vereinfacht. Falls der Lichtwellenleiter so verbogen wird, dass die einen der Bereiche gequetscht und die anderen der Bereiche geweitet werden, so kann die zunehmende Austrittsmöglichkeit für das Licht hin zu einem oder beiden axialen Enden des Abschnitts oder hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts dazu beitragen, die Verbiegung präzise zu erkennen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Lichtwellenleiters sind die Bereiche so angeordnet, dass axiale Abstände der Bereiche zueinander hin zu einem beziehungsweise beiden axialen Enden des Abschnitts abnehmen beziehungsweise dass die axialen Abstände der Bereiche hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts abnehmen. Dies ermöglicht einfach, dass das Licht hin zu einem oder beiden axialen Enden des Abschnitts oder hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts zunehmend einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lichtwellenleiters sind die Bereiche so ausgebildet, dass das eingekoppelte Licht hin zu einem, beziehungsweise beiden axialen Enden des Abschnitts, beziehungsweise hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts in den Bereichen zunehmend einfacher austreten kann. Dies ermöglicht einfach, dass das Licht hin zu einem, beziehungsweise beiden axialen Enden des Abschnittst, beziehungsweise hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts zunehmend einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann. Dies kann insbesondere in Verbindung mit den abnehmenden Abständen der Bereiche dazu beitragen, die Verbiegung besonders präzise zu erkennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lichtwellenleiters weist der Lichtwellenleiter in den Bereichen Oberflächenelemente auf, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass das eingekoppelte Licht durch die Oberflächenelemente einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann als außerhalb von den Oberflächenelementen und dass hin zu einem beziehungsweise beiden axialen Enden des Abschnitts beziehungsweise hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts eine Anzahl der Oberflächenelemente pro Bereich und/oder mindestens eine Dimension der Oberflächenelemente zunimmt. Dies ermöglicht einfach, dass das Licht in den Bereichen einfacher austreten kann.
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Die Erfindung zeichnet sich aus bezüglich eines zweiten Aspekts der Erfindung durch einen faseroptischen Sensor. Der faseroptische Sensor umfasst den Lichtwellenleiter. Ferner kann der faseroptische Sensor beispielsweise eine Steuervorrichtung umfassen, die bevorzugt eine Lichtquelle und einen Lichtsensor umfasst. Die Lichtquelle dient zum Einkoppeln des Lichts in den Lichtwellenleiter. Der Lichtsensor dient zum Detektieren des Lichts, das aus dem Lichtwellenleiter wieder austritt. Dies trägt dazu bei, die Verbiegung des Lichtwellenleiters zu erkennen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst der faseroptische Sensor mindestens zwei Lichtwellenleiter. Die Lichtwellenleiter sind nebeneinander so angeordnet, dass die Abschnitte der Lichtwellenleiter in axialer Richtung zueinander versetzt sind und aneinander anschließen. Dies ermöglicht, eine Verbiegung außerhalb des Abschnitts des einen Lichtwellenleiters durch den Abschnitt des anderen Lichtwellenleiters zu erkennen. Insbesondere wenn die Lichtwellenleiter so ausgebildet sind, dass das Licht hin zu den axialen Enden der Abschnitte zunehmend einfacher aus den Lichtwellenleitern austreten kann, kann somit die geringe Austrittsmöglichkeit des Lichts an dem entsprechenden Ende des axialen Abschnitts des einen Lichtwellenleiters durch die erhöhte Austrittsmöglichkeit des Lichts in dem anschließenden Abschnitt des anderen Lichtwellenleiters kompensiert werden. Dazu müssen die Lichtwellenleiter so ausgebildet sein, dass an ein axiales Ende des Abschnitts des einen Lichtwellenleiters, in dem das Licht weniger einfach aus dem einen Lichtwellenleiter austreten kann, ein axiales Ende des Abschnitts des anderen Lichtwellenleiters anschließt, in dem das Licht einfacher aus dem Lichtwellenleiter austreten kann.
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Die Erfindung zeichnet sich aus gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung durch ein Kraftfahrzeug, das ein Karosserieelement umfasst, in dem zum Erkennen eines Aufpralls eines externen Objekts auf das Karosserieelement zumindest teilweise mindestens ein faseroptischer Sensor angeordnet ist. Falls das externe Objekt auf das Karosserieelement aufprallt verbiegt sich das Karosserieelement. Mit dem Karosserieelement wird der Lichtwellenleiter des faseroptischen Sensors des Karosserieelements verbogen. Diese Verbiegung kann mit Hilfe des faseroptischen Sensors erkannt werden und es kann eine Schutzmaßnahme für das externe Objekt und/oder für das Kraftfahrzeug insbesondere für einen Insassen des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Das externe Objekt kann beispielsweise ein Fußgänger und/oder eine Straßenlaterne und/oder weitere externe Objekte sein. Bei der Schutzmaßnahme kann es sich beispielsweise um ein Anheben der Motorhaube und/oder das Auslösen eines Airbags des Kraftfahrzeugs handeln.
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug,
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2 ein faseroptischer Sensor,
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3 eine erste Ausführungsform eines Lichtwellenleiters,
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4 die erste Ausführungsform des Lichtwellenleiters in verbogenem Zustand,
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5 eine zweite Ausführungsform des Lichtwellenleiters,
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6 eine dritte Ausführungsform des Lichtwellenleiters,
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7 eine Detailansicht einer der Ausführungsformen eins bis drei des Lichtwellenleiters,
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8 eine vierte Ausführungsform des Lichtwellenleiters,
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9 eine Detailansicht der vierten Ausführungsform des Lichtwellenleiters,
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10 eine Detailansicht einer fünften Ausführungsform des Lichtwellenleiters,
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11 eine Detailansicht einer sechsten Ausführungsform des Lichtwellenleiters.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein Kraftfahrzeug 2 umfasst eine Auswerteeinheit 1 und mehrere Karosserieelemente (1). Eines der Karosserieelemente ist beispielsweise eine Stoßstange 3.
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Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 2 mindestens einen, bevorzugt mehrere faseroptische Sensoren. Die faseroptischen Sensoren umfassen jeweils mindestens einen Lichtwellenleiter 6 und vorzugsweise eine Steuervorrichtung 4 (2). Der Lichtwellenleiter 6 weist bevorzugt einen Zuleitungsbereich 8, einen Umkehrbereich 9 und einen Sensierungsbereich 7 auf. Die Steuervorrichtung 4 umfasst bevorzugt eine Lichtquelle und einen Lichtsensor, die mit dem Lichtwellenleiter 6 gekoppelt sind. Die faseroptischen Sensoren sind bevorzugt so in der Stoßstange 3 angeordnet, dass durch einen Aufprall eines Aufprallobjekts 5 auf die Stoßstange 3 der Sensierungsbereich 7 verbogen wird und so der Aufprall mittels den faseroptischen Sensoren erkannt werden kann. Das Aufprallobjekt 5 kann beispielsweise ein Fußgänger sein.
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In der Auswerteeinheit 1 werden von den faseroptischen Sensoren gelieferte Messsignale ausgewertet. Je nach dem Verlauf des jeweiligen Messsignals wird ein Aufprall des Aufprallobjekts 5 erkannt und gegebenenfalls eine oder mehrere Maßnahmen zum Schutz des Aufprallobjekts 5 und/oder der Fahrzeuginsassen eingeleitet. Diese Maßnahmen können beispielsweise ein leichtes Anheben einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs 2 sein oder auch ein Zünden eines oder mehrerer Airbags.
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Falls Licht in den Lichtwellenleiter 6 eingekoppelt wird, so breiten sich entsprechende Lichtwellen in dem Lichtwellenleiter 6 aus. Die Lichtwellen werden zum Großteil immer wieder an einer inneren Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6 reflektiert, so dass lediglich ein geringer Anteil des Lichts durch die Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6 austritt. Eine Dämpfung des Lichts ist repräsentativ für den Anteil des ausgetretenen Lichts.
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Falls der Lichtwellenleiter 6 verbogen wird, so kann das Licht im Bereich der Verbiegung schlechter von der Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6 reflektiert werden. Dies führt dazu, dass im Bereich der Verbiegung das Licht leichter aus dem Lichtwellenleiter 6 austreten kann. Dies führt zu einer stärkeren Dämpfung des Lichts, durch die die Verbiegung erkannt werden kann.
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An dem Lichtwellenleiter 6 sind bevorzugt innerhalb eines axialen Abschnitts 10 des Lichtwellenleiters 6 Bereiche 12 ausgebildet (3), um eine Sensitivität des Lichtwellenleiters 6 auf Verbiegen zu erhöhen. In den Bereichen 12 ist die Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6 derart behandelt, dass Licht einfacher aus dem Lichtwellenleiter 6 austreten kann als außerhalb von den Bereichen 12. Dies führt insbesondere bei dem Verbiegen des Lichtwellenleiters 6 zu einer noch stärkeren Dämpfung des Lichts in dem Lichtwellenleiter 6. Die Steuervorrichtung 4 ist ausgebildet, diese Veränderung der Dämpfung des Lichts zu erfassen. Die Bereiche 12 sind beispielsweise so angeordnet, dass ihr axialer Abstand zueinander in Richtung hin zu dem ersten axialen Ende des Abschnitts 10 abnimmt. Dies führt zu einer erhöhten Sensitivität des Lichtwellenleiters 6 an dem ersten axialen Ende des Abschnitts 10. Bevorzugt weist der Lichtwellenleiter 6 mehrere Abschnitte 10 auf.
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Falls bei dem Verbiegen (4) des Lichtwellenleiters 6 die Bereiche 12 geweitet werden, kann die Verbiegung besonders gut erkannt werden. Das Weiten der Bereiche 12 bewirkt, dass das Licht noch einfacher aus den Bereichen 12 austreten kann und das Licht noch stärker gedämpft wird. Daher umfasst der Abschnitt 10 des Lichtwellenleiters 6 eine erste Seite 11 und eine zweite Seite 13 des Lichtwellenleiters 6 und die Bereiche 12 sind lediglich auf der ersten Seite 11 des Lichtwellenleiters 6 angeordnet. Zusätzlich ist die Seite 11, auf der die Bereiche 12 angeordnet sind, von dem Objekt 5, dessen Aufprall erkannt werden soll, abgewandt. In der Stoßstange 3 des Kraftfahrzeugs 2 ist beispielsweise der Lichtwellenleiter 6 so angeordnet, dass die erste Seite 11 in Richtung hin zu der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 2 zeigt. Der Aufprall des Objekts 5 auf die Stoßstange 3 führt dann zu dem Weiten der Bereiche 12.
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Die Verbiegung könnte auch durch ein Quetschen der Bereiche 12 und damit durch eine Verringerung der Dämpfung des Lichts erkannt werden. Jedoch würde diese Verringerung der Dämpfung der allgemeinen Verstärkung der Dämpfung aufgrund des Verbiegens des Lichtwellenleiters 6 entgegenwirken. Dies würde insgesamt zu einem kleineren Messsignal des entsprechenden faseroptischen Sensors und damit zu einer geringeren Sensitivität des faseroptischen Sensors führen im Gegensatz zu dem faseroptischen Sensor, bei dem die Bereiche 12 des Lichtwellenleiters 6 so angeordnet sind, dass der Aufprall des Objekts 5 hauptsächlich zu dem Weiten der Bereiche 12 führt.
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Falls der Lichtwellenleiter 6 in eine erste Richtung verbogen wird (4), so kann dies aufgrund mechanischer Spannungen des Lichtwellenleiters 6 und/oder aufgrund der Verbiegung des entsprechenden Karosserieelements dazu führen, dass der Lichtwellenleiter 6 auch in eine zweite der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung verbogen wird. Die zunehmende Sensitivität des Lichtwellenleiters 6 hin zu dem ersten axialen Ende des Lichtwellenleiters 6 bewirkt, dass die erhöhte Dämpfung des Lichts aufgrund der Weitung der Bereiche 12 an dem ersten axialen Ende des Abschnitts 10 trotz der verringerten Dämpfung des Lichts aufgrund der Quetschung der Bereiche 12 an dem zweiten axialen Ende des Abschnitts 10 ausreichend präzise erfassbar ist.
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Bevorzugt werden mindestens zwei Lichtwellenleiter 6 so nebeneinander angeordnet, dass deren Abschnitte 10 in axialer Richtung aneinander angrenzen, und zwar so dass ein Bereich mit hoher Sensitivität des ersten Lichtwellenleiters 6 an einen Bereich mit niedriger Sensitivität des zweiten Lichtwellenleiters 6 anschließt. Diese Anordnung ermöglicht, die Verbiegung der Lichtwellenleiter 6 präzise zu Erkennen, falls die Verbiegung der Lichtwellenleiter 6 hauptsächlich an dem ersten axialen Ende des axialen Abschnitts 10 des ersten Lichtwellenleiters 6 auftritt, auf der die Sensitivität des Lichtwellenleiters 6 lediglich gering ist. Dabei wird die geringere Sensitivität des ersten Lichtwellenleiters 6 durch die erhöhte Sensitivität des zweiten Lichtwellenleiters 6 kompensiert.
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Alternativ können die Bereiche 12 auch so angeordnet sein, dass die axialen Abstände der Bereiche 12 zueinander hin zu beiden axialen Enden des Abschnitts 10 abnehmen (5).
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Ferner können alternativ die Abschnitte 12 auch so angeordnet sein, dass ihre axialen Abstände zueinander hin zu einem Mittelbereich des Abschnitts 10 abnehmen (6).
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Zum Erhöhen der Sensitivität des faseroptischen Sensors kann gezielt die Sensitivität der Bereiche 12 eingestellt werden. Die Sensitivität der einzelnen Bereiche 12 kann beispielsweise dadurch vorgegeben werden, dass eine Anzahl von Oberflächenelementen 14, durch die das Licht leichter aus dem Lichtwellenleiter 6 austreten kann, innerhalb eines Bereiches 12 variiert wird. Je größer die Anzahl der Oberflächenelemente 14 in dem Bereich 12 ist, desto größer ist die Sensitivität des entsprechenden Bereichs 12 auf das Verbiegen. Das Oberflächenelement 14 kann beispielsweise ein Schnitt und/oder eine Kerbe in der Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6 sein und/oder eine, beispielsweise mittels eines Lasers, aufgeraute Mantelfläche des Lichtwellenleiters 6. Bevorzugt nimmt mit kleiner werdendem Abstand der Bereiche 12 die Sensitivität der entsprechenden Bereiche 12 zu (7).
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Die zunehmende Sensitivität des Lichtwellenleiters 6 hin zu einem der axialen Enden des Abschnitts 10 oder hin zu beiden axialen Enden oder hin zu dem Mittelbereich des Abschnitts 10 kann bei äquidistant angeordneten Bereichen 12 (8) beispielsweise lediglich durch Erhöhen der Sensitivität der Oberflächenelemente 14 innerhalb der äquidistant angeordneten Bereiche 12 vorgegeben werden (9).
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Alternativ oder zusätzlich zum Variieren der Anzahl der Oberflächenelemente 14 kann auch zumindest eine Dimensionen eines Oberflächenelements 14 verändert werden. Beispielsweise kann ein Flächenanteil der Mantelfläche, den das Oberflächenelement 14 einnimmt, vergrößert werden (10). Ist das Oberflächenelement 14 die Einkerbung bzw. der Schnitt, so können diese verbreitert werden. Handelt es sich bei dem Oberflächenelement 14 um eine aufgeraute Oberfläche, so wird lediglich der Flächenanteil der aufgerauten Oberfläche vergrößert.
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Eine andere Möglichkeit die Auswirkung auf die Sensitivität eines einzelnen Oberflächenelements 14 zu erhöhen ist, die Tiefe des Oberflächenelements zu variieren (11). Ist das Oberflächenelement 14 durch die aufgeraute Oberfläche des Lichtwellenleiters 6 oder durch die Kerbe oder den Schnitt gebildet, so kann zum Erhöhen der Sensitivität eine Tiefe der aufgerauten Oberfläche bzw. der Kerbe bzw. des Schnitts vergrößert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können beispielsweise miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die Tiefe und/oder der Flächenanteil der Oberflächenelemente 14 und/oder die Anzahl der Oberflächenelemente 14 pro Bereich 12 variiert werden, wenn die Bereiche 12 äquidistant angeordnet sind oder wenn die Bereiche 12 nicht äquidistant angeordnet sind.