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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem optischen Positionssensor nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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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.
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Vorteile der
Erfindung
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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.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen optischen Positionssensors möglich.
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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.
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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.
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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.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
hat der Reflektor eine analoge oder eine digitale Codierung zur möglichst
genauen Positionsbestimmung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Lichtsender und der Lichtempfänger bogenförmig oder
geradlinig angeordnet.
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Der
Lichtsender ist vorteilhafter Weise zumindest eine Glühlampe,
eine Leuchtdiode oder ein Elektrolumineszenzlicht und der Lichtempfänger zumindest
ein Photowiderstand, ein Phototransistor oder eine Photodiode.
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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.
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Zeichnung
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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.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Vorrichtung
zur Messung eines Füllstandes
in einem mit einer Flüssigkeit
gefüllten
Vorratsbehälter
mit einem optischen Positionssensor.
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In
einem Vorratsbehälter 1 ist
eine Flüssigkeit 14,
beispielsweise Kraftstoff, mit einem Füllstand 15 gespeichert.
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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.
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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.
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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.
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Der
Lichtempfänger 4 ist
beispielsweise ein sogenannter Phototransistor, ein Photowiderstand, eine
Photodiode oder ähnliches.
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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.
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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.
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Ein
Fördermodul
ist beispielsweise aus der
DE
199 15 255 A1 bekannt, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil
der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.
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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.
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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.
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Das
Stellglied 12 ist aber nicht auf einen Schwimmer beschränkt, sondern
kann ein beliebiger Gegenstand sein.
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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.
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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.
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2 zeigt in geändertem
Maßstab
einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen optischen Positionssensors
mit der Leiterplatte und der Blende.
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Bei
der Vorrichtung nach 2 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3 zeigt eine Leiterplatte
mit einem Photowiderstand gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 3 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 und 2 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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Der
Lichtsender 3 weist zumindest eine Lichtquelle auf, beispielsweise
eine Leuchtdiode.
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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.
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An
den Photowiderstandsabschnitt 26 des Lichtempfängers 4 schließt sich
beispielsweise radial innen ein Leiterabschnitt 25 und
beispielsweise radial außen
ein Widerstandsabschnitt 27 an.
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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.
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Der
Photowiderstandsabschnitt 26 ist bei Lichteinwirkung elektrisch
leitend, bei fehlender Lichteinwirkung jedoch elektrisch nichtleitend.
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Der
Widerstandsabschnitt 27 besteht beispielsweise, wie bei
einem Potentiometer üblich,
aus Graphit.
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4 zeigt die Blende gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 4 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 3 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen optischen
Positionssensors.
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Bei
der Vorrichtung nach 5 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 4 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der
erfindungsgemäße optische
Positionssensor 6 ist beim ersten Ausführungsbeispiel als optisches
Potentiometer ausgebildet, das nachfolgend beschrieben ist.
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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.
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6 zeigt eine Leiterplatte
mit einem Phototransistor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 6 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 5 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Vorrichtung nach 6 unterscheidet sich
von der Vorrichtung nach 3 darin,
daß der Lichtempfänger 4 keinen
Photowiderstand, sondern zumindest einen Phototransistor aufweist.
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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.
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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.
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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.
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7 zeigt die Blende gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 7 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 6 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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8 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen optischen
Positionssensors.
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Bei
der Vorrichtung nach 8 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 7 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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Der
Reflektor 5 wird im zweiten Ausführungsbeispiel bei einer Veränderung
der Position des Stellglieds 12 über den Lichtsender 3 und
den Lichtempfänger 4 hinwegbewegt.
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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.
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9 zeigt eine erste Ausführung einer
elektrischen Schaltung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 9 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 8 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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Die
Meßleitungsabschnitte 48.1,48.2,48.3,48.4 haben über die
Zusatzwiderstände
R3 und die Phototransistoren 30 Kontakt mit der Masse 45.
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10 zeigt eine zweite Ausführung des elektrischen
Schaltplans gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
der Vorrichtung nach 10 sind
die gegenüber
der Vorrichtung nach 1 bis 9 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Codierung des Reflektors 5 kann also auch mit dieser elektrischen
Schaltung gelesen werden, so daß die
Position des Stellglieds 12 ermittelbar ist.
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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.