CN112513614A

CN112513614A - 用于流体物质的光学传感器装置

Info

Publication number: CN112513614A
Application number: CN201980037432.0A
Authority: CN
Inventors: F·卡瓦里; M·佐尔泽托; C·嘉蒂尼
Original assignee: Eltek SpA
Current assignee: Eltek SpA
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2021-03-16
Also published as: US20210199574A1; JP7304883B2; KR20210003142A; EP3775846A1; US11835453B2; IT201800004247A1; WO2019193517A1; JP2021520486A

Abstract

一种用于流体物质（LS）的光学传感器装置（1）包括具有检测部分（14）的装置主体（2），敏感光学部分与该检测部分相关联，敏感光学部分包括光学辐射（R_e、R_r）的发射器（20）和接收器（21）中的至少一者。检测部分（14）由对光学辐射（R_e、R_r）透明的材料制成，并且具有内表面（23a、23b）和外表面（15），外表面（15）被设计成与流体物质（LS）接触，并且内表面（23a、23b）被设计成与流体物质隔离。敏感光学部分的发射器（20）和接收器（21）中的所述至少一者以这样的方式光学地联接到检测部分（14）的内表面（23a、23b），使得光学辐射（R_e、R_r）至少部分地传播通过检测部分（14），特别地具有根据流体物质的特性可变的角度和/或强度。光学传感器装置（1）包括保护布置结构，该保护布置结构被构造成用于防止检测部分（14）的由流体物质（LS）的体积增加导致的可能的变形，特别是其内表面（23a、23b）和其外表面（15）中的至少一者的变形。保护布置结构包括至少一个补偿元件（13），所述补偿元件具有能够收缩的可弹性变形的主体，以用于由此补偿流体物质（LS）的可能的体积增加，或者用于实现检测部分（14）在流体物质（LS）的体积的可能增加随后的可逆移位。

Description

用于流体物质的光学传感器装置

技术领域

本发明涉及光学类型的传感器装置，其用于检测存在于通用容器或管道（优选地，车辆的通用容器或管道）中的流体物质的一种或多种特性。本发明在光学传感器的领域中发现了优选的应用，所述光学传感器用于定性类型的检测，例如用于检测液体溶液的浓度或用于检测液体物质中可能的杂质的存在。

背景技术

为了控制包含在通用容器中或在通用管道中流动的流体物质的目的，常见的是使用传感器来检测特性，诸如液位、温度和质量。典型的示例由属于一些类型的机动车辆的废气排放系统的罐或管道表示，其被构想成用于减少氮氧化物（NO_x）到大气中的释放的目的。

特别普遍用于此目的的系统基于被称为SCR（选择性催化还原）的过程，该过程使得能够借助于将还原性液体物质注入到废气管线中来还原气体的氮氧化物。这些处理系统假定还原剂被确定剂量并注入到废气流中以便将氮氧化物转化为氮气（N₂）和水（H₂O）。还原物质通常由水和尿素的溶液构成。

这些系统的恰当操作尤其基于还原物质的定性特性，其中这些定性特性意指与该还原物质的组成相联系的特性。为此目的，已提出了各种类型的传感器装置，出于本发明的目的，其中特别感兴趣的是电光或光电类型的装置，其一般地包括光辐射的至少一个发射器和至少一个接收器。

一般地，在这样的传感器装置中，发射器将辐射引导通过具有与流体物质接触的表面的棱镜或类似的光学主体。在与流体物质的界面处，辐射的一部分被折照射物质中，且一部分被反射，其中后一部分由接收器检测。辐射的反射部分被认为与流体物质的折射率成正比，这使得有可能确定所讨论的物质是水还是尿素溶液并确定该溶液的浓度。

在某些应用中，所提到的类型的装置在非常低的温度条件下操作：例如，考虑机动车辆保持暴露在低于0°C的温度下的情况。因此，可偶尔发生被测的流体物质冻结而因此体积增加的情况。流体物质的冻结一般不会带来装置失效的特殊风险，这既是因为它的机械结构一般很坚固，又是因为它的敏感光学部分（即，发射器和接收器）在任何情况下均处于与物质隔离的位置中。

然而，本申请人已发现，由于流体物质的冻结而导致的体积增加可能偶尔导致光学棱镜的表面（且特别是其在固体-流体界面处的表面，或者辐射进入棱镜或从棱镜出射的表面中的一者）的永久变形或移位或失效，特别是当棱镜或集成棱镜的装置的主体部分由塑料或脆性材料制成时。在物质压力过度增加的情况下，可出现类似的问题。

上述表面中的一者或多者的位置或几何构型的即使最小的变化也可能引起光辐射的反射角的变化：这可能是显著检测误差的来源，特别是当对流体物质的感兴趣特性的检测是基于全反射临界角的原理时，根据该原理，感兴趣的光学辐射可以以根据感兴趣特性而变化的角度被反射。

在与废气处理系统领域不同的领域中也出现了所提到的这类问题，其中光学传感器被用于检测经受可能的体积增加或过压的流体物质的特性。

发明内容

本发明的目的和概述

概括地说，本发明旨在以简单和经济上有利但同时长期高效且可靠的方式来克服至少上述缺陷。在这个背景下，本发明的目的是提供一种光学类型的传感器装置，该传感器装置被设计成即使处于由被检测物质施加在传感器自身的部分上的高应力（例如，由于物质的体积增加或其压力跃变）的条件下也恰当地发挥功能和/或不经受损坏。

根据本发明，通过具有所附权利要求中提到的特性的光学传感器装置来实现以上目的和其他目的，这些目的将在下文中更加清楚地显现。权利要求形成本文中关于本发明提供的技术教导的组成部分。

附图说明

本发明的另外的目的、特性和优点将从参考所附示意图提供的随后的详细描述中清楚地显现，这些示意图纯粹以非限制性示例的方式提供，并且其中：

- 图1是根据本发明的可能实施例的传感器装置的示意性透视图；

- 图2和图3是根据本发明的可能实施例的传感器装置的分解示意图；

- 图4是根据本发明的可能实施例的传感器装置的一部分的示意性横截面图，该传感器装置集成了光学检测布置结构；

- 图5和图6是补偿元件的示意性透视图，该补偿元件可以用在根据本发明的可能实施例的传感器装置中；

- 图7是图5至图6的补偿元件的示意性横截面图；

- 图8是根据本发明的可能实施例的传感器装置的示意性纵向截面；

- 图9是根据本发明的可能实施例的传感器装置的一部分的纵向剖开的示意性透视图；

- 图10是根据本发明的可能实施例的传感器装置的一部分的横向剖开的示意性透视图；

- 图11和图12分别是处于第一使用条件下的非根据本发明的通用传感器装置和根据本发明的可能实施例的传感器装置的示意性横截面图；

- 图13和图14分别是与图11和图12的示意性横截面图类似的示意性横截面图，但其中两个传感器装置处于第二使用条件下；

- 图15和图16是两个补偿元件的示意性透视图，这两个补偿元件可以用在根据本发明的可能实施例的传感器装置中；

- 图17、图18和图19是分别与图8、图9和图10的截面图类似的截面图，其对应于使用图15至图16中所示类型的两个补偿元件的传感器装置；

- 图20和图21是处于两种不同使用条件下的图17至图19中所示类型的传感器装置的示意性横截面图；

- 图22和图23是处于两种不同使用条件下的根据本发明的另外的可能实施例的传感器装置的示意性横截面图；

- 图24和图25是处于两种不同使用条件下的根据本发明的另外的可能实施例的传感器装置的示意性横截面图；以及

- 图26和图27是处于两种不同使用条件下的根据本发明的另外的可能实施例的传感器装置的示意性横截面图。

具体实施方式

本描述的框架中对“实施例”或“一个实施例”的提及旨在指示关于该实施例所描述的特定构型、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，可存在于该描述的各个点中的诸如“在实施例中”、“在一个实施例中”、“在各种实施例中”等的短语不一定指代同一个实施例。此外，该描述的框架中定义的特定构象、结构或特性可在一个或多个实施例（即使与所表示的实施例不同）中以任何适当的方式组合。本文中使用附图标记和空间参考（诸如，“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”等）只是为了便利起见，且因此并非限定保护领域或实施例的范围。此外，应指出，在本描述和所附权利要求书中，形容词“外”在提到本文中所描述的装置的某个部分的至少一部分的表面时旨在标示将面向通用容器或管道的内部的表面（即，与被检测的流体物质接触的表面），而形容词“内”意在标示所述壁的相对表面（即，将位于容器或管道（例如，电路或者电或电子或光电部件至少部分地位于其中）的外部上并且在任何情况下均不与物质接触的表面）。同样应指出，在本描述和所附权利要求书中，术语“光学辐射”意指包括波长在100 nm和1 mm之间的辐射的电磁谱的一部分，该辐射包括紫外辐射（100至400 nm）、可见辐射（380至780 nm）和红外辐射（780 nm至1 mm）。此外，将被理解为包括在本发明的范围内的是相干或激光类型的光学辐射源以及非相干类型的光学辐射源两者。另外，在没有另有指定或者从所描述的上下文不明显的情况下，术语“材料”例如在提到所描述的元件的主体时以及除另有指定之外，将被理解为指示单一材料（例如，塑料材料）或者许多种材料的组成（例如，复合材料或材料的混合物）。

在图中，相同的附图标记用于标示彼此类似或技术上等同的元件。

在图1中，整体由1标示的是根据本发明的可能实施例的光学传感器装置。

在本描述的续篇中，假设装置1被用于检测在属于内燃发动机的废气处理系统的管道中流动的液体添加剂或还原剂的一种或多种特性。如在本描述的引言部分中所解释的，上述处理系统例如可以是SCR类型，其用于例如在机动车辆（特别是具有柴油发动机的机动车辆）中的氮氧化物减排。因此，上述添加剂可以是尿素和蒸馏水的溶液，诸如商业上以商品名AdBlue™已知的溶液。

替代地，例如，装置1可用于检测例如在属于ADI（抗爆剂注入）系统的管道中或在“水注入”系统的管道中流动的添加剂或通用流体物质或物质的通用混合物的一种或多种特性。

装置1可在任何情况下应用于罐而不是管道，和/或用于其他目的和/或用于除汽车之外的领域中，和/或被设计成用于检测与还原剂不同的流体物质的至少一种特性（因此，随后的偶尔提到流体物质或还原剂的定义可以参考不同的流体物质来理解）。一般地，在对包含水并经受可能的冻结的物质进行光学检测的情况下，特别指示了根据本发明的传感器装置的使用。

装置1具有支撑结构或主体2，该支撑结构或主体优选地由许多个部分组成，所述部分中的至少一些以不透流体的方式联接在一起。在该示例中，由3标示的是第一主体部分，其被构造成用于至少部分地限定用于使被检测液体物质流动或包含被检测液体物质的空间。在下文中，考虑到第一主体部分3主要被设计成用于承载或包含液体物质，该主体也将被标识为“液压主体”。在该示例中，液压主体3具有中央部分4，该中央部分基本上是杯形的并且两个管状部分5和6从该中央部分延伸，此处这两个管状部分被假设为是用于被检测液体物质的入口和出口。管状部分5和6限定相应的连接器5a和6a或使相应的连接器5a和6a与其相关联，以便连接在液体物质的液压回路中，特别是连接到物质在其中循环的相应的液压管道的液压附件。在非限制性示例中，为此目的，连接器5a和6a各自分别包括榫钉或类似的阻挡构件5b和6b，或更一般地可包括快速联接类型的液压附件。考虑到上述连接器可以以任何其他形态获得，或者甚至被省略（例如，设想经由将两个管状部分5和6焊接或胶合到所服务的液压回路的相应管道的固定），它们构成了优先的（尽管不是必需的）特性。

此外，如已提及的，装置1可与罐相关联，在这种情况下，即使没有前面提及的管状部分，其液压主体3也可相对于图中举例说明的形状以其他方式成形：例如，可将根据本发明的装置的液压主体安装在罐中，或者其主体3可至少部分地直接由上述罐的主体的一部分限定。

在各种实施例中，液压主体3由可模制的热塑性材料制成，诸如聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE）或聚砜（PSU）或环烯烃共聚物（COC）。

传感器装置1的主体2包括第二部分（在图2和图3中由7标示），该第二部分被设计成在主体的杯形中央部分4处或更一般地在液压主体的区域（该区域至少部分地限定前面提及的用于包含液体物质或用于液体物体流动的空间）处联接到第一部分3。考虑到主体部分7包括光学布置结构，该主体部分在下文中也将被标示为“传感器主体”；即，它限定装置1的光学检测部分和/或使装置1的光学检测部分相关联。如将看到的，在各种实施例中，传感器主体7至少部分地容纳在液压主体3内，或者至少联接到液压主体3，使得液体物质可以到达其外表面。

在各种实施例中，传感器装置1的主体2进一步包括第三主体部分8，该第三主体部分被设计成联接到液压主体3，其中传感器主体7设置在中间。考虑到主体部分8将传感器装置1的组成部件（componentry）的一部分围封在其内，该主体部分在下文中也将被标识为“外壳（casing）主体”。在各种实施例中，外壳主体8限定连接器主体9或使连接器主体9相关联，用于装置1的电连接的端子位于该连接器主体中。封闭盖10优选地与主体部分8相关联。

特别地参考图2和图3，可注意到，在各种实施例中，液压主体3的杯形部分4如何基本地限定壳体4a，该壳体由壁4'侧向地界定，该壁优选地为基本上圆柱形的，其中上述壳体4a连接成与管状部分5和6流体连通，每个管状部分限定对应的内管道11。在各种实施例中，在被设计成接收传感器主体7的液压主体3的区域处，为下文中详细描述的保护或补偿元件13的主体（特别是至少部分可弹性变形的主体）限定座12，该保护或补偿元件属于传感器装置1的保护布置结构。

在该示例中，座12被限定在主体3的杯形部分4的底部处，或者被限定在与传感器主体7大致相对的位置中。

传感器主体7具有优选地为杯形的主体，该杯形主体优选地具有与安装有该杯形主体的对应区域的外围轮廓配合的外围轮廓，所述对应区域在本文中由壳体4a表示（即，由液压主体3的部分4的对应的基本上圆柱形壁4'表示）。

不管其外围轮廓的具体形状如何，传感器主体7均被成形为以便包括装置1的检测部分，传感器装置1的至少敏感光学部分被设计成与该检测部分操作性地相关联，所述敏感光学部分包括至少一个对应的电光或光电部件。在该示例中，安装在主体7上的上述检测部分整体上被标示为14。

在各种实施例中，检测部分14包括传感器主体7的至少一个底壁或界面壁7a，所述底壁或界面壁具有在图3中由15标示的外下表面，该外下表面被设计成对前面提及的用于包含液体物质或使液体物质通过的空间的至少一个部分界定。检测部分14优选地还包括用于上述敏感光学部分的定位位点（在图2中由16标示），该定位位点被限定在界面壁7a的与液体物质隔离的一侧（即，它的与表面15相对的内表面）处。如下文中将显现的，在各种实施例中，定位位点16包括壁7a的内侧或内表面（即，壁7a的被设计成其用于使光辐射传播的部分）的特定构象。

还参考图4，在优选实施例中，检测布置结构或敏感光学部分包括光学辐射的至少一个发射器和光学辐射的至少一个接收器，其中检测部分14被构造成以便促成光学辐射的至少一部分从发射器传播到接收器。在下文中，为了简单起见，将假设上述光学辐射在可见光的频率中，然而，为了实施本发明的目的，光学辐射的频率有可能不同：因此，在下文中，还将参考可见光的射线或射束。

在各种实施例中，检测部分14至少部分地由被设计成用于光的传播（至少通过折射和/或反射）的材料制成，并且发射器和接收器两者都与上述部分14操作性地相关联。以上材料优选地是透明材料，例如选自环烯烃共聚物（COC）或聚砜（PSU）或聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE），然而，它可能是玻璃或二氧化硅或包含硅的材料。

在各种优选实施例中，发射器和接收器是单个光学模块的一部分，该单个光学模块安装在光学定位位点16处。和检测部分14一样，这样的光学模块可以根据以本申请人的名义提交的WO 2017/149476 A的教导来获得和操作。

一般地，并且参考图2至图4，上述模块具有支撑和电连接结构（整体由17标示），该支撑和电连接结构优选地部分地由电绝缘材料且部分地由导电材料制成。不管具体实施例如何，光学模块的结构17都预先布置成用于光发射器20和至少一个光接收器21的安装和电连接。发射器20可以是非漫射朗伯发射光源；例如，合适的LED和/或接收器21可包括两个不同的接收器，诸如适合于检测由发射器生成的光发射的光电检测器或光电二极管。

在各种实施例中，发射器20和接收器21分别具有用于光发射和接收的有源部分，这些有源部分大致面向彼此，但相对于彼此以一定角度布置，优选地以这样的方式布置使得相应的轴线相交。发射器20和接收器21的相对定位角度基本上取决于用于检测部分14的材料的类型、其旨在采用的光学辐射的类型以及其将经历检测的物质的类型。优先的角度是例如在读者所参考的WO 2017/149476中提到的那些角度。

在各种实施例中，与发射器20相关联的是光学滤波器或空间滤波器20a，特别地具有选择或集中光束的目的。空间滤波器20a基本上是由不可透过光学辐射或光的塑料材料制成的部件，特别地直接模制（例如，安装）在发射器20上或固定到结构17。滤波器20a优选地被构造为帽，该帽在其壁中设置有与发射器20的光源相对的开口，该开口预先布置成用于滤波以及选择或集中由发射器自身发射的光束。

端子从支撑和连接结构17突出，这些端子用于将光学模块（即，发射器20和接收器21的光学模块）电连接到装置1的控制电子设备，特别地电连接到电路支撑件。这些端子中的一些在图2至图3和图8至图9中由17a标示，而前面提及的电路支撑件由PCB标示。

定位位点16基本上由从界面壁7a的内侧（优选地，正交地）上升并且被设计成基本上执行光学棱镜的功能的结构构成。该结构基本上由壁（在图4中由22标示）组成，该壁由与壁7a相同的材料制成，特别地透明材料或可透过所使用的光或光学辐射的材料。壁22在其两个相对的纵向边缘处限定两个倾斜的侧向面或表面23a和23b，这两个侧向面或表面被设计成分别面向发射器20和接收器21。

再次参考图4，在各种实施例中，壁22至少部分地由中间空腔划分以便限定两个直立部分22a和22b，优选地相对于彼此基本上是镜面的。前面提及的中间空腔可有利地接收光学模块的连接和支撑结构17的对应部分，并且两个直立部分22a和22b的上端可以被成形为以便提供定位附加物，所述定位附加物没有用附图标记标示，但在图4中清楚可见，阻挡构件（由24标示）被设计成联接到所述定位附加物，该阻挡构件预先布置成用于使结构17自身约束在位点16上（即，在检测部分14上）的适当位置。

在各种实施例中，上述附加物和构件24还被利用来将用于定位光学模块（即，其结构17）的弹性元件25固定在适当位置。优选地由金属材料制成的弹性元件25具有：中央部分，其设置有凸耳状孔（见图2和图3），以便使得能够将其固定在上述附加物上；以及大致弯曲的相对的弹性臂，其被设计成在安装有发射器20和接收器21的区域处将弹性力施加在光学模块的结构17上。参考图4，由弹性元件25（即，由其两个相对的臂）施加的力在发射器20的那侧上保证空间滤波器20a支承在由倾斜表面23a表示的光学表面上并且相对于其被正确地定位。相反，在接收器21的那侧上，施加在元件24上的力保证光学模块的结构17的有意提供的下突出部17b支承在倾斜表面23b上，其中接收器21优选地保持面向光学表面23b并与其相距很小的距离。因此，如从图4可注意到，在光学模块的组装条件下，一侧上的发射器20和在另一侧上的提供接收器21的两个光电检测器被设置成分别面向且大致平行于壁22的倾斜表面23a和23b。优选地，计算光学表面23a和23b的倾角，使得光学辐射将沿相对于光的入射表面和出射表面尽可能正交的方向横穿光学表面，以便分别使空气-固体界面和固体-空气界面处的反射最小化。

在各种实施例中，根据本发明的传感器装置包括至少一个温度传感器，用于检测液体物质的温度和环境温度（诸如，装置自身的主体2内的空气的温度）中的至少一者。在各种实施例中，例如NTC类型的至少一个温度传感器可以安装在传感器主体7上，以便与界面壁7a的内表面基本上接触（即，与限定有位点16的一侧相同的一侧接触）。例如，在所举例说明的情况下（见图2、图3和图9），传感器主体7为温度传感器31的检测部分限定座30，该座的连接销或端子31a电连接到电路支撑件PCB。

在各种实施例（诸如，本文中举例说明的实施例）中，考虑到温度传感器不与液体物质直接接触，由所述至少一个温度传感器31进行的测量是间接测量。实际上将了解，在各种实施例中，所述至少一个温度传感器31被容纳在传感器主体7内，并且因此在与物质隔离的位置中。为此目的，在各种实施例中，将装置10的控制电路布置结构（在支撑件PCB上实施）预先布置成用于对所进行的温度测量实施适当的补偿，这至少考虑了壁（此处为壁7a）的存在，该壁设置在温度传感器31和液体物质之间（例如，基于实验分析，在电路布置结构的存储器中可包含对应的校正参数）。

返回到图1至图3，优选地为轴向空心的外壳主体8具有：下部分8a，其被设计成用于与液压主体3联接；以及上壳体部分8b，盖10被设计成联接到该上壳体部分。下部分8a优选地具有基本上对应于液压主体3的中央部分4的外围轮廓的外围轮廓，此处为基本上圆柱形轮廓；在该示例中，部分8a被设计成部分地接收在该杯形部分4内，特别地至少部分地被壁4'包围（例如，见图9和图10），但颠倒的构型显然是可能的。可以以任何合适的方式获得两个主体部分8和3之间的相互固定（优选地但不一定以不透流体的方式），例如通过焊接、或胶合、或利用螺纹联接、或利用接合机构、或利用卡口联接等。如将看到的，相反，根据其他实施例，两个主体8和3可以相对于彼此以可移位或可移动的方式联接。

优选地，外壳主体8机械地固定到传感器主体7，但是主体7和8也可能地由单件制成或被共模制。在各种优先的实施例中，主体7和8被构造为不同部分，它们借助于基本上是卡扣动作类型和/或卡口联接类型的联接件而联结在一起，然而，它们可能地被焊接或胶合在一起。在所示示例中，沿着横穿外壳主体8的下部分8a的贯通空腔的内周界，为此目的提供了凸起部（relief）8a₁，其被设计成用于接合在被限定在传感器主体7的圆柱形外围壁的外部上的相应座7b中，所述凸起部8a₁和座7b被成形为提供卡口联接。

由弹性材料（特别是弹性体材料）制成的垫圈优选地提供在传感器主体7和外壳主体8之间，该垫圈例如在图2至图3中由26标示。在各种实施例中，上述垫圈26不一定执行密封功能，并且主要是旨在实现传感器主体7和外壳主体8之间的相对弹性的联接，特别是当它们借助于卡口联接或卡扣动作联接或被设计成相对于彼此实现预定运动的其他类型的接合机构而彼此约束时。如在下文中描述的一些实施例中，垫圈26（此处基本上被成形为像扁平环）可以在任何情况下也执行密封功能。如可注意到，例如在图9和图10中，可以将垫圈26设置在被限定在主体8的下部分8a的外围部分和主体7的外围部分中的相应的外围台阶或凸起部之间：在该示例中，台阶27被限定在部分8a的内侧上，而环形凸起部或凸缘28被限定在主体7的外围壁的外侧上。

主体8可由与用于形成主体3的材料类似的材料制成，优选地可模制的热塑性材料（如上所述，优选的材料是聚丙烯、高密度聚乙烯、聚砜或环烯烃共聚物）。

在图2中，可注意到，外壳主体8的顶部上部分8b如何可以限定相应的贯通空腔，该贯通空腔与盖10一起界定用于传感器装置的电和/或电子组成部件的至少一部分的壳体。在优选实施例中，该组成部件的至少一部分安装在电绝缘基板上，该电绝缘基板提供前面提及的支撑件PCB。支撑件PCB优选地由适合于制造印刷电路的材料制成，诸如玻璃纤维类型的FR4或类似复合材料，或者陶瓷材料或基于聚合物的材料，优选地可模制材料。有利PCB的元件8b₁，诸如销或类似的元件。

普遍地，用于检测和/或控制装置1的电子组成部件与支撑件PCB相关联，该支撑件PCB连接到包括发射器20和接收器21的光学传感器。上述组成部件优选地包括用于处理和处置（processing）有关对物质的至少一种特性（诸如，其质量或组成、以及可能地如上所述其温度）的检测的信号的部件。在各种实施例中，上述组成部件包括电子控制器，例如微处理器或微控制器，该电子控制器优选地包括至少一个处理和/或控制逻辑单元、存储电路以及输入和输出，在所述各者当中输入为模拟/数字类型。上述组成部件然后包括用于调节和/或处理有关对液体溶液的质量和/或温度的检测的信号的元件。

用于装置1的外部电连接的对应端子优选地与支撑件PCB相关联，这些端子在图8至图10中部分可见，其中它们由9a标示。所述端子9a与先前提到的连接器主体9一起提供了用于装置1的外部电连接的界面或连接器，例如电连接到车辆的车载系统的电子控制单元。

如已经提及的并且如在图9和图10中部分可见，传感器主体7至少部分地插入壳体（4a，图2）中，该壳体在外围由液压主体3的部分4的壁4'界定——或在任何情况下优选地在基本上固定的位置中联接到主体3——使得界面壁7a的外表面15与液体物质接触；即，它界定用于包含物质或用于物质流动的空间的至少一部分。由于这个原因，在各种实施例中，在两个主体3和7之间提供了至少一个密封元件32，诸如由弹性体材料制成的密封环。在所示示例中，元件32被设计成在传感器主体7的外围壁和被限定在上述壳体（4a，图2）内的内圆柱形壁4b（即，具有小于壁4'的直径的直径并与其同心的壁）之间形成径向类型的密封件。优选地，两个主体3和7中的至少一者限定用于定位上述密封元件32的相应座：在所示示例（见图8至图10）中，上述座（由7c标示）被限定在传感器主体7中，特别地被限定在其外围壁的外侧处，其中在另一侧上的元件32被设计成在主体3的上述内圆柱形壁4b的内侧上操作。

还优选的是，主体3和7限定用于相互搁置的相应的邻接件或对比性表面。再次参考图8至图10的示例，为此目的，液压主体3利用前面提及的内壁4b，用于定位垫圈26的环形凸起部或凸缘28的下表面可支承在该内壁的上端上。

在图8至图10中，装置1被图示为处于其组装条件下。如先前所解释的，在各种实施例中，传感器主体7固定到外壳主体8（此处经由卡口联接），并且外壳主体8固定到液压主体3。主体7和3以不透流体的方式（此处经由元件32）联接，使得主体7的至少一个表面（此处为界面壁7a的外表面15）界定用于包含将被检测的物质或用于被检测物质的通过的空间的至少一个部分。

根据本发明的一个方面，光学传感器装置包括保护布置结构，该保护布置结构被构造成用于防止主体2的至少一部分或其检测部分14的任何可能的损坏或变形（由此还包括失效），所述损坏或变形可由物质的体积增加或由此生成的推力所引起，例如在物质冻结的情况下。

前面提及的保护布置结构包括至少一个补偿元件（诸如，先前由13标示的补偿元件），该补偿元件具有至少部分可弹性变形或可屈服的主体。在各种实施例中，所述至少一个补偿元件的可弹性变形的主体易于收缩，或者允许其自身至少部分地被压缩，以便由此补偿物质的任何可能的体积增加。相反，在其他实施例中，所述至少一个补偿元件的可弹性变形的主体基本上作为弹簧操作，以实现检测部分14或集成检测部分14的主体7在这种可能的体积增加随后的可逆移位。

在各种实施例中，所述至少一个补偿元件的可弹性变形的主体由弹性体材料、或弹性和/或至少部分可压缩的聚合物制成，其体积模量被包括在0.1 MPa和1 GPa之间，优选地被包括在0.2 MPa和100 Mpa之间，非常优选地被包括在0.5 MPa和10 MPa之间，特别地被包括在1 MPa和5 MPa之间。再次优选地，所使用的材料的硬度在5肖氏A和100肖氏A之间，优选地在10肖氏A和70肖氏A之间，非常优选地在15肖氏A和30肖氏A之间。

特别有利的是，使用硅酮材料（诸如，硅酮弹性体或液态硅酮橡胶（LSR）或氟代液态硅酮橡胶（FLSR），优选地双组分材料或双组分硅酮）来获得上述可弹性变形的主体。根据各种实施例，可弹性变形的主体也可与传感器主体7或液压主体8共模制或包覆模制在传感器主体7或液压主体8上。

在图1至图10中举例说明的情况下，补偿元件13的主体被设计成与液体物质接触：为此目的，如上所述，将元件13定位在被限定在液压主体3中的对应座12处，该座相对于由主体3的管状部分5和6限定的管道11基本上位于中间位置中。更一般地，在这种类型的应用中，优选的是，前面提及的可弹性变形的主体界定用于包含流体物质或用于流体物质通过的空间的至少一部分。

在图5至7中示意性地图示了补偿元件13的可能实施例。在这些图中，元件13的可弹性压缩的主体由40标示，该主体优选地包括底壁41和外围壁42，此处具有基本上圆形的轮廓。

底壁41和/或外围壁42优选地被成形成以便限定空腔或通道P，该空腔或通道被设计成使得液体物质能够存在和/或流动。

为此目的，在该示例中，外围壁42具有两个中断部42a，优选地但不一定在直径相对的位置中。再次优选地，为了在下文中阐明的目的，底壁41被成形成以便在其中央区域41a中较厚，而在侧壁42的中断部42a处，其限定倾斜表面41b（呈用于使液体物质进入和离开的斜坡形式）。还可在中断部42a处提供倾斜壁，例如由于流体动力学原因。

在各种优先的实施例中，可弹性压缩的主体40为检测部分14或更一般地传感器主体7的对应联接部分限定至少一个联接座，优选地，主体40的至少一部分的形状与检测部分14或主体7的至少一部分基本上互补或被设计成与其联接。

在举例说明的情况下，例如在由外围壁42外接的区域中，特别地在底壁41处，限定了两个侧向座43，传感器主体7的底壁或界面壁7a的对应的下突出部分将联接在这两个侧向座中的每一者中：这些突出部分例如在图3和图4中由7d标示。从图10中可清楚地注意到，在安装条件下前面提及的下突出部分7d如何接合在座43中（考虑到它们也可以促成确保补偿元件13的主体在被限定在液压主体3中的对应座12内的轴向定位）。替代地，被限定为座43的区域可被构造为凸起部，并且突出部分7d可被构造为座，或者在任何情况下还具有被设计成限定各部分之间的相互联接的区域的其他形状组合（优选地，被设计成在基本上预定位置中实现唯一联接、还有防止将其安装在错误位置中的任何风险的区域或形状）。

有利地，可压缩主体40的外围壁42还可设置有一个或多个座，所述一个或多个座被设计成与检测部分14或传感器主体7的对应接合部分协作。在举例说明的情况下，例如在外围壁42的内侧上，在直径上相对的位置中，限定了两个另外的座44（见图7），主体7的对应径向突出部被设计成联接在这两个另外的座中的每一者中，这些突出部此处被限定在传感器主体7的外围壁的外部上，基本上在界面壁7a处。这些径向突出部例如在图4和图10中由7e标示。从后一张图可注意到，在安装条件下前面提及的突出部7d如何接合在座44中以便促成确保补偿元件13沿径向方向的联接，也可能地促成相对于传感器主体7和/或液压主体3的定位和/或在对应座12内的定位。

补偿元件13和传感器主体7之间的用于定位和/或固定的器件优选地还确定补偿元件13自身相对于光学模块的结构17和/或外下表面15的预定定位。

优选地，提供了用于在可弹性压缩的主体40和传感器主体7之间的相互接合的器件（诸如，器件44和7e），这些器件对于例如在生产阶段中能够处理联接在一起的两个元件也是有用的；替代地，将有可能设想在可弹性压缩的主体40和传感器主体7之间进行胶合或焊接。

有利地，为了相互定位和/或联接或固定的目的，可为补偿元件或其可压缩主体分配一种形状（例如，经由座或凸起部），该形状被设计成与液压主体3的对应形状或接合部分协作；优选地，为此目的，提供了使得各部分仅能够在预定位置中相互组装（例如，使主体40的壁42和/或壁41相互定位或固定到座12）的器件。优选地，提供了用于使补偿元件或其可弹性压缩的主体相互固定到液压主体7的器件，诸如接合或焊接或胶合器件，这些器件对于使得能够例如在生产阶段中处理联接在一起的两个元件也是有用的。特别地，用于将补偿元件或其可压缩主体定位和/或固定到液压主体3的上述器件还确定补偿元件或其可压缩主体相对于传感器主体7和/或光学模块的结构17和/或界面壁7a的外下表面15的定位。

在所示示例中，主体7的上述下突出部分7d中的至少一个在其外侧上具有至少一个纵向凸起部7d₁（见图3和图10），所述至少一个纵向凸起部可以同等地联接在被限定在可弹性压缩的主体40中的对应座45中。

部分7d和/或7e和/或7d₁到对应座43/或44和/或45的上述联接还防止主体40在对应座12内旋转的可能风险；或者使得补偿元件13的主体40的上述安装仅能够安装在预定位置中。

顺便提及，还可在座12内提供至少一个对比性凸起部（例如在图10中由12a标示），对应或互补的径向凹部46（图6至图7）被设计成接合在所述至少一个对比性凸起部上，该径向凹部被限定在主体40的底壁42的外侧处。

如可注意到的，例如，在图8至图10中，在装置1的组装条件下，补偿元件13基本上被定位在检测部分14下面和/或附近，特别地其中元件13的主体的底壁的中央部分41a面向传感器主体7的界面壁7a的外侧15和/或在其附近，特别地其中液体物质可以因此流动或在任何情况下存在于沿直径方向横穿元件13的通道P中。

如可注意到的，元件13的至少一个部分面向外表面15并与其相距一段距离，其中，讨论中的两个元件之间的空间可以被液体物质占据。

前面提及的底壁41（图5至图7）的中央部分41a优选地是相对厚的或凸起的事实一方面使得能够在由界面壁7a表示的检测区域中精确地减小用于液体物质的通道截面，且另一方面使得能够在上述壁7a处精确地增加元件13的主体的可压缩材料的量。

被成形为以便引起用于液体物质的通道截面减小的底壁41使得有可能具有冻结物质的更小厚度以及因此沿界面壁7a的方向具有更小的膨胀和更低的推力。从另一个角度来看，被成形为以便确定更大的厚度或可压缩材料的量的增加的底壁41使得能够实现更大的变形，且因此实现对冻结物质的膨胀和/或由此施加的推力的更大补偿（特别地沿与界面壁7a的方向相反的方向）。

如已看到的，在上述中央部分41a的上游和下游提供前面提及的倾斜伸展部41b（图5和图9），所述倾斜伸展部在补偿元件13的主体40（图5）的外围壁42的中断部42a处。以这种方式，有可能使通道P可用于液体物质，该通道具有：入口区域，该入口区域的通道截面减小或变窄一直到上述检测区域；然后接着是液体物质的相邻的出口区域，该出口区域的通道截面然后再次加宽。

优选地，至少部分地获得补偿元件或其可压缩主体（就伸展部41b和/或通道P而言）以用于将液体物质输送到预定的检测区域中，经由补偿的保护布置结构提供在该检测区域中，此处基本上在对应于界面壁7a的位置中。

将参考图11至图14来描述本发明背后的原理，图11和图13表示装置100不具有包括补偿元件13的保护布置结构的情况，并且相反地，图12和图14图示了根据本发明的装置1的情况（即，设置有包括补偿元件13的上述保护布置结构）。

如已经提及的，根据本发明提供的质量传感器的一般操作与描述光辐射的折射/反射的光学定律相联系，且特别地与全反射的临界角相联系。更特别地，操作原理是基于液体物质的折射率对液体物质的组成或浓度的依赖性。因此，该测量是基于待分析的液体和制成检测部分14的固体材料（即，发射器20和接收器21与之相关联的界面壁7a和位点16）之间的折射率的跃变，其利用了在两种介质之间的界面处的全内反射原理。换句话说，有可能利用全反射的临界角（该临界角随物质的浓度而变化）的存在，以便根据本身已知的原理对物质进行测量。同样在这种情况下，对于也可以用在本文中所考虑类型的装置中的光学检测原理的详细描述，读者参考WO 2017/149476 A。

在极值综合中，界面表面（即，壁7a的与液体接触的外表面15）经由发射器20以约为临界角的所有感兴趣角度被照明，且因此其中入射角大于和小于临界角。以这种方式，将存在两个区域：被全反射的射线（源自具有大于临界角的入射角的射线）照射的区域；以及以较低强度为特征的区域，该区域被部分反射的射线（源自具有小于临界角的入射角的射线）照射。因此，有可能在输出处获得一定的强度范围，在该强度范围中，具有较高照明强度（全内反射）的区域和具有较低强度（部分反射）的区域之间的间隔随液体的浓度而定。因此，使用两个光电检测器21，通过它们的输出信号的变化，有可能评估临界角的变化并因此评估组成或浓度的变化，并且在最终分析中评估液体溶液的质量。为此目的，这些光电检测器21被定位成以便接收反射光束的每一个部分，其中一个光电检测器被具有大于临界角的入射角的高强度光照射，且另一光电检测器被反射射束的“尾部”上的低强度光照射。

鉴于以上所述内容，将了解，传感器装置的恰当操作（即，对液体物质浓度的检测正确性）取决于检测部分的几何形状，且特别地取决于表面15和发射器20的轴线以及接收器21的轴线之间的角度（即，取决于光学表面15、23a和23b之间的相对倾角）。

图11和图12分别图示了装置100和1的正常操作条件，就“正常操作条件”而言，应理解，物质——由LS标示——处于其通常的液体状态。在两种情况下，由发射器20发射的辐射射束R_e照射在外表面15和物质LS之间的界面上，且然后在射束R_r中以取决于物质LS自身浓度的角度被部分地朝向接收器21反射。如已解释的，根据在来自接收器21的输出处的信号的变化，有可能评估液体物质LS的质量。

相反，图13和图14图示了例如由于冻结导致的液体物质LS的体积增加的情况。为了更直接地理解这一现象，以与图11和图12的处于液体状态的物质不同的方式来表示（填充）冻结物质LS。例如，在物质LS由于所谓的夯实而存在偶尔过压的情况下，可能出现基本上类似的情况。

图13示出了在装置100中物质LS的体积增加如何确定检测部分14上的机械应力以便引起其变形，即，外表面15的几何构型（在与物质LS的界面处）和/或倾斜的光学表面23a和/或23b的变化。应注意，在图13中故意夸大了变形的程度，以便使更清楚地显示这一现象。

从图13中将了解，表面15和/或表面23a和23b中的一者或两者的上述变形如何确定发射的射束R_e以及首先是反射射束R_r的角度的变化。然而，该变化不取决于液体物质LS的浓度的变化，而是相反仅由于机械原因所致，且特别是由于通过物质的体积增加所确定的应力所致。因此，似乎明显的是，在这种情况下，在传感器装置的所述部分上将存在明显的检测误差。

还明显的是，过度的变形可能导致界面壁7a的失效，随之而来导致液体渗透到容纳有电和/或光电部件的区域中，随之而来导致操作故障。在界面壁7a由相对脆性的材料或具有低弹性的材料（诸如，玻璃或对光学射束透明的某些类型的聚合物）制成的情况下，失效的风险被加重。

从图14中将了解，相反，在根据本发明的装置1中，如何可以相对于界面表面15沿相反的方向来“减轻”液体物质LS的体积增加；即，液体物质LS被补偿元件13吸收，该补偿元件经历向下的压缩。以这种方式，检测部分14没有受到机械应力，由此保障了其几何完整性，并且因此相对于图12中所示情况，不会出现射线R_e和R_r的角度变化（显然，物质LS的浓度变化除外）。在物质LS的解冻随后，补偿元件13的主体40可再次弹性地呈现它自己的初始构型（如图12中所示），因此恢复保护功能。

当然，同样在装置100的情况下，当物质LS解冻并恢复到液体状态时，检测部分14将不再经受上述机械应力。然而，同样在不发生失效的情况下，由物质的体积增加引起的机械应力可能已导致传感器主体材料的弹性行为的阈值超出限度（例如，达到材料的塑性变形或屈服的阈值）；即，它可能已产生了永久变形：在这种可能发生的事件中，检测部分14和/或界面壁7a的至少一部分可能不会再次呈现其原始的几何构型。

因此，即使形成检测部分的材料（尽管必须是相对刚性的）可以呈现尽管最小的弹性，但是上述机械应力也可能以不可逆的方式修改表面15和/或表面23a和/或23b的几何形状，而具有不可避免的检测误差。相反，在根据本发明的装置中避免了这一问题。

在各种实施例中，光学传感器装置1包括至少两个补偿构件，每个补偿构件具有可弹性变形和/或至少部分可压缩的主体。

图15和图16是两个补偿元件（由13₁和13₂标示）的可能实施例的示意性图示，这两个补偿元件可以用在根据本发明的装置中。

元件13₁和13₂各自具有相应的可弹性变形的主体40，所述主体的外围轮廓基本上被成形为像圆扇形或圆弓形。同样在这种情况下，每个主体40具有它自己的底壁41和外围壁，此处该外围壁包括拱形壁部分42，该拱形壁部分在其端部处通过纵向壁部分42’被倒圆。

同样在这种情况下，每个主体40可限定等同于参考图5至图7由43、44、45和46标示的座的一个或多个座，或者可限定不同和/或另外的定位和/或固定器件。元件13₁和13₂特别地沿对应的拱形壁部分42的径向方向定尺寸，使得它们可以两者都容纳在被提供在液压主体3中的座12内，其中纵向壁部分42'设置成面向彼此并相距一定距离：以这种方式，在两个壁部分42'之间限定用于液体物质的通道P。

处于组装条件下的补偿元件13₁和13₂在图17至图19中可见，从中可注意到，这些元件如何被定位在座12内，基本上以便代替先前实施例的单个补偿元件13。元件13₁和13₂被定位在座12中，使得纵向壁部分42’面向彼此延伸，优选地沿液体物质的主要流动方向（即，连接液压主体3的两个管状部分5和6的方向），以限定通道P，如例如在图19中清楚可见的。当然，代替单个座12，可提供两个不同的座（每个元件13₁和13₂一个座），以便实现前面提及的定位。

图15至图19中所示保护布置结构的操作与先前已经描述的操作基本上类似。例如，在图20中示意性地表示了装置1的正常操作条件，即，物质LS处于其液体状态的条件。因此，由发射器20发射的辐射射束R_e照射在外表面15和物质LS之间的界面上，并且在射束R_r中以取决于物质LS的浓度角度部分地朝向接收器21反射。

相反，图21图示了例如由于冻结导致的液体物质LS的体积增加的情况。在这种情况下，物质LS的体积可以主要沿横向于在物质处于液体状态时物质自身所遵循的方向（即，横向于在管道11之间的正常流动方向）的方向且部分地也沿竖直方向而增加；即，物质LS被两个补偿元件13₁和13₂吸收，这两个补偿元件普遍地经历了压缩，分别为一个补偿元件经历朝向右的压缩，且另一补偿元件经历朝向左的压缩（如图中所观察）。以这种方式，检测部分14不经历机械应力，由此保障了其几何完整性以及发射和反射角度的正确性，如先前已解释的。同样在这种情况下，在物质LS的解冻随后，补偿元件13₁和13₂的主体40可再次弹性地呈现其初始构型，如图20中所示。

在各种实施例中，构想了根据本发明提供的保护布置结构，使得装置的主体的支承检测部分14的部分可以在液体物质的可能的体积增加随后而相对于同一主体的另一个部分从第一位置移位到第二位置，该移位由补偿元件的可弹性变形的主体的弹性变形允许。

在图22和图23中示意性地图示了这种类型的实施例。图22的装置1具有与先前描述的实施例的结构在很大程度上类似的结构。第一个不同之处由以下事实表示：传感器主体7相对于液压主体3以被引导的方式联接；即，它可以相对于后者以受控的方式移位。为此目的，可在所讨论的两个主体之间提供合适的引导器件，这些引导器件使得一个主体能够相对于另一主体例如以基本上可伸缩的方式轴向滑动。在该示例中，传感器主体7作为引导被主体发挥功能，而液压主体3作为引导主体发挥功能，并且为此目的具有在高度上显露更多的部分4。

更特别地，参考图22，侧向地界定杯形部分4的外围壁4’高于先前所示外围壁，以便能够环绕（gird）外壳主体8的下部分8a，其中与先前实施例的情况不同，外壳主体8没有固定到液压主体3。

如先前已解释的，考虑到传感器主体7优选地固定到外壳主体8，将理解，主体8相对于主体3的轴向移位导致传感器主体7相对于主体3的随之而来的轴向移位，并且反之亦然。

为了实现这种移位，优选的是，装置1的主体设想了另外的外主体部分（例如，空心的或在任何情况下被成形为以便容纳补偿元件和/或与补偿元件协作），诸如由50标示的主体部分且下文中也被限定为“外主体”。在该示例中，外主体50具有顶壁51和相应的外围壁52，该外围壁优选地是圆柱形的并且包围外壳主体8的上部分8b。外主体50固定到液压主体3；在该示例中，外主体50的壁52具有突出部或凸缘52a，该突出部或凸缘固定到主体3的杯形部分4的外围壁4’的顶部。

在该示例中，属于保护布置结构的补偿元件由弹性元件表示，该弹性元件设置在主体50和主体8之间并且安装成以便将主体8和相关联的主体7朝向主体3的内部推动（或至少将它们保持在那里），特别地其中主体8的部分8a的下端支承在主体3的壁4b的上端上。在所示具体情况下，补偿元件由弹簧13₃表示，该弹簧具有优选地由金属材料制成的主体40₃。在优选实施例（诸如，举例说明的优选实施例）中，弹簧13₃是碟形弹簧，不过它也可能是为该目的设计的某种其他类型的弹簧，诸如板或波形弹簧或螺旋弹簧。在该示例中，碟形弹簧13₃设置在主体50的顶壁51和外壳主体8的上盖10之间，优选地处于至少轻微预加载的条件下，但显然，该弹簧可被不同地定位或由多个弹簧或其他弹性元件代替。壁51和盖10之间的容纳空间可以至少部分地被成形为限定用于弹簧13₃的定位座12₃。

这种布置结构使得由弹簧13₃表示的补偿元件的动作具有将传感器主体7保持在第一轴向操作位置中的作用。

关于光学检测的形态，装置1的操作与先前已经描述的操作类似。

图22图示了物质LS处于液体状态的情况，而图23图示了物质LS冻结以及因此其随之而来的体积增加的情况。同样在这种情况下，已故意夸大了物质LS的体积增加，以便使得能够更清楚地理解保护布置结构的工作原理。

如从图23可注意到，物质LS的体积增加具有向上推动传感器主体7及因此与其相关联的外壳主体8的作用，从而克服由弹簧13₃构成的补偿元件的弹性反作用力。为此目的，弹簧13₃具有预定的反作用力，特别地为的是在装置1的正常操作条件期间不允许其自身经历压缩以及相反地在异常条件（诸如，液体冻结）下允许其自身经历压缩（为此设想补偿系统开始起作用）的预定的反作用力。

因此，主体8可以相对于固定的主体部分向上滑动，即，既相对于主体3（相对于杯形部分4以基本上可伸缩的方式）又相对于外主体50，其中碟形弹簧13₃逐渐变平。当然，可在主体3和8之间、和/或主体3和7之间、和/或主体8和50之间提供合适的引导器件，以用于精确地引导必要的相对轴向移位且同时防止角运动或旋转运动。

将了解，由于传感器主体7在图23中举例说明的第二轴向位置中的移位，检测部分14和/或界面壁7a没有由于物质LS的体积增加而受到机械应力，由此保障了其几何完整性，如在先前举例说明的其他实施例中那样。将同样了解，在物质LS的解冻过程中，即，当推力由于冰而减小和/或停止时，弹簧13₃将趋向于弹性地重新呈现其初始构型，由此导致主体7-8返回到图22中所示它们相应的初始位置中。

应注意，作为传感器主体7相对于固定的液压主体3的所描述的运动的替代方案，该装置的结构可被构想呈用于实现反向移位，即，其中液压主体有可能相对于固定的传感器主体进行运动。

图24和图25图示了另外的可能实施例，其中装置1的保护布置结构的操作基本上基于关于参考图22和图23所描述的实施例阐述的相同原理，即，基于支承检测部分14的主体部分克服可以弹性方式变形的补偿元件的动作的受控移位的可能性。

同样在该示例中，属于保护布置结构的补偿元件由弹性元件表示，该弹性元件设置在主体50和8之间并且安装成以便将主体8和相关联的主体7推入液压主体3中或将它们保持在那里，特别地其中主体8的下部分8a的下端支承在主体3的壁4b的上端上。

与图22至图23的情况相比，发生改变的是补偿元件（此处由弹性环形元件表示）的类型及其在主体8和50之间的位置。前面提及的弹性环形元件也可以作为垫圈操作：因此将了解，在各种实施例中，至少一个补偿元件可以由密封元件等构成。

在图24中举例说明的情况下，因此，补偿元件是由13₄标示的弹性环形元件（例如，O形圈类型），其优选地由弹性体材料或弹性聚合物制成，其也可表现得像垫圈一样并且还确保流体不透性。该环形元件13₄可完全与由32标示的密封元件类似：然而，尽管元件32基本上被设计成确保主体3和7之间沿径向方向的流体不透性，但是环形元件13₄不一定必须执行密封功能并且被设计成沿轴向方向弹性地压缩，特别地为了根据本发明的补偿的目的。

参考所示示例，环形元件13₄设置在外壳主体8的外部上，特别地在对应座12₄（此处由形成在主体8自身的部分8a和8b之间的台阶提供）处并且以便在上方与外主体50的外围壁52的凸缘52a接触。如可注意到的，在环形元件13₄沿轴向方向不被压缩的情况下，它将主体8和相关联的主体7朝向液压主体3的内部推动或将它们保持在那里，处于与已经关于图21描述的操作位置类似的第一操作位置中。

图25示意性地图示了物质LS冻结以及因此随之而来的其体积增加的情况。如可注意到的，同样在这种情况下，物质LS的体积增加具有向上推动传感器主体7以及因此与其相关联的外壳主体8的作用，从而克服环形元件13₄的弹性反作用力。因此，主体8可以既相对于主体3又相对于外主体50向上滑动，其中环形元件13₄沿轴向方向逐渐被压缩并沿径向方向扩展。同样在这种情况下，有可能在主体3和8之间、和/或主体3和7之间、和/或主体8和50之间提供合适的器件，以用于引导必要的相对轴向移位且同时防止它们的角运动或旋转运动。

由于传感器主体7在图25中举例说明的第二轴向位置中的移位，检测部分14和/或界面壁7a不经历任何机械应力，由此保障了它们的/它的几何完整性，如在先前举例说明的其他实施例中那样。还将了解，在物质LS的解冻过程中，垫圈13₄将趋向于以弹性方式再次呈现其轴向扩展的初始构型，由此导致主体7-8返回到图24中所示它们相应的初始位置中。

将同样了解，在图24至图25中所示类型的实施例中，考虑到补偿元件相反可以被多个可轴向变形的弹性元件代替，它不一定必须由弹性环形元件构成，例如设置成沿着主体部分8的周界或圆周彼此相距一段距离。

从这个角度来看，例如，在被限定在主体8的部分8a和8b之间的台阶处，可提供座，这些座将相应的螺旋弹簧或其他弹力元件（例如，橡胶垫）的下端容纳在它们内部，相反，凸缘52a的下表面支承在所述弹簧或其他弹力元件的下端上。

弹性环形元件13₄也可被环形主体或由弹性体材料制成的多个弹性元件代替，所述多个弹性元件与主体50和8中的至少一者共模制或包覆模制在主体50和8中的至少一者上。同样，由弹性体材料制成的环形主体（例如，呈膜的形式）可包覆模制在主体3和8中的至少一者上，或者包覆模制在两个主体3和8之间（例如，作为元件13₄的代替物），由此使外主体50的存在不是严格必需的。

如上所述，根据本发明的传感器装置的保护布置结构的至少一个补偿元件可由弹性元件构成，该弹性元件也呈密封元件等形式。从这个角度来看，用于保证装置主体的不同部分之间的液压密封的同一个元件可作为补偿元件发挥功能。

例如，图26至图27图示了一个实施例，其中参考图24至图25所描述的类型的元件13₄既用作主体8和50之间的密封元件又用作补偿元件，并且省略了先前实施例的密封元件32。在这种类型的应用中，并且与密封元件32不同，元件13₄预先布置成还普遍地在主体8和50之间提供轴向类型的密封。

图26图示了与图24中所示条件类似的条件，其中不同之处在于：在这种情况下，由于没有提供密封元件32，因此处于液体状态的物质LS可以穿透到存在于主体3、7、8和50之间的间隙中一直到垫圈13₄的座12₄，该垫圈的轴向密封动作防止物质LS朝向主体8的上部分8b（即，朝向主体50的内部）通过。应注意，考虑到由垫圈26施加在主体7和8之间的密封动作，物质LS甚至不能穿透到这些主体中。

相反，图27图示了液体物质LS冻结以及因此随之而来的其体积增加的情况。如在图25的情况中那样，物质LS的体积增加具有向上推动传感器主体7及因此与其相关联的外壳主体8的作用，从而克服补偿和密封元件13₄的弹性反作用力。因此，主体8可以既相对于主体4又相对于外主体50向上滑动，其中垫圈13₄沿轴向方向经历逐渐压缩且同时沿径向方向扩展，从而确保主体3、8、50之间的必要的密封。同样在这种情况下，当然可在主体3和8之间、和/或主体3和7之间、和/或主体8和50之间提供合适的器件，以用于引导必要的相对轴向移位且同时防止其角运动或旋转运动。

就先前描述的实施例而言，由于传感器主体7在图27中举例说明的第二轴向位置中的移位，检测部分14不经历机械应力，并且在物质LS的解冻过程中，补偿和密封元件13₄将趋向于以弹性方式再次呈现其沿轴向方向扩展的初始构型，由此导致主体7-8返回到图26中所示相应的初始位置中。

同样在这种情况下，补偿和密封元件13₄可以可能地被由弹性体材料制成的环形主体代替，该环形主体被共模制或包覆模制在主体50和8之间、或主体3和8之间（在后一种情况下，外主体50的存在可能不是必要的）。

应再次参考图24至图25和图26至图27的实施例指出，外主体50的凸缘52a可被直接由液压主体3限定的功能上类似的部分（例如，在液压主体3的外围壁4’的上区域处）代替。因此，从这个角度来看，补偿和密封元件13₄也可被理解为在主体8和主体3之间协作。

在甚至更一般的意义上，可提供垫圈或类似元件，其功能与先前由13₄标示的垫圈或类似元件（甚至是包覆模制类型，如已经提到的）相同，以用于在固定的主体部分（诸如，主体3和/或主体50）和可移动的主体部分（诸如，主体7和/或主体8）之间作为补偿元件或作为补偿和密封元件操作。例如，将了解，执行图26至图27的元件13₄的功能的垫圈或补偿元件可在功能上设置在主体3和7之间，其中对后者进行了简单的几何修改。

应再次指出，考虑到外主体50在图24至图25和图26至图27的实施例的情况下可以被环形螺母或类似的环形元件代替，外主体50（如果设想的话）不一定必须具有盒状结构，该环形螺母或类似的环形元件可以固定在液压主体3上，例如具有在外部上环绕壁4’的上区域的相应部分；在这样的情况下，例如，所讨论的两个主体之间的固定可以是螺纹类型的，或具有卡口联接。

垫圈或密封元件32和/或13₄将优选地具有基本上为椭圆形的横截面，即使其基本上为圆形或基本上为正方形的横截面并不被排除在本发明的范围之外。

显然，可由本文中通过示例描述的光学传感器装置所属分支的技术人员做出许多修改，而由此不脱离本发明的范围。对于本领域技术人员而言同样明显的是，即使与先前示例中所描述的特性不同，关于一个实施例所描述的单独的特性也可用在本文中所描述的其他实施例中。

所描述的形成本发明的主题的光学传感器装置可以进行明显的结构修改——例如，与其光学布置结构的预定的临界角和/或类型相联系——用于检测燃料的特性和/或用于区分燃料的混合物，诸如汽油-乙醇混合物或柴油-生物柴油混合物，或者用于检测对燃料或通用液体的可能的污染。此外，如已经提及的，根据本发明的传感器装置也可以在除机动车辆之外的设备中得到应用。

已特别参考用于检测在通用管道中流动的液体物质的特性的装置描述了本发明，但是如上所述，本发明背后的原理可以用于提供可以应用于液体物质的容器（诸如，罐）的光学传感器装置。同样，也可在这样的光学传感器的情况下应用本发明，即，这些光学传感器使其操作基于除反射角变化之外的原理或者具有不同于质量或浓度检测的目的。

还应指出，不一定必须将光学辐射的发射器和接收器两者都与装置的检测部分相关联。例如，在可能的变型实施例中，装置可包括两个空间上不同的检测部分，经历检测的物质在这两个检测部分之间流动，所述至少一个发射器与一个部分相关联，且所述至少一个接收器与另一部分相关联。因此，本发明还可仅涉及所描述类型的装置的一些部分，诸如光学传感器，该光学传感器包括对光学辐射透明的至少一个主体部分以及与至少一个补偿元件相关联的光学发射器和光学接收器中的至少一者。

根据本发明的装置的补偿元件或至少一个补偿元件还可由其主体部分（例如，用于主体7和8之间的连接的部分）的变薄部分构成，或者在任何情况下均可预先布置成像弹性元件一样操作，以便使得保护布置结构能够以参考图22至图23、图24至图25或图26至图27所描述的方式进行操作，即，以便使得支承光学布置结构14的主体部分能够进行可逆移位。

在具有可移动传感器主体的装置的型式中，补偿元件可包括弹簧或类似的弹性元件，该弹簧或类似的弹性元件在体积或压力增加的物质的推力作用下经历延伸，并且因此在物质解冻或恢复到正常操作压力时将传感器主体朝向其初始位置拉动（即，以与举例说明的方式相反的方式工作的弹簧）。

本发明背后的原理也可应用于除液体之外的流体物质（例如，气体）的情况，所述流体物质在冻结的情况下和/或在压力跃变的情况下经受体积增加。如已提及的，所描述的保护布置结构还可以用于防止在装置的更精细液压部分内的物质由于过压而导致的可能的体积增加。

Claims

1.一种用于检测流体物质的至少一种特性的光学传感器装置，所述光学传感器装置（1）包括具有至少一个检测部分（14）的装置主体（2），敏感光学部分与所述检测部分相关联，所述敏感光学部分包括光学辐射（R_e、R_r）的发射器（20）和接收器（21）中的至少一者，

其中，所述至少一个检测部分（14）由对所述光学辐射（R_e、R_r）透明的材料制成，并且具有内表面（23a、23b）和外表面（15），所述外表面（15）被设计成与所述流体物质（LS）接触，并且所述内表面（23a、23b）被设计成与所述流体物质隔离，

其中，所述敏感光学部分的所述发射器（20）和所述接收器（21）中的所述至少一者以这样的方式光学地联接到所述检测部分（14）的所述内表面（23a、23b），使得所述光学辐射（R_e、R_r）至少部分地传播通过所述检测部分（14），特别地具有根据所述流体物质的特性可变的角度和/或强度，

所述光学传感器装置（1）的特征在于，其包括保护布置结构，所述保护布置结构被构造成用于防止所述至少一个检测部分（14）或所述装置主体（2）的由所述流体物质（LS）的体积或压力增加导致的可能的变形，特别是其内表面（23a、23b）和其外表面（15）之间的至少一者的变形或失效，

其中，所述保护布置结构包括至少一个补偿元件（13；13₁-13₂；13₃；13₄），所述补偿元件具有至少部分可弹性变形或可压缩的主体，特别地用于由此补偿所述流体物质（LS）的可能的体积或压力增加，或者用于实现所述检测部分（14）在所述流体物质（LS）的所述可能的体积或压力增加随后的可逆移位。

2.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件（13；13₁-13₂；13₄）的所述主体被设计成与所述流体物质（LS）接触。

3.根据权利要求2所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件（13；13₁-13₂；13₄）的所述主体界定用于包含所述流体物质（LS）或使所述流体物质（LS）流动的空间（P）的至少一个部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件包括至少两个补偿构件（13₁、13₂），每个补偿构件具有一个所述可弹性变形或可弹性压缩的主体。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件（13；13₁-13₂；13₃；13₄）为所述检测部分（14）或所述装置主体（2）的对应联接或定位部分（7d、7e、7d₁）限定至少一个联接或定位座（43、44、45）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述装置主体（2）为所述至少一个补偿元件（13；13₁-13₂；13₃；13₄）限定定位座（12；12₃；12₄）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述装置主体（2）包括：至少一个第一主体部分（3），其限定用于包含所述流体物质或用于使所述流体物质流动的空间的至少一个表面；以及第二主体部分（7），其包括所述检测部分（14），所述第一主体部分（3）和所述第二主体部分（7）被构造为联接在一起的分离的部分，其中插入了至少一个第一密封元件（26、32；26、13₄）。

8.根据权利要求7所述的光学传感器装置，其中，所述第二主体部分（7）能够在所述流体物质（LS）的所述可能的体积增加随后相对于所述第一主体部分（3）从第一位置移位到第二位置，所述移位由所述至少一个补偿元件（13₃；13₄）的所述可弹性变形的主体的弹性变形所允许。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件包括所述至少一个第一密封元件（13₄）。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件（13₃）的所述可弹性变形的主体处于与所述流体物质（LS）隔离的位置中。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿元件包括弹簧（13₃），特别地碟形弹簧。

12.根据权利要求8和11所述的光学传感器装置，其中，提供所述弹簧（13₃）以用于不断地将所述第二主体部分（7）推向所述第一位置。

13.根据权利要求7或权利要求8所述的光学传感器装置，其中，所述装置主体（2）包括被构造为与所述第一主体部分（3）和所述第二主体部分（7）分离的部分的至少一个第三主体部分（8；50），所述第三主体部分（8；50）联接到所述第一主体部分（3），其中插入了至少一个相应的弹性元件（13₄），所述第三主体部分（8；50）优选地限定用于所述检测布置结构的除所述敏感光学部分之外的一个或多个部件（PCB、31）的壳体的至少一部分。

14.根据权利要求13所述的光学传感器装置，其中，所述至少一个补偿构件包括所述弹性元件（13₄），所述弹性元件优选地被构造为环形密封元件。

15.一种用于检测流体物质的至少一种特性的光学传感器装置，所述光学传感器装置（1）包括具有至少一个检测部分（14）的装置主体（2），敏感光学部分与所述检测部分相关联，所述敏感光学部分包括光学辐射（R_e、R_r）的发射器（20）和接收器（21）之间的至少一者，

其中，所述至少一个检测部分（14）由对所述光学辐射（R_e、R_r）透明的材料制成，并且具有至少一个表面（15），所述表面被设计成与所述流体物质（LS）接触，

其中，所述敏感光学部分的所述发射器（20）和所述接收器（21）中的所述至少一者光学地联接到所述检测部分（14）的至少一个表面（23a、23b），

所述光学传感器装置（1）的特征在于，其包括用于保护所述至少一个检测部分（14）和/或所述装置主体（2）的至少一个部分的布置结构，所述保护布置结构预先布置成用于防止源自所述流体物质的可能的体积和/或压力增加的对所述装置的损坏。

16.一种用于检测流体物质的至少一种特性的光学传感器装置，所述光学传感器装置（1）包括具有至少一个检测部分（14）的装置主体（2），敏感光学部分与所述检测部分相关联，所述敏感光学部分包括光学辐射（R_e、R_r）的发射器（20）和接收器（21）之间的至少一者，

所述光学传感器装置（1）的特征在于，它包括保护布置结构，所述保护布置结构包括至少一个可弹性变形或可压缩的主体（40），所述主体被构造成用于防止所述至少一个检测部分（14）的可能的损坏或变形或失效，其中：

- 所述至少一个检测部分（14）至少部分地由选自以下各者的材料制成：环烯烃共聚物（COC）或聚砜（PSU）或聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE）或玻璃或二氧化硅或包含硅的材料；以及

- 所述可弹性变形或可弹性压缩的主体（40）包括弹性体材料或弹性和/或可压缩聚合物，所述弹性体材料或弹性和/或可压缩聚合物具有：

- 体积模量，其被包括在0.1 MPa和1 GPa之间，优选地被包括在0.2 MPa和100 Mpa之间，非常优选地被包括在0.5 MPa和10 MPa之间，特别是被包括在1 MPa和5 MPa之间；和/或

- 硬度，其在5肖氏A和100肖氏A之间，优选地在10肖氏A和70肖氏A之间，非常优选地在15肖氏A和30肖氏A之间；和/或

- 硅酮材料或硅酮弹性体或液态硅酮橡胶（LSR）或氟代液态硅酮橡胶（FLSR），优选地双组分材料或双组分硅酮；和/或

- 聚合物，其与所述装置主体（2）的至少一个部分共模制或包覆模制在所述装置主体（2）的至少一个部分上。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的光学传感器装置，其包括以下各者中的至少一者：

- 至少一个管状部分（5、6），其设置有至少一个液压连接器（5a、6a），优选地快速联接类型的或包括至少一个插塞或类似的阻挡构件或者被设计成用于相对于液压用户回路的至少一个管道经由焊接或胶合进行固定；

- 可弹性变形或可压缩的主体（40）的至少一个部分，所述部分的形状与所述装置主体（2）的至少一部分基本上互补或适合于与所述装置主体（2）的至少一部分联接；

- 在补偿元件（13）和所述装置主体（2）的至少一个部分之间的用于定位和/或固定的器件；以及

- 可弹性变形或可压缩的主体（40），其被成形为用于引起用于所述流体物质的通道截面的减小和用于所述流体物质的通道（P）的减小中的至少一者，其优选地基本上在所述至少一个检测部分（14）处。