DE10039765A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Füllhöhe eines Füllmediums in einem Tank - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Füllhöhe (41) eines Füllmediums (40) in einem Tank (80), welche eine Lichtsendeeinheit (30), eine Lichtempfangseinheit (60) und eine Signalverarbeitungseinrichtung (120) aufweist, der von der Lichtempfangseinheit (60) erzeugte Lichtempfangssignale zuführbar sind, und durch die die Lichtempfangssignale auswertbar sind, wobei die Lichtsendeeinheit (30) räumlich separiert unter Ausbildung eines Zwischenraums, in den das Füllmedium (40) eintretbar ist, zu der ihr zugeordneten Lichtempfangseinheit (60) angeordnet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine Anzahl Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) der Lichtsendeeinheit (30) und/oder eine Anzahl Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) der Lichtempfangseinheit (60) jeweils in Meßrichtung in definierten Abständen zueinander angeordnet sind, so daß durch diese Anordnung der Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) und/oder der Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) über den derart ausgebildeten endlichen Meßbereich (20) ein füllhöhenabhängiges Lichtempfangssignal meßbar ist, aus dem durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) die Füllhöhe (41) des Füllmediums (40) ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Füllhöhe eines Füllmediums in einem Tank, welche eine Lichtsendeeinheit, eine Lichtempfangseinheit und eine Signalverarbeitungseinrichtung aufweist, der von der Lichtempfangseinheit erzeugte Lichtempfangssignale zuführbar sind, und durch die die Lichtempfangssignale auswertbar sind, wobei die Lichtsendeeinheit räumlich separiert unter Ausbildung eines Zwischenraums, in den das Füllmedium eintretbar ist, zu der ihr zugeordneten Lichtempfangseinheit angeordnet ist.

Vorrichtungen zur optischen Bestimmung des Befüllungsgrads von Tanks sind bekannt.

Die DE 32 47 192 A1 beschreibt eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung, die über einen ersten Lichtwellenleiter verfügt, der einer Lichtquelle zugeordnet ist, sowie über einen zweiten Lichtwellenleiter, der einem Lichtdetektor zugeordnet ist. Beide Lichtwellenleiter sind in den Tank geführt und ihre Enden innerhalb des Tanks sind über einen transparenten Verbindungskörper miteinander verbunden. Die Funktionsweise dieser bekannten Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung beruht auf dem Prinzip der Totalreflexion: Befindet sich der transparente Verbindungskörper oberhalb des Füllpegels des Tanks, so daß er nicht in das Füllmedium eingetaucht ist, so wird das aus dem ersten Lichtwellenleiter in den transparenten Verbindungskörper geleitete Licht an diesem totalreflektiert und in den zweiten Lichtwellenleiter geleitet. Befindet sich der Verbindungskörper unterhalb des Füllpegels, so daß er in die Flüssigkeit eingetaucht ist, so tritt keine Totalreflexion auf und das Licht wird in die Flüssigkeit dispergiert. Der Lichtdetektor mißt dadurch nur dann einen Lichtempfang, wenn der Verbindungskörper nicht in das Füllmedium eingetaucht ist. Aus diesem vom Lichtdetektor erzeugten Lichtempfangssignal kann deshalb nur ermittelt werden, ob der transparente Verbindungskörper in die Flüssigkeit eingetaucht ist oder nicht, daß heißt, es findet nur eine punktuelle, aber keine sich über einen endlichen Meßbereich erstreckende Messung statt. Mit der bekannten Vorrichtung ist es somit in nachteiliger Art und Weise nicht möglich, die Füllhöhe des Füllmediums im Tank über einen endlichen Meßbereich zu messen.

Ein ebenfalls nach dem Prinzip der Totalreflexion arbeitender Lichtleiterflüssigkeitssensor ist aus der DE 37 33 464 A1 bekannt. Dabei wird Licht in ein Senderfaserkabel geleitet und einer Sensorspitze zugeführt. Diese Sensorspitze ist wiederum so gestaltet, daß Totalreflexion an ihrer Oberfläche auftritt, wenn diese Oberfläche nicht in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Wenn die Oberfläche in die Flüssigkeit eingetaucht ist, so wird das Licht in die Flüssigkeit dispergiert. Totalreflektiertes Licht wird über ein Rücklauffaserkabel zu einem Fotodetektor geleitet, wo ein Signal erzeugt wird, das elektronisch verarbeitet wird. Die Sensorspitze ist mit einem Überzug versehen, der verhindert, daß an der Sensorspitze Flüssigkeit haften bleibt, die das Meßergebnis verfälscht. Auch mit diesem Sensor ist in nachteiliger Art und Weise nur eine einzige vorgegebene Füllstandshöhe meßbar.

Eine weitere, das Prinzip der Totalreflexion verwendende Anordnung zur Erfassung eines Flüssigkeitsstandes ist aus der DE 37 16 538 A1 bekannt. Diese Anordnung weist einen Sensorkörper auf, in den Licht einer Lichtquelle einspeisbar ist, welches an der Grenzfläche zwischen dem Sensorkörper und dem Umgebungsmedium totalreflektiert wird, so daß es durch einen Lichtempfänger empfangen werden kann, wenn der Sensorkörper nicht in die Flüssigkeit eingetaucht ist. In nachteiliger Art und Weise ist auch diese Anordnung nur dafür geeignet, ein Signal zu erzeugen, welches angibt, ob eine Flüssigkeit in einem Tank eine bestimmte Füllstandshöhe erreicht oder nicht.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Füllhöhe des Füllmediums über einen endlichen Meßbereich meßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Anzahl Lichtsender der Lichtsendeeinheit und/oder eine Anzahl Lichtdetektoren der Lichtempfangseinheit jeweils in Meßrichtung in definierten Abständen zueinander angeordnet sind, so daß durch diese Anordnung der Lichtsender und/oder der Lichtdetektoren über den derart ausgebildeten endlichen Meßbereich ein füllhöhenabhängiges Lichtempfangssignal meßbar ist, aus dem durch die Signalverarbeitungseinrichtung die Füllhöhe des Füllmediums ermittelbar ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß über einen endlichen Meßbereich die Füllhöhe des Füllmediums im Tank charakterisierende Lichtempfangssignale ermittelbar sind. Aus diesen Lichtempfangssignalen kann durch die Signalverarbeitungseinrichtung die Füllhöhe des Füllmediums im Tank über den vorgegebenen Meßbereich bestimmt werden. Durch eine geeignete geometrische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Meßbereich an die jeweiligen Anforderungen anpaßbar, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Füllhöhe eines Füllmediums in einem Tank einsetzbar ist, bei dem über einen großen Meßbereich die Füllhöhe bestimmbar sein muß, wie z. B. beim Einsatz als Tanksensor im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß durch die Signalverarbeitungseinrichtung die Lichtsender der Lichtsendeeinheit einzeln oder in Gruppen ein- und ausschaltbar sind. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß für jeden Lichtsender bzw. für jede Gruppe von Lichtsendern ein füllhöhenabhängiges Lichtempfangssignal meßbar ist, so daß aus dieser Anzahl von füllhöhenabhängigen Lichtempfangssignalen eine genauere Auswertung der Füllhöhe durchführbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß durch die Signalverarbeitungseinrichtung die Lichtdetektoren einzeln oder in Gruppen auf Lichtempfang abfragbar sind. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß für unterschiedliche Höhen über einem Tankboden Lichtempfangssignale meßbar sind, so daß eine Lichtempfangssignalverteilung ermittelbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß jedem Lichtsender, vorzugsweise in gleicher Höhe über dem Tankboden, gegenüberliegend ein Lichtdetektor angeordnet ist. Dadurch werden in vorteilhafter Art und Weise für verschiedene, durch die Geometrie der Vorrichtung vorgegebene Höhen über dem Tankboden Lichtschranken ausgebildet, so daß für eine Anzahl von Höhen über dem Tankboden durch jeden Detektor ein Lichtempfangssignal für vom gegenüberliegenden Lichtsender ausgesendetes Licht ermittelbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die Lichtsender durch die Steuereinheit in vorgegebenen Zeitabständen nacheinander ein- und ausschaltbar sind und/oder daß die Lichtdetektoren durch die Steuereinheit in vorgegebenen Zeitabständen nacheinander auf Lichtempfang abfragbar sind, und daß durch die Auswerteeinheit ein zeitlicher Mittelwert der Füllhöhe bestimmbar ist. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß punktuelle zeitliche Schwankungen der Füllhöhe weitgehend herausgemittelt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Lichtsender in ein transmissives Material eingebettet sind, an dessen Grenzfläche zu einem Umgebungsmedium für das ausgesandte Licht Totalreflexion auftritt, wenn das Umgebungsmedium nicht das Füllmedium ist. Dadurch wird in vorteilhafter Art und Weise eine Anzahl von Lichtschranken ausgebildet, deren Lichtempfangssignal besonders einfach auswertbar und in die Füllhöhe umrechenbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Lichtsender als LEDs ausgebildet sind. Dies hat die Vorteile, daß LEDs als Lichtsender nur wenig Energie benötigen, daß sie aufgrund ihrer geringen Größe eng beabstandet anordbar sind, und daß aufgrund ihrer geringen benötigten elektrischen Spannung beim Einsatz in Kraftstofftanks bei einem elektrischen Defekt keine Gefahr der Entzündung des leicht entflammbaren Kraftstoffs besteht.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von LEDs als Lichtsender besteht darin, daß durch die geringen Abmessungen der LEDs eine hohe Packungsdichte der Lichtsender erzielbar ist, mit der Folge, daß die hohe Packungsdichte in einer hohen Auflösung bei der Erfassung der Füllstandshöhe resultiert.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Lichtsendeeinheit nur einen oder einige wenige Lichtsender aufweist, durch die der Meßbereich ausleuchtbar ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil einer besonders kostengünstigen Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Lichtempfangseinheit nur einen oder einige wenige Lichtsensoren aufweist. Diese Maßnahme resultiert ebenfalls in einer besonders kostengünstigen Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Selbstkalibrierung bei einer bestimmten Füllstandshöhe, vorzugsweise bei der maximalen Füllstandshöhe, durchführbar ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch Alterungseinflüsse des Füllmediums und/oder der Lichtsender der Lichtsendeeinheit und/oder der Lichtempfänger der Lichtempfangseinheit besonders einfach berücksichtigt und gegebenenfalls eliminiert werden können.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem hohlen Meßstab angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Vorrichtung beim Ein- und Ausbau in einem Tank leicht handhabbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Tanks mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer in einem Tank 80 eingesetzten Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Füllhöhe 41 eines Füllmediums 40 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Lichtsendeeinheit 30 und eine Lichtempfangseinheit 60 auf, die zueinander derart beabstandet sind, daß das Füllmedium 40 in einen Zwischenraum Z zwischen der Lichtsendeeinheit 30 und der Lichtempfangseinheit 60 der Vorrichtung 1 eintretbar ist. Die Lichtsendeeinheit 30 der Vorrichtung 1 weist eine Anzahl von Lichtsendern 31-35 auf, die voneinander beabstandet verteilt über einen dadurch festgelegten Meßbereich 20 angeordnet sind. Die von den über der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 im Tank 80 liegenden Lichtsendern 34, 35 ausgestrahlten Lichtstrahlen 30' gelangen im wesentlichen ungeschwächt zu der Lichtempfangseinheit 60, während die von den unterhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 liegenden Lichtsendern 31-33 ausgesandten Lichtstrahlen 30' teilweise von dem im Zwischenraum Z zwischen der Lichtsendeeinheit 30 und der Lichtempfangseinheit 60 befindlichen Füllmedium 40 geschwächt werden. Verändert sich nun die Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 im Tank 80, so verändert sich auch die Anzahl der Lichtsender 31-35, welche sich oberhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 bzw. unterhalb dieser Füllhöhe 41 befinden. Da - wie bereits erwähnt - die von den nicht vom Füllmedium 40 abgedeckten Lichtsendern 34, 35 emittierten Lichtstrahlen 30' im wesentlichen nicht-abgeschwächt zu der Lichtempfangseinheit 60 gelangen, während die Lichtstrahlen 30' der vom Füllmedium 40 abgedeckten Lichtsender 31-33 vom Füllmedium 40 abgeschwächt und somit nur mit einer geringeren Lichtintensität zur Lichtempfangseinheit 60 gelangen, ist ein Ausgangssignal S der Lichtempfangseinheit 60 füllstandshöhenabhängig. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 120 ist dann leicht in der Lage, aus dem ihr zugeführten Ausgangssignal S den aktuellen Füllstand des Füllmediums 40 im Tank 80 zu berechnen.

Im obigen Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß sämtliche Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 ständig oder intermittierend Lichtstrahlen 30' aussenden. Diese Vorgangsweise zeichnet sich durch ihre besondere Einfachheit aus, sie besitzt jedoch den Nachteil, daß hierdurch ein vergleichsweise hoher Energiebedarf erforderlich ist, was natürlich in einem Kraftfahrzeug, dessen Energieressourcen begrenzt sind, nicht wünschenswert ist. Um diese für eine Vielzahl von Anwendungszwecken unbefriedigende Situation zu verbessern, wird bevorzugt, daß nicht sämtliche Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 gleichzeitig aktiv sind und ihre Lichtstrahlen 30' emittieren, sondern daß vorgesehen wird, daß jeweils nur ein einziger oder eine bestimmte Anzahl von Lichtsendern 31-35 gleichzeitig aktiv sind. Hierzu steuert die Signalverarbeitungseinrichtung 120 die einzelnen Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 selektiv mittels eines Steuersignals S' an, wobei bevorzugt wird, daß die Lichtsender 31-35 einzeln oder in Gruppen jeweils nacheinander aufleuchten. Hierdurch wird in vorteilhafter Art und Weise eine Art dynamisches Lichtschrankenband geschaffen, welches nicht nur einen energiesparenden Betrieb, sondern auch eine einfache Auswertung der von der Lichtempfangseinheit 60 empfangenen Lichtintensität ermöglicht: Die Füllstandshöhe 41 wird hierbei durch eine signifikante Änderung der gemessenen Lichtintensität repräsentiert, da eine deutliche Intensitätsänderung der transmittierten Lichtintensität auftritt, wenn nach dem obersten der unter der Füllstandshöhe 41 liegenden Lichtsender, im hier gezeigten Fall des Lichtsenders 33, der nächste, über der Füllhöhe 41 liegende Lichtsender, dessen Lichtstrahlen 30' im wesentlichen ungeschwächt zur Lichtempfangseinheit 60 gelangen, aktiviert wird.

Desweiteren geht die obige Beschreibung davon aus, daß lichtsenderseitig mehrere Lichtsender 31-35 und empfangsseitig eine nicht-ortsauflösende Lichtempfangseinheit 60 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich - wie in Fig. 2 dargestellt -, das vorgenannte Lichtschrankenprinzip in umgekehrter Weise einzusetzen, d. h., in der Lichtempfangseinheit 60 über dem Meßbereich 20 verteilt und zueinander beabstandet Lichtdetektoren 61-65 anzuordnen, wodurch eine ortsauflösende Lichtempfangseinheit 60 ausgebildet ist. Die Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 können nun wieder derart betrieben werden, daß entweder alle oder fast alle Lichtsender 31-35 kontinuierlich oder intermittierend aktiv sind, wobei dann die einzelnen Lichtdetektoren 61-65 der Lichtsendeeinheit 60 - analog zur Aktivierung der Lichtsender 31-35 der Fig. 1 - selektiv abgefragt werden.

Es ist aber auch möglich, bei den vorstehend beschriebenen Varianten zu kombinieren, indem vorgesehen ist, daß sukzessive einzelne oder Gruppen von Lichtsendern 31-35 und die ihnen zugeordneten Lichtdetektoren 61-65 aktiv sind. In diesem Fall wird dann - wie in Fig. 3 dargestellt - bevorzugt, daß jedem Lichtsender 31-35 ein Kollimator 31a-35a vorgeschaltet ist, welche die von den Lichtsendern 31-35 ausgesandten Lichtstrahlen 30' bündeln, so daß die Lichtstrahlen unter weitgehender Vermeidung von Divergenzen gebündelt zu dem dem entsprechenden Lichtsender 31-35 gegenüberliegenden Lichtdetektor 61-65 gelangen. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch in einfacher Art und Weise die Auflösegenauigkeit der beschriebenen Vorrichtung 1 verbessert wird.

Es ist aber auch möglich, anstelle der oder zusätzlich zu den Kollimatoren 31a-35a den einzelnen Lichtdetektoren 61-65 Aperturen 61a-65a vorzuschalten, die eventuell auftretendes Streulicht ausblenden und somit eine weitere Erhöhung der Ortsauflösung und damit der Genauigkeit der Füllhöhenerfassung bewirken.

in Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welches sich von den in den Fig. 1-3 beschriebenen Varianten dadurch unterscheidet, daß die Unterschiede in der Lichttransmission der Lichtstrahlen 30' über und unter der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 im Tank 80 nicht lediglich durch optische Absorptionseigenschaften des Füllmediums 40 bewirkt werden, sondern daß zusätzlich noch eine Einrichtung zur Verstärkung des Intensitätsunterschieds der von der Lichtempfangseinheit 60 empfangenen Lichtstrahlen 30' zwischen dem befüllten und dem unbefüllten Teil des Meßbereichs 20 der Vorrichtung 1 erzielbar ist, indem die unterhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 verlaufenden Lichtstrahlen 30' - zusätzlich zur im Füllmedium 40 stattfindenden Absorption - noch weiter abgeschwächt und vorzugsweise unterdrückt werden, während die oberhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 verlaufenden Lichtstrahlen 30' im wesentlichen ungeschwächt zur Lichtempfangseinheit 60 gelangen sollen. Es muß an dieser Stelle aber angemerkt werden, daß die vorstehend beschriebene Konstellation zwar bevorzugt, aber nicht zwingend ist. Vielmehr ist es auch möglich, umgekehrt zu verfahren, d. h., die über der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 verlaufenden Lichtstrahlen 30' zu schwächen bzw. zu unterdrücken.

Dieses vorstehend beschriebene Verhalten der Lichtstrahlen 30' wird nun bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß im Strahlengang der Lichtstrahlen 30' - vorzugsweise im wesentlichen nach der Lichtsendeeinheit - den Lichtsendern 31-35 eine Einrichtung 10 aus einem transmissiven Material vorgeschaltet ist, dessen Brechungsindex derart gewählt und dessen Grenzfläche 11 zum Zwischenraum Z derart gestaltet ist, daß die von den Lichtsendern 31-35 emittierten Lichtstrahlen 30' an der Grenzfläche 11 der Einrichtung 10 totalreflektiert werden, wenn der Auftreffpunkt der Lichtstrahlen 30' auf die Grenzfläche 11 oberhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 liegt, während die Lichtstrahlen 30' die Grenzfläche 11 durchdringen, wenn ihr Auftreffpunkt auf die Grenzfläche 11 unterhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 liegt. Dies wird in vorteilhafter Art und Weise dadurch erreicht, daß der Brechungsindex des transmissiven Materials der Einrichtung 10 annähernd gleich dem Brechungsindex des Füllmediums 40 ist. Ist das Füllmedium 40 Benzin oder Dieselkraftstoff, die typischerweise einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5 aufweisen, ist es von Vorteil, wenn als transmissives Material der Einrichtung 10 Plexiglas mit einem typischen Brechungsindex von 1,5 verwendet wird.

Die beschriebene Ausgestaltung der Vorrichtung 1 bewirkt nun, daß die auf die Grenzfläche 11 über der Füllhöhe 41 auftreffenden Lichtstrahlen 30' totalreflektiert werden, während bei dem Auftreffpunkt der Lichtstrahlen 30' auf der Grenzfläche 11 des transmissiven Materials der Einrichtung 10 unterhalb der Füllhöhe 41 keine Totalreflexion auftritt, so daß diese Lichtstrahlen 30' in das im Zwischenraum Z befindliche Füllmedium 40 eintreten können, und dann zur Lichtempfangseinheit 60 gelangen. Um nun die Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 ermitteln zu können, kann nun wiederum vorgesehen sein, daß die Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 kontinuierlich oder intermittierend gleichzeitig leuchten oder daß selektiv einzelne oder eine Gruppe von Lichtsendern 31-35 aktiviert wird. Es ist auch möglich, den Brechungsindex des transmissiven Materials der Einrichtung 10 derart zu wählen, daß unterhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 Totalreflexion auftritt, während über der Füllhöhe 41 auf die Grenzfläche 11 auftreffende Lichtstrahlen 30 das transmissive Material der Einrichtung 10 im wesentlichen ungehindert durchdringen können. Wie ebenfalls aus der Fig. 4 ersichtlich ist, kann wiederum vorgesehen sein, daß zwischen der Grenzfläche 11 und den Lichtsendern 31-35 wiederum Kollimatoren 31a-35a angeordnet sind, die zur Bündelung der von den Lichtsendern 31-35 emittierten Lichtstrahlen 30 dienen und in vorteilhafter Art und Weise die Ortsauflösung der Vorrichtung 1 erhöhen. Ebenfalls ist es möglich, daß beim vierten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wiederum den Lichtdetektoren 61-65 vorgelagerte Apperaturen 61a-65a vorgesehen sind, wodurch in vorteilhafter Art und Weise die Ortsauflösung der Vorrichtung 1 erhöhbar ist.

In entsprechender Art und Weise ist es ebenfalls möglich, zusätzlich oder ergänzend zu dem vor den Lichtsendern 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 angeordneten transmissiven Material 10 eine weitere Einrichtung 10' mit einem transmissiven Material (in Fig. 4 nicht gezeigt) vor den Lichtdetektoren 61-65 der Lichtempfangseinheit anzuordnen, wobei das transmissive Material der Einrichtung 10' hierbei derart ausgebildet ist, daß bei im Füllmedium 40 verlaufenden Lichtstrahlen 30' eine Totalreflexion dieser Lichtstrahlen 30' an der Grenzfläche 11' zwischen Füllmedium 40 und dem transmissiven Material 10' eintritt, während oberhalb der Füllhöhe 41 verlaufende Lichtstrahlen 30' dieses transmissive Material der Einrichtung 10' durchdringen und derart zu den Lichtdetektoren 61-65 der Lichtempfangseinheit 60 gelangen. Es ist auch durch eine entsprechende Wahl des Brechungsindex des transmissiven Materials 10' möglich, ein umgekehrtes Verhalten zu erreichen, d. h., daß Lichtstrahlen 30', die unterhalb der Füllhöhe 41 des Füllmediums 40 verlaufen, zu den Lichtdetektoren 61-65 durchgelassen werden, während Lichtstrahlen, die oberhalb der Füllhöhe 41 auf die Grenzfläche 11' auftreten, an dieser Grenzfläche 11' totalreflektiert werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung 1 ist dadurch gegeben, daß die Lichtsender 31-35 der Lichtsendeeinheit 30 in einem Plexiglasstab eingegossen sind, wobei der Plexiglasstab in seinem Mantel eine sägezahnartig ausgeführte Grenzfläche 11 aufweist, so daß für jeden einzelnen Lichtsender 31-35 Totalreflexion auftritt, wenn kein Füllmedium 40 zwischen dem jeweiligen Lichtsender 31-35 und der Lichtempfangseinheit 60 liegt. In besonders vorteilhafter Weise ist der Plexiglasstab ein Bestandteil eines hohlen, vorzugsweise zylinderförmig ausgebildeten Meßstabs 110 (nicht gezeigt), in dem die Vorrichtung 1 aufgenommen ist, so daß die Vorrichtung 1 einfach vorgefertigt und in einem Stück in den Tank 80 montiert werden kann.

Bei der obigen Beschreibung wird davon ausgegangen, daß lichtsende- und/oder lichtempfangsseitig mehrere Lichtsender und/oder Lichtempfänger vorhanden sind. Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung 1 derart auszubilden, daß jeweils nur einer oder einige wenige Lichtsender und/oder Lichtempfänger eingesetzt werden. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil einer besonders kostengünstigen Herstellbarkeit der Vorrichtung 1.

Bezüglich der Auswertung des Sensorsignals S der Lichtempfangseinheit 60 ist noch auszuführen, daß die Signalverarbeitungseinrichtung 120 derart ausgebildet ist, daß dynamische Schwankungen der Füllstandshöhe 41 im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 40 erkannt und eliminiert werden können, wobei zweckmäßigerweise auch ein Schwellwertschalter vorgesehen ist, um zu erreichen, daß anfallendes Streulicht der Lichtstrahlen 30' bei nicht ideal vorliegender Totalreflexion unterdrückt werden kann.

Außerdem kann noch vorgesehen sein, daß durch die Vorrichtung 1 eine Selbstkalibrierung bei einer bestimmten Füllstandshöhe, insbesondere bei der maximalen Füllstandshöhe, durchgeführt wird. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch Alterungseinflüsse des Füllmediums, der Lichtsender und/oder der Lichtempfänger besonders leicht berücksichtigt werden können. Außerdem können derartige Alterungseinflüsse und/oder Mikroablagerungen auf den optischen Grenzflächen korrigiert und gegebenenfalls eliminiert werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Füllhöhe (41) eines Füllmediums (40) in einem Tank (80), welche eine Lichtsendeeinheit (30), eine Lichtempfangseinheit (60) und eine Signalverarbeitungseinrichtung (120) aufweist, der von der Lichtempfangseinheit (60) erzeugte Lichtempfangssignale zuführbar sind, und durch die die Lichtempfangssignale auswertbar sind, wobei die Lichtsendeeinheit (30) räumlich separiert unter Ausbildung eines Zwischenraums, in den das Füllmedium (40) eintretbar ist, zu der ihr zugeordneten Lichtempfangseinheit (60) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) der Lichtsendeeinheit (30) und/oder eine Anzahl Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) der Lichtempfangseinheit (60) jeweils in Meßrichtung in definierten Abständen zueinander angeordnet sind, so daß durch diese Anordnung der Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) und/oder der Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) über den derart ausgebildeten endlichen Meßbereich (20) ein füllhöhenabhängiges Lichtempfangssignal meßbar ist, aus dem durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) die Füllhöhe (41) des Füllmediums (40) ermittelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) die Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) der Lichtsendeeinheit (30) einzeln oder in Gruppen ein- und ausschaltbar sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) die Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) der Lichtempfangseinheit (60) einzeln oder in Gruppen auf Lichtempfang abfragbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) gegenüberliegend ein Lichtdetektor (61, 62, 63, 64, 65) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) der Lichtsendeeinheit (30) durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) in vorgebbaren Zeitabständen nacheinander ein- und ausschaltbar sind, und/oder daß die Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) der Lichtempfangseinheit (60) durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) in vorgebbaren Zeitabständen nacheinander auf Lichtempfang abfragbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) und/oder die Lichtdetektoren (61, 62, 63, 64, 65) in einer Einrichtung (10) aus einem transmissiven Material aufgenommen sind, an deren Grenzfläche (11) zu einem Umgebungsmedium für das von den Lichtsendern (31-35) der Lichtsendeeinheit (30) ausgesandte Licht (30') Totalreflexion auftritt, wenn das Umgebungsmedium nicht das Füllmedium (40) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des transmissiven Materials (10) dem Brechungsindex des für den Tank (80) vorgesehenen Füllmediums (40) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangseinheit (60) in einer Einrichtung (10') aus einem transmissiven Material eingebettet ist, an dessen Grenzfläche (11') zu einem Umgebungsmedium für das auftretende Licht Totalreflexion auftritt, wenn das Umgebungsmedium das Füllmedium (40) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das transmissive Material der Einrichtung (10) Plexiglas ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der Einrichtung (10') aus einem transmissiven Material dem Brechungsindex des sich oberhalb der Füllhöhe (41) im Tank (80) befindlichen Mediums entspricht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfläche (11, 11') zwischen dem transmissiven Material der Einrichtung (10, 10') und dem Umgebungsmedium im Querschnitt im wesentlichen sägezahnförmig ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) der Lichtsendeeinheit (30) mit einem Kollimator (31a-35a) zur Begrenzung der Divergenz des ausgesandten Lichts und/oder mindestens ein Lichtdetektor (61, 62, 63, 64, 65) der Lichtempfangseinheit (60) mit einer Apertur (61a-65a) versehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lichtsender (31, 32, 33, 34, 35) als LED ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (120) derart ausgebildet ist, daß dynamische Schwankungen der Füllstandshöhe (41) im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (40) erkennbar und gegebenenfalls eliminierbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Signalverarbeitungseinrichtung (120) eine Selbstkalibrierung der Vorrichtung (1) bei einer definierten Füllstandshöhe durchführbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in einem hohlen Meßstab (110) angeordnet ist.

17. Tank für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Füllhöhe eines Füllmediums nach einem der Ansprüche 1 bis 16.