DE102011085319A1 - Füllstandsmessung mit gepulsten Lichtsignalen - Google Patents

Füllstandsmessung mit gepulsten Lichtsignalen

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DE102011085319A1
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Christian Seiler
Jan Schleiferböck
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Endress and Hauser SE and Co KG
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    • G01F23/0069Indicating or measuring liquid level, or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume, indicating by means of an alarm characterised by the level signal processing means particular electronic circuits for digital processing equipment

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis, das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, beschrieben. Die Vorrichtung weist eine Sendeeinheit zum Senden eines Sendelichtsignals im Pulsbetrieb in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche sowie eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtsignals auf, wobei das Empfangslichtsignal einen an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Anteil des Sendelichtsignals umfasst. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinheit auf, welche aus dem Sendelichtsignal und dem Empfangslichtsignal eine Signallaufzeit sowie den Füllstand der Flüssigkeit ableitet. Dabei emittiert die Sendeeinheit das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Flüssigkeit einen in die Flüssigkeit eindringenden Signalanteil des Sendelichtsignals vollständig oder annähernd vollständig absorbiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis, das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis, das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
  • Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten.
  • Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress+Hauser hergestellt und vertrieben.
  • Zur Messung des Füllstands in Behältnissen, die ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sind, wird unter anderem Pulslaufzeitverfahren eingesetzt. Bei der Füllstandsmessung mittels eines Pulslaufzeitverfahrens wird ein gepulster Lichtstrahl an der Flüssigkeitsoberfläche im Tank reflektiert, und das reflektierte Lichtsignal wird detektiert.
  • Allerdings ist insbesondere bei Wasser und wässrigen Medien der reflektierte Anteil des einfallenden Lichtsignals nicht sehr intensitätsstark. Häufig wird dieser reflektierte Anteil des Lichtstrahls, der die eigentliche Information über den Füllstand beinhaltet, von wesentlich intensitätsstärkeren Signalanteilen überstrahlt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Füllstandsmessung mittels gepulsten Lichtsignalen zur Verfügung zu stellen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 11 angegebenen Merkmale.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis, das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, weist eine Sendeeinheit zum Senden eines Sendelichtsignals im Pulsbetrieb in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche sowie eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Empfangslichtsignals auf, wobei das Empfangslichtsignal einen an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Anteil des Sendelichtsignals umfasst. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinheit auf, welche aus dem Sendelichtsignal und dem Empfangslichtsignal eine Signallaufzeit sowie den Füllstand der Flüssigkeit ableitet. Dabei emittiert die Sendeeinheit das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Flüssigkeit einen in die Flüssigkeit eindringenden Signalanteil des Sendelichtsignals vollständig oder annähernd vollständig absorbiert.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Füllstandsmessung emittiert die Sendeeinheit ein Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorption der Flüssigkeit für das Licht vergleichsweise hoch ist. Daher kann das Licht nicht nennenswert in die Flüssigkeit eindringen. Infolge der hohen Absorption erscheint die Flüssigkeit für das Licht intransparent.
  • Da das Sendelichtsignal infolge der hohen Absorption die Flüssigkeit nicht mehr durchdringen kann, treten keinerlei Reflexe des Lichts am Boden oder an Wänden des Behältnisses mehr auf. Bei den Lösungen des Stands der Technik sind insbesondere in wässrigen Medien häufig derartige Lichtreflexe aufgetreten. Insbesondere der am Tankboden auftretende Reflex war häufig sehr intensitätsstark und hat die an der Flüssigkeitsoberfläche auftretende Reflektion häufig deutlich überstrahlt. Entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Sendelichtstahl die Flüssigkeit wegen der hohen Absorption nicht mehr durchdringen, und deshalb tritt kein störender Tankbodenreflex mehr auf.
  • Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung ist eine geeignete Wahl des für das Sendelichtsignal verwendeten Wellenlängenbereichs. Dieser Wellenlängenbereich sollte in Abhängigkeit von der verwendeten Flüssigkeit so gewählt werden, dass die Lichtabsorption in diesem Wellenlängenbereich vergleichsweise hoch ist. Im Beispiel von Wasser, wässrigen Lösungen und allgemein wässrigen Medien bietet sich der Einsatz von Licht im Nahinfrarotbereich an, etwa im Bereich zwischen 1400 an und 1600 nm, beispielsweise bei 1550 nm, weil Wasser im nahinfraroten Wellenlängenbereich eine deutlich höhere Absorption aufweist als im sichtbaren Wellenlängenbereich. Aber auch bei anderen Flüssigkeiten, etwa bei organischen Lösungsmitteln, kann mit Blick auf das Absorptionsspektrum der jeweiligen Flüssigkeit ein geeigneter Wellenlängenbereich ausgewählt werden, in dem die Lichtabsorption der verwendeten Flüssigkeit vergleichsweise hoch ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Auswertung des an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Signalanteils erleichtert, weil dieser Signalanteil nicht mehr von anderen Signalanteilen überstrahlt wird. Dadurch wird eine einfachere und genauere Auswertung der Laufzeit und des Füllstands möglich. Insbesondere können durch störende Lichtreflexe verursachte Auswertungsfehler vermieden werden.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Messanordnung für eine Füllstandsmessung mittels Laser im sichtbaren Wellenlängenbereich;
  • 2 ein gepulstes Sendesignal sowie ein gepulstes Empfangssignal bei einer Pulslaufzeitmessung;
  • 3 die Absorption von Wasser bzw. Eis als Funktion der Lichtwellenlänge;
  • 4 eine Messanordnung für eine Füllstandsmessung mittels Laser im nahinfraroten Wellenlängenbereich;
  • 5A, 5B zwei verschiedene Anordnungen von Sende- und Empfangsdiode;
  • 5C eine Füllstandsmessung mit aufgeweitetem Laserstrahl;
  • 5D ein Empfangssignal für eine Flüssigkeit, welches zusätzlich einen durch Nebel, Dampf, Rauch, Staub oder sonstige Partikel verursachten Anteil zeigt;
  • 6 eine Messschaltung zur Ermittlung der Signallaufzeit durch hochfrequente Echtzeitabtastung; und
  • 7 eine Messschaltung zur Ermittlung der Signallaufzeit unter Verwendung eines Time-to-Digital-Converters (TDC).
  • In 1 ist eine Messvorrichtung zur Füllstandsmessung mittels Laser in einem klaren, wässrigen Medium gezeigt. Das Ziel der Messung ist es, den Füllstand der wässrigen Lösung 1 in dem Tank 2 zu bestimmen. Zur Bestimmung des Abstands zwischen der Laserdiode 3 und der Flüssigkeitsoberfläche wird vorzugsweise ein Pulslaufzeitverfahren eingesetzt, das häufig auch als „Time-of-Flight”-Verfahren oder TOF-Verfahren bezeichnet wird. Die Laserdiode 3 wird im Pulsbetrieb betreiben, und anhand der Laufzeit der Laserpulse wird der Abstands zur Flüssigkeitsoberfläche bestimmt. Bei dem bisher verwendeten Messverfahren emittiert die Laserdiode 3 einen Laserstrahl 4 im sichtbaren Bereich, beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen etwa 500 nm und 900 nm. Ein Teil des Laserstrahls 4 wird an der Flüssigkeitsoberfläche 5 reflektiert, und der reflektierte Strahl 6 wird von einer Empfangsdiode 7 empfangen und ausgewertet.
  • Allerdings enthalten klare wässrige Flüssigkeiten keine oder nur wenig Schwebeteilchen. Aus diesem Grund ist die Reflektion an der Flüssigkeitsoberfläche vergleichsweise gering. Daher wird der Laserstrahl 4 nur zu einem kleinen Teil an der Flüssigkeitsoberfläche 5 reflektiert, während der weit überwiegende Anteil 8 des eintreffenden Laserstrahls 4 nicht an der Flüssigkeitsoberfläche 5 reflektiert wird, sondern die Flüssigkeit 1 durchdringt. Dieser transmittierte Anteil 8 des eintreffenden Laserstrahls 4 wird am Tankboden 9 reflektiert, und es entsteht ein reflektierter Laserstrahl 10 von hoher Intensität. Der reflektierte Laserstrahl 10, welcher eine hohe Intensität aufweist, überlagert sich mit dem relativ schwachen, an der Flüssigkeitsoberfläche 5 reflektierten Laserstrahl 6. Infolge dieser Überlagerung detektiert die Empfangsdiode 7 in erster Linie die Pulse des am Tankboden 9 reflektierten Laserstrahls 10. Daher ist es in wässrigen Lösungen schwierig bis unmöglich, die Laufzeit des vergleichsweise schwachen reflektierten Signalanteils 6 hinreichend genau zu bestimmen, denn der reflektierte Signalanteil 6 wird von dem intensitätsstarken Tankbodenreflex überstrahlt bzw. der Tankbodenreflex wird aufgrund seiner Intensität anstatt des Reflexes an der Flüssigkeitsoberfläche als Messwert angenommen.
  • In 2 ist der Ablauf der Pulslaufzeitbestimmung nochmals schematisch dargestellt. Bei einem Pulslaufzeitverfahren werden von der Laserdiode 3 in regelmäßigen Zeitintervallen Laserpulse einer gewissen Dauer ausgesandt. Diese Laserpulse 200, 201, 202 sind im oberen Teil von 2 als Funktion der Zeit dargestellt. Typischerweise wird eine Pulsfrequenz im Bereich von 10 bis 50 kHz verwendet, so dass der Zeitabstand 203 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen ungefähr 20 μs bis 100 μs beträgt. Demgegenüber ist die Dauer 204 der Pulse vergleichsweise kurz, beispielsweise im Bereich von 1 bis 30 ns. Die Dauer 204 der Laserpulse muss aus Gründen der Augensicherheit relativ kurz gewählt werden. Da die Laserleistung während der Pulse 200 bis 202 typischerweise 1–60 W beträgt, muss das Puls-Pause-Verhältnis so gewählt werden, dass die für die Augensicherheit maßgebliche mittlere Abstrahlleistung im Bereich von ca. 1 mW liegt.
  • Im unteren Teil von 2 ist das von der Empfangsdiode detektierte reflektierte Lasersignal als Funktion der Zeit aufgetragen. Das reflektierte Lasersignal umfasst die reflektierten Laserpulse 205, 206, 207. Jeder der Laserpulse 205, 206, 207 ist gegenüber dem entsprechenden Laserpuls 200, 201, 202 des abgestrahlten Lasersignals um eine Zeitspanne 208 verzögert, die der Laufzeit auf dem Weg von der Laserdiode 3 zur Flüssigkeitsoberfläche 5 und zurück zur Empfangsdiode 7 entspricht. Durch Erfassen und Auswerten des Zeitintervalls 208 kann daher der Füllstand im Tank 2 ermittelt werden, sofern die Auswertung nicht durch die wesentlich intensitätsstärkeren Reflexe am Tankboden unmöglich gemacht wird. Die Dauer 204 der Laserpulse liegt im Bereich von 1–30 ns, und insofern ergibt sich für die räumliche Ausdehnung der Laserpulse eine charakteristische Länge von ca. 0,3 m bis 9 m. Da diese Ausdehnung der Laserpulse relativ lang ist im Vergleich zu den typischen Dimensionen des Tanks 2, kommt es meist zu einem Überlapp des am Tankboden reflektierten Signals und des an der Flüssigkeitsoberfläche 5 reflektierten Signals, wobei das am Tankboden reflektierte Signal eine deutlich höhere Intensität aufweist. Insbesondere in Edelstahltanks ist der Tankbodenreflex sehr intensitätsstark. Im unteren Teil von 2 sind die am Tankboden reflektierten intensitätsstarken Pulse 209, 210, 211 zusätzlich zu den Pulsen 205, 206, 207 gestrichelt eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass durch die intensitätsstarken Pulse 209211, die sich mit den intensitätsschwachen Pulsen 205207 überlappen, die Ermittlung der Signallaufzeit der Pulse 205207 erschwert bzw. unmöglich gemacht wird. Überlappen sich die beiden Pulse nicht, muss die Auswerteeinheit die mitunter schwierige Entscheidung treffen, welches der beiden Signale den tatsächlichen Füllstand darstellt.
  • Bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird daher vorgeschlagen, einen Laserstrahl in einem Wellenlängenbereich zu verwenden, bei dem die Absorption des Laserlichts durch die im Tank befindliche Flüssigkeit vergleichsweise hoch ist. Dadurch ist die Flüssigkeit für den Laserstrahl intransparent. Der eintreffende Laserstrahl kann daher die Flüssigkeit nicht mehr durchdringen, und daher entfällt der Reflex des Laserstrahls am Tankboden. Durch den Wegfall des störenden Tankbodenreflexes wird die Auswertung der Laufzeitmessung deutlich vereinfacht.
  • In 3 ist die Absorption von Wasser und Eis als Funktion der Wellenlänge gezeigt. Dabei stellt die durchgezogene Kurve die Absorption von Wasser dar, während die gestrichelte Kurve die Absorption von Eis angibt. Die entlang der Hochachse aufgetragene Absorption entspricht dem Imaginärteil des komplexen Brechungsindexes. Es ist zu erkennen, dass die Absorption im sichtbaren Wellenlängenbereich, beispielsweise im Bereich zwischen 500 nm und 900 nm, vergleichsweise gering ist. Der sichtbare Wellenlängenbereich ist in 3 als Intervall 300 eingezeichnet.
  • In 3 ist zu erkennen, dass im Nahinfrarotbereich (NIR-Bereich) bei einer Wellenlänge von ca. 1470 nm ein Maximum in der Absorption auftritt. Im Bereich zwischen etwa 1400 nm und 1600 nm, also im Nahinfrarotbereich, ist die Absorption der Flüssigkeit um einen Faktor 50 höher als im sichtbaren Wellenlängenbereich. Anhand von 3 kann erkannt werden, dass der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex im Wellenlängenbereich zwischen etwa 1400 nm und 1600 nm größer ist als 2·10–5. Wenn der Imaginärteil des Brechungsindex derart hoch ist, bedeutet dies, dass das Licht in diesem Wellenlängenbereich vollständig oder annähernd vollständig durch Wasser bzw. durch eine wässrige Lösung absorbiert wird. Für Licht im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm ist Wasser bzw. eine wässrige Lösung daher im Wesentlichen intransparent. Ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge in diesem Wellenlängenbereich kann das Wasser nicht durchdringen. Der nahinfrarote Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm ist in 3 als Intervall 301 eingezeichnet.
  • In 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Füllstandsmessung bei wässrigen Flüssigkeiten gezeigt, bei der die Füllstandsmessung mittels eines Laserstrahls im nahinfraroten Wellenlängenbereich durchgeführt wird, beispielsweise im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm. Zur Erzeugung des Laserstrahls ist eine NIR-Laserdiode 400 vorgesehen, die einen Laserstrahl 401 im nahinfraroten Wellenlängenbereich emittiert. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Laserstrahl 401 um einen gepulsten Laserstrahl mit einem Pulsschema wie in 2A gezeigt, welcher sich insbesondere zur Laufzeitbestimmung entsprechend einem Pulslaufzeitverfahren eignet. Um den Füllstand von Wasser bzw. wässriger Lösung 402 im Tank 403 zu bestimmen, wird der Laserstrahl 401 auf die Flüssigkeitsoberfläche 404 gerichtet. Da das Wasser bzw. die wässrige Lösung 402 im nahinfraroten Wellenlängenbereich eine hohe Absorption aufweist, ist das Wasser bzw. die wässrige Lösung 402 für den Laserstrahl 401 im Wesentlichen intransparent. Der Laserstrahl 401 kann daher das Wasser bzw. die wässrige Lösung 402 nicht durchqueren, und es kommt daher nicht zur Ausbildung eines Tankbodenreflexes am Boden des Tanks 403. Dagegen weist der reflektierte Laserstrahl 405 eine vergleichsweise hohe Intensität auf. Der reflektierte Laserstrahl 405 gelangt zur Empfangsdiode 406, welche dazu ausgelegt ist, Licht im nahinfraroten Wellenlängenbereich zu detektieren. Zusätzlich zu der gerichteten Reflexion in Richtung zur Empfangsdiode 406 hin beinhaltet die Reflexion an der Flüssigkeitsoberfläche 404 auch eine diffuse Reflexion, bei der das eintreffende Licht in alle Raumrichtungen zurückreflektiert wird. In 4 ist dies durch die Pfeile 407 veranschaulicht. In der Empfangsdiode 406 werden die zurückreflektierten Laserpulse detektiert. Durch Auswerten der Laufzeit der Laserpulse kann der Füllstand im Tank 403 bestimmt werden. Hierzu kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, die ausgehend von dem ausgesendeten Laserstrahl 401 und dem an der Flüssigkeitsoberfläche 404 reflektierten Laserstrahl 405 die Laufzeit der Laserpulse und somit den Abstand der Flüssigkeitsoberfläche 404 von der Messapparatur ermittelt.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Empfangsdiode 406 um eine Indium-Gallium-Arsenid(InGaAs)-Empfangsdiode, welche Laserpulse im nahinfraroten Wellenlängenbereich mit der erforderlichen zeitlichen Auflösung detektieren kann. Bei der Empfangsdiode 406 kann es sich insbesondere um eine PIN-Diode in Indium-Gallium-Arsenid-Technologie handeln. PIN-Dioden werden in Sperrrichtung betrieben und dabei mit einer Spannung von 10 bis 15 V vorgespannt. Alternativ zu einer PIN-Diode kann auch eine Avalanche-Diode in Indium-Gallium-Arsenid-Technologie eingesetzt werden, deren Funktionsweise auf dem sogenannten Lawineneffekt beruht. Beim Eintreffen von Licht kommt es zur Erzeugung von Ladungsträgern, wobei die Zahl der Ladungsträger infolge des Lawineneffekts rapide ansteigt. Avalanche-Dioden werden mit einer vergleichsweise hohen Spannung von 80 V bis 150 V betrieben. Infolge des lawinenartigen Anwachsens der Zahl von Ladungsträgern können mit Hilfe einer Avalanche-Diode auch vergleichsweise geringe Lichtintensitäten detektiert werden.
  • Der Einsatz von Licht im nahinfraroten Spektralbereich zwischen etwa 1400 nm und 1600 nm hat darüber hinaus den Vorteil, dass in diesem Wellenlängenbereich ohne Gefährdung der Augensicherheit höhere Lichtintensitäten verwendet werden können. Der Grund dafür ist, dass die Strahlung im nahinfraroten Wellenlängenbereich schlechter bzw. nicht mehr durch den Augenkörper zur Netzhaut durchdringt, als dies bei Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich der Fall ist. Daher können im nahinfraroten Wellenlängenbereich Laserstrahlen mit bis zu 10-fach höherer Lichtintensität als im sichtbaren Bereich eingesetzt werden, ohne die Augensicherheit der Benutzer zu gefährden. Durch die hierdurch mögliche höhere Intensität des Laserstrahls 401 und des reflektierten Laserstrahls 405 kann die Pulslaufzeitbestimmung genauer und zuverlässiger durchgeführt werden. Zusätzlich erweitert sich durch die höhere Laserleistung die Reichweite der Messeinrichtung, und insofern können auch Messungen in größeren Tanks durchgeführt werden. Darüber hinaus wird infolge der höheren Laserleistung die Durchdringung von verschmutzten Optiken, verschmutzten Frontscheiben oder verschmutzten Schaugläsern verbessert. Außerdem wird die Durchdringung einer mit Nebel, Dampf, Rauch, Staub oder sonstigen Partikeln angereicherten Tankatmosphäre verbessert.
  • In den 5A und 5B sind zwei unterschiedliche Möglichkeiten gezeigt, wie die Laserdiode und die Empfangsdiode in einer Füllstandsmessvorrichtung angeordnet werden können. Bei der in 5A gezeigten Möglichkeit sind die Laserdiode 500 und die Empfangsdiode 501 nebeneinander angeordnet, so dass sich ein gewisser seitlicher Versatz zwischen der Laserdiode 500 und der Empfangsdiode 501 ergibt. Die Laserdiode 500 wird dabei so ausgerichtet, dass der reflektierte Strahl zur Empfangsdiode 501 gelangt.
  • In 5B ist eine zweite Möglichkeit gezeigt, bei der die Laserdiode 502 und die Empfangseinheit 503 koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Laserdiode 502 im Zentrum angeordnet und rundum von der Empfangseinheit 503 umgeben. Der von der Laserdiode 502 ausgesandte Laserstrahl wird auf dem Weg zur Flüssigkeitsoberfläche und zurück geringfügig aufgeweitet, und der aufgeweitete reflektierte Laserstrahl kann von der konzentrisch zur Laserdiode 502 angeordneten Empfangseinheit 503 detektiert werden. Bei der in 5B gezeigten koaxialen Bauform wird ein seitlicher Versatz zwischen Laserdiode und Empfangseinheit vermieden. Daher ist die in 5B gezeigte koaxiale Bauform für einen vollkommen senkrechten Einfall des Laserlichts auf der Wasseroberfläche geeignet.
  • In einer Produktionsumgebung sind Tanks und Behältnisse für Flüssigkeiten in der Regel nicht statisch mit einer bestimmten Menge an Flüssigkeit befüllt. Tanks und Behältnisse weisen in der Regel mindestens einen Zulauf sowie mindestens einen Ablauf auf. Über den mindestens einen Zulauf und den mindestens einen Ablauf werden dem Tank zum Teil auch größere Mengen an Flüssigkeit zugeführt bzw. entnommen. Die Flüssigkeitsoberfläche ist daher überwiegend oder ständig in turbulenter Bewegung, so dass ein auf der Flüssigkeitsoberfläche auftreffender Laserstrahl punktgenau zurückreflektiert wird. Um auch bei turbulenten Flüssigkeitsoberflächen eine zuverlässige Detektion des Füllstands zu ermöglichen, wird der zur Füllstandsmessung verwendete Laserstrahl vor dem Auftreffen auf der Flüssigkeitsoberfläche aufgeweitet.
  • In 5C ist eine Füllstandsmessung gezeigt, welche mit einem aufgeweiteten Laserstrahl durchgeführt wird. Hierzu wird der von der Laserdiode 504 erzeugte Laserstrahl mittels einer geeigneten Optik 505 aufgeweitet, so dass auf der unter Umständen turbulenten Flüssigkeitsoberfläche 506 ein im Wesentlichen runder oder ovaler Bereich 507 von dem einfallenden Laserlicht beaufschlagt wird. Dieser runde oder ovale Bereich 507 kann beispielsweise einen Durchmesser von 10 cm bis 15 cm haben. Die Empfangsdiode 508 ist relativ zur Flüssigkeitsoberfläche 506 und zu dem bestrahlten Bereich 507 so angeordnet, dass das Laserlicht bei ruhiger Flüssigkeitsoberfläche zur Empfangsdiode 508 hin reflektiert wird. Wenn die Flüssigkeitsoberfläche 506 turbulent ist, wird zumindest ein Teil der eintreffenden Lichtintensität in Richtung zur Empfangsdiode 508 reflektiert. Zwar ist die empfangene Intensität infolge der Aufweitung des Laserstrahls auf einen Bruchteil der ursprünglichen Intensität des Laserstrahls verringert. Allerdings können im nahinfraroten Bereich so hohe Laserintensitäten verwendet werden, dass die an der Empfangsdiode 508 ankommende Lichtintensität immer noch ausreicht, um die Laufzeit der Laserpulse zuverlässig zu detektieren. Unter Umständen ist es auch zulässig, die Intensität des aufgeweiteten Laserstrahls über den für die Augensicherheit maßgeblichen Grenzwert hinaus zu erhöhen, weil durch die Aufweitung des Laserstrahls die räumliche Konzentration der Lichtintensität und somit auch die Gefahr für die Augen verringert wird. Insofern kann durch die Aufweitung des eintreffenden Laserstrahls auch bei turbulenten Flüssigkeitsoberflächen, wie sie beispielsweise durch den Zufluss und Abfluss von Flüssigkeit verursacht werden, eine zuverlässige Füllstandsmessung durchgeführt werden.
  • Wenn die Tankatmosphäre mit mindestens einem von Nebel, Dampf, Rauch, Staub und sonstigen Partikeln angereichert ist, erhält man bei der Bestimmung des Füllstands mittels des Pulslaufzeitverfahrens die in 5D gezeigte charakteristische Kurve 509. Auf der Rechtsachse ist die Laufzeit der Laserpulse aufgetragen, während auf der Hochachse die zur jeweiligen Laufzeit gehörige Intensität des Empfangssignals aufgetragen ist. In der Kurve 509 ist ein relativ breiter Peak 510 von geringer Intensität zu erkennen. Dieser Peak 510 ist durch mindestens eines von Nebel, Dampf, Rauch, Staub und sonstigen Partikeln in der Tankatmosphäre verursacht. Außerdem ist ein relativ schmaler, aber intensitätsstarker Peak 511 zu erkennen, der durch die Reflexion der Laserpulse an der Flüssigkeitsoberfläche verursacht ist. Da sich Nebel, Dampf, Rauch, Staub oder sonstige Partikel oberhalb der eigentlichen Flüssigkeitsoberfläche befinden, befindet sich der dadurch verursachte breite Peak 510 bei kürzeren Laufzeiten als der durch die Flüssigkeitsoberfläche verursachte Peak 511.
  • Bei der Füllstandsmessung mittels eines Pulslaufzeitverfahrens ist es notwendig, den zeitlichen Versatz zwischen dem ausgesendeten Laserpuls und dem empfangenen Laserpuls möglichst genau zu bestimmen, denn dieser zeitliche Versatz zwischen Sendepuls und Empfangspuls entspricht der Signallaufzeit. Zur Bestimmung dieses Zeitintervalls gibt es eine Reihe verschiedener Möglichkeiten, die im Folgenden anhand der 6 und 7 genauer erläutert werden.
  • Entsprechend einer ersten Möglichkeit zur Bestimmung des zeitlichen Versatzes zwischen Sendepuls und Empfangspuls wird das Empfangssignal mit einer vergleichsweise hohen Abtastrate zeitlich hochaufgelöst abgetastet, um auf diese Weise die zeitliche Lage des Empfangspulses relativ zum Sendepuls zu ermitteln. In 6 ist eine entsprechende Schaltung zur hochaufgelösten Echtzeitabtastung des Empfangssignals in Form eines Blockschaltbilds gezeigt.
  • Die Schaltung umfasst einen Oszillator 600, der dazu ausgelegt ist, ein Pulsfrequenzsignal 601 mit einer Pulsfrequenz in der Größenordnung von 10 bis 50 kHz zu erzeugen. Das Pulsfrequenzsignal 601 dient als Grundlage für die Erzeugung des gepulsten Sendesignals. Das Pulsfrequenzsignal 601 wird einem Pulsformer 602 zugeführt, der ein Ansteuersignal 603 für die Laserdiode 604 erzeugt. Die Laserdiode 604 strahlt ein entsprechend dem Ansteuersignal 603 gepulstes Lasersignal 605 ab, das an der Flüssigkeitsoberfläche 606 reflektiert wird. Das reflektierte Lasersignal 607 wird von der Empfangsdiode 608 detektiert. Das so erhaltene gepulste Empfangssignal 609 wird dem Analog-/Digital-Wandler 610 zugeführt. Im Analog-/Digital-Wandler 610 wird das gepulste Empfangssignal 609 mit einer hochfrequenten Abtastrate abgetastet. Die Abtastfrequenz fADC kann beispielsweise im Bereich von 200 MHz bis 3 GHz liegen. Zur Erzeugung der Abtastfrequenz fADC ist ein Frequenzvervielfacher 611 vorgesehen, dem das vom Oszillator 600 erzeugte Pulsfrequenzsignal 601 als Basis zugeführt wird. Der Frequenzvervielfacher 611 ist dazu ausgelegt, die Pulsfrequenz mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor m zu vervielfachen, um auf diese Weise eine hochfrequente Abtastfrequenz fADC zu erzeugen. Für diese Abtastfrequenz fADC gilt: fADC = f × m, wobei f die Pulsfrequenz bezeichnet, und wobei m der Multiplikationsfaktor ist. Die vom Frequenzvervielfacher 611 erzeugte Abtastfrequenz fADC wird dem Analog-/Digital-Wandler 610 zugeführt, welcher das gepulste Empfangssignal 609 entsprechend dieser Abtastfrequenz fADC abtastet und auf diese Weise eine Folge von Abtastwerten 612 generiert.
  • Zur weiteren Auswertung dieser Folge von Abtastwerten 612 und insbesondere zur Ermittlung des Zeitversatzes zwischen Sendepuls und Empfangspuls ist ein Mikrokontroller 613 vorgesehen. Dem Mikrokontroller 613 wird die vom Analog-/Digitalwandler 610 erzeugte Folge von Abtastwerten 612 zugeführt. Dem Mikrokontroller 613 wird darüber hinaus auch das vom Oszillator 600 erzeugte Pulsfrequenzsignal 601 sowie die vom Frequenzvervielfacher 611 erzeugte Abtastfrequenz fADC zugeführt. Durch Vergleich der Folge von Abtastwerten 612 mit dem Pulsfrequenzsignal 601 kann der Mikrokontroller 613 den zeitlichen Versatz zwischen Sende- und Empfangspulsen und somit die Laufzeit des gepulsten Lasersignals bestimmen.
  • Zur Verbesserung der Genauigkeit dieser Laufzeitmessung kann auf Seiten der Laserdiode eine zusätzliche Empfangsdiode 614 vorgesehen sein, die den Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung der Laserpulse erfasst. Das von der zusätzlichen Empfangsdiode 614 gelieferte Signal 615 wird dem Frequenzvervielfacher 611 zugeführt.
  • Mit Hilfe der in 6 gezeigten Echtzeitabtastung kann durch die Verwendung von Abtastfrequenzen fADC im Bereich von 200 MHz bis 3 GHz eine Ortsauflösung von 50 mm bis 75 cm bei der Füllstandsmessung erzielt werden. Je genauer der Füllstand gemessen werden soll, desto höhere Frequenzen sind bei der Abtastung erforderlich. Bei der in 6 gezeigten Schaltung liegt die Herausforderung also in der Verarbeitung von hohen Taktfrequenzen und Datenraten. Die Bestimmung der Laufzeit mittels Echtzeitabtastung bietet den Vorteil einer vollen Mehrzielfähigkeit, es können also reflektierte Laserpulse von mehreren Zielen gleichzeitig erfasst und ausgewertet werden. Ein weiterer Vorteil der Echtzeitabtastung ist, dass die Laserleistung optimal ausgenutzt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass es sich bei der Echtzeitabtastung um ein vergleichsweise robustes Messverfahren handelt.
  • Gemäß einer weiteren Möglichkeit wird der zeitliche Abstand zwischen Sendepuls und Empfangspuls mittels eines Time-to-Digital-Converters (TDC) erfasst. Als „Time-to-Digital-Converter” werden elektronische Baugruppen bezeichnet, die kurze Zeitintervalle messen und mit sehr guter zeitlicher Auflösung (besser als 1 ns) in eine digitale Ausgabe umwandeln. Beispielsweise sind Time-to-Digital-Converter (TDC) erhältlich, die dazu ausgelegt ist, Zeitintervalle mit einer Zeitauflösung von 50 ps bis 250 ps zu messen.
  • In 7 ist eine Schaltung in Form eines Blockschaltbilds gezeigt, bei der die Signallaufzeit mit Hilfe eines Time-to-Digital-Converters bestimmt wird.
  • Zu Beginn der Messung sendet der Time-to-Digital-Converter 700 einen Triggerimpuls 701 an einen Mikrokontroller 702, woraufhin der Mikrokontroller 702 einen Steuerpuls 703 zur Laserdiode 704 übermittelt. Die Laserdiode 704 strahlt einen Laserpuls 705 ab, der an der Flüssigkeitsoberfläche 706 reflektiert wird. Der reflektierte Laserpuls 707 wird von der Empfangsdiode 708 detektiert und in ein Empfangssignal 709 umgesetzt. Das Empfangssignal 709 wird zunächst durch einen Verstärker 710 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor automatisch geregelt wird (Automatic Gain Control, AGC). Das verstärkte Empfangssignal 711 wird einem Schwellwertschalter 712 zugeführt. Der Schwellwertschalter 712 vergleicht den Pegel des verstärkten Empfangssignals 711 mit einem vorgegebenen Schwellwert und ändert bei Überschreiten des Schwellwerts den logischen Pegel des Signals 713. Das Signal 713 wird dem Time-to-Digital-Converter 700 zugeführt. Während der anfängliche Triggerimpuls 701 als Startimpuls für die Zeitmessung dient, dient das Ausgangssignal 713 als Stoppimpuls für die Zeitmessung. Der Time-to-Digital-Converter 700 liefert einen digitalen Messwert 714. Bei geeigneter Einstellung des Schwellwerts des Schwellwertschalters 712 repräsentiert der digitale Messwert 714 die Dauer des Zeitintervalls zwischen Sendepuls und Empfangspuls und somit die Laufzeit des Laserpulses.
  • Auch bei der in 7 gezeigten Laufzeitmessung mittels Time-to-Digital-Converter kann auf Seiten der Laserdiode 704 optional eine zusätzliche Empfangsdiode 715 vorgesehen sein, die den Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung der Laserpulse erfasst und über eine Signalleitung 716 zum Time-to-Digital-Converter 700 übermittelt. Der Time-to-Digital-Converter 700 kann diesen Zeitpunkt als Startimpuls für die Laufzeitmessung verwenden.
  • Die Verwendung eines Time-to-Digital-Converters zur Bestimmung der Laufzeit hat den Vorteil, dass pro Laserpuls ein zugehöriges Messergebnis für die Laufzeit des Laserpulses bestimmt werden kann. Die maximale Messrate entspricht der Pulsrate des gepulsten Laserstrahls, und insofern ermöglicht die Verwendung eines Time-to-Digital-Converters eine Messung mit hoher Datenrate. Die Leistung des Lasers wird optimal ausgenutzt. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung der Wellenlängenbereich des ausgesendeten Lichtsignals so gewählt ist, dass störende Reflektionen an Boden oder Wänden des Behältnisses vermieden werden, weist das Empfangssignal 709 weniger Störanteile auf als bisher. Auswertungsfehler, die durch Störanteile hervorgerufen wurden, können so vermieden werden.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis (403), das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit (402) gefüllt ist, wobei die Vorrichtung aufweist eine Sendeeinheit (400) zum Senden eines Sendelichtsignals (401) im Pulsbetrieb in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche (404), eine Empfangseinheit (406) zum Empfangen eines Empfangslichtsignals (405), das einen an der Flüssigkeitsoberfläche (404) reflektierten Anteil des Sendelichtsignals umfasst, eine Auswerteeinheit, welche aus dem Sendelichtsignal (401) und dem Empfangslichtsignal (405) eine Signallaufzeit sowie den Füllstand der Flüssigkeit ableitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (400) das Sendelichtsignal (401) in einem Wellenlängenbereich emittiert, in dem die Flüssigkeit (402) einen in die Flüssigkeit eindringenden Signalanteil des Sendelichtsignals (401) vollständig oder annähernd vollständig absorbiert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Sendeeinheit emittiert das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Flüssigkeit für Licht vollständig oder annähernd vollständig intransparent ist; die Sendeeinheit emittiert das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorption der Flüssigkeit für Licht so hoch ist, dass der in die Flüssigkeit eindringender Signalanteil beim Durchdringen der Flüssigkeit vollständig oder annähernd vollständig absorbiert wird. die Sendeeinheit emittiert das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex der Flüssigkeit größer ist als 2·10–5; die Sendeeinheit emittiert das Sendelichtsignal in einem Wellenlängenbereich, in dem die Absorption der Flüssigkeit für Licht so hoch ist, dass der in die Flüssigkeit eindringende Signalanteil vor Erreichen von Boden oder Wand des Behältnisses vollständig oder annähernd vollständig absorbiert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Reflektionen des in die Flüssigkeit eindringenden Signalanteils an Wand oder Boden des Behältnisses infolge der Absorptionseigenschaften der Flüssigkeit vollständig oder annähernd vollständig unterdrückt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit um Wasser oder um eine wässrige Lösung oder um ein wässriges Medium handelt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, das Sendelichtsignal im nahinfraroten Wellenlängenbereich auszusenden; die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, das Sendelichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm auszusenden; die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, das Sendelichtsignal bei einer Wellenlänge von etwa 1550 nm auszusenden; bei dem Sendelichtsignal handelt es sich um ein Lichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm, in dem Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein wässriges Medium für das Sendelichtsignal intransparent ist; bei dem Sendelichtsignal handelt es sich um ein Lichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm, wobei in diesem Wellenlängenbereich der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex der Flüssigkeit größer ist als 2·10–5; bei dem Sendelichtsignal handelt es sich um ein Lichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm, wobei in diesem Wellenlängenbereich die Absorption durch Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein wässriges Medium um ein Vielfaches höher ist als im sichtbaren Wellenlängenbereich.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Sendeeinheit umfasst einen Laser; die Sendeeinheit umfasst eine Laserdiode; die Sendeeinheit umfasst eine Laserdiode zur Erzeugung eines Sendelichtsignals im Nahinfrarotbereich; die Empfangseinheit umfasst eine InGaAs-Empfangsdiode; die Empfangseinheit umfasst eine PIN-Diode oder eine Avalanche-Diode in InGaAs-Technologie.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, das Sendelichtsignal im Pulsbetrieb mit einer Pulsfrequenz von 10 bis 50 kHz auszusenden; im Sendelichtsignal weisen die Pulse des Sendelichtsignals eine Länge zwischen 1 ns und 30 ns auf; im Sendelichtsignal weisen die Pulse des Sendelichtsignals eine Leistung von bis zu 100 Watt auf; eine gemittelte Leistung des Sendelichtsignals im gewählten Wellenlängenbereich ist durch einen in Hinblick auf Augensicherheit zulässigen Höchstwert begrenzt; die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, das Sendelichtsignal im nahinfraroten Wellenlängenbereich auszusenden, wobei die in Hinblick auf die Augensicherheit zulässige gemittelte Leistung im nahinfraroten Wellenlängenbereich um ein Vielfaches höher ist als die in Hinblick auf die Augensicherheit zulässige gemittelte Leistung im sichtbaren Wellenlängenbereich.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, einen aufgeweiteten Sendelichtstrahl auszusenden, der an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird; die Sendeeinheit ist dazu ausgelegt, einen aufgeweiteten Sendelichtstrahl auszusenden, der an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert wird, wobei durch die Aufweitung des Lichtstrahls sichergestellt ist, dass auch bei Turbulenz der Flüssigkeit zumindest ein Teil der auf der Flüssigkeitsoberfläche einfallenden Intensität zur Empfangseinheit hin reflektiert wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, die Laufzeit und den Füllstand mittels eines Pulslaufzeitverfahrens zu bestimmen.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eines von folgenden: die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, die Signallaufzeit durch eine Echtzeitabtastung zu ermitteln; die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, die Signallaufzeit durch eine Echtzeitabtastung mit einer Abtastfrequenz im Bereich von 200 MHz bis 3 GHz zu ermitteln; die Auswerteeinheit umfasst einen hochauflösenden Zählerbaustein, insbesondere einen Time-to-Digital-Converter zur Bestimmung der Signallaufzeit; die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, die Signallaufzeit und den Füllstand mittels eines hochauflösenden Zählerbausteins, insbesondere mittels eines Time-to-Digital-Converters zu bestimmen.
  11. Verfahren zur Messung eines Füllstands in einem Behältnis (403), das ganz oder teilweise mit einer Flüssigkeit (402) gefüllt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aussenden eines Sendelichtsignals (401) im Pulsbetrieb durch eine Sendeeinheit (400) in Richtung zur Flüssigkeitsoberfläche (404); Empfangen eines Empfangslichtsignals (405) durch eine Empfangseinheit (406), wobei das Empfangslichtsignal (405) einen an der Flüssigkeitsoberfläche (404) reflektierten Anteil des Sendelichtsignals (401) umfasst; Auswerten des Sendelichtsignals (401) und des Empfangslichtsignals (405) und Ableiten einer Signallaufzeit sowie des Füllstands der Flüssigkeit (402); dadurch gekennzeichnet, dass das Sendelichtsignal (401) in einem Wellenlängenbereich ausgesendet wird, in dem ein in die Flüssigkeit (402) eindringender Signalanteil des Sendelichtsignals (401) vollständig oder annähernd vollständig durch die Flüssigkeit (402) absorbiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: das Sendelichtsignal wird in einem Wellenlängenbereich ausgesendet, in dem die Flüssigkeit für Licht vollständig oder annähernd vollständig intransparent ist; das Sendelichtsignal wird in einem Wellenlängenbereich ausgesendet, in dem die Absorption der Flüssigkeit für Licht so hoch ist, dass ein in die Flüssigkeit eindringender Signalanteil beim Durchdringen der Flüssigkeit vollständig oder annähernd vollständig absorbiert wird; das Sendelichtsignal wird in einem Wellenlängenbereich ausgesendet, in dem der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex der Flüssigkeit größer ist als 2·10–5; das Sendelichtsignal wird in einem Wellenlängenbereich ausgesendet, in dem die Absorption der Flüssigkeit für Licht so hoch ist, dass ein in die Flüssigkeit eindringende Signalanteil vor Erreichen von Boden oder Wand des Behältnisses vollständig oder annähernd vollständig absorbiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Reflektionen eines in die Flüssigkeit eindringenden Signalanteils an Wand oder Boden des Behältnisses infolge der Absorptionseigenschaften der Flüssigkeit vollständig oder annähernd vollständig unterdrückt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit um Wasser oder um eine wässrige Lösung oder um ein wässriges Medium handelt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: das Sendelichtsignal wird im nahinfraroten Wellenlängenbereich ausgesendet; das Sendelichtsignal wird im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm ausgesendet; das Sendelichtsignal wird bei einer Wellenlänge von etwa 1550 nm ausgesendet; bei dem Sendelichtsignal handelt es sich um ein Lichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm, in dem Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein wässriges Medium für das Sendelichtsignal intransparent ist; bei dem Sendelichtsignal handelt es sich um ein Lichtsignal im Wellenlängenbereich zwischen 1400 nm und 1600 nm, in dem die Absorption durch Wasser oder eine wässrige Lösung oder ein wässriges Medium um ein Vielfaches höher ist als im sichtbaren Wellenlängenbereich.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007043741A1 (de) * 2007-09-10 2009-03-12 Eppendorf Ag Optisches Sensorsystem an einer Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten
US20100006786A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Institut National D'optique Method and apparatus for optical level sensing of agitated fluid surfaces
JP2011174713A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Photonic Science Technology Inc 水面検知方法及び水面検知装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007043741A1 (de) * 2007-09-10 2009-03-12 Eppendorf Ag Optisches Sensorsystem an einer Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten
US20100006786A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 Institut National D'optique Method and apparatus for optical level sensing of agitated fluid surfaces
JP2011174713A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Photonic Science Technology Inc 水面検知方法及び水面検知装置

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