WO2012101126A1 - Safety/security system for a glazing assembly, glazing assembly with a safety/security function and method for detecting mechanical or thermal stress on a planar glazing element - Google Patents

Safety/security system for a glazing assembly, glazing assembly with a safety/security function and method for detecting mechanical or thermal stress on a planar glazing element Download PDF

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WO2012101126A1
WO2012101126A1 PCT/EP2012/051057 EP2012051057W WO2012101126A1 WO 2012101126 A1 WO2012101126 A1 WO 2012101126A1 EP 2012051057 W EP2012051057 W EP 2012051057W WO 2012101126 A1 WO2012101126 A1 WO 2012101126A1
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WO
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optical
waveguide structure
optical waveguide
glazing
bragg
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Application number
PCT/EP2012/051057
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French (fr)
Inventor
Udo WEINAND
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02Mechanical actuation
    • G08B13/04Mechanical actuation by breaking of glass

Definitions

  • the present invention relates to a glazing arrangement with safety function, to a safety system for a glazing arrangement and to a method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element.
  • the present invention relates to a concept for monitoring a sheet glazing element, e.g. a glass pane or a laminated glass pane, in order to detect a mechanical or thermal stress by an external action on the planar glazing element early or promptly.
  • a sheet glazing element e.g. a glass pane or a laminated glass pane
  • the concept according to the invention can be applied to flat glazing elements which, when used, exhibit strong mechanical and / or thermal stresses, such as e.g. on windshields in an airplane cockpit, on trains or other vehicles, to detect early excessive mechanical or thermal stress on the glazing elements and to avoid mechanical failure due to sudden, unforeseen breakage of the planar glazing element.
  • so-called safety glass is used to provide either the glazing, eg laminated glass or laminated safety glass, with as much intrusion-resistant effect as possible or unauthorized physical access to areas secured by safety glass, eg displays of jewelers, showcases etc., as safe as possible.
  • so-called passive glass breakage detectors are also used for the respective glazing elements, which are arranged on the glazing to be monitored and detect a glass breakage or a physical destruction of the glazing element.
  • different DIN standards refer to so-called resistance classes (DIN V ENV 1627), which, for example, consider resistance times, ie the time that a product withstands burglary, the types of perpetrators and the modus operandi.
  • test standards for antiperspirant glazings, ie to what extent the glazings are burglary-resistant, puncture-resistant or attack-inhibiting.
  • safety glass is also used in areas such as windshields in aircraft cockpits, high-speed trains or other vehicles that are exposed to very strong thermal and in particular mechanical stresses.
  • a disadvantage of the methods known hitherto in the prior art is that, for example, a break-in attempt is detected only when mechanical damage or destruction of the monitored glazing element occurs. If, for example, an intrusion attempt causes the safety glass to be changed in stability by means of a gas burner or cutting torch until the safety glass finally melts, a potential burglar can relatively quickly reach the valuables exposed behind the safety glazing without an alarm from a passive glass breakage detector is issued. Furthermore, previously had to identify a heat source in the security area aufwand ige thermal imaging cameras are used, a timely saucein formation should be obtained. In order to obtain the most comprehensive detection of burglary, different surveillance concepts therefore had to be combined according to the prior art in order to detect both mechanical and thermal effects on safety glazings. This leads to their realization to a high cost and thus also high costs.
  • the object of the present invention is to provide a concept for a glazing arrangement with a safety function, by means of which a detection of acting on a planar glazing element mechanical and / or thermal stress or load early and possible lent in Real time can be detected.
  • the core idea of the present invention is to mechanically arrange an optical waveguide structure with an optical filter element, such as a fiber Bragg grating or Bragg filter, on the planar glazing element such that an optical property of the glazing element is due to mechanical or thermal stress Optical waveguide structure and in particular of the optical filter element is changed.
  • An optical connection between a glazing element and a Optical waveguide structure may be formed, for example, positive, cohesive or cohesive.
  • the planar glazing element can be concluded by evaluating the optical property of the Bragg filter in the optical waveguide structure directly on a manipulation, for example by a burglar, the planar glazing element.
  • "normal" thermal or mechanical effects, such as temperature changes due to ion irradiation, on the planar glazing element can be taken into account in the evaluation of the optical property of the optical waveguide structure
  • multiple Bragg filters may have different filter center frequencies or filter center wavelengths, for example, to further provide spatial resolution of the ones to be monitored to receive monitoring, surface glazing element acting mechanical or thermal stresses, as will be explained in detail below.
  • the optical waveguide structure with the optical filter element or the optical filter dementer can now, for example, on a multi-layer, planar glazing element, for. B. a laminated glass arrangement, are arranged, wherein the optical waveguide structure in a glass capillary, a milled groove or subsequently mounted on the safety glass in capillaries and with the monitored surface glazing element at least partially form-, force and / or substance conclusive is bound.
  • the optical waveguide structure is either already at the production of the glazing element in or on the same mechanically, ie, form, force and / or material fit, can be arranged or can be subsequently arranged on the glazing element in subsequently mounted recesses or recesses (eg capillary or groove).
  • the optical waveguide structure with the optical filter elements can be shaped, force and / or readily or cohesively arranged on the glazing element, so that a mechanical stress or deformation (eg elongation) of the glass material is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein.
  • a thermal stress on the glazing element ie a temperature increase, is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein.
  • the optical waveguide structure can be inserted into an outwardly accessible recess (eg a milled groove) and connected substantially completely to the glazing element using an adhesive or if the optical waveguide structure is pushed in in a glass capillary provided in the glazing element substantially only at the end points (ie at the entry and exit point of the optical waveguide structure on the glazing element) can be mechanically connected to the same.
  • a mechanical stress e.g. in the form of an elongation of the glazing element, as a relatively uniform elongation of the optical waveguide structure between the two fixed end points.
  • the optical waveguide structure arranged on the planar glazing element to be monitored can be used simultaneously with the optically series-connected Bragg filters as a rupture sensor, since only signals from those filter elements (having a sufficient amplitude) are reflected back Optical waveguide structure at positions (in Lichteinkoppelraum) are located in front of the break, while reflection signals from one or more Bragg filters fail behind the breakage.
  • the procedure according to the invention for implementing the glazing arrangement with safety function can now be used extremely advantageously for monitoring a flat glazing element, since the optical waveguide structure can be used with the optical filter elements designed as Bragg filters for feeding an optical signal into the optical waveguide structure, and by evaluating the Information about a mechanical and / or thermal stress of the planar glazing element to be monitored can be determined directly and almost in real time from optical signals reflected or transmitted by the optical filter elements.
  • Fig. 2a-c is a schematic diagram of a Li chtwellenleiter für
  • Filter element for the inventive safety feature glazing assembly according to an embodiment of the present invention
  • a schematic diagram of a glazing assembly with safety function according to another exemplary embodiment of the present invention
  • a schematic diagram of a security system for a glazing assembly according to another embodiment of the present invention
  • Fig. 5 is a schematic flow diagram of a method according to another
  • the glazing arrangement 10 has a planar glazing element 20.
  • the planar glazing element can, for example, be a single-layered or multi-layered transparent material, eg glass, plastic or a composite material, exhibit.
  • the flat glazing element 20 for safety glazing as laminated glass can have a combination of glass and transparent plastic films.
  • An optical waveguide structure 30 having an optical filter element, for example in the form of a fiber Bragg grating or an optical Bragg filter, is now arranged on the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 thus has an optical waveguide section 34 and the optical filter element 32.
  • the light wave 1 has an input coupling input 36 for coupling an optical signal S] into the optical waveguide structure 30.
  • the optical waveguide structure 30 also has an additional optical waveguide section 34, even after the optical filter element 32, wherein the further light path 1 is provided for example at an output coupling 38 on an arbitrary side surface, eg an opposite side surface of the planar glazing element 20 Decoupling of a passing through the optical filter element 32 optical signal Sjr is performed.
  • the optical waveguide structure 30 is disposed within the material of the surface Vergl asungselements 20. As shown in Fig.
  • the sheet-like glazing element 20 for example as a laminated glass, a plurality of individual layers 20-1, ..., 20-5 (20-n), wherein the optical waveguide structure 30, for example, in a small capillary or a milled groove in the second glazing pane 20-2 (behind the first pane 20-1) of the planar glazing element 20 is arranged.
  • the optical waveguide structure 30 shown in FIG. 1a-b on the planar glazing element 20 can only be regarded as exemplary.
  • the optical waveguide structure 30 can generally be introduced into a recess or recess 40 within the material of the planar glazing element 20 or else on a surface of the planar glazing element 20.
  • corresponding recesses or recesses may be provided on or in the glazing element 20 for insertion or insertion of the optical waveguide structure in advance.
  • the optical waveguide structure 30 can now be fastened, for example by means of a transparent adhesive material or another fastening material in the provided recess 40.
  • the optical waveguide structure 30 can be subsequently arrange on a glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 can be fixed, for example, by means of a foil (not shown in FIG flat glazing Sung elements 20 is glued to the surface of the planar glazing element 20 at least in the region of the recesses 40 for the optical waveguide structure 30.
  • optical waveguide structure 30 illustrated in FIG. 1a-b it is pointed out that this has only one optical filter element 32 for the purpose of simplifying the description.
  • a plurality of optical filter elements may be arranged in the optical waveguide structure 30, the optical waveguide structure 30 also being arranged along substantially arbitrarily shaped, e.g. Meander-shaped, recesses 40 may be arranged in the planar glazing element 20.
  • further optical waveguide structures (not shown in FIG. 1a-b) with respective coupling inputs and optional coupling inputs can be arranged separately in the planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure (s) 30, each with a plurality of optical filter elements 32 can now be arranged on the planar glazing element 20 in order, for example, to distribute an array of sensor elements (in the form of the optical filter elements 32) distributed over the base area of the array element in a grid to obtain planar glazing element 20.
  • Such an arrangement of the optical waveguide structure 30 on the planar glazing element 20 will be discussed in more detail below with reference to FIG. 3.
  • the rectangular and straight shape of the surface of the planar glazing element 20, as shown in the figures, is to be regarded merely as an example.
  • the inventive concept is particularly applicable to arbitrarily shaped and curved surfaces of a planar glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 for example, a diameter "a" of 80-200 ⁇ , so that, for example, provided in the planar glazing element 20 recess 40 dimensions with a width "b" and a height "c" of, for example, 200-650 ⁇ m may have to accommodate the optical waveguide structure 30.
  • a transparent adhesive or other transparent bonding material for filling any voids, for maintaining the mechanical stability and for fixing to the glass (Kraftschi uß) be provided, as far as the adhesive can be introduced into the recesses.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is now arranged on the planar glazing element 20 so that any mechanical and / or thermal stresses acting on the planar glazing element 20 are transmitted as directly as possible to the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 be passed on at least to a degree. That is, the optical waveguide structure 30 is mechanically disposed on the planar glazing element 20 so that mechanical or thermal stress, i. the action of an elevated temperature or an external mechanical force on the planar glazing element 20 causes a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30.
  • the optical waveguide structure 30 it is therefore necessary for the optical waveguide structure 30 to be sufficiently thermally and / or mechanically coupled to the planar glazing element 20 in order to ensure sufficient heat and / or force transmission from the planar glazing element 20 to the optical waveguide structure 30.
  • mechanical forces are meant, for example, tensile, compressive, impact, shock or bending loads.
  • the planar glazing element 20 and the optical waveguide structure 30 are arranged sufficiently close to each other or in (thermal) contact with each other.
  • a corresponding mechanical connection e.g. a force, shape and / or material connection
  • the optical waveguide structure 30 may be provided with the optical filter element 32 on the planar glazing element 20.
  • the optical filter element 32 is formed, for example, as a fiber Bragg grating or optical Bragg filter.
  • the Bragg filter 32 is an optical interference filter inscribed in the glass fiber core of the optical waveguide structure 30. Wavelengths of the optical signal S] (with the power distribution Pi) coupled into the optical waveguide structure 30 which lie within the filter bandwidth around the center bandwidth ⁇ of the Bragg filter are (at least for the most part) reflected back and yield the reflected signal SRI with the Power distribution PRI.
  • the optical waveguide structure 30 in the form of an egg nmodenglasmaschine thus has a highly transparent glass fiber core 30-1 having the refractive index n 2 which is coated with a glass material a lower refractive index 30-2 m.
  • the optical waveguide thus consists of a core 30-1 with the refractive index n 2 , a cladding (cladding) 30-2 with the refractive index n] and for example a Schutzbe layering (coating / buffer) 30-3 with a refractive index no.
  • the light-guiding core 30-1 serves to guide and transmit the optical signal Si.
  • the cladding 30-2 has a lower optical refractive index than the core 30-1, ie ni ⁇ n 2 .
  • the cladding 30-2 thereby causes a total reflection at the boundary layer to the core 30-1 and thus a guiding of the radiation (ie the optical signal) in the core 30-1 of the optical waveguide 30.
  • the optical filter element 32 along the core 30-1 of Optical waveguide structure 34 is arranged in the fiber core 30-1 in the form of a periodic modulus of refractive index, with high m 3 ) and low refractive index regions ( n 2 ) reflecting back the light in the fiber core 30-1 of a particular wavelength ⁇ , and thus have the function of a band-stop filter, with n 3 »n 2 .
  • r ff is the effective refractive index of the fiber core 30-1 of the optical waveguide structure 30 and ⁇ the grating period.
  • the spectral width of the band depends on the length of the fiber Bragg grating 32 and the strength of the refractive index change between the adjacent refractive index regions.
  • FIG. 2b shows, by way of example, the reflection behavior of the optical waveguide structure 30 with the Bragg filter 32.
  • the Bragg filter 32 acts as a bandpass filter, so that a portion of the injected spectrum is reflected back as a reflected portion PRI, ie the Bragg filter 32 acts as a band-stop filter about the center wavelength ⁇ .
  • the transmission spectrum of the transmitted or continuous power Pr r is shown by way of example, in which the component around the center frequency ⁇ has been removed from the transmission spectrum by the Bragg filter 32.
  • the center wavelength ⁇ of the Bragg filter 32 depends on the effective refractive index as well as on the grating period ⁇ of the optical filter element 32 formed as a fiber Bragg gate.
  • the grating period ⁇ by an applied mechanical load ie a strain or compression due to a tensile, compressive, impact, shock or bending load changes.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is mechanically coupled to the planar glazing element 20
  • strain or compression deformations due to mechanical or even thermal stress of the planar glazing element 20 also affect the Bragg filter 32 the optical waveguide structure 30 transferred at least partially, so the grating period changes ⁇ of the Bragg filter 32 and thus also the co tenwellen vet ⁇ of the Bragg filter 32.
  • the refractive indices n 2, n 3 in the fiber core 30-1 also temperature dependent, so that additionally changes the center wavelength ⁇ according to the thermal load, which acts on the planar glazing element 20 and thus also on the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30.
  • a mechanical or thermal stress of the flat filter element 20 for example during a burglary attempt or during heavy use during use, for example as a windscreen of a Vehicle, a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the integrated therein Bragg optical filter 32 is caused.
  • FIG. 2 c now shows by way of example resulting power spectra of an optical waveguide structure 30 which has two optical filter elements (not shown in FIG. 1 a or 2 a).
  • the two Bragg filters are each formed so that they have different center wavelengths ⁇ ⁇ , ⁇ 2 , so that knowing the position of the first and second optical filter element with a change in the center wavelength ⁇ , ⁇ 2 in addition to the size of the mechanical or thermal load can also be closed to a position at which the mechanical or thermal stress of the planar glazing element 20 takes place.
  • Bragg filters can now be embodied as extremely narrow bandstop filters with a fixed associated wavelength ⁇ ⁇ , a larger number of Bragg filters 32-n can also be realized in the optical waveguide structure 30 so that spatially resolved monitoring of the planar glazing - Elements 20 can be realized with respect to mechanical and / or thermal external stresses.
  • FIG. 3 shows a possible exemplary embodiment of the glazing arrangement 10 according to the invention.
  • an optical waveguide structure 30 having a plurality of optical filter elements 32-n is arranged.
  • the optical waveguide structure 30 is now formed again in order to couple the optical signal Sj to the optical waveguide structure 30 at a coupling-in port 30, wherein, for example, a first portion of the optical signal at the first center wavelength ⁇ ⁇ is first at the first Bragg filter element 32-1 Reflection signal SRI, at the second Bragg filter 32-2 at a second center wavelength ⁇ 2 a second reflection signal SR 2 USW. up to the last Bragg filter element 32-n at a center wavelength B, the reflection signal S "is reflected back to the coupling connection 36.
  • the transmission spectrum ⁇ ⁇ in the form of the passage signal Sx r to investigate changes in one or more of the center wavelengths of one or more of the Bragg filters 32.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n is meandered on the sheet glazing element 20 and, for example, within a specially provided recess (not shown in Fig. 3), e.g. positive, non-positive or cohesive, attached to the sheet-like glazing element 20.
  • Bragg filter 32-n distributed in a grid on the flat glazing element 20 are arranged.
  • the distances A, B or C between adjacent Bragg filters 32-n can be chosen such that, depending on the thermal conductivity or the thermal diffusivity of the planar glazing element 20, i. of the material surrounding the individual Bragg filters 32-n, with a point heating of the disk by e.g. 500 ° C (or more) at the nearest Bragg filter within a period of e.g. ⁇ 5 seconds, a temperature increase, e.g. greater than 10 ° C, is caused. Its center wavelength would typically increase by at least about 100 pm.
  • the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n can be arranged on the planar glazing element 20 such that at least one Bragg filter 32 is arranged per unit area (for example 0.01-1.0 m 2 ) in order to reliably detect a thermal or To detect mechanical stress on a change in the optical properties of the optical waveguide structure (cn).
  • the plurality of optical filter elements 32-n are arranged along an optical waveguide structure 30.
  • a plurality of optical waveguide structures 30-1, 30-n each with one or more optical filter elements e.g. in the form of a Bragg filter, to provide in the planar glazing element 20 to attach a plurality of optically separate sensor circuits to the planar glazing element 20.
  • This can be advantageous in the case of a very large glazing element 20.
  • the optical waveguide structure 30 shown in FIG. 3 can also be arranged on the planar glazing element 20 within a depression or recess in the planar glazing element 20.
  • the element 20 may be arranged mechanically on the planar glazing element 20 in order to produce sufficient mechanical and thermal coupling between the glazing element 20 and the optical waveguide structure 30, as already described.
  • Fig. La-b has been explained, the local versions is equally applicable to the arrangement shown in Fig. 3.
  • the glazing arrangement 10 with safety function shown in FIG. 3 is on the one hand suitable for detecting mechanical deformations due to a thermal or mechanical action on the planar glazing element 20.
  • the glazing arrangement shown in Fig. 3a also a fraction of the planar glazing ungselements 20 and thus due to a corresponding break or break also the optical waveguide structure 30 are detected.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a break point 60 within or on the planar glazing element 20.
  • the reflected signal SR "obtained at the terminal 36 now contains no or greatly reduced reflection signals of the Bragg filters 32-9, 32-10 ... 32-n shown in FIG. 3, which are arranged in the light coupling device after the break point 60.
  • a mechanical breaking of the glazing element 20 and thus a breaking or buckling of the optical waveguide structure 30 can be detected and assigned to a position between the two Bragg filter elements 32-8 and 32-9.
  • a local resolution of a thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20 via a change of individual Mittenwel 1 lengths ⁇ ⁇ , or a localization of a fraction of the areal Vergl tion element by detecting a failure of the reflection signals or a sharp decrease (> 50%) of the amplitude of the reflection signal SR "of the Bragg filter elements after a break point.
  • a spatial resolution or spatial assignment of a mechanical stress on the glazing element 20 it is pointed out that this mechanical stress can only be detected in a spatially resolved manner with the use of a plurality of Bragg filter elements at the areas of the glazing element where there is a fixed mechanical connection of the optical waveguide structure 30 is present with the optical filter elements 32 on the glazing element. If, for example, the optical waveguide structure 30 is mechanically connected to the glazing element 20 over the entire length, a spatial resolution of a mechanical stress acting on the glazing element 20 can be achieved over the entire length of the optical waveguide structure 30 on which Bragg filter elements are arranged. The local resolution corresponds to the spacing of the filter elements.
  • the optical waveguide structure 30 is subsequently introduced into a capillary 40 provided on the glazing element 20, it is often only possible to mechanically fix it between the optical waveguide structure at the respective end pieces of the optical waveguide structure 30 which project from the glazing element 20 30 and the glazing element 20 make.
  • a mechanical stress of the glazing element 20 only one elongation caused relatively evenly over the entire optical waveguide structure 30 arranged in the glazing element 20 can be detected, so that it is only recognized that a mechanical stress occurred somewhere along this capillary (and not in adjacent ones) ,
  • a local resolution at a thermal stress of the glazing element 20 i. W. is independent of the mechanical connection between the optical waveguide structure 30 and the glazing element 20, as long as a sufficiently good thermal coupling of the optical waveguide structure 30 with the glazing element 20 over the entire length of the optical waveguide structure 30 is present, which is already given by resting.
  • a security system 70 for glazing will now be described by way of example with reference to FIG. 4.
  • the security system 70 has, for example, a glazing arrangement 10, as described with reference to the preceding FIGS. 1a-b, 2a-c and 3, which can be used in the exemplary embodiment shown below.
  • a signal input device 80 for coupling an optical signal i into the optical waveguide structure 30 is connected to the coupling 1 intended.
  • a signal detecting means 82 for detecting an optical signal (ie, the reflection signal SR and / or optionally the Transmi ssionssi signal sx r ) of the optical waveguide structure 30 and for outputting an electrical detection signal S e based on the detected optical signal SR and Sj T is provided ,
  • the signal injection device 80 is thus designed as an optical transmitter, while the signal detection device 82 is designed as an optical receiver.
  • the signal detection device 82 is designed such that it can detect, for example, the reflection signal SR provided at the coupling connection 36 and optionally the optional transmission signal Sj provided at the optional coupling connection 38 or the respective power spectrum.
  • the detected optical signals are converted, for example, into electrical signals S e for further processing and / or evaluation by a processing device 90.
  • the processing device 90 is provided on the one hand to control, for example, the signal input device 80 for coupling in the optical signal Sj and also to evaluate the detection signal S "provided by the signal detection device 82 based on the reflection signal SR or the transmission signal 8 ⁇ ⁇ .
  • the processing device 90 is in particular designed to detect a change in the property of the Lichtwel lenleiter Quilt 30 at a mechanical or thermal stress of the glazing element 20.
  • the processing device and optionally also the signal input and signal detection device 80, 82 may be arranged adjacent to the glazing arrangement 10 or via an optical waveguide connection (not shown in FIG. 4) remote from the glazing arrangement 10, for example to prevent unauthorized access and manipulation attempts. eg in the event of a break-in, on the security system 70.
  • the processing means 90 may be based on the respective one of the Bragg filters 32-n reflected signal SR or on the transmission signal Sx r a mechanical or thermal stress of the sheet glazing element 20, and thus the mechanically coupled lightwave waveguide structure Determine 30 with the Bragg filter element 32 and the plurality of Bragg filter elements 32-n.
  • the processing device 90 can detect a change in the center wavelength ⁇ of at least one of the Bragg filter elements 32-n and output when exceeding a comparison value for a wavelength change, a corresponding display signal or alarm signal SQUT at a Popeansehl uss 92.
  • the processing device 90 can output a corresponding alarm output signal SQUT at the output terminal 92, if the reflection signals of all the Bragg filter elements 32-n are not contained in the reflection signal SR, since this is due to a break of the planar glazing element 20 and thus indicates a break or kink of the optical waveguide structure 30.
  • the processing device 90 is designed to compare the detection signal S e or a signal derived therefrom with a comparison value in order to determine whether the detection signal is within or outside a desired range, and to exceed the limit value for to indicate a mechanical or thermal load of the planar glazing element 20.
  • the comparison value may be determined, for example, based on an average or a plurality of preceding measurement values of the detection signal or signals derived therefrom. It can thus be achieved that, for example, a relatively slow thermal temperature change on the planar glazing element, as occurs, for example, due to solar radiation, does not lead to the triggering of an alarm, while, for example, a heat effect of high power, as is caused, for example, by a gas burner of a burglar, extremely fast or immediately leads to an alarm signal.
  • a second fixed comparison value can be provided, beyond which an alarm is triggered in any case, since this is in any case attributable to an high thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20 hin- points, even if it has risen only slowly.
  • the detection signal or the signal derived therefrom is based on a center frequency of the respective Bragg filter or a level of the detected signal.
  • the processing device 90 is thus designed to detect the spectral distribution of the signal components in the reflection signal S and also the respective level and to investigate a change in the respective signal components due to mechanical or thermal stress.
  • the signal coupling device 80, the signal detection circuit 82 and the processing device 90 are shown in the schematic representation as separate elements or components, but these elements or components also become a single element Assembly 100 can be summarized.
  • the assembly 100 is also referred to as an optical sensor interrogator or fiber Bragg grating optical interrogator.
  • available fiber bragg grating interrogators may for example monitor up to 100 Bragg filter elements in series, so that with only a single interrogator a relatively high spatial resolution can be achieved by monitoring a large number of Bragg filter elements in the Optical waveguide structure 30 can be achieved.
  • the number of measuring points can be increased by using an optical switch (not shown in FIG. 4).
  • the glazing arrangement according to the invention with the safety function or the safety system according to the invention to carry out an analysis of a mechanical action on the glazing arrangement in order, for example, to distinguish between the action of one or more (intended ) Impacts that are expected to damage the glazing assembly and incidental events that affect the glazing assembly, such as a supersonic blast of an airplane, an incidental incident football, etc., to hit.
  • incidental events such as a supersonic blast of an airplane, an incidental incident football, etc.
  • the occurrence of several blows in a certain period e.g. a break-in attempt with respect to the glazing assembly, while a single strike indicates a random event in the environment over a longer period of time.
  • a mechanical load e.g. In the form of a violent impact or impact load, a locally applied to the V erg lasungsanssen, a mechanical deformation in the glass material of the glazing assembly, starting from the Einwir- kungsyak (eg wave-like) spread, so that a pattern recognition or impact pattern recognition with respect to the acting mechanical Load can be made.
  • a distance and time decreasing pattern of changes ⁇ of the optical properties of the optical waveguide structure i. their amplitude and temporal occurrence, resulting from the respective center wavelengths ⁇ of the Bragg filter concerned.
  • a strong mechanical load occurs in the form of a so-called supersonic bang of an aircraft (ie the mechanical load is based on a strong acoustic source in the near or far environment)
  • this mechanical load will be distributed relatively uniformly over the surface of the glazing arrangement that a uniformly distributed pattern of change (s) ⁇ of the optical properties of the optical waveguide structure, ie their amplitude and timing, from the respective center wavelengths ⁇ of the affected Bragg filters, i. essentially all Bragg filters will result.
  • the optical waveguide structure with the Bragg filters is used, for example, up to microseconds, e.g. with a clock of at least 1ms, 0.1ms or ⁇ (eg 1ms to 50 ⁇ ) and a readout frequency of at least 1kHz, 10kHz or 100kHz (eg 1 to 20kHz) to obtain a sufficient resolution of the resulting pattern in a to obtain mechanical action on the glazing structure.
  • the signal detection device 82 can thus be designed to provide a detection signal S e based on the changes ⁇ of the optical properties of the same Bragg filters of the optical waveguide structure, which is determined in the case of a mechanical application.
  • Spruchung of the planar glazing element 20 has an information about the mechanical stress at the respective location of the affected Bragg filter, and further having a thermal stress on the planar glazing element 20 information about the thermal stress at the respective location of the affected Bragg filter.
  • the detected change ⁇ of the optical properties of each of the Bragg filters can therefore be used to distinguish both a mechanical and a thermal stress.
  • the processing device 90 can now be embodied to evaluate the detection signal S e in order to determine a local distribution of the mechanical stress over the planar glazing element when the planar glazing element 20 is subject to mechanical stress, and also when the planar glazing element 20 is subject to thermal stress to determine a local distribution of the thermal stress on the planar glazing element 20.
  • the local distribution of the mechanical and thermal stress is based on the local distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element 20.
  • a sufficiently high readout frequency of e.g. more than 1 kHz it is possible to distinguish between the above-described mechanical stress, e.g. in the form of a violent impact or shock load relatively locally on the glazing arrangement, and a strong mechanical stress, which relatively uniformly distributed over a larger area of the surface or the entire area of the surface of the glazing arrangement to meet, although corresponding mechanical loads or their effects in the form of vibrations, etc. of the glazing arrangement relatively quickly, eg in the range of 1 s to 10 ms, can decay.
  • the optical decoupling signal of the optical waveguide structure 30 to make a distinction as to the occurrence of any short-term mechanical stress whose effects dissipate relatively rapidly and thermal stress due to thermal stress relatively slow heat propagation through the glazing arrangement with a greater time delay adjacent Bragg grating only at a distance of a few seconds to minutes reached, depending on the distance of the respective Bragg grating and the specific disk structure.
  • the occurrence of different mechanical stresses as well as thermal stresses on the glazing arrangement or their respective local distribution can be resolved very precisely in accordance with the distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element, if the layout Sequenz sufficiently high.
  • the changes ⁇ of the optical properties of each Bragg filter can be used to detect both the occurrence of mechanical stresses (or different mechanical stresses) and thermal stresses (or different thermal stresses) of the glazing assembly and their respective local distribution.
  • a thermally conductive foil i. H. a film with a heat-conducting property increased in relation to the surrounding glass material can be used to distribute the applied thermal stress as quickly as possible over the glazing element when exposed to a point, thermal heat source, in order to heat the glass material in the vicinity in near real time a Bragg filter element in the optical waveguide structure 30 to immediately (within a few seconds) to detect an indicative of a Manu- pulation heat action.
  • an optical waveguide structure with an optical filter element is arranged on the planar glazing element.
  • an optical signal is first coupled into the optical waveguide structure in a first step 102.
  • an optical signal, for example in the form of a reflection signal or a transmission signal, of the optical waveguide structure is detected and converted into an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure (step 104).
  • This electrical detection signal or a signal derived therefrom is evaluated (step 106) in order to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to a mechanical or thermal stress of the planar glazing element.
  • the electrical detection signal or the signal derived therefrom may be compared to a comparison value to determine if the detection signal is outside a desired range, indicating an exceeding of a mechanical or thermal stress limit on the sheet glazing element ,
  • the comparison value can be predefined or can be determined as a relative comparison value based on a statistical processing of a plurality of preceding measured values of the electrical detection signal.
  • a burglar has thus relatively quickly access to the issued behind the safety glass valuables, as previous fracture sensors or vibration sensors often do not respond to the use of a gas burner and thus no alarm is triggered. For this reason, in order to identify a heat source in the security area, expensive thermal imagers had to be used to obtain timely information.
  • the concept according to the invention consists in providing a glazing arrangement (safety glass) with a reliably functioning safety function by providing on the flat glazing element an optical waveguide structure with one or more optical filter elements, such as e.g. one or more Bragg filters, the optical waveguide structure within a recess or depression in a multilayer safety glass, e.g. in a capillary or a milled groove, or subsequently applied to the safety glass in capillaries.
  • one or more optical filter elements such as e.g. one or more Bragg filters
  • a plurality of Bragg filters within the optical waveguide structure which each have a different central wavelength ⁇ ⁇ , can be optically switched in series, so that the Lichtwel lenleiterstruklur beyond also simultaneously usable as a breakage sensor.
  • this is possible since, in the direction of the coupled-in signal after the respective breakage point of the planar glazing element and thus of the optical waveguide structure, no reflection from the following Bragg filters is possible. returned signals to the detection device.
  • an (at least rough) localization of the break point on the planar glazing element can be effected.
  • a typical optical waveguide structure with an optical filter element embodied as a Bragg filter has, for example, a diameter of 80-200 ⁇ m, so that it can be attached to the flat glazing element, for example, in small capillaries or milled grooves with a diameter of 200-650 ⁇ m.
  • Typical distances of adjacent rows of optical waveguides or of adjacent optical filter elements can be, for example, in the range of 10-100 or 10-40 cm. If, for example, the planar glazing element has a laminated glass, the optical waveguide structure can be located in a capillary behind the first pane (with respect to the outside of the planar glazing element).
  • the required maximum distance to the arrangement of the optical filter elements of the optical waveguide structure can be individually made dependent on the respective planar glazing element, ie its thermal conductivity or thermal diffusivity, and adjusted.
  • the inventive concept for a glazing arrangement with safety function can also be subsequently integrated into an existing safety glass, wherein in a subsequent installation in recesses or recesses to be provided (eg capillary or groove), the optical waveguide structure (s) to be selected by means of a film in an individually according to the respective safety glass Distance to be glued to the flat glazing element.
  • recesses or recesses to be provided eg capillary or groove
  • the optical waveguide structure (s) to be selected by means of a film in an individually according to the respective safety glass Distance to be glued to the flat glazing element.
  • precise values for the exact positioning of the optical waveguide structure with the optical filter elements can be based on the thermal conductivity or the thermal conductivity of the respective safety glass or laminated glass.
  • strain and heat sensor optical waveguide structure can now very effectively (relatively) large amounts of heat, eg a gas burner, delektieren very fast and almost in real time.
  • Today's gas burners have a heat radiation of more than 1900 ° Celsius and an output of more than 50 kW.
  • erroneous measurements or disturbances of the measurements can be excluded, for example, that individual optical filter elements are evaluated as a reference filter or adjacent Bragg filter to prevent any incorrect assessment of a measurement result.
  • a comparison value with which the respective measured value of the reflective optical signal or a variable derived therefrom is compared can be provided with a correction factor which is determined, for example, on an average value or a quantity derived therefrom of a plurality of preceding measured values of the detection signal. Accordingly, the comparison value can also be determined based on or from an average value of all detected reflection components in the reflection signal.
  • the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths .lambda..sub. ⁇ of the relevant Bragg filter will change continuously or continuously (at least in regions or up to damage of the optical waveguide structure) this change can be evaluated accordingly and assigned to a thermal load.
  • a mechanical load in the form of a severe shock or impact load and a corresponding damage
  • the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths ⁇ of the affected Bragg filters becomes relatively abrupt if the optical waveguide structure is damaged or change abruptly, and this change is evaluated accordingly and a mechanical load can be assigned.
  • the glazing arrangement with safety function according to the invention is not only applicable for the prevention or detection of burglary, but also in safety-relevant applications in which planar glazing elements are exposed, for example, strong thermal or mechanical loads and also determines any increased mechanical or thermal load conditions as quickly as possible or almost in real time should be.
  • the glazing arrangement according to the invention having a safety function can be used on the windshield of a towing cockpit or of another vehicle or rail vehicle and monitored in accordance with the procedure according to the invention.
  • an optical waveguide structure with an optical filter element which is designed as a break, strain or thermal sensor, is substantially insensitive to electrical or electromagnetic interference signals and thus extremely reliable and insensitive to interference can perform the respective monitoring function.
  • the glazing arrangement according to the invention with a safety function thus enables the Li cht wel Icnlci ter Jardinfigured formed as strain, breakage and thermal sensor directly provides the required information regarding the mechanical or thermal stress of the surface glazing element to be monitored, and thus no different sensor types for detecting heat , Stretching and breakage are needed.
  • a timely information should be obtained.
  • the erfmdungshacke concept for a safety glass is therefore everywhere applicable where valuables or other goods to be protected against unauthorized access or access, such as banks, jewelers, department stores, etc.
  • the inventive concept equally flat Glazing elements are used, which are subject to use relatively strong, mechanical or thermal stresses are exposed to an excessive mechanical or thermal stress of the respective planar glazing element as early as possible or almost in real time.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Device), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus (sensor interrogator).
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory storing electronically readable control signals that interact with a programmable computer system. or that the respective procedure is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
  • Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described here when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
  • a programmable logic device eg, a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be a universally applicable Hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.

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Abstract

The invention relates to a glazing assembly (10) with a safety/security function, comprising a planar glazing element (20) and an optical waveguide structure (30) with an optical filter element (32). The optical waveguide structure (30) is mechanically connected to the glazing element (20) in order to effect a change to an optical characteristic of the optical waveguide structure (30) when the planar glazing element (20) is exposed to mechanical stress and in addition in order to effect a change to an optical characteristic of the optical waveguide structure (30) when the planar glazing element (20) is exposed to thermal stress.

Description

Sicherheitssystem für eine Verglasungsanordnung, Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion und Verfahren zur Erfassung einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Verglasungselements  Security system for a glazing arrangement, glazing arrangement with safety function and method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verglasungsanordnung mit Sicherheits- funktion, 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 mechani- sehen 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. The present invention relates to a glazing arrangement with safety function, to a safety system for a glazing arrangement and to a method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element. In particular, the present invention relates to a concept for monitoring a sheet glazing element, e.g. a glass pane or a laminated glass pane, in order to detect a mechanical or thermal stress by an external action on the planar glazing element early or promptly. As a result, an attempted manipulation of the planar glazing element, for example during a break-in attempt, can be detected almost in real time and a corresponding alarm can be triggered at an early stage. Likewise, the concept according to the invention can be applied to flat glazing elements which, when used, exhibit strong mechanical and / or thermal stresses, such as e.g. on windshields in an airplane cockpit, on trains or other vehicles, to detect early excessive mechanical or thermal stress on the glazing elements and to avoid mechanical failure due to sudden, unforeseen breakage of the planar glazing element.
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 Vergl asungsel emente 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 beispiels- weise 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. In many areas, so-called safety glass is used to provide either the glazing, eg laminated glass or laminated safety glass, with as much intrusion-resistant effect as possible or unauthorized physical access to areas secured by safety glass, eg displays of jewelers, showcases etc., as safe as possible. In addition, so-called passive glass breakage detectors are also used for the respective glazing elements, which are arranged on the glazing to be monitored and detect a glass breakage or a physical destruction of the glazing element. In this context, different DIN standards refer to so-called resistance classes (DIN V ENV 1627), which, for example, consider resistance times, ie the time that a product withstands burglary, the types of perpetrators and the modus operandi. Furthermore, there are test standards (DIN EN 356) for antiperspirant glazings, ie to what extent the glazings are burglary-resistant, puncture-resistant or attack-inhibiting. Furthermore, safety glass is also used in areas such as windshields in aircraft cockpits, high-speed trains or other vehicles that are exposed to very strong thermal and in particular mechanical stresses.
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 S icherheitsverglasung ausgestellten Wertgegenstände gelangen, ohne dass ein Alarm von einem passiven Glasbruchmelder ausgegeben wird. Ferner mussten bisher zur Identifizierung einer Wärmequelle im Sicherheitsbereich aufwand ige Wärmebildkameras eingesetzt werden, sollte eine zeitnahe Wärmein formation erhalten werden. Um eine möglichst umfassende Einbruchserfassung zu erhalten, mussten deshalb gemäß dem Stand der Technik unterschiedliche Ü- berwachungskonzepte 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. A disadvantage of the methods known hitherto in the prior art is that, for example, a break-in attempt is detected only when mechanical damage or destruction of the monitored glazing element occurs. If, for example, an intrusion attempt causes the safety glass to be changed in stability by means of a gas burner or cutting torch until the safety glass finally melts, a potential burglar can relatively quickly reach the valuables exposed behind the safety glazing without an alarm from a passive glass breakage detector is issued. Furthermore, previously had to identify a heat source in the security area aufwand ige thermal imaging cameras are used, a timely Wärmein formation should be obtained. In order to obtain the most comprehensive detection of burglary, different surveillance concepts therefore had to be combined according to the prior art in order to detect both mechanical and thermal effects on safety glazings. This leads to their realization to a high cost and thus also high costs.
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 mög- liehst in Echtzeit detektiert werden kann. Starting from this prior art, the object of the present invention is to provide a concept for a glazing arrangement with a safety function, by means of which a detection of acting on a planar glazing element mechanical and / or thermal stress or load early and possible lent in Real time can be detected.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitsverglasungssystem gemäß Anspruch 1, durch eine Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß Anspruch 18, durch ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Vergl asungsel ements gemäß Anspruch 27 und durch ein Computerprogramm nach Anspruch 32 gelöst. This object is achieved by a safety glazing system according to claim 1, by a glazing arrangement with safety function according to claim 18, by a method for detecting a mechanical or thermal stress of a flat Vergl asungsel ements according to claim 27 and by a computer program according to claim 32.
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/λο 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 S onnenei nstrahlung, 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. The core idea of the present invention is to mechanically arrange an optical waveguide structure with an optical filter element, such as a fiber Bragg grating or Bragg filter, on the planar glazing element such that an optical property of the glazing element is due to mechanical or thermal stress Optical waveguide structure and in particular of the optical filter element is changed. A mechanical connection between a glazing element and a Optical waveguide structure may be formed, for example, positive, cohesive or cohesive. Thus, in particular, according to the invention, use is made of the fact that, in the case of the Bragg filter arranged in an optical waveguide structure, a strain influence and / or a refractive index change of the material of the Bragg filter occurs due to mechanical or thermal stress of the planar glazing element, so that the center frequency of the Bragg Filter as a variable, optical property of the optical waveguide structure according to the mechanical or thermal action changes. Such a change in the center frequency of the Bragg filter can now be detected relatively easily with optical detection elements coupled to the optical waveguide structure, wherein the magnitude of the change in the center frequency Δλ / λο can be assigned the degree of mechanical and / or thermal stress of the planar glazing element. According to the invention can thus be concluded by evaluating the optical property of the Bragg filter in the optical waveguide structure directly on a manipulation, for example by a burglar, the planar glazing element. Furthermore, in order to increase the detection reliability, "normal" thermal or mechanical effects, such as temperature changes due to ion irradiation, on the planar glazing element can be taken into account in the evaluation of the optical property of the optical waveguide structure For example, if multiple Bragg filters are used, they may have different filter center frequencies or filter center wavelengths, for example, to further provide spatial resolution of the ones to be monitored to receive monitoring, surface glazing element acting mechanical or thermal stresses, as will be explained in detail below.
Die Lichtwellenleiterstruktur mit dem optischen Filterelement bzw. den optischen Filter- dementen 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 Stoff schlüssig ver- bunden ist. The optical waveguide structure with the optical filter element or the optical filter dementer can now, for example, on a multi-layer, planar glazing element, for. B. a laminated glass arrangement, are arranged, wherein the optical waveguide structure in a glass capillary, a milled groove or subsequently mounted on the safety glass in capillaries and with the monitored surface glazing element at least partially form-, force and / or substance conclusive is bound.
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 Lichtwel- Ienleiterstruktur 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. With regard to the mechanical connection of the glazing element with the optical waveguide structure, it is pointed out that the optical waveguide structure is either already at the production of the glazing element in or on the same mechanically, ie, form, force and / or material fit, can be arranged or can be subsequently arranged on the glazing element in subsequently mounted recesses or recesses (eg capillary or groove). If, for example, the light waveguide structure with the optical filter elements is already integrated in the material of the glazing element during the production of the glazing element or fixed within one of several layers of a laminated glass arrangement, for example using a transparent adhesive, the optical waveguide structure can be shaped, force and / or readily or cohesively arranged on the glazing element, so that a mechanical stress or deformation (eg elongation) of the glass material is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein. Similarly, a thermal stress on the glazing element, ie a temperature increase, is transmitted directly to the optical waveguide structure and the optical filter elements located therein.
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. In a subsequent arrangement of the optical waveguide structure on the glazing element, a distinction must be made as to whether the optical waveguide structure can be inserted into an outwardly accessible recess (eg a milled groove) and connected substantially completely to the glazing element using an adhesive or if the optical waveguide structure is pushed in in a glass capillary provided in the glazing element substantially only at the end points (ie at the entry and exit point of the optical waveguide structure on the glazing element) can be mechanically connected to the same. In the second case, a mechanical stress, e.g. in the form of an elongation of the glazing element, as a relatively uniform elongation of the optical waveguide structure between the two fixed end points. Thus, in comparison with a complete mechanical connection of the optical waveguide structure with the glazing element, the detection of an elongation of the optical waveguide structure and thus of the glazing element continues to be possible, but without an exact spatial allocation of the location of the acting mechanical stress.
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 Ver- glasungselements auch nur entsprechende Abschnitte der Lichtwel 1 enleiterstruktur 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 Verglasungsele- ments und damit auch der mechanisch verbundenen Lichtwel lenleiterstruktur 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 gleichzei- tig 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. In contrast to a mechanical stress is in a thermal stress of the glazing element in the case of a selective connection of the optical waveguide structure with the glazing element nevertheless a spatial assignment of the location of the applied thermal stress possible, as with heating of the glazing element only corresponding sections of Lichtwel 1 heat conductor structure and thus heat only certain Bragg filter elements and change their optical filter property. By monitoring the optical property of the optical filter elements designed as Bragg filters, externally supplied heat or high pressure, as may be the case, for example, in an attempted break-in, can be determined by the resulting mechanical strain (or compression) of the planar glazing element to be monitored. ments and thus also the mechanically connected Lichtwel lenleiterstruktur detected very quickly and almost in real time and an electronic alarm are triggered to indicate the manipulation of the monitored, planar glazing element. In addition, the optical waveguide structure arranged on the planar glazing element to be monitored can be used simultaneously with the optically series-connected Bragg filters as a rupture sensor, since only signals from those filter elements (having a sufficient amplitude) are reflected back Optical waveguide structure at positions (in Lichteinkoppelrichtung) are located in front of the break, while reflection signals from one or more Bragg filters fail behind the breakage.
Die erfi ndungsgemäße Vorgehensweise zur Implementierung der Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion 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 Än- derung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur direkt und nahezu in Echtzeit auslesbar sind. Die erfmdungsgemäße 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 unterThe procedure according to the invention for implementing the glazing arrangement with safety function can now be used extremely advantageously for monitoring a flat glazing element, since the optical waveguide structure can be used with the optical filter elements designed as Bragg filters for feeding an optical signal into the optical waveguide structure, and by evaluating the Information about a mechanical and / or thermal stress of the planar glazing element to be monitored can be determined directly and almost in real time from optical signals reflected or transmitted by the optical filter elements. Thus, according to the invention, compared with the other methods known in the prior art with only one sensor arrangement, it is possible to detect both a heat action and an elongation or breakage (or kink) of the planar glazing element to be monitored, whereby the respective state of the component to be monitored, Information describing the planar glazing element can be read out directly and almost in real time in the form of a change in the optical property of the optical waveguide structure. The erfmdungsgemäße glazing assembly with security function is thus everywhere used where valuables, goods or other items to be secured against unauthorized access or access, eg jewelers, banks, department stores, etc. In addition, mechanical stresses in heavily used discs, such as Windscreens in aircraft cockpits, trains or other vehicles, can be detected in time. Preferred embodiments of the present invention are described below
Bezugnahme auf die vorliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Reference to the present drawings explained in more detail. Show it:
Fig. la-b Prinzipdarstel lungen in einer Draufsicht und einer Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. La-b Prinzipdarstel ments in a plan view and a sectional view of a glazing assembly according to the invention with security function according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2a-c eine Prinzipdarstellung einer Li chtwellenleiterstruktur mit einem optischen Fig. 2a-c is a schematic diagram of a Li chtwellenleiterstruktur with an optical
Filterelement für die erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Prinzipdarstellung einer Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Prinzipdarstellung eines Sicherheitssystems für eine Verglasungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und  Filter element for the inventive safety feature glazing assembly according to an embodiment of the present invention; a schematic diagram of a glazing assembly with safety function according to another exemplary embodiment of the present invention; a schematic diagram of a security system for a glazing assembly according to another embodiment of the present invention; and
Fig. 5 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Fig. 5 is a schematic flow diagram of a method according to another
Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.  Exemplary embodiment of the present invention.
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. Before the present invention is explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or equivalent elements in the different figures are provided with the same reference numerals, so that the description of the elements shown in the different embodiments with the same reference numerals interchangeable with each other or can be applied to each other.
Im Folgenden wird nun anhand von Fig. la-b der prinzipielle Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunkti- on gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die in Fig. 2a-c dargestellte prinzipielle Ausgestaltung einer Lichtwellenleiterstruktur 30 mit einem optischen Filterelement 32 beispielhaft beschrieben. In the following, the basic structure and principle of operation of a glazing arrangement 10 with safety function according to a first exemplary embodiment of the present invention will now be described with reference to the basic configuration of an optical waveguide structure 30 shown in FIGS. 2a-c an optical filter element 32 by way of example.
Wie in Fig. la dargestellt ist, weist die Vergl asungsanordnung 10 ein flächiges Vergla- sungselement 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 Sicher- heitsverglasung 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 Lichtwel len 1 ei terstrukt ur 30 einen Einkoppeleingang 36 zum Einkoppeln eines optischen Signals S] in die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf. Ferner weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 auch nach dem optischen Filterelement 32 optional einen weiteren Lichtwellen- leiterabschnitt 34 auf, wobei der weitere Li chtwel 1 enl ei terabschnitt 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 Sjr geführt ist. Wie nun in Fig. l a-b dargestellt , ist die Lichtwellenleiterstruktur 30 innerhalb des Materials des flächigen Vergl asungselements 20 angeordnet. Wie in Fig. lb 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 Verglasungsschi cht 20-2 (hinter der ersten Scheibe 20-1) des flächigen Verglasungselements 20 angeordnet ist. As shown in FIG. 1 a, the glazing arrangement 10 has a planar glazing element 20. The planar glazing element can, for example, be a single-layered or multi-layered transparent material, eg glass, plastic or a composite material, exhibit. Thus, for example, the flat glazing element 20 for safety glazing as laminated glass can have a combination of glass and transparent plastic films. An optical waveguide structure 30 having an optical filter element, for example in the form of a fiber Bragg grating or an optical Bragg filter, is now arranged on the planar glazing element 20. The optical waveguide structure 30 thus has an optical waveguide section 34 and the optical filter element 32. In addition, the light wave 1 has an input coupling input 36 for coupling an optical signal S] into the optical waveguide structure 30. Furthermore, the optical waveguide structure 30 also has an additional optical waveguide section 34, even after the optical filter element 32, wherein the further light path 1 is provided for example at an output coupling 38 on an arbitrary side surface, eg an opposite side surface of the planar glazing element 20 Decoupling of a passing through the optical filter element 32 optical signal Sjr is performed. As shown in Fig. L from now on, the optical waveguide structure 30 is disposed within the material of the surface Vergl asungselements 20. As shown in Fig. Lb, the sheet-like glazing element 20, for example as a laminated glass, a plurality of individual layers 20-1, ..., 20-5 (20-n), wherein the optical waveguide structure 30, for example, in a small capillary or a milled groove in the second glazing pane 20-2 (behind the first pane 20-1) of the planar glazing element 20 is arranged.
Diese in Fig. la-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 bei- spielsweise mittels eines transparenten Klebstoffmaterials oder eines sonstigen Befestigungsmaterials in der vorgesehenen Ausnehm ung 40 befestigt werden. However, this arrangement of the optical waveguide structure 30 shown in FIG. 1a-b on the planar glazing element 20 can only be regarded as exemplary. Thus, the optical waveguide structure 30 can generally be introduced into a recess or recess 40 within the material of the planar glazing element 20 or else on a surface of the planar glazing element 20. Of course, in the production of the planar glazing element 20 corresponding recesses or recesses may be provided on or in the glazing element 20 for insertion or insertion of the optical waveguide structure in advance. The optical waveguide structure 30 can now be fastened, for example by means of a transparent adhesive material or another fastening material in the provided recess 40.
Ferner ist es auch möglich, die Lichtwellenleiterstruktur 30 noch nachträglich an einem Verglasungselement 20 anzuordnen. Bei einem nachträglichen Einbau in eine z.B. nach- träglich vorgesehene Ausnehmung oder Aussparung 40 (bzw. Vertiefung) an dem Verglasungselement 20 kann die Lichtwellenleiterstruktur 30 beispielsweise mittels einer Folie (nicht gezeigt in Fig. la-b) fixiert werden, die auf die Oberfläche des flächigen Vergla- sungselements 20 zumindest im Bereich der Aussparungen 40 für die Lichtwellenleiterstruktur 30 auf die Oberfläche des flächigen Verglasungselements 20 geklebt wird. Furthermore, it is also possible to subsequently arrange the optical waveguide structure 30 on a glazing element 20. In a subsequent installation in a recess or recess 40 (or depression) provided on the glazing element 20, for example, subsequently, the optical waveguide structure 30 can be fixed, for example, by means of a foil (not shown in FIG flat glazing Sung elements 20 is glued to the surface of the planar glazing element 20 at least in the region of the recesses 40 for the optical waveguide structure 30.
Bezüglich einer örtlichen Auflösung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungs- elements 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 Ausfüh- rungen in Fig. 4 hingewiesen, die auf alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. With regard to a localized resolution of a mechanical load on the glazing element 20, it is pointed out that this mechanical stress can be detected in a spatially resolved manner only with the use of a plurality of Bragg filter elements 32 at those regions of the glazing element 20 where a fixed or frictional mechanical connection of the glazing element 20 is detected Optical waveguide structure 30 is present with the optical filter elements 32 on the glazing element. In this regard, reference is made to the detailed embodiments in FIG. 4, which are applicable to all embodiments of the present invention.
Im Zusammenhang mit der in Fig. la-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 Lichtwellenlei- terstrukturen (nicht gezeigt in Fig. la-b) mit jeweiligen Einkoppeleingängen und optionalen Auskoppeleingängen in dem flächigen Verglasungselement 20 getrennt voneinander angeordnet sein. In connection with the optical waveguide structure 30 illustrated in FIG. 1a-b, it is pointed out that this has only one optical filter element 32 for the purpose of simplifying the description. In the following description it will become clear that a plurality of optical filter elements may be arranged in the optical waveguide structure 30, the optical waveguide structure 30 also being arranged along substantially arbitrarily shaped, e.g. Meander-shaped, recesses 40 may be arranged in the planar glazing element 20. Furthermore, further optical waveguide structures (not shown in FIG. 1a-b) with respective coupling inputs and optional coupling inputs can be arranged separately in the planar glazing element 20.
Die Lichtwellenleiterstruktur(en) 30 mit jeweils einer Mehrzahl von optischen Filterele- menten 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 Fig. 3 eingegangen. The optical waveguide structure (s) 30, each with a plurality of optical filter elements 32, can now be arranged on the planar glazing element 20 in order, for example, to distribute an array of sensor elements (in the form of the optical filter elements 32) distributed over the base area of the array element in a grid to obtain planar glazing element 20. Such an arrangement of the optical waveguide structure 30 on the planar glazing element 20 will be discussed in more detail below with reference to FIG. 3.
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 Fig. lb nun dargestellt, weist die Lichtwellenleiterstruktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 beispielsweise einen Durchmesser "a" von 80-200 μηι 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 um 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 Fig. la-b) zum Auffüllen etwaiger Hohlräume, zur Beibehaltung der mechanischen Stabilität und zur Fixierung an dem Glas (Kraftschi uß) vorgesehen sein, soweit der Klebstoff in die Ausnehmungen eingebracht werden kann. It should also be noted that the rectangular and straight shape of the surface of the planar glazing element 20, as shown in the figures, is to be regarded merely as an example. The inventive concept is particularly applicable to arbitrarily shaped and curved surfaces of a planar glazing element 20. As shown in Fig. Lb now shown, the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32, for example, a diameter "a" of 80-200 μηι, so that, for example, provided in the planar glazing element 20 recess 40 dimensions with a width "b" and a height "c" of, for example, 200-650 μm may have to accommodate the optical waveguide structure 30. In a possible space between the optical waveguide structure 30 and the side walls of the recess 40 may be, for example, a transparent adhesive or other transparent bonding material (not shown in Fig. La-b) for filling any voids, for maintaining the mechanical stability and for fixing to the glass (Kraftschi uß) be provided, as far as the adhesive can be introduced into the recesses.
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 unmit- telbar 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 (thermi- schem) Kontakt zueinander angeordnet sind. Um ferner mechanische Belastungen des flächigen Verglas ungselements 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. The optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is now arranged on the planar glazing element 20 so that any mechanical and / or thermal stresses acting on the planar glazing element 20 are transmitted as directly as possible to the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 be passed on at least to a degree. That is, the optical waveguide structure 30 is mechanically disposed on the planar glazing element 20 so that mechanical or thermal stress, i. the action of an elevated temperature or an external mechanical force on the planar glazing element 20 causes a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30. For this purpose, it is therefore necessary for the optical waveguide structure 30 to be sufficiently thermally and / or mechanically coupled to the planar glazing element 20 in order to ensure sufficient heat and / or force transmission from the planar glazing element 20 to the optical waveguide structure 30. By mechanical forces are meant, for example, tensile, compressive, impact, shock or bending loads. To provide a thermal coupling of the optical waveguide structure 30 with the planar glazing element 20, it is only to be noted that the planar glazing element 20 and the optical waveguide structure 30 are arranged sufficiently close to each other or in (thermal) contact with each other. In order to further transmit mechanical stresses of the planar glazing element 20 to the optical waveguide structure 30 to a sufficient degree, a corresponding mechanical connection, e.g. a force, shape and / or material connection, the optical waveguide structure 30 may be provided with the optical filter element 32 on the planar glazing element 20.
Im Folgenden wird nun, Bezug nehmend insbesondere auf Fig. 2a-c, darauf eingegangen, wie der Zusammenhang zwischen einer mechanischen und/oder thermischen Beanspru- chung 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. Reference will now be made below, with reference in particular to FIGS. 2a-c, to the way in which the relationship between a mechanical and / or thermal load is investigated. tion of the planar glazing element 20 and a change in an optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30, which is present for example in the form of a Bragg filter is obtained.
Wie in Fig. 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 Lic htwel lenl e iterstruktur 30 eingekoppelten optischen Signals S] (mit der Leistungsverteilung Pi), die innerhalb der Filterbandbreite um die Mittenbandbreite β des Bragg-Filters liegen, werden (zumindest größtenteils) zurückreflektiert und ergeben das reflektierte Signal SRI mit der Leistungsverteilung PRI . As shown in FIGS. 2a-c, the optical filter element 32 is formed, for example, as a fiber Bragg grating or optical Bragg filter. The Bragg filter 32 is an optical interference filter inscribed in the glass fiber core of the optical waveguide structure 30. Wavelengths of the optical signal S] (with the power distribution Pi) coupled into the optical waveguide structure 30 which lie within the filter bandwidth around the center bandwidth β of the Bragg filter are (at least for the most part) reflected back and yield the reflected signal SRI with the Power distribution PRI.
Die Lichtwellenleiterstruktur 30 in Form einer Ei nmodenglasfaser weist somit einen hoch- transparenten Glasfaserkern 30-1 mit dem Brechungsindex n2 auf, der mit einem Glasmaterial 30-2 niedrigerer Brechzahl m ummantelt ist. Der Lichtwellenleiter besteht somit aus einem Kern 30-1 mit der Brechzahl n2, einem Mantel (Cladding) 30-2 mit der Brechungszahl n] und beispielsweise einer Schutzbe Schichtung (Coating/Buffer) 30-3 mit einer Brechzahl no. Der lichtführende Kern 30-1 dient zum Führen und Übertragen des optischen Signals Si. Der Mantel 30-2 hat eine niedrigere optische Brechzahl als der Kern 30-1 , d.h. ni<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 Modul a- tion der Brechzahl angeordnet, mit hohen m3) und niedrigen Brechzahlbereichen (n2), die das Licht in dem Faserkern 30-1 einer bestimmten Wellenlänge β zurückreflektieren, und somit die Funktion einer Bandsperre aufweisen, mit n3»n2. Die Mittenwellenlänge λβ der Filterbandbreite ergibt sich durch die Bragg-Bedingung λΒ = 2neff * \ . (1 ) The optical waveguide structure 30 in the form of an egg nmodenglasfaser thus has a highly transparent glass fiber core 30-1 having the refractive index n 2 which is coated with a glass material a lower refractive index 30-2 m. The optical waveguide thus consists of a core 30-1 with the refractive index n 2 , a cladding (cladding) 30-2 with the refractive index n] and for example a Schutzbe layering (coating / buffer) 30-3 with a refractive index no. The light-guiding core 30-1 serves to guide and transmit the optical signal Si. The cladding 30-2 has a lower optical refractive index than the core 30-1, ie ni <n 2 . The cladding 30-2 thereby causes a total reflection at the boundary layer to the core 30-1 and thus a guiding of the radiation (ie the optical signal) in the core 30-1 of the optical waveguide 30. The optical filter element 32 along the core 30-1 of Optical waveguide structure 34 is arranged in the fiber core 30-1 in the form of a periodic modulus of refractive index, with high m 3 ) and low refractive index regions ( n 2 ) reflecting back the light in the fiber core 30-1 of a particular wavelength β, and thus have the function of a band-stop filter, with n 3 »n 2 . The center wavelength λβ of the filter bandwidth is given by the Bragg condition λ Β = 2neff * \. (1 )
Darin ist r^ff 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. Therein, r ff is the effective refractive index of the fiber core 30-1 of the optical waveguide structure 30 and Λ the grating period. The spectral width of the band (blocking band) depends on the length of the fiber Bragg grating 32 and the strength of the refractive index change between the adjacent refractive index regions.
Fig. 2b zeigt nun beispielhaft das Reflexionsverhalten der Lichtwellenl ei terstruktur 30 mit dem Bragg-Filter 32. Das Spektrum der Eingangsleistung Pj des optischen Eingangssignals Si über der Wellenlänge λ. Das Bragg-Filter 32 wirkt wie ein Bandpassfilter, so dass ein Anteil des eingespeisten Spektrums als reflektierter Anteil PRI zurückreflektiert wird, d.h. das Bragg-Filter 32 wirkt als Bandsperre um die Mittenwellenlänge λβ. Darüber hinaus ist in Fig. 2b beispielhaft das Transmissionsspektrum der übertragenen bzw. durchgehenden Leistung Prr dargestellt, bei dem der Anteil um die Mittenfrequenz β durch das Bragg- Filter 32 aus dem Übertragungsspektrum entfernt wurde. FIG. 2b shows, by way of example, the reflection behavior of the optical waveguide structure 30 with the Bragg filter 32. The spectrum of the input power Pj of the optical input signal Si over the wavelength λ. The Bragg filter 32 acts as a bandpass filter, so that a portion of the injected spectrum is reflected back as a reflected portion PRI, ie the Bragg filter 32 acts as a band-stop filter about the center wavelength λβ. In addition, in FIG. 2b, the transmission spectrum of the transmitted or continuous power Pr r is shown by way of example, in which the component around the center frequency β has been removed from the transmission spectrum by the Bragg filter 32.
Bezüglich der in Fig. 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 λβ ermöglicht, während in Fig. 2b dieser Sperrbereich zur Vereinfachung der Darstellung relativ breit dargestellt ist. With regard to the power spectra shown in FIG. 2b, it should be noted that these are to be regarded as merely exemplary. Thus, it should be noted in particular that the band-stop filter functionality implemented by a Bragg filter permits extremely narrow blocking or reflection ranges around the central wavelength λβ, while in FIG. 2b this blocking region is shown relatively wide for the purpose of simplifying the illustration.
Wie aus der obigen Gleichung (1) ersichtlich ist, hängt die Mittenwellenlänge λβ des Bragg-Filters 32 jeweils von der effektiven Brechzahl sowie von der Gitterperiode Λ des als Faser-B ragg-Gi tter 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 Lichtwellenleiter- struktur 30 mit dem optischen Filterelement 32 mechanisch mit dem flächigen Vergla- sungselement 20 gekoppelt ist, so dass sich Dehnungs- oder Stauchungsverformungen aufgrund mechanischer oder auch thermischer Belastungen des flächigen Verglas ungsele- ments 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 Mit- tenwellenlänge λβ des Bragg-Filters 32. Darüber hinaus sind die Brechungsindizes n2, n3 im Faserkern 30-1 auch temperaturabhängig, so dass sich zusätzlich die Mittenwellenlänge λβ entsprechend der thermischen Belastung verändert, die auf das flächige Verglasungs- element 20 und damit auch auf das optische Filterelement 32 der Lichtwellenleiterstruktur 30 einwirkt. As can be seen from the above equation (1), the center wavelength λβ of the Bragg filter 32 depends on the effective refractive index as well as on the grating period Λ of the optical filter element 32 formed as a fiber Bragg gate. In this context, it is now pointed out that the grating period Λ by an applied mechanical load, ie a strain or compression due to a tensile, compressive, impact, shock or bending load changes. Thus, if the optical waveguide structure 30 with the optical filter element 32 is mechanically coupled to the planar glazing element 20, then strain or compression deformations due to mechanical or even thermal stress of the planar glazing element 20 also affect the Bragg filter 32 the optical waveguide structure 30 transferred at least partially, so the grating period changes Λ of the Bragg filter 32 and thus also the co tenwellenlänge λβ of the Bragg filter 32. Moreover, the refractive indices n 2, n 3 in the fiber core 30-1 also temperature dependent, so that additionally changes the center wavelength λβ according to the thermal load, which acts on the planar glazing element 20 and thus also on the optical filter element 32 of the optical waveguide structure 30.
Daraus ergibt sich, dass die Well enl ängenänderung Δλβ eine Abhängigkeit von der einwirkenden mechanischen und thermischen Belastung aufweist:
Figure imgf000013_0001
It follows that the change in length Δλβ has a dependence on the applied mechanical and thermal load:
Figure imgf000013_0001
Dadurch wird erfmdungsgemäß 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. As a result, it is achieved according to the invention that a mechanical or thermal stress of the flat filter element 20, for example during a burglary attempt or during heavy use during use, for example as a windscreen of a Vehicle, a change in the optical property of the optical waveguide structure 30 and in particular of the integrated therein Bragg optical filter 32 is caused.
Fig. 2c zeigt nun beispielhaft resultierende Leistungsspektren einer Lichtwellenleiterstruk- tur 30, die zwei optische Filterelemente (nicht gezeigt in Fig. la oder 2a) aufweist. In diesem Fall sind die beiden Bragg-Filter jeweils so ausgebildet, dass sie unterschiedliche Mittenwellenlängen λβΐ, λβ2 aufweisen, so dass unter Kenntnis der Position des ersten und zweiten optischen Filterelements bei einer Veränderung der Mittenwellenlänge βΐ, λβ2 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 M itten Wellenlänge λβη 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 Verglasungs- elements 20 hinsichtlich mechanischer und/oder thermischer äußerer Beanspruchungen realisiert werden kann. FIG. 2 c now shows by way of example resulting power spectra of an optical waveguide structure 30 which has two optical filter elements (not shown in FIG. 1 a or 2 a). In this case, the two Bragg filters are each formed so that they have different center wavelengths λβ ΐ , λβ 2 , so that knowing the position of the first and second optical filter element with a change in the center wavelength βΐ, λβ 2 in addition to the size of the mechanical or thermal load can also be closed to a position at which the mechanical or thermal stress of the planar glazing element 20 takes place. Since Bragg filters can now be embodied as extremely narrow bandstop filters with a fixed associated wavelength λβ η , a larger number of Bragg filters 32-n can also be realized in the optical waveguide structure 30 so that spatially resolved monitoring of the planar glazing - Elements 20 can be realized with respect to mechanical and / or thermal external stresses.
Alle Implementierungen haben aber dahin gehend das gleiche Grundprinzip, das aufgrund der Veränderung der Mittenwellenlänge Δλβη 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 Vergla- sungselement 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. However, all implementations have the same basic principle as that, due to the change in the center wavelength Δλβ η of the Bragg filter, the magnitude of the externally applied mechanical or thermal stress can be assigned, so that when a limit value is exceeded, at least one of the optical filter elements 32 becomes critical (Abnormal) state, eg a burglary attempt, can be found on the surface glazing element 20. Moreover, it is possible to detect simultaneously with the optical waveguide structure 30 integrated in a planar glazing element 20 if a rupture of the glazing element 20 and thus the rupture or kink of the optical waveguide structure 30 occurs, then from an optical filter element 32 in the optical waveguide structure 30 in the light-in direction the break point is arranged, no or a greatly reduced reflection signal returns and thus can be safely concluded that mechanical damage in the form of a fracture of the glazing element 20.
Fig. 3 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verglasungsanord- nung 10. In dem flächigen Verglasungselement 20 ist eine L ichtwellenleiterstruktur 30 mit einer Mehrzahl von optischen Filterelementen 32-n angeordnet. Die Lichtwellenleiterstruk- tur 30 ist nun wieder ausgebildet, um an einem Einkoppelanschluss 36 das optische Signal Sj in die Lichtwellenleiterstruktur 30 einzukoppeln, wobei beispielsweise an dem ersten Bragg-Filterelement 32-1 ein erster Anteil des optischen Signals bei der ersten Mittenwellenlänge βΐ als erstes Reflexionssignal SRI, an dem zweiten Bragg-Filter 32-2 bei einer zweiten Mittenwellenlänge λβ2 ein zweites Reflexionssignal SR2 USW. bis zu dem letzten Bragg-Filterelement 32-n bei einer Mittenwellenlänge B das Reflexionssignal S „ ZU dem Ankoppelanschluss 36 zurückreflektiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, an einem optional vorgesehenen Auskoppelan schluss 38 das Transmissionsspektrum ΡχΓ in Form des Durchgangssignals Sxr hinsichtlich Änderungen einer oder mehrerer der Mittenwellenlängen eines oder mehrerer der Bragg-Filter 32 zu untersuchen. FIG. 3 shows a possible exemplary embodiment of the glazing arrangement 10 according to the invention. In the planar glazing element 20, an optical waveguide structure 30 having a plurality of optical filter elements 32-n is arranged. The optical waveguide structure 30 is now formed again in order to couple the optical signal Sj to the optical waveguide structure 30 at a coupling-in port 30, wherein, for example, a first portion of the optical signal at the first center wavelength β ΐ is first at the first Bragg filter element 32-1 Reflection signal SRI, at the second Bragg filter 32-2 at a second center wavelength λβ 2 a second reflection signal SR 2 USW. up to the last Bragg filter element 32-n at a center wavelength B, the reflection signal S "is reflected back to the coupling connection 36. Furthermore, it is also possible, on an optional Auskoppelan circuit 38, the transmission spectrum Ρχ Γ in the form of the passage signal Sx r to investigate changes in one or more of the center wavelengths of one or more of the Bragg filters 32.
Wie in Fig. 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 Fig. 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 Verglasungsele- ments 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. As shown in Fig. 3, the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n is meandered on the sheet glazing element 20 and, for example, within a specially provided recess (not shown in Fig. 3), e.g. positive, non-positive or cohesive, attached to the sheet-like glazing element 20. Thus, arranged as sensor elements Bragg filter 32-n distributed in a grid on the flat glazing element 20 are arranged. In this case, the distances A, B or C between adjacent Bragg filters 32-n can be chosen such that, depending on the thermal conductivity or the thermal diffusivity of the planar glazing element 20, i. of the material surrounding the individual Bragg filters 32-n, with a point heating of the disk by e.g. 500 ° C (or more) at the nearest Bragg filter within a period of e.g. <5 seconds, a temperature increase, e.g. greater than 10 ° C, is caused. Its center wavelength would typically increase by at least about 100 pm.
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(cn) zu erfassen. By way of example, the optical waveguide structure 30 with the optical filter elements 32-n can be arranged on the planar glazing element 20 such that at least one Bragg filter 32 is arranged per unit area (for example 0.01-1.0 m 2 ) in order to reliably detect a thermal or To detect mechanical stress on a change in the optical properties of the optical waveguide structure (cn).
Wie in Fig. 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 Vergl asungsel ement 20 vorteilhaft sein. As shown in FIG. 3, the plurality of optical filter elements 32-n are arranged along an optical waveguide structure 30. According to the invention, it is equally possible to use a plurality of optical waveguide structures 30-1, 30-n each with one or more optical filter elements, e.g. in the form of a Bragg filter, to provide in the planar glazing element 20 to attach a plurality of optically separate sensor circuits to the planar glazing element 20. This can be advantageous in the case of a very large glazing element 20.
Die in Fig. 3 dargestellte Lichtwellenleiterstruktur 30 kann an dem flächigen Verglasungselement 20 auch innerhalb einer Vertiefung oder Ausnehmung in dem flächigen Vergla- sungselement 20, beispielsweise mittels eines eine Verbindung herstellenden Klebstoffes (nicht gezeigt in Fig. 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 an- hand von Fig. la-b erläutert wurde, wobei die dortigen Ausführungen gleichermaßen auf die in Fig. 3 dargestellte Anordnung anwendbar ist. The optical waveguide structure 30 shown in FIG. 3 can also be arranged on the planar glazing element 20 within a depression or recess in the planar glazing element 20. For example, by means of a compound-producing adhesive (not shown in FIG. 3), the element 20 may be arranged mechanically on the planar glazing element 20 in order to produce sufficient mechanical and thermal coupling between the glazing element 20 and the optical waveguide structure 30, as already described. Hand of Fig. La-b has been explained, the local versions is equally applicable to the arrangement shown in Fig. 3.
Die in Fig. 3 dargestellte Verglasungsanordnung 10 mit Sicherheitsfunktion ist nun einerseits geeignet, um mechanische Verformungen aufgrund einer thermischen oder mechani- sehen Einwirkung auf das flächige Verglasungselement 20 zu erfassen. Darüber hinaus kann mit der in Fig. 3a dargestellten Verglasungsanordnung ferner auch ein Bruch des flächigen Verglas ungselements 20 und damit aufgrund eines entsprechenden Bruchs oder Knicks auch der Lichtwellenleiterstruktur 30 erfasst werden. In Fig. 3 ist beispielhaft eine Bruchstelle 60 innerhalb bzw. an dem flächigen Verglasungselement 20 dargestellt. Das an dem Anschluss 36 erhaltene reflektierte Signal SR„ enthält nun keine oder stark verringerte Reflexionssignale der in Fig. 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 SR 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 Mittenwel 1 enlängen λβη, bzw. eine Lokalisierung eines Bruches des flächigen Vergl asungselements, möglich, indem ein Ausfall der Reflexionssignale oder eine starke Abnahme (> 50%) der Amplitude des Reflexionssignals SR„ der Bragg-Filterelemente nach einer Bruchstelle erfasst wird. The glazing arrangement 10 with safety function shown in FIG. 3 is on the one hand suitable for detecting mechanical deformations due to a thermal or mechanical action on the planar glazing element 20. In addition, with the glazing arrangement shown in Fig. 3a also a fraction of the planar glazing ungselements 20 and thus due to a corresponding break or break also the optical waveguide structure 30 are detected. FIG. 3 shows, by way of example, a break point 60 within or on the planar glazing element 20. The reflected signal SR "obtained at the terminal 36 now contains no or greatly reduced reflection signals of the Bragg filters 32-9, 32-10 ... 32-n shown in FIG. 3, which are arranged in the light coupling device after the break point 60. Thus, a mechanical breaking of the glazing element 20 and thus a breaking or buckling of the optical waveguide structure 30 can be detected and assigned to a position between the two Bragg filter elements 32-8 and 32-9. Thus, with the reflection signal SR and depending on the respective spacing of the Bragg filter elements 32-n, a local resolution of a thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20 via a change of individual Mittenwel 1 lengths λβ η , or a localization of a fraction of the areal Vergl tion element, by detecting a failure of the reflection signals or a sharp decrease (> 50%) of the amplitude of the reflection signal SR "of the Bragg filter elements after a break point.
Bezüglich einer örtlichen Auflösung bzw. räumlichen Zuordnung einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 wird darauf hingewiesen, dass diese mechani- sehe 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 Lichtwel lenleiterstruktur 30 über der gesamten Länge mechanisch mit dem Verglasungsel ement 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 erfol- gen. Die örtliche Auflösung entspricht dabei der Beabstandung der Filterelemente. Wird nun aber beispielsweise die Lichtwellenleiterstruktur 30 nachträglich in eine an dem Ver- glasungselement 20 vorgesehene Kapillare 40 eingebracht, ist es häufig nur möglich, an den jeweiligen Endstücken der Lichtwellenleiterstruktur 30, die aus dem Verglasungsele- ment 20 hervorstehen, eine mechanische Fixierung zwischen der Lichtwellenleiterstruktur 30 und dem Verglasungselement 20 vorzunehmen. Bei einer mechanischen Beanspruchung des Verglasungsel ements 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. With regard to a spatial resolution or spatial assignment of a mechanical stress on the glazing element 20, it is pointed out that this mechanical stress can only be detected in a spatially resolved manner with the use of a plurality of Bragg filter elements at the areas of the glazing element where there is a fixed mechanical connection of the optical waveguide structure 30 is present with the optical filter elements 32 on the glazing element. If, for example, the optical waveguide structure 30 is mechanically connected to the glazing element 20 over the entire length, a spatial resolution of a mechanical stress acting on the glazing element 20 can be achieved over the entire length of the optical waveguide structure 30 on which Bragg filter elements are arranged. The local resolution corresponds to the spacing of the filter elements. However, if, for example, the optical waveguide structure 30 is subsequently introduced into a capillary 40 provided on the glazing element 20, it is often only possible to mechanically fix it between the optical waveguide structure at the respective end pieces of the optical waveguide structure 30 which project from the glazing element 20 30 and the glazing element 20 make. With a mechanical stress of the glazing element 20, only one elongation caused relatively evenly over the entire optical waveguide structure 30 arranged in the glazing element 20 can be detected, so that it is only recognized that a mechanical stress occurred somewhere along this capillary (and not in adjacent ones) ,
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 Lichtwellenleiter- struktur 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. With regard to the above discussion of possible alternatives for a mechanical arrangement of the optical waveguide structure 30 on the glazing element 20, it should be clear that with only a partial, fixed mechanical connection of the optical waveguide structure 30 to the glazing element 20 within the fixed mechanical connection regions, a mechanical stress on the glazing element is transferred to the optical waveguide structure 30, while on any intermediate area without such a fixed mechanical connection, a mechanical stress of the glazing element 20 is transmitted as a relatively uniform strain between the mechanical connection points, a precise spatial resolution is therefore not possible.
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 Fig. 4 ein Aus ührungsbeispiel für ein Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung beispielhaft beschrieben. In this context, it should be noted that a local resolution at a thermal stress of the glazing element 20 i. W. is independent of the mechanical connection between the optical waveguide structure 30 and the glazing element 20, as long as a sufficiently good thermal coupling of the optical waveguide structure 30 with the glazing element 20 over the entire length of the optical waveguide structure 30 is present, which is already given by resting. In the following, an exemplary embodiment for a security system 70 for glazing will now be described by way of example with reference to FIG. 4.
Wie in Fig. 4 dargestellt, weist das Sicherheitssystem 70 beispielsweise eine Verglasungs- anordnung 10 auf, wie sie anhand der vorherigen Fig. la-b, 2a-c und 3 beschrieben wurden und bei dem im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden kann. As shown in FIG. 4, the security system 70 has, for example, a glazing arrangement 10, as described with reference to the preceding FIGS. 1a-b, 2a-c and 3, which can be used in the exemplary embodiment shown below.
Wie in Fig. 4 ferner dargestellt, ist an dem Ankoppe 1 anschluss 36 eine Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkoppeln eines optischen Signals i in die Lichtwellenleiterstruktur 30 vorgesehen. Ferner ist eine Signalerfassungseinrichtung 82 zum Erfassen eines optischen Signals (d.h. des Reflexionssignals SR und/oder optional des Transmi ssionssi gnal s Sxr) der Lichtwellenleiterstruktur 30 und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals Se basierend auf dem erfassten optischen Signal SR bzw. SjT vorgesehen. Die Signaleinkop- peleinrichtung 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 SR und optional das an dem optionalen Ankoppelanschluss 38 bereitgestellte optionale Transmissionssignal Sj bzw. das jeweilige Leistungsspektrum erfassen kann. In der Signalerfassungseinrichtung werden die erfassten optischen Signale beispielsweise in elektrische Signale Se für eine Weiterverarbeitung und/oder Auswertung durch eine Verarbeitungseinrichtung 90 umgewandelt. Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist vorgesehen, um einerseits beispielsweise die Signaleinkoppeleinrichtung 80 zum Einkop- peln des optischen Signals Sj anzusteuern und ferner um das von der Signalerfassungsein- richtung 82 bereitgestellte Erfassungssignal S„ basierend auf dem Reflexionssignal SR oder dem Transmissionssignal 8χΓ auszuwerten. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung 90 insbesondere ausgebildet, um eine Änderung der Eigenschaft der Lichtwel lenleiterstruktur 30 bei einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung des Verglasungselements 20 zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung und optional auch die Signaleinkoppel- und Sig- nalerfassungseinrichtung 80, 82 können benachbart zu der Verglasungsanordnung 10 oder über eine Lichtwellenleiterverbindung (nicht gezeigt in Fig. 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. As further illustrated in FIG. 4, a signal input device 80 for coupling an optical signal i into the optical waveguide structure 30 is connected to the coupling 1 intended. Further, a signal detecting means 82 for detecting an optical signal (ie, the reflection signal SR and / or optionally the Transmi ssionssi signal sx r ) of the optical waveguide structure 30 and for outputting an electrical detection signal S e based on the detected optical signal SR and Sj T is provided , The signal injection device 80 is thus designed as an optical transmitter, while the signal detection device 82 is designed as an optical receiver. The signal detection device 82 is designed such that it can detect, for example, the reflection signal SR provided at the coupling connection 36 and optionally the optional transmission signal Sj provided at the optional coupling connection 38 or the respective power spectrum. In the signal detection device, the detected optical signals are converted, for example, into electrical signals S e for further processing and / or evaluation by a processing device 90. The processing device 90 is provided on the one hand to control, for example, the signal input device 80 for coupling in the optical signal Sj and also to evaluate the detection signal S "provided by the signal detection device 82 based on the reflection signal SR or the transmission signal 8χ Γ . In this case, the processing device 90 is in particular designed to detect a change in the property of the Lichtwel lenleiterstruktur 30 at a mechanical or thermal stress of the glazing element 20. The processing device and optionally also the signal input and signal detection device 80, 82 may be arranged adjacent to the glazing arrangement 10 or via an optical waveguide connection (not shown in FIG. 4) remote from the glazing arrangement 10, for example to prevent unauthorized access and manipulation attempts. eg in the event of a break-in, on the security system 70.
Wie bereits im Vorhergehenden angesprochen wurde, kann die Verarbeitungseinrichtung 90 basierend auf dem von den jeweiligen Bragg-Filtern 32-n reflektierten Signal SR bzw. auf dem Transmissionssignal Sxr eine mechanische oder thermische Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 und damit der mechanisch angekoppelten Lichtwellen- leiterstruktur 30 mit dem Bragg-Filterelement 32 bzw. der Mehrzahl von Bragg- Filterelementen 32-n ermitteln. So kann die Verarbeitungseinrichtung 90 eine Änderung der Mittenwellenlänge λβη zumindest eines der Bragg-Filterelemente 32-n erfassen und bei einem Überschreiten eines Vergleichswerts für eine Wellenlängenänderung ein entsprechendes Anzeigesignal bzw. Alarmsignal SQUT an einem Ausgangsansehl uss 92 ausgeben. As already mentioned above, the processing means 90 may be based on the respective one of the Bragg filters 32-n reflected signal SR or on the transmission signal Sx r a mechanical or thermal stress of the sheet glazing element 20, and thus the mechanically coupled lightwave waveguide structure Determine 30 with the Bragg filter element 32 and the plurality of Bragg filter elements 32-n. Thus, the processing device 90 can detect a change in the center wavelength λβη of at least one of the Bragg filter elements 32-n and output when exceeding a comparison value for a wavelength change, a corresponding display signal or alarm signal SQUT at a Ausgangsansehl uss 92.
Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung 90 an dem Ausgangsanschluss 92 ein entsprechendes Alarmausgangssignal SQUT ausgeben, wenn in dem Reflexionssignal SR 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. Furthermore, the processing device 90 can output a corresponding alarm output signal SQUT at the output terminal 92, if the reflection signals of all the Bragg filter elements 32-n are not contained in the reflection signal SR, since this is due to a break of the planar glazing element 20 and thus indicates a break or kink of the optical waveguide structure 30.
Die Verarbeitungseinrichtung 90 ist so ausgebildet, um das Erfassungssignal Se 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 hin- weist, auch wenn diese nur langsam angestiegen ist. The processing device 90 is designed to compare the detection signal S e or a signal derived therefrom with a comparison value in order to determine whether the detection signal is within or outside a desired range, and to exceed the limit value for to indicate a mechanical or thermal load of the planar glazing element 20. The comparison value may be determined, for example, based on an average or a plurality of preceding measurement values of the detection signal or signals derived therefrom. It can thus be achieved that, for example, a relatively slow thermal temperature change on the planar glazing element, as occurs, for example, due to solar radiation, does not lead to the triggering of an alarm, while, for example, a heat effect of high power, as is caused, for example, by a gas burner of a burglar, extremely fast or immediately leads to an alarm signal. Today's gas burners have a heat radiation of more than 1900 ° C and a power of over 50 kW. In addition to a relative comparison value, which is readjusted based on an average value or a quantity derived therefrom of a plurality of preceding measured values of the detection signal, a second fixed comparison value can be provided, beyond which an alarm is triggered in any case, since this is in any case attributable to an high thermal or mechanical stress of the planar glazing element 20 hin- points, even if it has risen only slowly.
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 Refiexionssignal S und auch den jeweiligen Pegel zu erfassen und auf eine mechanische oder thermische Beanspruchung zurückzuführende Veränderung der jeweiligen Signalanteile zu untersuchen. As described above, the detection signal or the signal derived therefrom is based on a center frequency of the respective Bragg filter or a level of the detected signal. The processing device 90 is thus designed to detect the spectral distribution of the signal components in the reflection signal S and also the respective level and to investigate a change in the respective signal components due to mechanical or thermal stress.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Sicherheitssystem 70 für eine Verglasung sind die Signal- einkoppeleinrichtung 80, die S ignalerfassungsei nri chtung 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 Fig. 4) vergrößert werden. In the glazing security system 70 shown in FIG. 4, the signal coupling device 80, the signal detection circuit 82 and the processing device 90 are shown in the schematic representation as separate elements or components, but these elements or components also become a single element Assembly 100 can be summarized. The assembly 100 is also referred to as an optical sensor interrogator or fiber Bragg grating optical interrogator. In addition, it should be noted that available fiber bragg grating interrogators may for example monitor up to 100 Bragg filter elements in series, so that with only a single interrogator a relatively high spatial resolution can be achieved by monitoring a large number of Bragg filter elements in the Optical waveguide structure 30 can be achieved. Furthermore, the number of measuring points can be increased by using an optical switch (not shown in FIG. 4).
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 Temperatur- Schwankungen 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. In principle, extremely small strains or compressions can be detected by a Bragg grating, as they are already caused by slight contact with the disk or, in the case of larger disks, by the wind pressure. Furthermore, comparable shifts in the center wavelength of a Bragg grating but also caused by temperature fluctuations by a few ° C. The security system 70 according to the invention can now be adapted to suit specific applications, e.g. depending on the lens design, to set at which wavelength shift an alarm is triggered. A distinction between punctual thermal and mechanical loads, for example, possible in that when bending a disc several adjacent Bragg grating respond simultaneously, while the heat propagation is relatively slow, so that adjacent Bragg grating only at a distance of a few seconds to minutes respond, depending after distance and disc structure.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass es mit der erfindungsgemäßen Verglasungs- anordnung mit S i cherhei tsfunktion bzw. dem erfindungsgemäßen S icherheitssystem möglich ist, eine Analyse eines mechanischen Einwirkens auf die Verglasungsanordnung vorzunehmen, um beispielsweise eine Unterscheidung zwischen dem Einwirken eines oder mehrerer (beabsichtigter) Schläge, die eine Beschädigung der Verglasungsanordnung zur Folge haben sollen, und zufälliger Ereignisse, die auf die Verglasungsanordnung einwir- ken, wie z.B. ein Überschallknall eines Flugzeuges, ein versehentlich auftreffender Fußball etc., zu treffen. Dabei weist das Auftreten mehrerer Schläge in einem gewissen Zeitraum z.B. auf einen Einbruchversuch bezüglich der Verglasungsanordnung hin, während ein einzelner Schlag innerhalb eines größeren Zeitraums eher auf ein zufälliges Ereignis in der Umgebung hinweist. In addition, it is pointed out that it is possible with the glazing arrangement according to the invention with the safety function or the safety system according to the invention to carry out an analysis of a mechanical action on the glazing arrangement in order, for example, to distinguish between the action of one or more (intended ) Impacts that are expected to damage the glazing assembly and incidental events that affect the glazing assembly, such as a supersonic blast of an airplane, an incidental incident football, etc., to hit. In this case, the occurrence of several blows in a certain period, e.g. a break-in attempt with respect to the glazing assembly, while a single strike indicates a random event in the environment over a longer period of time.
Da die Lichtwel lenleiterstruktur eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist, kann mit der Verarbeitungseinrichtung 90 des Sicherheitssystems 70 ferner eine Auswertung der Sensorergebnisse in Form einer Mustererkennung durchgeführt werden. Dabei kann ein Mus- ter der Veränderung(en) der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittel weilenlängen λβ der betroffenen Bragg-Filter vorgenommen werden, indem die Amplituden der Änderungen der Mittel Wellenlängen Δλβ der jeweiligen mechanischen Einwirkung(en) und ferner des zeitlichen Auftreten der Veränderungen der Mit- telwellenlängen Δλβ analysiert werden. Since the Lichtwel lenleiterstruktur having a plurality of Bragg filters, with the processing means 90 of the security system 70 also an evaluation of the sensor results in the form of pattern recognition can be performed. In doing so, a musical the changes in the optical properties of the optical waveguide structure in the form of the respective average wavelengths λβ of the affected Bragg filters are made by the amplitudes of the changes of the means wavelengths Δλβ the respective mechanical action (s) and also the temporal occurrence of the changes of Average wavelengths Δλβ are analyzed.
Bei einer mechanischen Belastung, die z.B. in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung relativ lokal auf die V erg lasungsanordnung einwirkt, wird sich eine mechanische Verformung in dem Glasmaterial der Verglasungsanordnung ausgehend von dem Einwir- kungspunkt (z.B. wellenartig) ausbreiten, so dass eine Mustererkennung bzw. Schlagmustererkennung hinsichtlich der einwirkenden mechanischen Belastung vorgenommen werden kann. So wird sich ausgehend von dem Einschlag- bzw. Auftreffpunkt auf der Verglasung ein mit der Entfernung und der Zeit abnehmendes Musters von Veränderungen Δλβ der optischen Eigenschaften der Lichtwellenleiterstruktur, d.h. deren Amplitude und zeitli- ches Auftreten, von den jeweiligen Mittelwellenlängen β der betroffenen Bragg-Filter ergeben. For a mechanical load, e.g. In the form of a violent impact or impact load, a locally applied to the V erg lasungsanordnung, a mechanical deformation in the glass material of the glazing assembly, starting from the Einwir- kungspunkt (eg wave-like) spread, so that a pattern recognition or impact pattern recognition with respect to the acting mechanical Load can be made. Thus, starting from the impact point on the glazing, a distance and time decreasing pattern of changes Δλβ of the optical properties of the optical waveguide structure, i. their amplitude and temporal occurrence, resulting from the respective center wavelengths β of the Bragg filter concerned.
Tritt nun beispielsweise eine starke mechanische Belastung in Form eines sogenannten Überschallknalls eines Flugzeuges auf, (d.h. basiert die mechanische Belastung auf einer starken akustischen Quelle in der näheren oder auch fernen Umgebung) wird sich diese mechanische Belastung relativ gleichmäßig über der Oberfläche der Verglasungsanordnung verteilen, so dass sich ein gleichmäßiger verteiltes Musters der Veränderung(en) Δλβ der optischen Eigenschaften der Lichtwelienleiterstruktur, d.h. deren Amplitude und zeitliches Auftreten, von den jeweiligen Mittelwellenlängen λβ der betroffenen Bragg-Filter, d.h. im Wesentlichen aller Bragg-Filter, ergeben wird. If, for example, a strong mechanical load occurs in the form of a so-called supersonic bang of an aircraft (ie the mechanical load is based on a strong acoustic source in the near or far environment), this mechanical load will be distributed relatively uniformly over the surface of the glazing arrangement that a uniformly distributed pattern of change (s) Δλβ of the optical properties of the optical waveguide structure, ie their amplitude and timing, from the respective center wavelengths λβ of the affected Bragg filters, i. essentially all Bragg filters will result.
Somit ist eine deutliche Unterscheidung zwischen sehr lokal auftretenden mechanischen Belastungen, die sich beispielsweise in Form mehrerer einwirkender Schläge wiederholen können, und zufälligen Einzelereignissen, die auf die Verglasungsanordnung einwirken, möglich. Die Lichtwelienleiterstruktur mit den Bragg-Filtern wird dabei beispielsweise bis im Mikrosekunden-Takt, z.B. mit einem Takt von zumindest 1ms, 0,1ms oder ΙΟμβ (z.B. 1ms bis 50μβ) und einer Auslesefrequenz von zumindest 1 kHz, 10 kHz oder 100 kHz (z.B. 1 bis 20 kHz) ausgelesen, um eine ausreichende Auflösung des sich ergebenden Musters bei einem mechanischen Einwirken auf die Verglasungsstruktur zu erhalten. Thus, a clear distinction between very locally occurring mechanical stresses, which can be repeated, for example in the form of multiple acting shocks, and random individual events, which act on the glazing arrangement, possible. The optical waveguide structure with the Bragg filters is used, for example, up to microseconds, e.g. with a clock of at least 1ms, 0.1ms or ΙΟμβ (eg 1ms to 50μβ) and a readout frequency of at least 1kHz, 10kHz or 100kHz (eg 1 to 20kHz) to obtain a sufficient resolution of the resulting pattern in a to obtain mechanical action on the glazing structure.
Die Signalerfassungseinrichtung 82 kann also ausgebildet sein, um basierend auf den Veränderungen Δλβ der optischen Eigenschaften der derselben Bragg-Filter der Lichtwelienleiterstruktur ein Erfassungssignal Se bereitzustellen, das bei einer mechanischen Bean- spruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Information über die mechanische Beanspruchung an dem jeweiligen Ort der betroffenen Bragg-Filter aufweist, und das ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine Information über die thermische Beanspruchung an dem jeweiligen Ort der betroffenen Bragg-Filter aufweist. Die erfasste Änderung Δλβ der optischen Eigenschaften jedes der Bragg-Filters kann also zur Beurteilung Unterscheidung sowohl einer mechanischen als auch einer thermischen Beanspruchung genutzt werden. Die Verarbeitungseinrichtung 90 kann nun ausgebildet sein, um das Erfassungssignal Se dahin gehend auszuwerten, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der mechanischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement zu ermitteln, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements 20 eine örtliche Verteilung der thermischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungselement 20 zu ermitteln. Die örtliche Verteilung der mechanischen und der thermischen Beanspruchung basiert dabei auf der örtlichen Verteilung der Mehrzahl von Bragg-Filtern an dem flächigen Verglasungselement 20. The signal detection device 82 can thus be designed to provide a detection signal S e based on the changes Δλβ of the optical properties of the same Bragg filters of the optical waveguide structure, which is determined in the case of a mechanical application. Spruchung of the planar glazing element 20 has an information about the mechanical stress at the respective location of the affected Bragg filter, and further having a thermal stress on the planar glazing element 20 information about the thermal stress at the respective location of the affected Bragg filter. The detected change Δλβ of the optical properties of each of the Bragg filters can therefore be used to distinguish both a mechanical and a thermal stress. The processing device 90 can now be embodied to evaluate the detection signal S e in order to determine a local distribution of the mechanical stress over the planar glazing element when the planar glazing element 20 is subject to mechanical stress, and also when the planar glazing element 20 is subject to thermal stress to determine a local distribution of the thermal stress on the planar glazing element 20. The local distribution of the mechanical and thermal stress is based on the local distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element 20.
Mit einer ausreichend hohen Auslesefrequenz von z.B. mehr als 1 kHz ist es möglich, eine Unterscheidung zwischen der oben beschriebenen mechanischen Belastung, die z.B. in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung relativ lokal auf die Verglasungsanord- nung einwirkt, und einer starken mechanischen Belastung, die sich relativ gleichmäßig über einen größeren Bereich der Oberfläche oder den gesamten Bereich der Oberfläche der Verglasungsanordnung verteilt, zu treffen, obwohl entsprechende mechanische Belastungen bzw. deren Auswirkungen in Form von Vibrationen etc. der Verglasungsanordnung relativ schnell, z.B. im Bereich von 1 s bis 10 ms, abklingen können. With a sufficiently high readout frequency of e.g. more than 1 kHz, it is possible to distinguish between the above-described mechanical stress, e.g. in the form of a violent impact or shock load relatively locally on the glazing arrangement, and a strong mechanical stress, which relatively uniformly distributed over a larger area of the surface or the entire area of the surface of the glazing arrangement to meet, although corresponding mechanical loads or their effects in the form of vibrations, etc. of the glazing arrangement relatively quickly, eg in the range of 1 s to 10 ms, can decay.
Darüber hinaus wird erreicht, dass ausreichend viele Informationen mittels des optischen Auskoppelsignals der Lichtwellenleiterstruktur 30 bereitgestellt wird, um eine Unterscheidung hinsichtlich des Auftretens jeglicher From einer kurzzeitigen, mechanischen Belastung, deren Auswirkungen relativ schnell abklingen, und hinsichtlich einer thermischen Beanspruchung zu treffen, die aufgrund einer relativ langsamen Wärmeausbreitung über die Verglasungsanordnung mit einer größeren zeitlichen Verzögerung benachbarte Bragg- Gitter erst im Abstand von einigen Sekunden bis Minuten erreicht, je nach Abstand des jeweiligen Bragg-Gitters und des spezifischen Scheibenaufbaus. Somit ist also festzustellen, dass das Auftreten unterschiedlicher mechanischer Beanspruchungen als auch thermischer Beanspruchungen der Verglasungsanordnung bzw. deren jeweilige örtliche Verteilung entsprechend der Verteilung der Mehrzahl von Bragg-Filtern an dem flächigen Verglasungselement sehr genau aufgelöst werden kann, wenn die Ausle- sefrequenz ausreichend hoch gewählt wird. Somit können die Veränderungen Δλβ der optischen Eigenschaften jedes Bragg-Filters genutzt werden, um sowohl das Auftreten mechanischer Beanspruchungen (oder unterschiedlicher mechanischer Beanspruchungen) als auch thermischer Beanspruchungen (oder unterschiedlicher thermischer Beanspruchungen) der Verglasungsanordnung bzw. deren jeweilige örtliche Verteilung zu erfassen. In addition, it is achieved that sufficient information is provided by means of the optical decoupling signal of the optical waveguide structure 30 to make a distinction as to the occurrence of any short-term mechanical stress whose effects dissipate relatively rapidly and thermal stress due to thermal stress relatively slow heat propagation through the glazing arrangement with a greater time delay adjacent Bragg grating only at a distance of a few seconds to minutes reached, depending on the distance of the respective Bragg grating and the specific disk structure. Thus, it can be stated that the occurrence of different mechanical stresses as well as thermal stresses on the glazing arrangement or their respective local distribution can be resolved very precisely in accordance with the distribution of the plurality of Bragg filters on the planar glazing element, if the layout Sequenz sufficiently high. Thus, the changes Δλβ of the optical properties of each Bragg filter can be used to detect both the occurrence of mechanical stresses (or different mechanical stresses) and thermal stresses (or different thermal stresses) of the glazing assembly and their respective local distribution.
Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise bei einer Verbundglas anord- nung für das Verglasungselement innerhalb der Verbundanordnung eine wärmeleitende Folie, d. h. eine Folie mit einer gegenüber dem umgebenden Glasmaterial erhöhten Wär- meleiteigenschaft, 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 Mani- pulation hinweisende Wärmeeinwirkung zu erfassen. In addition, it is pointed out that, for example, in the case of a laminated glass arrangement for the glazing element within the composite arrangement, a thermally conductive foil, i. H. a film with a heat-conducting property increased in relation to the surrounding glass material can be used to distribute the applied thermal stress as quickly as possible over the glazing element when exposed to a point, thermal heat source, in order to heat the glass material in the vicinity in near real time a Bragg filter element in the optical waveguide structure 30 to immediately (within a few seconds) to detect an indicative of a Manu- pulation heat action.
Im Folgenden wird nun anhand von Fig. 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 er- fasst und in ein elektrisches Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Sig- nal 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 rela- tiver 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 Ver- glasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion bzw. ein Sicherheitssystem für eine Vergla- sungsanordnung 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. ei- nen 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 ein- gesetzt werden, um eine zeitnahe Informationen erhalten. An embodiment of a basic method 100 for detecting a mechanical or thermal stress of a planar glazing element will now be described below with reference to FIG. 5, wherein an optical waveguide structure with an optical filter element is arranged on the planar glazing element. In the method 100, an optical signal is first coupled into the optical waveguide structure in a first step 102. Furthermore, an optical signal, for example in the form of a reflection signal or a transmission signal, of the optical waveguide structure is detected and converted into an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure (step 104). This electrical detection signal or a signal derived therefrom is evaluated (step 106) in order to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to a mechanical or thermal stress of the planar glazing element. As an optional step 108, the electrical detection signal or the signal derived therefrom may be compared to a comparison value to determine if the detection signal is outside a desired range, indicating an exceeding of a mechanical or thermal stress limit on the sheet glazing element , In this case, the comparison value can be predefined or can be determined as a relative comparison value based on a statistical processing of a plurality of preceding measured values of the electrical detection signal. Aspects of the inventive concept for a glazing arrangement with security function or a security system for a glazing arrangement are summarized below. In a burglary attempt, for example, the safety glass of a jeweler's display or other display protecting disc by means of a gas burner under heat or heat to be changed in stability so as to melt the safety glass at least partially so that access to the behind the safety glass lying area to be protected for an unauthorized person (eg a burglar) is made possible. A burglar has thus relatively quickly access to the issued behind the safety glass valuables, as previous fracture sensors or vibration sensors often do not respond to the use of a gas burner and thus no alarm is triggered. For this reason, in order to identify a heat source in the security area, expensive thermal imagers had to be used to obtain timely information.
Das erfindungsgemäße Konzept besteht nun darin, eine Verglasungsanordnung (Sicherheitsglas) mit einer zuverlässig arbeitenden S icherheitsfunktion zu versehen, indem an dem flächigen Verglasungselement eine Lichtwellenleiterstruktur mit einem oder mehreren op- tischen Filterelementen, wie z.B. einem oder mehreren Bragg-Filtern, vorgesehen wird, wobei die Lichtwellenleitcrstruktur 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 λβ 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 Ver- glasungselement erfasst und ein elektronischer Alarm ausgelöst werden, um die unberechtigte Person zu stören bzw. einen Sicherheitsdienst oder die Polizei zu alarmieren. The concept according to the invention consists in providing a glazing arrangement (safety glass) with a reliably functioning safety function by providing on the flat glazing element an optical waveguide structure with one or more optical filter elements, such as e.g. one or more Bragg filters, the optical waveguide structure within a recess or depression in a multilayer safety glass, e.g. in a capillary or a milled groove, or subsequently applied to the safety glass in capillaries. Since the center wavelength λβ of a Bragg filter depends both on a mechanical elongation and on a heat effect, mechanical or thermal stresses of the planar glazing element caused by third parties can now very quickly or rapidly due to a transfer of the exerted mechanical or thermal stress on the optical filter element in near real time, eg within a few seconds, as an attempted manipulation, such as a burglary in which the flat glazing element is detected and an electronic alarm is triggered in order to disturb the unauthorized person or to alert a security service or the police.
Darüber hinaus können eine Mehrzahl von Bragg-Filtern innerhalb der Lichtwellenleiterstruktur, die jeweils eine unterschiedliche Mittenwellenlänge λΒ aufweisen, optisch in Rei- he geschaltet werden, so dass die Lichtwel lenleiterstruklur darüber hinaus gleichzeitig auch als Bruchsensor nutzbar ist. Dies ist erfmdungsgemäß möglich, da in Richtung des eingekoppelten Signals nach der jeweiligen Bruchstelle des flächigen Verglasungselements und damit der Lichtwellenleiterstruktur keine von den nachfolgenden Bragg-Filtern reflek- tierten 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 Verglas ungselement erfolgen. Eine typische Lichtwellenleiterstruktur mit einem als Bragg-Filter ausgebildeten optischen Filterelement weist beispielsweise einen Durchmesser von 80-200 um auf, so dass sie beispielsweise in kleine Kapillaren oder gefräste Nuten mit einem Durchmesser von 200-650 μηι an dem flächigen Verglasungselement angebracht werden kann. Typische Abstände benachbarter Reihen von Lichtwellenleiter oder von benachbarten optischen Filterelemen- ten 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 Auflö- sung 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 ange- passt werden. In addition, a plurality of Bragg filters within the optical waveguide structure, which each have a different central wavelength λ Β , can be optically switched in series, so that the Lichtwel lenleiterstruklur beyond also simultaneously usable as a breakage sensor. According to the invention, this is possible since, in the direction of the coupled-in signal after the respective breakage point of the planar glazing element and thus of the optical waveguide structure, no reflection from the following Bragg filters is possible. returned signals to the detection device. Thus, depending on the selected local distribution of the Bragg filter, an (at least rough) localization of the break point on the planar glazing element can be effected. A typical optical waveguide structure with an optical filter element embodied as a Bragg filter has, for example, a diameter of 80-200 μm, so that it can be attached to the flat glazing element, for example, in small capillaries or milled grooves with a diameter of 200-650 μm. Typical distances of adjacent rows of optical waveguides or of adjacent optical filter elements can be, for example, in the range of 10-100 or 10-40 cm. If, for example, the planar glazing element has a laminated glass, the optical waveguide structure can be located in a capillary behind the first pane (with respect to the outside of the planar glazing element). As already mentioned above, it is possible to connect a plurality of Bragg filters in succession in order to ensure a better dissolution of a breakage point or of a location of the action of a mechanical or thermal stress on the planar glazing element. In this case, the required maximum distance to the arrangement of the optical filter elements of the optical waveguide structure can be individually made dependent on the respective planar glazing element, ie its thermal conductivity or thermal diffusivity, and adjusted.
Das erfindungsgemäß 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 Lichtwel lenlei terstruktur mit den optischen Filterelementen basierend auf dem Temperaturleitwert bzw. der Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Sicher- heitsglases bzw. des Verbundglases erfolgen. The inventive concept for a glazing arrangement with safety function can also be subsequently integrated into an existing safety glass, wherein in a subsequent installation in recesses or recesses to be provided (eg capillary or groove), the optical waveguide structure (s) to be selected by means of a film in an individually according to the respective safety glass Distance to be glued to the flat glazing element. As already stated above, precise values for the exact positioning of the optical waveguide structure with the optical filter elements can be based on the thermal conductivity or the thermal conductivity of the respective safety glass or laminated glass.
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 delektieren. Heutige Gasbrenner haben eine Hitzeabstrah- lung von mehr als 1900° Celsius und eine Leistung von über 50 kW. Neben der zugeführ- ten Wärmemenge und der daraus resultierenden Veränderung der jeweiligen Mittenwellenlängen λβ 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. By means of designed as a break, strain and heat sensor optical waveguide structure can now very effectively (relatively) large amounts of heat, eg a gas burner, delektieren very fast and almost in real time. Today's gas burners have a heat radiation of more than 1900 ° Celsius and an output of more than 50 kW. In addition to the amount of heat supplied and the resulting change in the respective center wavelengths λβ of the affected Bragg filters, it is also possible simultaneously to measure mechanical effects, for example in the form of an elongation or a fracture. erroneous measurements or disturbances of the measurements, as they are caused for example by the sunlight, can be excluded, for example, that individual optical filter elements are evaluated as a reference filter or adjacent Bragg filter to prevent any incorrect assessment of a measurement result. Thus, for example, a comparison value with which the respective measured value of the reflective optical signal or a variable derived therefrom is compared can be provided with a correction factor which is determined, for example, on an average value or a quantity derived therefrom of a plurality of preceding measured values of the detection signal. Accordingly, the comparison value can also be determined based on or from an average value of all detected reflection components in the reflection signal.
Dabei ist zu beachten, dass sich bei einer thermischen Belastung der Verglasungsanord- nung die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λβ der betroffenen Bragg-Filter (zumindest bereichsweise bzw. bis zu einer Beschädigung der Lichtwellenleiterstruktur) stetig oder kontinuierlich ändern wird, wobei diese Änderung entsprechend auswertbar und einer thermischen Belastung zuorden- bar ist. Dagegen wird sich bei einer mechanischen Belastung (in Form einer heftigen Schlag- oder Stoßbelastung und einer entsprechenden Beschädigung) der Verglasungsan- ordnung die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mit- tenwellenlängen β der betroffenen Bragg-Filter bei einer Beschädigung der Lichtwellenleiterstruktur relativ abrupt bzw. sprunghaft ändern, wobei auch diese Änderung entsprechend auswertbar und einer mechanischen Belastung zuordenbar ist. It should be noted that, in the case of a thermal load on the glazing arrangement, the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths .lambda..sub.β of the relevant Bragg filter will change continuously or continuously (at least in regions or up to damage of the optical waveguide structure) this change can be evaluated accordingly and assigned to a thermal load. By contrast, in the case of a mechanical load (in the form of a severe shock or impact load and a corresponding damage) of the glazing arrangement, the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths β of the affected Bragg filters becomes relatively abrupt if the optical waveguide structure is damaged or change abruptly, and this change is evaluated accordingly and a mechanical load can be assigned.
Die erfindungsgemäße 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 erfindungsgemäße Verglasungsanord- nung mit S icherheitsfunktion 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 erfindungsgemäße Verglasungsanordnung mit Sicherheitsfunktion ermöglicht somit, dass die als Dehnungs-, Bruch- und Wärmesensor ausgebildete Li cht wel Icnlci terstruktur 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 erfmdungsgemäße 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. The glazing arrangement with safety function according to the invention is not only applicable for the prevention or detection of burglary, but also in safety-relevant applications in which planar glazing elements are exposed, for example, strong thermal or mechanical loads and also determines any increased mechanical or thermal load conditions as quickly as possible or almost in real time should be. Thus, for example, the glazing arrangement according to the invention having a safety function can be used on the windshield of a towing cockpit or of another vehicle or rail vehicle and monitored in accordance with the procedure according to the invention. In this context, it should be noted that an optical waveguide structure with an optical filter element, which is designed as a break, strain or thermal sensor, is substantially insensitive to electrical or electromagnetic interference signals and thus extremely reliable and insensitive to interference can perform the respective monitoring function. The glazing arrangement according to the invention with a safety function thus enables the Li cht wel Icnlci terstruktur formed as strain, breakage and thermal sensor directly provides the required information regarding the mechanical or thermal stress of the surface glazing element to be monitored, and thus no different sensor types for detecting heat , Stretching and breakage are needed. In this context, it should be noted that so far for the identification of a heat source in the security area i. A. elaborate thermal imaging cameras were used, a timely information should be obtained. The erfmdungsgemäße concept for a safety glass is therefore everywhere applicable where valuables or other goods to be protected against unauthorized access or access, such as banks, jewelers, department stores, etc. In addition to this burglary prevention or security aspect, the inventive concept equally flat Glazing elements are used, which are subject to use relatively strong, mechanical or thermal stresses are exposed to an excessive mechanical or thermal stress of the respective planar glazing element as early as possible or almost in real time.
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. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch eine Hardware- Vorrichtung (oder unter Verwendung einer Hardware- Vorrichtung), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat (Sen- sor-Interrogator) ausgeführt werden. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Device), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus (sensor interrogator).
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwir- ken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem der- art zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory storing electronically readable control signals that interact with a programmable computer system. or that the respective procedure is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable. Thus, some embodiments according to the invention include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro- grammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein. Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfmdungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet 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. In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer. The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier. Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium. In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described here when the computer program runs on a computer. A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbei sp i e 1 umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro- gramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
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. In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This can be a universally applicable Hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar, Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsen- tiert wurden, beschränkt sein. The above described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims, rather than by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

Claims

Patentansprüche claims
Sicherheitssystem (70) für eine Verglasung, mit folgenden Merkmalen: einer Verglasungsanordnung (10) mit Sicherheitsfunktion mit einem flächigen Ver- glasungselement (20); und einer Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einem optischen Filterelement (32); 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 Lichtwel lenlei terstruktur (30) zu bewirken, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwel lenleiterstruktur (30) zu bewirken; einer Signaleinkoppeleinrichtung (80) zum Einkoppeln eines optischen Signals (S in die Lichtwellenleiterstruktur (30); einer Signalerfassungseinrichtung (82) zum Erfassen eines optischen Signals (SR; SI ) der Lichtwellenleiterstruktur (30) und zum Ausgeben eines elektrischen Erfassungssignals (Se) basierend auf dem erfassten optischen Signal (SR, S-lr); 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 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 Li cht wel lenl ei terstruktur (30, 32) aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) zu ermitteln. Security system (70) for glazing, comprising: a glazing assembly (10) having a security function with a sheet-like glazing element (20); and an optical waveguide structure (30) having an optical filter element (32); wherein the optical waveguide structure (30) is mechanically arranged on the glazing element (20) to cause a change in an optical property of the Lichtwel lenlei terstruktur (30) at a mechanical stress of the planar glazing element (20), and further at a thermal stress of the planar glazing element (20) to cause a change in an optical property of the Lichtwel lenleiterstruktur (30); a signal input device (80) for coupling an optical signal (S into the optical waveguide structure (30); a signal detection device (82) for detecting an optical signal (SR ; SI) of the optical waveguide structure (30) and outputting an electrical detection signal (S e ) on the detected optical signal (SR, S- lr ); and processing means (90) for driving the signal injection means (80) and for evaluating the detection signal provided by the signal detection means (82), the processing means (90) being adapted to provide a Change in the optical property of the optical waveguide structure (30, 32) due to a mechanical stress of the planar glazing element (20) to determine, and further to a change in the optical property of the light wel lel ei terstruktur (30, 32) due to thermal stress of the planar To determine glazing element (20).
Sicherheitssystem nach Anspruch 1 , wobei das optische Filterelement (32) ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist. The security system of claim 1, wherein the optical filter element (32) comprises a Bragg filter or a plurality of Bragg filters.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen Filterelementen (32) in Form von Bragg-Filtern aufweist, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen. A security system according to claim 1 or 2, wherein the optical waveguide structure (30) comprises a plurality of serially arranged, spaced apart optical filter elements (32) in the form of Bragg filters, the Bragg filters each having a different filter center wavelength.
4. Sicherheitssystem nach Anspruch 3, 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. 4. Security system according to claim 3, wherein the optical waveguide structure (30) is arranged so that the Bragg filters (32) are arranged in a distributed arrangement or in a grid on the planar glazing element (20).
5. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungselement (20) verbunden ist. 5. Security system according to one of the preceding claims, wherein the optical waveguide structure is positively, positively or materially connected to the planar glazing element (20).
6. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mit den optischen Filterelementen (32) im Material des Ver- glasungselements integriert ist. 6. Security system according to one of the preceding claims, wherein the optical waveguide structure (30) with the optical filter elements (32) is integrated in the material of the glazing element.
7. 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 basiert. 7. Security system according to one of the preceding claims, wherein the change in the optical property of the optical waveguide structure based on a force and / or temperature-dependent material strain or on a temperature-dependent refractive index change of the material of the formed as a Bragg filter optical filter element.
8. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, femer mit folgenden Merkmalen: einer weiteren Lichtwellenleiterstruktur (30') mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement (32') in Form eines Bragg-Filters. 8. Security system according to one of the preceding claims, further comprising the following features: a further optical waveguide structure (30 ') with at least one further optical filter element (32') in the form of a Bragg filter.
9. Sicherheitssystem nach Anspruch 8, 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. 9. The security system of claim 8, wherein the further optical waveguide structure (30 ') comprises a plurality of serially arranged, spaced apart optical, further filter elements (32') in the form of Bragg filters, wherein the Bragg filters each have a different filter center wavelength.
10. Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (Se) oder ein davon abgeleitetes Signal auszuwerten, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement (32') eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement zu ermitteln. 10. Security system according to one of claims 8 or 9, wherein the processing device (90) is designed to evaluate the detection signal (S e ) or a signal derived therefrom, based on a affected by a mechanical and / or thermal stress filter element ( 32 ') to determine a spatial allocation of the acting mechanical or thermal load on the glazing element.
1 1. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (Se) oder ein davon abgeleitetes Signal mit einem Vergleichswert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal (Se) 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 (10) hinweist. A security system according to any one of the preceding claims, wherein the processing means (90) is arranged to compare the detection signal (S e ) or a signal derived therefrom with a comparison value to determine whether the detection signal (S e ) is within or outside of a desired range, wherein leaving the target range indicates that a limit for a mechanical or thermal load of the planar glazing element (10) is exceeded.
12. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (SE) dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen %Q der betroffenen Bragg-Filter stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ferner ausgebildet ist, um das Erfassungssignal (SE) dahingehend auszuwerten, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λ« der betroffenen Bragg-Filter abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln. 12. Security system according to one of the preceding claims, wherein the processing device (90) is designed to evaluate the detection signal (S E ) to determine whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths% Q of the affected Bragg filter continuously or continuously changes to determine a thermal load, and wherein the processing means (90) is further configured to evaluate the detection signal (S E ) to determine whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths λ "of the affected Bragg filter abruptly or changes abruptly to determine a mechanical load.
13. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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. 13. The security system of claim 1, wherein the comparison value is based on an average or a derived quantity of a plurality of preceding measured values of the detection signal of a Bragg filter or a plurality of Bragg filters.
14. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassungssignal (SE) oder das davon abgeleitete Signal auf einer Mittenwellenlänge (λβ) des jeweiligen Bragg-Filters oder auf einem Leistungspegel des erfassten Signals basiert. A security system according to any one of the preceding claims, wherein the detection signal (S E ) or the signal derived therefrom is based on a center wavelength (λβ) of the respective Bragg filter or on a power level of the detected signal.
15. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um ein Hinweis- oder Alarmsignal (Sout) auszugeben, falls eine Überschreitung eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Verglasungselements (20) auftritt. 15. Security system according to one of the preceding claims, wherein the processing device (90) is adapted to output a warning or alarm signal (S out ), if exceeding a limit value for a mechanical or thermal load of the planar glazing element (20) occurs.
16. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalerfassungseinrichtung (82) ausgebildet ist, um das optische Signal (SR, Srr) der Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einer Auslesefrequenz von zumindest 1 kHz auszulesen. 16. Security system according to one of the preceding claims, wherein the signal detection means (82) is adapted to read out the optical signal (SR, Sr r ) of the optical waveguide structure (30) with a read-out frequency of at least 1 kHz.
17. Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung (90) ausgebildet ist, um das Erfassungssignal dahin gehend auszuwerten, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungs- elements (20) eine örtliche Verteilung der mechanischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungseiement zu ermitteln, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine örtliche Verteilung der thermischen Beanspruchung über dem flächigen Verglasungseiement (20) zu ermitteln. 17. Security system according to one of the preceding claims, wherein the processing device (90) is designed to evaluate the detection signal to determine a mechanical distribution of the planar glazing element (20) a local distribution of the mechanical stress on the flat glazing element , And further to determine at a thermal stress of the planar glazing element (20), a local distribution of the thermal stress on the flat glazing element (20).
18. Verglasungsanordnung (10) mit Sicherheitsfunktion, mit folgenden Merkmalen: einem flächigen Verglasungseiement (20); und einer Lichtwelienleiterstruktur (30) mit einem optischen Filterelement (32); wobei die Lichtwelienleiterstruktur (30) mechanisch an dem Verglasungseiement (20) angeordnet ist, um bei einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwelienleiterstruktur (30) zu bewirken, und um ferner bei einer thermischen Beanspruchung des flächigen Verglasungselements (20) eine Änderung einer optischen Eigenschaft der Lichtwelienleiterstruktur (30) zu bewirken. 18. glazing assembly (10) with safety function, comprising: a flat glazing element (20); and a light guide structure (30) having an optical filter element (32); wherein the optical waveguide structure (30) is mechanically arranged on the glazing element (20) to cause a change in an optical property of the optical waveguide structure (30) under mechanical stress of the planar glazing element (20) and further under thermal stress of the planar glazing element (20) to cause a change in an optical property of the optical waveguide structure (30).
19. Verglasungsanordnung nach Anspruch 18, wobei das optische Filterelement (32) ein Bragg-Filter oder eine Mehrzahl von Bragg-Filtern aufweist. The glazing assembly of claim 18, wherein the optical filter element (32) comprises a Bragg filter or a plurality of Bragg filters.
20. Verglasungsanordnung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Lichtwelienleiterstruktur (30) eine Mehrzahl von seriell angeordneten, beabstandeten optischen Filterelementen (32) in Form von Bragg-Filtern aufweist, wobei die Bragg-Filter jeweils eine unterschiedliche Filtermittenwellenlänge aufweisen. The glazing assembly of claim 18 or 19, wherein the light guide structure (30) comprises a plurality of serially arranged spaced apart optical filter elements (32) in the form of Bragg filters, the Bragg filters each having a different filter center wavelength.
21. Verglasungsanordnung nach Anspruch 20, wobei die Lichtwelienleiterstruktur (30) so angeordnet ist, dass die Bragg-Filter (32) in einer verteilten Anordnung oder in einem Raster an dem flächigen Verglasungseiement (20) angeordnet sind. The glazing assembly of claim 20, wherein the light guide structure (30) is arranged such that the Bragg filters (32) are arranged in a distributed arrangement or in a grid on the planar glazing element (20).
22. Verglasungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Lichtwelienleiterstruktur form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem flächigen Verglasungseiement (20) verbunden ist. 22. Glazing arrangement according to one of claims 18 to 21, wherein the Lichtwelienleiterstruktur is positively, positively or cohesively connected to the flat Verglasungseiement (20).
23. Verglasungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei die Lichtwellenleiterstruktur (30) mit den optischen Filterelementen (32) im Material des Vergiasungselements integriert ist. 23. Glazing arrangement according to one of claims 18 to 22, wherein the optical waveguide structure (30) with the optical filter elements (32) is integrated in the material of the Vergiesungselements.
24. Verglasungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, 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 basiert. 24. Glazing arrangement according to one of claims 18 to 23, wherein the change in the optical property of the optical waveguide structure based on a force and / or temperature-dependent material strain or on a temperature-dependent refractive index change of the material of the formed as a Bragg filter optical filter element.
25. Verglasungsanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, ferner mit folgenden Merkmalen: einer weiteren Lichtwellenleiterstruktur (30') mit zumindest einem weiteren optischen Filterelement (32') in Form eines Bragg-Filters. 25. Glazing arrangement according to one of claims 18 to 24, further comprising the following features: a further optical waveguide structure (30 ') with at least one further optical filter element (32') in the form of a Bragg filter.
26. Verglasungsanordnung nach Anspruch 25, 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. 26. A glazing assembly according to claim 25, wherein the further optical waveguide structure (30 ') comprises a plurality of serially arranged, spaced apart optical, further filter elements (32') in the form of Bragg filters, wherein the Bragg filters each have a different filter center wavelength.
27. Verfahren zum Erfassen einer mechanischen oder thermischen Beanspruchung eines flächigen Vergiasungselements (20), wobei an dem flächigen Verglasungsele- ment (20) eine Lichtwellenleiterstruktur (30) mit einem optischen Filterelement (32) mechanisch angeordnet ist, mit folgenden Schritten: 27. A method for detecting a mechanical or thermal stress of a planar Vergiesungselements (20), wherein on the planar glazing element (20) an optical waveguide structure (30) with an optical filter element (32) is mechanically arranged, comprising the following steps:
Einkoppeln (102) eines optischen Signals in die Lichtwellenleiterstruktur; Injecting (102) an optical signal into the optical waveguide structure;
Erfassen ( 104) eines optischen Signals der Lichtwellenleiterstruktur und Erzeugen eines elektrischen Erfassungssignals basierend auf dem erfassten, optischen Signal der Lichtwellenleiterstruktur; Detecting (104) an optical signal of the optical waveguide structure and generating an electrical detection signal based on the detected optical signal of the optical waveguide structure;
Auswerten (106) des elektrischen Erfassungssignals oder eines davon abgeleiteten Signals, um eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer mechanischen Beanspruchung des flächigen Vergiasungselements zu ermitteln, und um ferner eine Änderung der optischen Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur aufgrund einer thermischen Beanspruchung des flächigen Vergiasungselements zu ermitteln. Evaluating (106) the electrical detection signal or a signal derived therefrom to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to mechanical stress of the planar Vergiesungselements, and further to determine a change in the optical property of the optical waveguide structure due to thermal stress of the planar Vergiesungselements ,
28. Verfahren nach Anspruch 27, ferner mit folgendem Schritt: 28. The method of claim 27, further comprising the step of:
Vergleichen (108) des elektrischen Erfassungssignals oder des davon abgeleiteten Signals mit einem Vergleichswert, um zu ermitteln, ob sich das Erfassungssignal außerhalb eines Sollbereichs befindet, wobei dies auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für eine mechanische oder thermische Belastung des flächigen Vergla- sungselements hinweist. Comparing (108) the electrical detection signal or the signal derived therefrom with a comparison value to determine whether the detection signal is outside a desired range, indicating an exceeding of a limit value for mechanical or thermal loading of the planar Vergla- sungselements.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, ferner mit folgenden Schritten: 29. The method of claim 27 or 28, further comprising the steps of:
Auswerten des elektrischen Erfassungssignal (Se) dahingehend, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λβ der betroffenen Bragg-Filter stetig oder kontinuierlich ändert, um eine thermische Belastung zu ermitteln, und Evaluating the electrical detection signal (S e ) to determine whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths λβ of the affected Bragg filter changes continuously or continuously to determine a thermal load, and
Auswerten des elektrischen Erfassungssignal (Se) dahingehend, ob sich die optische Eigenschaft der Lichtwellenleiterstruktur in Form der jeweiligen Mittenwellenlängen λβ der betroffenen Bragg-Filter abrupt oder sprunghaft ändert, um eine mechanische Belastung zu ermitteln. Evaluating the electrical detection signal (S e ) as to whether the optical property of the optical waveguide structure in the form of the respective center wavelengths λβ of the affected Bragg filter changes abruptly or abruptly to determine a mechanical load.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Vergleichswert fest vorgegeben ist oder basierend auf einer statistischen Aufbereitung einer Mehrzahl von vorhergehenden Messwerten des elektrischen Erfassungssignals eines oder einer Mehrzahl von Bragg-Filtern ermittelt wird. 30. The method of claim 28 or 29, wherein the comparison value is fixed or is determined based on a statistical preparation of a plurality of preceding measured values of the electrical detection signal of one or a plurality of Bragg filters.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, ferner mit folgenden Schritten: 31. The method according to any one of claims 27 to 30, further comprising the following steps:
Auswerten des Erfassungssignal (Se) oder eines davon abgeleiteten Signals, um basierend auf einem von einer einwirkenden mechanischen und/oder thermischen Belastung betroffenen Filterelement (32') eine räumliche Zuordnung der einwirkenden mechanischen oder thermischen Belastung an dem Verglasungselement zu ermitteln. Evaluating the detection signal (S e ) or a signal derived therefrom in order to determine, based on a filter element (32 ') affected by an acting mechanical and / or thermal stress, a spatial assignment of the acting mechanical or thermal load on the glazing element.
32. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 27 bis 31 , wenn das Programm auf einem Computer oder einem Mikroprozessor abläuft. 32. Computer program with a program code for carrying out the method according to any one of claims 27 to 31, when the program runs on a computer or a microprocessor.
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