DE19713785A1 - Verfahren zur Bestimmung eines vorgegebenen Flüssigkeitspegels - Google Patents

Description

Aus der Literatur sind zur Lösung des Problems eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt. Verwendet werden unter anderem die verschiedensten Schwimmer, Kontakte, Mikrowellenre­ sonatoren, transparente Röhren mit einer möglichen optischen Abtastung, optische Reflex­ koppler usw.

In der der Erfindung zugrunde liegenden Anwendung führten alle die genannten Lösungsmög­ lichkeiten zu keinem befriedigendem Ergebnis. Die Geräte sind entweder zu schwer, durch einen Eingriff in die Flüssigkeit nicht anwendbar, in der Handhabung durch das Personal zu kompliziert bzw. zu störanfällig oder lösen den Alarm zu spät aus.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Grenzwert des Pegels einer für den Laserstrahl transparenten Flüssigkeit in einem ebenfalls für den Laser­ strahl transparenten Gefäß berührungslos zu ermitteln, um daraus ein Alarmsignal beim Errei­ chen bzw. Unterschreiten des Grenzwertes abzuleiten. Im Strahlengang einer Laserstrahl­ schranke befindet sich das Gefäß mit der Flüssigkeit. Der Laserstrahl wird durch die Brechung am Einfalls- und Ausfallslot der Flüssigkeit so beeinflußt, daß die Strahlschranke geöffnet oder geschlossen wird. In einem eng begrenzten Pegelbereich wird bei richtiger Anordnung der Strahlschranke der Laserstrahl totalreflektiert. Auch das läßt sich vorteilhaft zur Schließung oder Öffnung der Strahlschranke nutzen.

Eine vorteilhafte Ausführung des Patentanspruches 1, 2 u. 3 zur Überwachung des Flüssig­ keitspegels in Infusionsflaschen zeigt die Abb. 1. Im Zentrum der Strahlschranke, gebildet durch die Laserdiode mit Kollimatorlinse 1 und der Fotodiode mit Sammellinse und Tubus 2, befindet sich der Aufnahmetrichter 4 für die Infusionsflasche. Diese Art der Flaschenaufnahme garantiert den richtigen zentralen Sitz der Infusionsflasche zu den Bauelementen der Strahl­ schranke. Der Strahlschrankenträger 3 ist verbunden mit einem Bügel 5 zur Aufhängung der Vorrichtung.

Die Strahlschranke ist so ausgeprägt, daß die mechanische und optische Achse identisch ist. Das heißt, ohne die Infusionsflasche bzw. mit leerer Infusionsflasche ist die Strahlschranke geschlossen. Die Unterbrechung der Strahlschranke erfolgt durch die Ablenkung des Laser­ strahls am Eingangslot der Flüssigkeit. Die Schließung der Strahlschranke ist zum einen über die Totalreflexion des Laserstrahles gegeben und zum anderen durch direkte optische Verbin­ dung von Laserdiode und optischem Empfänger, wenn der Flüssigkeitspegel unterhalb des Eingangslotes ist.

Zur Funktionsbeschreibung dienen die Abb. 2a, 2b, 2c.

• - Der Flüssigkeitspegel 4 ist über der Warngrenze Abb. 2a:
  Der Laserstrahl 1 wird beim Eingang in die Infusionsflasche zum Einfallslot 2 hingebrochen, wodurch er aus der ursprünglichen Horizontalen um ca. 8°-10° nach oben abgelenkt wird. Beim Ausgang wird der Laserstrahl 1 vom Ausfallslot 2 weggebrochen. Seine Ablenkung beträgt nochmals ca. 8°-10° nach oben, so daß er den optischen Empfänger deutlich verfehlt und keinen Alarm auslösen kann.
• - Der Flüssigkeitspegel 4 entspricht der Warngrenze Abb. 2b:
  Der Laserstrahl 1 wird zunächst um ca. 8°-10° wie im vorhergehenden Fall abgelenkt, wodurch er in einem Winkel von mehr als 80° auf das Lot an der Grenzfläche Flüssigkeit - Luft 4 trifft, was bedeutet, es tritt eine Totalreflexion des Laserstrahls ein. Beim Austritt aus der Flasche wird der Laserstrahl 1 durch die Brechung am Ausfallslot 3 wieder in die ur­ sprüngliche Horizontale gelenkt. Er trifft damit auf den optischen Empfänger, und die nachfolgende Elektronik löst den Alarm aus.
• - Der Flüssigkeitspegel 4 ist unterhalb der Warngrenze Abb. 2c:
  Der Laserstrahl 1 geht direkt durch die Flasche, wird nicht abgelenkt und trifft auf den opti­ schen Empfänger. Auch in diesem Fall wird der Alarm ausgelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der einfachen Bedienung. Die Flaschenhalterung unter­ scheidet sich nur wenig von den bereits verwendeten. Der mechanische Aufbau des Gerätes ist in der Ausführung einfach und robust. Die Erfindung zeichnet sich weiterhin durch ihre hohe Störsicherheit aufgrund der zwei Möglichkeiten (totalreflektierter und direkter Laserstrahl) zur Auslösung des Alarms, wobei der direkte Laserstrahl absolut sicher ist, aus.

Eine weitere Ausprägung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 u. 2 ist in der Abb. 4a u. 4b dargestellt und eignet sich für zylinderförmige Gefäße bzw. Röhren. Sowohl die Laserdiode 1 als auch der Fotoempfänger 2 sind in einem Winkel ≧ 20° und ≦ 35° zur Horizontalen ange­ ordnet. Die mechanische und optische Achse der Strahlschranke fallen zusammen. Solange der Flüssigkeitspegel 4 sich oberhalb des Ausfallslotes 6 befindet, ist die Strahlschranke unterbro­ chen (Abb. 4a). Sinkt der Flüssigkeitspegel 4 unterhalb des Ausfallslotes 6, wird der Laser­ strahl 3 totalreflektiert (ähnlich Abb. 3b). Sinkt der Flüssigkeitspegel 4 weiter bis unterhalb des Einfallslotes 5, wird die direkte optische Verbindung zwischen Laserdiode 1 und optischem Empfänger 2 freigegeben, und die Strahlschranke somit geschlossen. Das entstehende Signal kann zur Alarmauslösung genutzt werden.

Die Abb. 3a und 3b zeigen ein Beispiel für den Patentanspruch 1 und 5. Es ist geeignet für zy­ linderförmige Gefäße bzw. Röhren. Die Strahlschranke ist sowohl bei vollem wie auch bei lee­ rem Gefäß unterbrochen (Abb. 3a). Sie kann nur über den total reflektierten Laserstrahl 3 ge­ schlossen werden, wenn der Flüssigkeitsspiegel 4 soweit abgesunken ist (Abb. 3b).

Ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 u. 5 zeigt die Abb. 5a u. 5b. Es ist ebenfalls für zylin­ derförmige Gefäße bzw. Röhren geeignet. Die Bauelemente der Strahlschranke sind in einem Winkel von 20° bis max. 35° aus der Horizontalen gedreht. Liegt der Flüssigkeitspegel 4 oberhalb des Ausfallslotes 6, ist die Strahlschranke durch den am Einfallslot 5 der Flüssigkeit abgelenkten Laserstrahl 3 geschlossen (Abb. 5a). Sinkt der Flüssigkeitspegel 4 unter das Ni­ veau des Ausfallslotes 6, wird der Laserstrahl 3 totalreflektiert (ähnlich Abb. 3b) und unter­ bricht die Strahlschranke. Sinkt der Flüssigkeitspegel 4 weiter bis unterhalb des Eingangslotes 5, so wird die Ablenkung des Laserstrahles 3 vollkommen aufgehoben, was ebenfalls der Un­ terbrechung der Strahlschranke (Abb. 5b) entspricht.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung eines vorgegebenen Flüssigkeitspegels mittels einer Laserstrahlschranke in deren Strahlengang sich das Gefäß mit der für den Laserstrahl transparenten Flüssigkeit befindet, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Laserstrahl am Einfalls- und Ausfallslot des Gefäßes mit der Flüssigkeit gebrochen wird,
• - daß der Laserstrahl beim Erreichen eines bestimmten Bereiches des Flüssigkeitspegels an der Grenzschicht Flüssigkeit-Luft totalreflektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die optische und mechanische Achse der ungestörten Strahlschranke zusammenfallen,
• - daß die Strahlschranke erst durch die Ablenkung des Laserstrahles am Einfallslot zur Flüssigkeit unterbrochen wird,
• - daß die Unterbrechung der Strahlschranke durch das Absinken der Flüssigkeit unter die Höhe des Einfallslotes zur Flüssigkeit geschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Strahlschranke auch über den an der Grenzfläche Flüssigkeit-Luft totalreflektierten Laserstrahl geschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Strahlschranke erst durch die Ablenkung des Laserstrahles am Einfallslot zur Flüssigkeit geschlossen wird,
• - daß die Strahlschranke durch das Absinken der Flüssigkeit unter die Höhe des Ausfallslotes zur Flüssigkeit unterbrochen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Schließung der Strahlschranke über den an der Grenzfläche Flüssigkeit-Luft totalreflektierten Laserstrahl erfolgt.