DE10330093A1 - Optischer Positionssensor - Google Patents

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DE10330093A1
DE10330093A1 DE2003130093 DE10330093A DE10330093A1 DE 10330093 A1 DE10330093 A1 DE 10330093A1 DE 2003130093 DE2003130093 DE 2003130093 DE 10330093 A DE10330093 A DE 10330093A DE 10330093 A1 DE10330093 A1 DE 10330093A1
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Germany
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light
reflector
position sensor
light receiver
optical position
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Withdrawn
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DE2003130093
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David Sebek
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/56Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements
    • G01F23/60Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements using electrically actuated indicating means
    • G01F23/606Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements using electrically actuated indicating means using opto-electrically actuated indicating means

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Abstract

Bei bekannten optischen Positionssensoren sind ein Lichtsender und ein Lichtempfänger auf sich gegenüberliegenden Seiten einer Blende angeordnet, die durch ein Stellglied betätigbar ist. Nachteilig ist, daß der Positionssensor dadurch viel Bauraum benötigt und kompliziert aufgebaut ist. DOLLAR A Der erfindungsgemäße optische Positionssensor wird vereinfacht, indem der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer Seite der Blende angeordnet sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß ein Reflektor (5) vorgesehen ist, der von dem Lichtsender (3) ausgesendetes Licht in Abhängigkeit von der Position (15) des Stellglieds (12) an den Lichtempfänger (4) reflektiert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem optischen Positionssensor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Es ist schon ein optischer Positionssensor zur Messung eines Füllstandes aus der JP 09126880 A bekannt, bei dem über einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und eine zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger angeordnete Blende eine Füllstandshöhe in einem Vorratsbehälter ermittelt wird. Nachteilig ist, daß der Lichtsender und der Lichtempfänger auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Blende angeordnet sind. Dadurch benötigt der optische Positionssensor viel Bauraum, die Montage ist teuer und kompliziert.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße optische Positionssensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Vereinfachung erreicht wird, indem ein Reflektor vorgesehen ist, der von dem Lichtsender ausgesendetes Licht in Abhängigkeit von der Position des Stellglieds an den Lichtempfänger reflektiert. Auf diese Weise können der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer Seite einer Blende angeordnet werden.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen optischen Positionssensors möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn der Lichtsender, der Lichtempfänger und der Reflektor ein optisches Potentiometer bilden, da die Position der Blende auf diese Weise über die Lage des Reflektors berührungslos ermittelt werden kann.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Lichtempfänger einen Photowiderstandsabschnitt aufweist, an den ein Leiterabschnitt und ein Widerstandsabschnitt angrenzt. Auf diese Weise wird eine verschleißarme Positionsbestimmung erreicht.
  • Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Reflektor derart ausgebildet ist, dass die Position eines Stellglieds durch eine optische Abtastung des Reflektors mittels des Lichtsenders und des Lichtempfängers ermittelbar ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführung hat der Reflektor eine analoge oder eine digitale Codierung zur möglichst genauen Positionsbestimmung.
  • Der Lichtsender und der Lichtempfänger sind derart zueinander ausgerichtet, dass ein von dem Lichtsender ausgesendeter und auf den Reflektor gerichteter Lichtstrahl auf den Lichtempfänger trifft.
  • Auch vorteilhaft ist, wenn der Lichtsender und der Lichtempfänger durch eine Abschattungswandung voneinander getrennt sind, da auf diese Weise nur an dem Reflektor reflektiertes Licht zum Lichtempfänger gelangen kann. Streulicht des Lichtsenders wird durch die Abschattungswandung von dem Lichtempfänger fern gehalten.
  • Desweiteren vorteilhaft ist, wenn der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer dem Reflektor zugewandten Seite einer Leiterplatte angeordnet sind, da auf diese Weise der Positionssensor sehr einfach herzustellen ist.
  • Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Leiterplatte eine erste Ausnehmung zur Aufnahme des Lichtsenders und eine zweite Ausnehmung zur Aufnahme des Lichtempfängers aufweist, da auf diese Weise zwischen der ersten Ausnehmung und der zweiten Ausnehmung die Abschattungswandung gebildet wird. Fremdlicht aus der Umgebung kann dadurch nicht zum Lichtempfänger gelangen.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Blende eine Blendenausnehmung zur Aufnahme des Reflektors aufweist, da auf diese Weise der Spalt zwischen der Leiterplatte und der Blende sehr klein ausgeführt werden kann, so daß möglichst wenig Fremdlicht aus der Umgebung zum Lichtempfänger gelangen kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Lichtsender und der Lichtempfänger bogenförmig oder geradlinig angeordnet.
  • Der Lichtsender ist vorteilhafter Weise zumindest eine Glühlampe, eine Leuchtdiode oder ein Elektrolumineszenzlicht und der Lichtempfänger zumindest ein Photowiderstand, ein Phototransistor oder eine Photodiode.
  • Weiter vorteilhaft ist, wenn die Blende eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung relativ zu einer den Lichtsender und den Lichtempfänger aufweisenden Leiterplatte ausführt, da die Position des Stellgliedes auf diese Weise besonders einfach ermittelt werden kann.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes mit einem optischen Positionssensor, 2 einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors mit einer Leiterplatte und einer Blende, 3 die Leiterplatte mit einem Photowiderstand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 4 die Blende gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 5 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors, 6 die Leiterplatte mit einem Phototransistor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 7 die Blende gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, 8 das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors, 9 eine erste Ausführung eines elektrischen Schaltplans gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und 10 eine zweite Ausführung des elektrischen Schaltplans gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Vorratsbehälter mit einem optischen Positionssensor.
  • In einem Vorratsbehälter 1 ist eine Flüssigkeit 14, beispielsweise Kraftstoff, mit einem Füllstand 15 gespeichert.
  • In dem Vorratsbehälter 1 ist ein Sensorgehäuse 2 eines erfindungsgemäßen optischen Positionssensors 6 angeordnet, in dem zumindest ein Lichtsender 3, zumindest ein Lichtempfänger 4 und zumindest ein Reflektor 5 vorgesehen ist.
  • Der Lichtsender 3 und der Lichtempfänger 4 sind beispielsweise an einer Leiterplatte 8 angeordnet. Der Reflektor 5 ist beispielsweise an einer Blende 9 vorgesehen, die im Bereich der Leiterplatte 8 angeordnet ist und bei Änderung des Füllstands 15 eine Relativbewegung zur Leiterplatte 8 ausführt. Die Blende 9 ist beispielsweise um eine Achse 10 drehbar gelagert, kann aber ausdrücklich auch stattdessen linear beweglich gelagert sein.
  • Der Lichtsender 3 weist zumindest eine Lichtquelle, beispielsweise eine Glühlampe, eine Leuchtdiode, ein anderes Elektrolumineszenzlicht oder ähnliches auf. Die Lichtquelle kann beispielsweise hinter einem Streulichtleiter angeordnet sein, der das ausgesendete Licht des Lichtsenders 3 großflächig und gleichmäßig beim Austritt aus dem Streulichtleiter verteilt. Das von der Lichtquelle ausgesendete Licht kann sichtbares Licht oder unsichtbares Licht, beispielsweise ultraviolettes Licht, sein.
  • Der Lichtempfänger 4 ist beispielsweise ein sogenannter Phototransistor, ein Photowiderstand, eine Photodiode oder ähnliches.
  • Der Reflektor 5 ist ein an der Blende 9 vorgesehener Licht reflektierender Teilbereich, der ein von dem Lichtsender 3 ausgestrahltes Licht in Richtung des Lichtempfängers 4 reflektiert. Der Reflektor 5 kann eine auf die Blende 9 aufgebrachte reflektierende Beschichtung sein, die Oberfläche der Blende 9 kann aber auch selbst reflektierend ausgeführt sein und den Reflektor 5 bilden.
  • Das Sensorgehäuse 2 ist beispielsweise an einem in dem Vorratsbehälter 1 vorgesehenen Fördermodul angeordnet, das in dem Vorratsbehälter 1 befindliche Flüssigkeit 14 ansaugt und aus dem Vorratsbehälter 1 in Richtung einer Brennkraftmaschine fördert. Das Sensorgehäuse 2 kann aber auch an einer Wandung des Vorratsbehälters 1 vorgesehen sein.
  • Ein Fördermodul ist beispielsweise aus der DE 199 15 255 A1 bekannt, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.
  • Die Blende 9 ist beispielsweise mit einem Stellarm 11 mechanisch verbunden. Der Stellarm 11 durchgreift das Sensorgehäuse 2 von dem der Blende 9 zugewandten Ende aus in Richtung Vorratsbehälter 1. An dem der Blende 9 abgewandten Ende des Stellarms 11 ist ein Stellglied 12, beispielsweise ein Schwimmer, angeordnet.
  • Der Schwimmer ist derart ausgeführt, daß seine spezifische Dichte gebildet aus dem Quotienten von Gewicht und Volumen geringer ist als die spezifische Dichte der Flüssigkeit 14. Der Schwimmer befindet sich daher jeweils auf einer Flüssigkeitsoberfläche 16 der Flüssigkeit 14. Bei einer Veränderung des Füllstands 15 in dem Vorratsbehälter 1 folgt der Schwimmer der Flüssigkeitsoberfläche 16.
  • Das Stellglied 12 ist aber nicht auf einen Schwimmer beschränkt, sondern kann ein beliebiger Gegenstand sein.
  • Der an das Stellglied 12 gekoppelte Stellarm 11 und die mit dem Stellarm 11 verbundene Blende 9 bewegen sich mit dem Stellglied 12 mit und führen dabei eine Bewegung, beispielsweise eine Drehbewegung um die Achse 10, aus. Die Lage der Blende 9, beispielsweise als Drehwinkel zwischen 0 Grad und 360 Grad, ist ein Maß für die Position des Stellglieds 12 in dem Vorratsbehälter 1, beispielsweise ein Maß für den Füllstand 15.
  • Der optische Positionssensor 6 ist nicht auf die Füllstandsmessung beschränkt, sondern kann ausdrücklich auch in anderen technischen Bereichen zur Positionserfassung des Stellglieds 12 eingesetzt werden. Der optische Positionssensor 6 ermöglicht eine berührungslose und verschleißarme Messung der Position eines Stellgliedes 12.
  • 2 zeigt in geändertem Maßstab einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors mit der Leiterplatte und der Blende.
  • Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Der Lichtsender 3 und der Lichtempfänger 4 sind beispielsweise durch eine Abschattungswandung 21 voneinander getrennt, so daß nur über den Reflektor 5 reflektiertes Licht vom Lichtsender 3 ausgehend zum Lichtempfänger 4 gelangen kann. Von dem Lichtsender 3 ausgehendes Streulicht wird von dem Lichtempfänger 4 durch die Abschattungswandung 21 fern gehalten.
  • Der Lichtsender 3 ist beispielsweise in einer ersten Ausnehmung 17 der Leiterplatte 8 und der Lichtempfänger 4 in einer zweiten Ausnehmung 18 der Leiterplatte 8 angeordnet. Die erste Ausnehmung 17 und die zweite Ausnehmung 18 sind beispielsweise zueinander beabstandet angeordnet, so daß durch den zwischen der ersten Ausnehmung 17 und der zweiten Ausnehmung 18 gebildeten Steg die Abschattungswandung 21 gebildet ist. Der Lichtsender 3 und der Lichtempfänger 4 müssen aber nicht in einer ersten Ausnehmung 17 und einer zweiten Ausnehmung 18 angeordnet sein, sondern können auch erhaben auf einer Leiterplattenoberseite 19 der Leiterplatte 8 vorgesehen sein.
  • Der Lichtsender 3 und der Lichtempfänger 4 sind derart zueinander ausgerichtet, beispielsweise geneigt angeordnet, daß zumindest ein von dem Lichtsender 3 ausgehender und auf den Reflektor 5 gerichteter Lichtstrahl 23 abhängig von der Position des Stellglieds 12 auf den Lichtempfänger 4 trifft. Ist das Stellglied 12 beispielsweise derart positioniert, daß der Lichtstrahl 23 des Lichtsenders 3 nicht auf den Reflektor 5 trifft, wird der Lichtstrahl 23 nicht zum Lichtempfänger 4 reflektiert. Der Reflektor 5 kann ebenfalls gegenüber dem Lichtsender 3 und/ oder dem Lichtempfänger 4 geneigt sein.
  • Die Blende 9 ist beispielsweise annähernd parallel zur Leiterplatte 8 angeordnet. Zwischen der Blende 9 und der Leiterplatte 8 ist ein Spalt 38. Der Spalt 38 ist möglichst klein ausgebildet, damit kein Fremdlicht aus der Umgebung des optischen Positionssensors 6 zum Lichtempfänger 4 gelangen kann.
  • Die Blende 9 führt bei Änderung der Position des mit der Blende 9 gekoppelten Stellglieds 12, beispielsweise bei der Änderung des Füllstands 15, relativ zur Leiterplatte 8 eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung aus. Umgekehrt kann aber auch die Blende feststehend angeordnet sein und eine mit dem Stellglied 12 mechanisch verbundene Leiterplatte 8 eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung bei Änderung der Position des Stellglieds 12 ausführen.
  • Die Blende 9 weist beispielsweise eine Blendenausnehmung 22 auf der der Leiterplatte 8 zugewandten Seite auf, in der beispielsweise der Reflektor 5 vorgesehen ist. Durch die Blendenausnehmung 22 wird die Strecke des Lichtstrahls 23 bis zum Auftreffen auf den Reflektor 5 derart verlängert, daß der Lichtstrahl 23 nach der Reflektion an dem Reflektor 5 in die zweite Ausnehmung 18 gelangt. Lichtstrahlen 23, die auf eine Blendenoberseite 20 der Blende 9 außerhalb der Blendenausnehmung 22 treffen, werden schon nach zu kurzer Wegstrecke an der Blendenoberseite 20 reflektiert und treffen beispielsweise auf die Beschattungswandung 21 oder werden zurück reflektiert in die Blendenausnehmung 17. Der Reflektor 5 muß aber nicht in der Blendenausnehmung 22 angeordnet sein, sondern kann auch erhaben auf einer Blendenoberseite 20 der Blende 9 vorgesehen sein.
  • Der Reflektor 5 ist derart ausgebildet und ausgerichtet, daß ein von dem Lichtsender 3 ausgehender und auf den Reflektor 5 gerichteter Lichtstrahl 23 abhängig von der Position des Stellglieds 12 zum Lichtempfänger 4 hin reflektiert wird. Ist das Stellglied 12 beispielsweise derart positioniert, daß der Lichtstrahl 23 des Lichtsenders 3 nicht auf den Reflektor 5 trifft, wird der Lichtstrahl 23 nicht zum Lichtempfänger 4 reflektiert.
  • Trifft der Lichtstrahl 23 auf den Lichtempfänger 4, wird dieser Lichteinfall am Lichtempfänger 4 detektiert. Der erfindungsgemäße optische Positionssensor 6 bildet dabei beispielsweise ein analoges oder digitales Ausgangssignal, das ein Maß für die Position des Stellglieds 12 ist.
  • 3 zeigt eine Leiterplatte mit einem Photowiderstand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 3 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die erste Ausnehmung 17, der in der ersten Ausnehmung 17 angeordnete Lichtsender 3, die zweite Ausnehmung 18, der in der zweiten Ausnehmung 18 vorgesehene Lichtempfänger 4 und die Abschattungswandung 21 sind in einem ersten Ausführungsbeispiel bogenförmig, beispielsweise konzentrisch bezüglich der Achse 10 ausgebildet. Die erste Ausnehmung 17 ist beispielsweise radial innerhalb der zweiten Ausnehmung 18 angeordnet.
  • Der Lichtsender 3 weist zumindest eine Lichtquelle auf, beispielsweise eine Leuchtdiode.
  • Der Lichtempfänger 4 weist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel einen bogenförmig gestalteten Photowiderstandsabschnitt 26 mit einem sogenannten Photowiderstand auf, der bekannterweise seinen ohmschen Widerstand und seine Leitfähigkeit abhängig von der Bestrahlung des Photowiderstands mit Licht ändert.
  • An den Photowiderstandsabschnitt 26 des Lichtempfängers 4 schließt sich beispielsweise radial innen ein Leiterabschnitt 25 und beispielsweise radial außen ein Widerstandsabschnitt 27 an.
  • Der Leiterabschnitt 25 ist beispielsweise an einem ersten Ende A über eine erste Anschlußleitung 24.1 mit einem ersten Pol 28.1 einer Spannungsquelle 28 und der Widerstandsabschnitt 27 ist mit einem zweiten Ende B über eine zweite Anschlußleitung 24.2 mit einem zweiten Pol 28.2 der Spannungsquelle 28 elektrisch verbunden. Der Leiterabschnitt 25 ist ein elektrisch leitender Abschnitt. Der Photowiderstandsabschnitt 26 ist als ein Halbleiter mit einem sogenannten pn-Übergang ausgebildet.
  • Der Photowiderstandsabschnitt 26 ist bei Lichteinwirkung elektrisch leitend, bei fehlender Lichteinwirkung jedoch elektrisch nichtleitend.
  • Der Widerstandsabschnitt 27 besteht beispielsweise, wie bei einem Potentiometer üblich, aus Graphit.
  • 4 zeigt die Blende gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 4 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Blende 9 ist beispielsweise kreissektorförmig ausgebildet. Der Reflektor 5 ist ein Licht reflektierender Teilbereich der Blende 9. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Reflektor 5 beispielsweise zeigerförmig ausgeführt und beispielsweise auf einem Teilbereich der Blende 9 vorgesehen. Dabei ist der Reflektor 5 so gestaltet, daß er sich in radialer Richtung über den Lichtsender 3 und den Lichtempfänger 4 erstreckt, während er in Umfangsrichtung nur eine Breite b aufweist. Die Blende 9 ist mit dem Stellglied 12 mechanisch gekoppelt, beispielsweise über den Stellarm 11. Die Blende 9 und der Stellarm 11 mit dem Stellglied 12 sind beispielsweise um die Achse 10 drehbar gelagert.
  • 5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors.
  • Bei der Vorrichtung nach 5 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 4 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Der erfindungsgemäße optische Positionssensor 6 ist beim ersten Ausführungsbeispiel als optisches Potentiometer ausgebildet, das nachfolgend beschrieben ist.
  • Der Reflektor 5 wird im ersten Ausführungsbeispiel bei einer Veränderung der Position des Stellglieds 12 wie ein Zeiger entlang dem beispielsweise bogenförmigen Lichtsender 3 und dem beispielsweise bogenförmigen Lichtempfänger 4 bewegt. Dabei wird Licht vom Lichtsender 3 über den Reflektor 5 in Abhängigkeit von der Position des Stellglieds 12 auf einen schmalen von dem Reflektor 5 überlappten Teilbereich 29 des Photowiderstandsabschnitts 26 reflektiert, so daß der Photowiderstandsabschnitt 26 im schmalen Teilbereich 29 elektrisch leitend wird. Dadurch kann Strom von dem Widerstandsabschnitt 27 über den schmalen Teilbereich 29 des Photowiderstandsabschnitts 26 zum Leiterabschnitt 25 oder umgekehrt fließen. Der Strom fließt über eine Teilstrecke des Widerstandsabschnitts 27 zwischen dem Ende B und dem Reflektor 5, den schmalen Teilbereich 29 des Photowiderstandsabschnitts 26 und eine Teilstrecke des Leiterabschnitts 25 zwischen dem Reflektor 5 und dem Ende A oder umgekehrt. Abhängig von der Lage des Reflektors 5 verkürzen oder verlängern sich die Teilstrecken des Widerstandsabschnitts 27 und des Leiterabschnitts 25, so daß sich auch die elektrischen Widerstände der Teilstrecken verringern oder vergrößern. Der Reflektor 5 wirkt dabei wie bei einem bekannten Potentiometer als Spannungsteiler. In die Anschlußleitung 24.1 ist beispielsweise ein Vorwiderstand 36 geschaltet, an dem die durch die Spannungsteilung entstehende Teilspannung abgegriffen werden kann. Die an dem Vorwiderstand 36 ermittelte Teilspannung ist ein Maß für die Position des Stellglieds 12, beispielsweise für den Füllstand 15.
  • 6 zeigt eine Leiterplatte mit einem Phototransistor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 6 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 5 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Vorrichtung nach 6 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 3 darin, daß der Lichtempfänger 4 keinen Photowiderstand, sondern zumindest einen Phototransistor aufweist.
  • Der Lichtempfänger 4 weist zumindest zwei, beispielsweise vier Phototransistoren 30 auf. Die Phototransistoren 30 sind in radialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet. Der Phototransistor ist ein Halbleiter und kann ein pnp-Transistor oder ein npn-Transistor sein. Der Phototransistor ist bei Lichteinwirkung elektrisch leitend und bei fehlender Lichteinwirkung elektrisch nichtleitend.
  • An dem Lichtsender 3 ist zumindest eine, beispielsweise vier Lichtquellen vorgesehen. Die Lichtquellen sind beispielsweise Leuchtdioden 31. Die Leuchtdioden 31 sind in radialer Richtung gesehen hintereinander angeordnet.
  • Die erste Ausnehmung 17 und die zweite Ausnehmung 18 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beispielsweise geradlinig ausgebildet. Die erste Ausnehmung 17 und die zweite Ausnehmung 18 sind nebeneinander angeordnet und verlaufen beispielsweise radial bezüglich der Achse 10.
  • 7 zeigt die Blende gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 7 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 6 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Vorrichtung nach 7 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 4 darin, daß die Position des Stellglieds 12 nicht aus einer Teilspannung, sondern mittels einer Codierung des Reflektors 5 ermittelt wird.
  • Der Reflektor 5 ist derart ausgebildet, daß eine optische Abtastung des Reflektors 5 mittels des Lichtsenders 3 und des Lichtempfängers 4 einen Rückschluß auf die Position des Stellglieds 12 erlaubt, beispielsweise auf den Füllstand 15. Die Position des Stellglieds 12 ist an dem Reflektor 5 beispielsweise digital codiert ablesbar, beispielsweise nach dem bekannten Binärcode. Es ist aber auch möglich, die Position des Stellglieds 12 analog an dem Reflektor 5 zu codieren.
  • Der Reflektor 5 besteht beispielsweise aus mehreren reflektierenden Abschnitten 32, die jeweils die gleiche Form und Größe aufweisen. Die reflektierenden Abschnitte 32 sind in-zumindest zwei, beispielsweise vier in Umfangsrichtung verlaufenden Reihen 33 und in mehreren beispielsweise radial verlaufenden Spalten 34 angeordnet. Ein reflektierender Abschnitt 32 des Reflektors 5 repräsentiert beispielsweise einen digitalen Zustand Eins. Die Reihen 33 und Spalten 34 weisen beispielsweise auch nicht reflektierende Leerstellen 35 auf, die beispielsweise den digitalen Zustand Null darstellen. Durch eine beliebige Kombination von reflektierenden Abschnitten 32 und nichtreflektierenden Leerstellen 35 in einer Spalte 34 ist der jeweilige Füllstand 15 an dem Reflektor 5 codiert darstellbar. In jeder Spalte 34 ist eine bestimmte Position, beispielsweise der Füllstand 15, codiert.
  • 8 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors.
  • Bei der Vorrichtung nach 8 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 7 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Vorrichtung nach 8 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 5 darin, daß die Position des mit der Blende 9 gekoppelten Stellglieds 12 nicht aus einer Teilspannung, sondern mittels einer Codierung des Reflektors 5 ermittelt wird.
  • Mittels des Lichtsenders 3, des Reflektors 5 und des Lichtempfängers 4 wird die Codierung des Reflektors 5 optisch gelesen. Die Anzahl der auf dem Lichtsender 3 angeordneten Leuchtdioden 31 und die Anzahl der auf dem Lichtempfänger 4 angeordneten Phototransistoren 30 entspricht beispielsweise der Anzahl der Reihen 33.
  • Der Reflektor 5 wird im zweiten Ausführungsbeispiel bei einer Veränderung der Position des Stellglieds 12 über den Lichtsender 3 und den Lichtempfänger 4 hinwegbewegt.
  • Befindet sich ein reflektierender Abschnitt 32 einer Reihe 33 derart im Bereich des Lichtsenders 3 und des Lichtempfängers 4, daß Licht vom Lichtsender 3 aus über den reflektierenden Abschnitt 32 des Reflektors 5 auf den der jeweiligen Reihe 33 zugeordneten Phototransistor 30 gelangt, wird der digitale Zustand Eins detektiert. Gelangt aufgrund einer nichtreflektierenden Leerstelle 35 in der jeweiligen Reihe 33 kein Licht auf den jeweiligen dieser Reihe 33 zugeordneten Phototransistor 30, wird der digitale Zustand Null ermittelt. Durch das Lesen jedes reflektierenden Abschnitts 32 und jeder nichtreflektierenden Leerstelle 35 einer Spalte 33 wird der der jeweiligen Position des Stellglieds 12 entsprechende Binärcode ermittelt. Jedem Binärcode ist beispielsweise eine in einem Steuergerät hinterlegte Position zugeordnet.
  • 9 zeigt eine erste Ausführung einer elektrischen Schaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 9 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 8 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die elektrische Schaltung weist eine mit einer Masse 45 verbundene elektrische Spannungsquelle 28 auf. Die Spannungsquelle 28 ist über eine Speiseleitung 46 mit einem Spannungsteiler 47 bestehend aus einem Vorwiderstand R1 und einem zweiten Widerstand R2 verbunden.
  • Der Lichtsender 3, beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, ist beispielsweise in die Speiseleitung 46 geschaltet, kann aber auch in einem anderen Schaltkreis an eine andere Spannungsquelle angeschlossen sein.
  • Zwischen dem Vorwiderstand R1 und dem zweiten Widerstand R2 wird eine definierte Meßspannung über eine Meßleitung 48 abgegriffen. In der Meßleitung 48 sind in einzelnen Meßleitungsabschnitten 48.1,48.2,48.3,48.4 beispielsweise vier Phototransistoren 30 parallel geschaltet. Die Anzahl der Phototransistoren 30 und die Anzahl der Meßleitungsabschnitte 48.1,48.2,48.3,48.4 entspricht beispielsweise der Anzahl der Reihen 33 des Reflektors 5. Jedem Phototransistor 30 ist in dem zugehörigen Meßleitungsabschnitt 48.1,48.2,48.3,48.4 beispielsweise ein Zusatzwiderstand R3 vorgeschaltet. An jedem Meßleitungsabschnitt 48.1,48.2,48.3,48.4 wird über jeweils eine Signalleitung 49.1,49.2,49.3,49.4 eine Spannung abgegriffen. Wird auf einen Phototransistor 30 eines Meßleitungsabschnitts 48.1,48.2,48.3,48.4 Licht über einen reflektierenden Abschnitt 32 des Reflektors 5 reflektiert, leitet dieser Phototransistor 30, so daß beispielsweise keine Spannung gegenüber der Masse an der zugeordneten Ausgangsleitung 49.1,49.2,49.3,49.4 anliegt. Dies entspricht beispielsweise dem digitalen Zustand Eins. Fällt kein Licht auf einen Phototransistor 30 eines Meßleitungsabschnitts 48.1,48.2,48.3,48.4, sperrt der Phototransistor 30, so daß beispielsweise eine Spannung an der zugeordneten Ausgangsleitung 49.1,49.2,49.3,49.4 anliegt, was beispielsweise als digitaler Zustand Null definiert ist.
  • Die Meßleitungsabschnitte 48.1,48.2,48.3,48.4 haben über die Zusatzwiderstände R3 und die Phototransistoren 30 Kontakt mit der Masse 45.
  • 10 zeigt eine zweite Ausführung des elektrischen Schaltplans gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Bei der Vorrichtung nach 10 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 bis 9 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Vorrichtung nach 10 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 9 darin, daß die parallel mit einem Widerstand R4,R5,R6,R7 angeordneten Phototransistoren 30 in Reihe geschaltet sind.
  • Der elektrische Schaltplan weist eine mit einem Masseanschluß 45 verbundene elektrische Spannungsquelle 28 auf. Die Spannungsquelle 28 ist über eine Speiseleitung 46 mit einem Vorwiderstand R1 verbunden. An den Vorwiderstand R1 schließt sich eine Parallelschaltung 52 bestehend aus einem vierten Widerstand R4 und einem Phototransistor 30 an. Anschließend sind weitere Parallelschaltungen 52 in Reihe geschaltet.
  • Zwischen dem Vorwiderstand R1 und der zum Vorwiderstand R1 benachbarten Parallelschaltung 52 wird die Ausgangsleitung 49 angeschlossen, an der eine Spannung oder ein Widerstand meßbar ist.
  • Fällt Licht auf den Phototransistor 30 einer Parallelschaltung 52, leitet der Phototransistor 30, so daß an dem zugehörigen Widerstand R4,R5,R6,R7 der jeweiligen Parallelschaltung 52 kein Spannungsabfall auftritt. Trifft kein Licht auf den Phototransistor 30 einer Parallelschaltung 52, sperrt der Phototransistor 30 den Strom, so daß der Strom über den zugehörigen Widerstand R4,R5,R6,R7 der jeweiligen Parallelschaltung 52 fließt und ein Spannungsabfall an dem jeweiligen Widerstand R4,R5,R6,R7 auftritt.
  • Aus der an der Ausgangsleitung 49 gemessenen Spannung oder dem Widerstand kann eindeutig geschlossen werden, welche Phototransistoren 30 über einen reflektierenden Abschnitt 32 des Reflektors 5 Licht erhalten, da sich der ohmsche Widerstandswert des jeweiligen Widerstands R4,R5,R6,R7 der Parallelschaltung 52 in einer bevorzugten Ausführungsform mit jeder weiteren Parallelschaltung 52 ausgehend vom vierten Widerstand R4 jeweils verdoppelt. Der ohmsche Widerstand des fünftes Widerstand R5 ist also doppelt so hoch wie der des vierten Widerstands R4 und der ohmsche Widerstand des sechsten Widerstands R6 ist viermal so hoch wie der des vierten Widerstands R4.
  • Die Codierung des Reflektors 5 kann also auch mit dieser elektrischen Schaltung gelesen werden, so daß die Position des Stellglieds 12 ermittelbar ist.
  • Der Lichtsender 3, beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, ist beispielsweise in die Speiseleitung 46 geschaltet, kann aber auch in einem anderen Schaltkreis an eine andere Spannungsquelle angeschlossen sein.

Claims (14)

  1. Optischer Positionssensor zur Messung der Position eines Stellglieds, insbesondere zur Messung eines Füllstandes in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Vorratsbehälter, mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, gekennzeichnet durch einen Reflektor (5), der von dem Lichtsender (3) ausgesendetes Licht in Abhängigkeit von der Position (15) des Stellglieds (12) an den Lichtempfänger (4) reflektiert.
  2. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3), der Lichtempfänger (4) und der Reflektor (5) ein optisches Potentiometer bilden.
  3. Optischer Positionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger (4) einen Photowiderstandsabschnitt (26) aufweist, an den ein Leiterabschnitt (25) und ein Widerstandsabschnitt (27) angrenzt.
  4. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) derart ausgebildet ist, dass die Position (15) des Stellglieds (12) durch eine optische Abtastung des Reflektors (5) mittels des Lichtsenders (3) und des Lichtempfängers (4) ermittelbar ist.
  5. Optischer Positionssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) eine analoge Codierung oder eine digitale Codierung aufweist.
  6. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3) und der Lichtempfänger (4) derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein von dem Lichtsender (3) ausgesendeter und auf den Reflektor (5) gerichteter Lichtstrahl (23) auf den Lichtempfänger (4) trifft.
  7. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3) und der Lichtempfänger (4) durch eine Abschattungswandung (21) voneinander getrennt sind.
  8. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3) und der Lichtempfänger (4) auf einer dem Reflektor (5) zugewandten Seite einer Leiterplatte (8) angeordnet sind.
  9. Optischer Positionssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (8) eine erste Ausnehmung (17) zur Aufnahme des Lichtsenders (3) und eine zweite Ausnehmung (18) zur Aufnahme des Lichtempfängers (4) aufweist.
  10. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) an einer Blende (9) angeordnet ist und die Blende (9) eine Blendenausnehmung (22) zur Aufnahme des Reflektors (5) aufweist.
  11. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3) und der Lichtempfänger (4) bogenförmig oder geradlinig angeordnet sind.
  12. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (3) zumindest eine Glühlampe, eine Leuchtdiode oder ein Elektrolumineszenzlicht aufweist.
  13. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger (4) zumindest einen Photowiderstand, Phototransistor oder eine Photodiode aufweist.
  14. Optischer Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) eine Drehbewegung oder eine Linearbewegung relativ zu einer den Lichtsender (3) und den Lichtempfänger (4) aufweisenden Leiterplatte (8) ausführt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006060747A1 (de) * 2006-12-21 2008-06-26 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Heißgetränkeautomat mit einem Füllstandssensor
DE102014010417A1 (de) 2014-07-14 2016-01-14 Nanosurf Ag Positionsmesssystem für den Nanometerbereich

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9518599B2 (en) 2014-04-10 2016-12-13 Simpson Strong-Tie Company, Inc. Metal to metal fastener

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2523298A1 (fr) * 1982-03-15 1983-09-16 Jaeger Dispositif volumetrique, notamment pour le carburant dans un reservoir
JPS6266686A (ja) * 1985-09-19 1987-03-26 Fujitsu Ltd 光ポテンシヨメ−タとその製造方法
JPH0326880A (ja) * 1989-06-23 1991-02-05 Sanyo Electric Co Ltd 回転式圧縮機の吸入管接続装置
GB9420833D0 (en) * 1994-10-15 1994-11-30 Penny & Giles Electronic Compo Optical potentiometer
DE19944025A1 (de) * 1999-09-14 2001-03-15 Siemens Ag Veränderbarer Widerstand
DE10019223A1 (de) * 2000-04-18 2001-10-31 Pelikan Produktions Ag Egg System zum Erfassen eines Flüssigkeitsstandes in einem Behälter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006060747A1 (de) * 2006-12-21 2008-06-26 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Heißgetränkeautomat mit einem Füllstandssensor
DE102006060747B4 (de) 2006-12-21 2018-10-18 BSH Hausgeräte GmbH Heißgetränkeautomat mit einem Füllstandssensor
DE102014010417A1 (de) 2014-07-14 2016-01-14 Nanosurf Ag Positionsmesssystem für den Nanometerbereich

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