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Die Erfindung betrifft einen optischen Flüssigkeitssensor zur Detektion von insbesondere elektrisch leitfähiger Flüssigkeit für ein elektrisches System, umfassend eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls, einen optischen Detektor mit wenigstens einer lichtempfindlichen Fotozelle zum Detektieren des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls, und ein spiegelndes Oberflächenelement, wobei die Lichtquelle und das Oberflächenelement so angeordnet sind, dass der ausgesandte Lichtstrahl winklig auf das Oberflächenelement trifft. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur optischen Detektion von Flüssigkeiten.
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Die Detektion von einer insbesondere elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in einem elektrischen System, kann je nach Dichtigkeit und Nutzungsart des Systems notwendig sein, um eventuelle Funktionsstörungen oder Einflüsse auf die Sicherheit des Systems frühzeitig zu erkennen. Beispiele für solche elektrische Systeme sind Hochvolt-Batteriesysteme, Hochvoltbatterien, Kühlmittelbehälter, Kraftstofftanks sowie weitere elektrische Systeme, in denen der Füllstand der Flüssigkeit relevant ist.
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Bereits kleine Mengen an Flüssigkeit können die Sicherheit des Systems gefährden und müssen demnach detektiert werden können. Jedoch stellen beispielsweise geringe Mengen Flüssigkeit, beispielsweise in Form von Kondenswasser, keine Gefährdung des Systems dar und sollten somit nicht fälschlicherweise zur Stilllegung oder Reparatur des Systems führen. Eine Stilllegung des elektrischen Systems ist mitunter notwendig, da Schutzmaßnahmen kostenintensiv sind und innerhalb der technischen Grenzen des elektrischen Systems selten implementiert werden. Beispielsweise ist eine Hochvoltbatterie nicht gegen einen internen Kurzschluss abgesichert, der durch leitende Flüssigkeiten hervorgerufen werden kann.
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Typischerweise werden zur Detektion von Flüssigkeiten beispielsweise Füllstandsensoren, Foliensensoren oder Isolationsmessungen verwendet. Füllstandsensoren sind jedoch recht ungenau für kleine Flüssigkeitsmengen. Foliensensoren haben in feuchtem Ambiente oft über die Lebensdauer von mehreren Jahren aufgrund von Korrosion eine verringerte Zuverlässigkeit.
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Isolationsmessungen registrieren einen möglichen Fehler erst, wenn er bereits Einfluss genommen hat.
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DE 1235191 offenbart einen Flüssigkeitsdetektor mit einer Lichtquelle und einer lichtempfindlichen Zelle. Im direkten Strahlenverlauf zwischen Lichtquelle und Fotozelle ist ein durch zwei lichtdurchlässige Wände abgegrenzter und mit lichtdurchlässiger Leckflüssigkeit füllbarer Raum angeordnet. Durch die Anwesenheit von Flüssigkeit wird die Beleuchtungsstärke auf der Fotozelle geändert. Der Flüssigkeitsdetektor kann jedoch nur Flüssigkeit detektieren, die sich zwischen den zwei lichtdurchlässigen Wänden gesammelt hat. Die Konstruktion mit den zwei lichtdurchlässigen Wänden ist aufwendig, insbesondere wenn auch die Menge an Flüssigkeit detektiert werden soll.
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DE 10 2005 044 157 A1 offenbart einen optischen Flüssigkeitssensor mit einem strahlendurchlässigen Festkörper, der mit einem Teilbereich des Festkörpers in die zu überwachende Flüssigkeit hineinragt. Der strahlendurchlässige Festkörper weist eine Aussparung auf, welche derart ausgestaltet ist, dass ein Teil des Weges eines Lichtstrahls zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor nur in Anwesenheit von Flüssigkeit durch die zu überwachende Flüssigkeit verläuft. Der wesentliche Teil des Lichtstrahls gelangt somit nur bei vorhandener Flüssigkeit zum Lichtsensor. Der Flüssigkeitssensor kann lediglich feststellen, ob die Aussparung mit Flüssigkeit befüllt ist oder nicht. Kleine Mengen von Flüssigkeit können nicht zuverlässig detektiert werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache, kosteneffektive und zuverlässige Detektion von beliebigen Mengen an Flüssigkeit bereitzustellen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist die Lichtquelle dazu eingerichtet, einen parallelen Lichtstrahl auszusenden. Damit kann der ausgesandte Lichtstrahl besonders effektiv auf das Oberflächenelement gerichtet werden und weitet dabei nicht auf. Der ausgesandte Lichtstrahl trifft winklig auf das Oberflächenelement, das heißt der Lichtstrahl und die Oberfläche schließen einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° ein. Das spiegelnde Oberflächenelement reflektiert in Abwesenheit von Flüssigkeit den ausgesandten und auf das Oberflächenelement einfallenden Lichtstrahl im Wesentlichen vollständig. Die Lichtquelle und der Detektor sind so angeordnet, dass das Oberflächenelement in Abwesenheit von Flüssigkeit den Lichtstrahl mit voller Signalstärke auf die Fotozelle lenkt und in Anwesenheit von Flüssigkeit den Lichtstrahl mit reduzierter Signalstärke auf die Fotozelle lenkt. In Abwesenheit von Flüssigkeit wird der Lichtstrahl als Parallelstrahl von dem spiegelnden Oberflächenelement direkt zum Detektor gelenkt. Die Anwesenheit von Flüssigkeit ändert den Strahlenverlauf des reflektierten Lichtstrahls beispielsweise durch den optischen Weg, den der Lichtstrahl bis zur Reflexion auf der Oberfläche des spiegelnden Oberflächenelements zurücklegt oder Brechung, oder bedingt eine Absorption oder Streuung des Lichtstrahls. Der mit einem im Gegensatz zur Abwesenheit von Flüssigkeit insbesondere durch Brechung veränderte Strahlenverlauf führt dazu, dass die Fotozelle vermindert oder nicht beleuchtet wird, das heißt die Signalstärke ist reduziert und/oder bis auf null reduziert. Der durch die Anwesenheit von Flüssigkeit teilweise absorbierte oder gestreute Lichtstrahl, der von dem spiegelnden Oberflächenelement zu der Fotozelle gelenkt wird, weist eine geringere Signalstärke beziehungsweise Intensität auf als der Lichtstrahl, der in Abwesenheit von Flüssigkeit auf die Fotozelle gelenkt wird. In Anwesenheit von Flüssigkeit wird bei einer Messung somit die vom Detektor gemessene Signalstärke gegenüber einer Messung in Abwesenheit von Flüssigkeit gemindert.
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Durch die Abhängigkeit der Signalstärke von der Flüssigkeit ist eine zuverlässige Detektion der Flüssigkeit und ein Schluss auf die Menge der gegebenenfalls anwesenden Flüssigkeit möglich. Der vorgeschlagene Flüssigkeitssensor hat den Vorteil, dass der Flüssigkeitssensor einen sehr einfachen und kosteneffektiven Aufbau aufweist. Die Lichtquelle und der Detektor kommen nicht direkt mit dem zu detektierenden Medium in Kontakt und dadurch besteht nur eine sehr geringe Anfälligkeit für Korrosion. Weiterhin sind Ausführungsformen ohne bewegliche Teile denkbar, die damit besonders robust gegen mechanische Einwirkung, insbesondere Vibrationen sind. Damit ist eine zuverlässige Erkennung von Flüssigkeit über die Lebensdauer des Systems sichergestellt.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der optische Flüssigkeitssensor ein Gehäuse aufweist, und das Oberflächenelement auf einer Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist, um eine Ausführungsform mit einem effektiven Aufbau des Flüssigkeitssensor bereitzustellen. Das spiegelnde Oberflächenelement kann beispielsweise ein mit dem Gehäuse stoffschlüssig verbundener Spiegel sein oder die Oberfläche des Gehäuses kann einen spiegelnden Abschnitt aufweisen, der das spiegelnde Oberflächenelement bildet. In dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn das spiegelnde Oberflächenelement so auf der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist, dass sich anwesende Flüssigkeit schwerkraftbedingt auf dem spiegelnden Oberflächenelement sammelt. Damit muss der Lichtstrahl in Anwesenheit von Flüssigkeit zunächst eine Oberfläche der Flüssigkeit durchtreten, bevor der Lichtstrahl auf das spiegelnde Oberflächenelement trifft. Beim Auftreffen des Lichtstrahls auf die Oberfläche der Flüssigkeit wird ein Teil des Lichtstrahls reflektiert und nur ein Teil des Lichtstrahls, der nicht mehr die volle Intensität wie der ausgesandte Lichtstrahl aufweist, trifft auf das spiegelnde Oberflächenelement, um von dort in Richtung des Detektors gelenkt zu werden. Zusätzlich kann beim Austreten des Lichtstrahls aus der Flüssigkeit eine weitere Reflexion auftreten, die die Signalstärke des auf den Detektor auftreffenden Lichtstrahls weiter vermindert. Damit ist durch die im Gegensatz zum ausgesandten Lichtstrahl verminderte Signalstärke beziehungsweise Intensität, die am Detektor gemessen werden kann, ein zuverlässiger Schluss auf die Anwesenheit von Flüssigkeit möglich. Das Gehäuse kann auch ein Gehäuse des elektrischen Systems sein, für das der optische Flüssigkeitssensor vorgesehen ist.
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Vorteilhaft ist der Detektor ein Liniendetektor, um die Einsatzmöglichkeiten des Flüssigkeitssensor weiter zu verbessern. Mit einem Liniendetektor kann beispielsweise die durch die Anwesenheit von Flüssigkeit bedingte Ablenkung des Lichtstrahls ermittelt werden. Der Liniendetektor umfasst vorteilhaft eine Mehrzahl von Fotozellen. Anhand der Ablenkung des Lichtstrahls, der je nach Flüssigkeitsmenge auf eine andere Fotozelle des Liniendetektors fällt, kann auf die Menge der anwesenden Flüssigkeit geschlossen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle zum Aussenden eines polychromatischen Lichtstrahls ausgebildet und der Detektor ist zum Sensieren eines polychromatischen Lichtstrahls ausgebildet, um beispielsweise festzustellen, was für eine Flüssigkeit anwesend ist, da eine Flüssigkeit eine charakteristische Absorption wenigstens einer bestimmten Wellenlängen bedingt. Damit kann beispielsweise unterschieden werden, ob es sich bei der Flüssigkeit um Wasser, üblicherweise eingefärbte Kühlflüssigkeit, Öl und/oder wenigstens eine weitere Flüssigkeit handelt.
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Bevorzugt ist das Oberflächenelement in Richtung der Oberflächennormale des Oberflächenelements beweglich und abhängig von der Menge der anwesenden Flüssigkeit gelagert. Vorteilhaft ist dafür das Oberflächenelement dazu eingerichtet, auf gegebenenfalls anwesender Flüssigkeit zu schwimmen. Die Bewegbarkeit beziehungsweise das Schwimmen des Oberflächenelements ist abhängig von der Menge der anwesenden Flüssigkeit und führt zu einen parallelen Strahlenversatz des zum Detektor gerichteten Lichtstrahls, anhand dessen die Menge der anwesenden Flüssigkeit bestimmbar ist.
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Vorteilhaft ist die Lichtquelle zum Aussenden wenigstens zweier zueinander paralleler Lichtstrahlen eingerichtet, um die Zuverlässigkeit der Detektion der Flüssigkeit zu erhöhen.
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Durch das Aussenden wenigstens zweier zueinander paralleler Lichtstrahlen kann beispielsweise eine Ortsauflösung bereitgestellt werden und somit kann die Reflexion auf verschiedenen Abschnitten des Oberflächenelements verglichen werden, um lokale Flüssigkeits- oder Schmutzablagerungen auf dem Oberflächenelement detektieren zu können.
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Es ist von Vorteil, dass der optische Flüssigkeitssensor einen Strahlteiler aufweist, der dazu eingerichtet ist, aus dem ausgesandten Lichtstrahl einen Kontrollstrahl abzuzweigen und den Kontrollstrahl unabhängig von dem Oberflächenelement und/oder von Flüssigkeit auf den Detektor zu richten, um beispielsweise feststellen zu können, ob die Lichtquelle und/oder der Detektor verrutscht oder ausgefallen ist, oder ob der Strahlengang des über das Oberflächenelement gelenkten Lichtstrahls blockiert ist.
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Vorteilhaft sind Beschleunigungsdaten in den optischen Flüssigkeitssensor eingebbar und zur Detektion auswertbar. Durch eine Beschleunigung ist das hydrodynamische Verhalten einer anwesenden Flüssigkeit aufgrund ihrer Viskosität vorhersagbar. Beispielsweise kann aufgrund der Beschleunigung die Flüssigkeit in oder aus den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Detektor über das Oberflächenelement gelangen. Stimmt die hydrodynamische Vorhersage mit dem detektieren Verhalten überein, kann anhand der Viskosität auf die Art der Flüssigkeit geschlossen werden. Die Beschleunigungsdaten können beispielsweise durch eine zeitliche Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt oder von anderen Sensoren übermittelt werden.
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Ein Verfahren zur optischen Detektion von Flüssigkeit umfasst folgende Schritte: Aussenden von Licht, das winklig auf ein spiegelndes Oberflächenelement trifft und Detektieren des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein paralleler Lichtstrahl ausgesandt wird, und das spiegelnde Oberflächenelement in Abwesenheit von Flüssigkeit den Lichtstrahl mit voller Signalstärke auf eine Fotozelle lenkt und in Anwesenheit von Flüssigkeit den Lichtstrahl mit reduzierter Signalstärke auf die Fotozelle lenkt. Das Verfahren erlaubt eine einfache und zuverlässige Detektion von Flüssigkeit anhand der von der Fotozelle registrierten Signalstärke.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 einen optischen Flüssigkeitssensor;
- 2 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einen Liniendetektor;
- 3 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einer polychromatischen Lichtquelle;
- 4 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einem schwimmenden spiegelnden Oberflächenelement;
- 5 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einer zwei parallele Lichtstrahlen aussendenden Lichtquelle;
- 6 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einem Strahlteiler;
- 7 einen optischen Flüssigkeitssensor mit einer zwei parallele Lichtstrahlen aussendenden Lichtquelle; und
- 8 ein elektrisches System mit einem optischen Flüssigkeitssensor.
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1 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der optische Flüssigkeitssensor 1 umfasst eine Lichtquelle 2 und einen Detektor 3. Die Lichtquelle 2 ist dazu eingerichtet, einen parallelen Lichtstrahl 4 auszusenden. Die Lichtquelle 2 kann ein insbesondere als Leuchtdiode oder Laser ausgeführtes Leuchtmittel zur Erzeugung von Licht sowie eine Optik zum Parallelisieren des von dem Leuchtmittel erzeugten Lichtes umfassen, damit der parallele Lichtstrahl 4 erzeugt werden und gezielt aus der Lichtquelle austreten kann. Der Lichtstrahl 4 ist auf ein spiegelndes Oberflächenelement 5 gerichtet, wobei der Lichtstrahl 4 winklig mit einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° ein, vorteilhaft mehr als 15° und weniger als 85°, weiter vorteilhaft mehr als 30° und weniger als 60°, beispielsweise 45°, auf das spiegelnde Oberflächenelement 5 fällt, wo der Lichtstrahl 4 reflektiert wird.
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Der optische Flüssigkeitssensor 1 umfasst ein Gehäuse 11, in dem die Lichtquelle 2, der Detektor 3 und das spiegelnde Oberflächenelement 5 angeordnet sind. Durch das Gehäuse 11 ist auch eine Kapselung des Flüssigkeitssensor möglich. Damit kann der Flüssigkeitssensor 11 unabhängig von der zu detektierenden Umwelt eingesetzt werden. In dem Gehäuse 11 befindet sich ein Gas 8, in dem die Lichtquelle 2 und der Detektor 3 sowie in Abwesenheit von Flüssigkeit 9 das spiegelnde Oberflächenelement 5 angeordnet sind.
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Die Lichtquelle 2, der Detektor 3 und das spiegelnde Oberflächenelement 5 sind so angeordnet, dass der Lichtstrahl 4 in Abwesenheit einer Flüssigkeit 9 so reflektiert wird, dass der reflektierte Lichtstrahl 4 zu einer Fotozelle 6 des Detektors 3 gelenkt wird (unterer Strahlengang). Bei Vorhandensein einer Flüssigkeit 9, die sich auf dem spiegelnden Oberflächenelement 5 sammelt, findet eine zu der Reflexion an dem spiegelnden Oberflächenelement 5 zusätzliche Reflexion an der Grenzschicht zwischen Gas 8 und Flüssigkeit 9 statt, die die Signalstärke am Detektor 3 reduziert (oberer Strahlengang). Dadurch kann auf das Vorhandensein der Flüssigkeit 9 geschlossen werden. Bei einem ruhenden System liegt eine glatte Oberfläche der Flüssigkeit 9 vor und somit kann eine konstante Reduzierung der Signalstärke auf Grund der Reflexion an der Oberfläche der Flüssigkeit 9 festgestellt werden. Bei einer durch beispielsweise Beschleunigung oder Vibrationen bewegten Oberfläche der Flüssigkeit 9 kommt es zu einer variablen Reduzierung der Signalstärke aufgrund der sich ändernden Reflexion an der Oberfläche der Flüssigkeit 9.
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2 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einen Liniendetektor 3a und wird mit Hinblick auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. In dieser Ausführungsform weist der Detektor beziehungsweise Liniendetektor 3a eine Mehrzahl von linear angeordneten Fotozellen 6 auf. Damit kann insbesondere ein Detektor 3 mit einer Pixelmatrix vorgesehen werden. Der Liniendetektor 3a dient der Detektion des Wasserstandes beziehungsweise der Höhe h der auf dem spiegelnden Oberflächenelement 5 stehenden Flüssigkeit 9. Die Reflexion an den Übergang zwischen Gas 8 und Flüssigkeit 9 wird verwendet, um die Höhe h zu berechnen. Damit dient die spiegelnde Oberfläche 5 insbesondere der Detektion der Abwesenheit einer Flüssigkeit 9.
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Der Lichtstrahl 4 trifft mit einem Winkel α zwischen dem Lichtstrahl 4 und der Oberfläche der Flüssigkeit 9 auf die Oberfläche der Flüssigkeit 9. Ein Teil des Lichtstrahls 4 wird an der Oberfläche der Flüssigkeit 9 reflektiert und zu einer Fotozelle 6 des Liniendetektors 3a gelenkt. Ein anderer Teil des Lichtstrahls 4 passiert die Oberfläche der Flüssigkeit 9 und erreicht das spiegelnde Oberflächenelement 5 und wird in Richtung des Liniendetektors 3a gelenkt. Der an dem spiegelnden Oberflächenelement 5 reflektierte Lichtstrahl 4 trifft auf die Oberfläche der Flüssigkeit 9 und passiert diese, wobei der Lichtstrahl 4 und die Oberfläche der Flüssigkeit 9 einen Winkel α einschließen. Damit sind der Lichtstrahl 4, der an der Oberfläche der Flüssigkeit 9 reflektiert wird (oberer Strahlengang), und der Lichtstrahl 4, der an dem spiegelnden Oberflächenelement 5 reflektiert wird (unterer Strahlengang), parallel zueinander und treffen auf mit einem Abstand d beanstandete Fotozellen 6 des Liniendetektors 3a. Aus dem Abstand d und dem Winkel α kann die Höhe h der sich auf dem spiegelnden Oberflächenelement 5 befindlichen Flüssigkeit 9 berechnet werden.
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3 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einer polychromatischen Lichtquelle 2 und wird mit Hinblick auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. In dieser Ausführungsform umfasst der optische Flüssigkeitssensor 1 eine Lichtquelle 2, die dazu eingerichtet ist ein polychromatisches Licht, das heißt Licht mit mehreren Wellenlängen, auszusenden. Beispielsweise kann die Lichtquelle 2 eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfassen, die Lichtstrahlen mit zueinander verschiedener Wellenlänge erzeugen. Somit wird polychromatisches Licht mit einem bestimmten Spektrum erzeugt. Der Detektor 3 ist farbempfindlich und umfasst beispielsweise ein RGB-Mosaik und/oder einen Liniendetektor 3a mit einem vorgeschalteten diffratkivem optischen Element zur Beugung des einfallenden Lichtstrahls 4, beispielsweise ein Gitter.
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Der optische Flüssigkeitssensor 1 kann anhand der Reduzierung der Signalstärke die Menge einer Flüssigkeit 9 detektieren. Der Flüssigkeitssensor 1 kann zudem detektieren, um was für eine Flüssigkeit 9 es sich handelt. Der Lichtstrahl 4 erfährt eine charakteristische Absorption in der Flüssigkeit 9 und somit kann eine die Flüssigkeit 9 charakterisierende spektrale Detektion der Farbe beziehungsweise Wellenlängen erfolgen.
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4 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einem schwimmenden spiegelnden Oberflächenelement 5 und wird mit Hinblick auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 2 beschrieben. Das spiegelnde Oberflächenelement 5 ist in einer Führung 13 beweglich gelagert und senkrecht zu der Oberfläche des spiegelnden Oberflächenelements 5 bewegbar. Die Bewegung des spiegelnden Oberflächenelements 5 ist abhängig von der Menge einer gegebenenfalls anwesenden Flüssigkeit 9. Ist keine Flüssigkeit 9 anwesend sendet die Lichtquelle 2 einen Lichtstrahl 4 aus, der einem der gepunkteten Linie entsprechenden Strahlengang folgt und auf das auf der Innenseite des Gehäuses 11 spiegelnde Oberflächenelement 5 fällt und von dort in Richtung einer Fotozelle 6 des Zeilendetektors 3a gelenkt und von dieser sensiert wird. Ist eine Flüssigkeit 9 anwesend hebt die Auftriebskraft der Flüssigkeit 9 das spiegelnde Oberflächenelement 5 auf eine Höhe h. Damit wird der von der Lichtquelle 2 ausgesendete Lichtstrahl 4 an einem anderen Ort von dem spiegelnden Oberflächenelement 5 reflektiert und folgt einem Strahlengang entsprechend der durchgezogenen Linie in 4, der parallel zu dem Strahlengang des Lichtstrahls 4 in Abwesenheit von Flüssigkeit 9 ist. Dadurch wird der Lichtstrahl 4 in Anwesenheit von Flüssigkeit 9 auf eine andere Fotozelle 6 des Zeilendetektors 3a gelenkt als in Abwesenheit von Flüssigkeit 9.
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5 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einer zwei parallele Lichtstrahlen 4a, 4b aussendenden Lichtquelle 2 und wird mit Hinblick auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. Die Lichtquelle 2 ist dazu eingerichtet mehrere zueinander parallele Lichtstrahlen 4a, 4b auszusenden. Vorteilhaft ist der Abstand der beispielsweise zwei parallelen Lichtstrahlen 4a, 4b gleich einer Ausdehnung des spiegelnden Oberflächenelements 5 und/oder dem Abstand zweier Fotozellen 6 des Detektors 3. Dadurch kann eine Ortsauflösung erzielt werden, mit der die Anwesenheit von Flüssigkeit 9 in verschiedenen Abschnitten des spiegelnden Oberflächenelements 5 detektiert werden kann. In diesem Beispiel führt ein Tropfen Kondenswasser als Flüssigkeit 9 zu einer Streuung der Lichtstrahlen 4a, 4b, was zu einer Verminderung der Signalstärke des von den Fotozellen 6 sensierten Lichtes führt.
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6 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einem Strahlteiler 12 und wird mit Hinblick auf die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. Der Strahlteiler 12 ist beispielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel, wobei ein auf den Strahlteiler 12 einfallender Lichtstrahl 4 in zwei Teilstrahlen geteilt wird. Ein Teilstrahl wird ohne wesentliche Richtungsänderung transmittiert und ein weiterer Teilstrahl wird reflektiert. Der transmittierte Teilstrahl wird wie mit Hinblick zu 1 erläutert in Richtung des spiegelnden Oberflächenelements 5 gelenkt. Der reflektierte Teilstrahl dient als Kontrollstrahl 7 und wird direkt, das heißt ohne in Richtung des spiegelnden Oberflächenelements 5 gelenkt zu werden, in Richtung des Detektors 3 gelenkt. Die Leistung des Kontrollstrahls 7 ist durch die Ausgangsleistung der Lichtquelle 2 und den Strahlteiler 12 bestimmt. Eine Abweichung der am Detektor 3 detektierenden Eingangsleistung des Kontrollstrahls 7 gegenüber der bestimmten Leistung des Kontrollstrahls 7 kann zur Diagnose von Fehlfunktionen des optischen Flüssigkeitssensor 1 dienen.
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7 zeigt einen optischen Flüssigkeitssensor 1 mit einer zwei parallele Lichtstrahlen 4a, 4b aussendenden Lichtquelle 2 und weist einen Aufbau wie in 5 gezeigt auf. In diesem Beispiel ist verdeutlicht, dass der optische Flüssigkeitssensor 1 auch Verschmutzungen 9 detektieren kann, die an der Innenseite des Gehäuses 11 angeordnet sind. Ein Beispiel für eine solche Verschmutzung 9 kann Korrosion sein, die die optischen Eigenschaften des spiegelnden Oberflächenelements 5 beeinflusst und damit die am Detektor 3 gemessene Signalstärke vermindert. Eine Verschmutzung 9 des elektrischen Systems 10 führt zu einer Reduzierung von elektrischen Luft- und Kriechstrecken und ist somit auch als Sicherheit relevant einzustufen.
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1 bis 7 sind lediglich schematische Darstellungen, bei denen im Strahlengang des Lichtstrahls 4 eine Brechung an einer Grenzfläche zwischen einem Gas 8 und einer Flüssigkeit 9 sowie an einer Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit 9 und einem Gas 8 nicht dargestellt sind. Ferner ist eine Reflexion des Lichtstrahls 4 an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit 9 und Gas 8 im Anschluss an die Reflexion durch das spiegelnde Oberflächenelement 5 nicht dargestellt. Diese Reflexionen führen zu einer weiteren Reduzierung der Signalstärke beziehungsweise Intensität, die vom Detektor 3 gemessen wird oder zu einer Verschiebung des Strahlengangs, die der Fachmann anhand optischer Geometrie und gängiger Brechungsgesetze ermitteln kann.
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8 zeigt ein elektrisches System 10, umfassend einen optischen Flüssigkeitssensor 1 und eine elektronische Steuervorrichtung 100. Die elektronische Steuervorrichtung 100 ist zur Steuerung des optischen Flüssigkeitssensors 1 eingerichtet. Beispielsweise kann die elektronische Steuervorrichtung 100 Daten bezüglich der Beschleunigung des elektrischen Systems 10 an den optischen Flüssigkeitssensor 1 senden. Die Beschleunigungsdaten können von dem Flüssigkeitssensor 1 zur Bestimmung der Anwesenheit von Flüssigkeit 9 beziehungsweise deren Menge verwendet werden. Die elektronische Steuervorrichtung 100 kann auch zur Steuerung des elektrischen Systems 10 eingerichtet sein und beispielsweise anhand der von dem optischen Flüssigkeitssensor 1 ermittelten Flüssigkeit 9 Schutzmaßnahmen zum Schutz der Komponenten des elektrischen Systems 10 steuern.
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Vorteilhaft ist der optische Flüssigkeitssensor 1 innerhalb des elektrischen Systems 10 so angeordnet, dass sich schwerkraftbedingt Flüssigkeit 9 typischerweise auf dem spiegelnden Oberflächenelement 5 sammelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optischer Flüssigkeitssensor
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Detektor
- 4, 4a, 4b
- Lichtstrahl
- 5
- Oberflächenelement
- 6
- Fotozelle
- 7
- Kontrollstrahl
- 8
- Gas
- 9
- Flüssigkeit
- 10
- elektrisches System
- 11
- Gehäuse
- 12
- Strahlteiler
- 13
- Führung
- 100
- elektronische Steuervorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1235191 [0006]
- DE 102005044157 A1 [0007]
