DE19936574A1

DE19936574A1 - Optischer Sensor zur kontinuierlichen Feststellung des Füllstandes eines flüssigen Mediums in einem Behälter

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Publication number: DE19936574A1
Application number: DE1999136574
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2001-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor 1 zur kontinuierlichen Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes 6 eines flüssigen Mediums 16 in einem Behälter 5, wobei die wenigstens eine Meßstrecke 4 zwischen dem wenigstens einen Sender 2 und dem wenigstens einen Empfänger 3 durch ein die elektromagnetische Strahlung leitendes Medium 9 gebildet wird, welches eine Wellenausbreitung zwischen dem wenigstens einen Sender 2 und dem wenigstens einen Empfänger 3 derart beeinflußt, daß sich abhängig vom Füllstand 6 des flüssigen Mediums 16 innerhalb des Behälters 5 und damit der Benetzung der wenigstens einen Meßstrecke 4 ein vom wenigstens einen Empfänger 3 generiertes Ausgangssignal ändert, welches an eine nachgeordnete Auswerteschaltung geliefert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines flüssigen Mediums in einem Behälter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Durch die DE 197 09 738 A1 ist eine Meßvorrichtung für den Füll stand eines Flüssigkeitsbehälters bekannt geworden, welche mit tels mehrerer Schwimmkörper und gleicher Anzahl von elektrome chanischen Meßwertgebern den Füllstand in mindestens zwei von einander separierten Flüssigkeitsbehältern ermitteln kann. Ebenso ist durch DE 195 31 540 A1 ein Verfahren zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit bekannt, welches das Radarprinzip verwendet. Hierbei wird ein spannungsgesteuerter Oszilator durch eine entsprechend gesteuerte Spannungsquelle angesteuert, wobei die Radarfrequenzen nach dem FMCW-Verfahren moduliert werden. Desweitern ist durch DE 197 20 519 A1 eine Vorrichtung zur Fest stellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter bekannt, bei welcher ein mechanisches Schwin gungsgebilde mit einer piezoelektrischen Erregungseinrichtung zu Schwingungen angeregt, mit einem der Erregungseinrichtung im wesentlichen identischen Empfangswandler detektiert und mittels einer geeigneten Signalaufbereitung ausgewertet wird.

Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines flüssigen Mediums ist, daß sich bedingt durch das Meßprinzip ein oder mehrere me chanisch bewegbare Teile innerhalb des Behälters befinden, wel che verschleißen könnten.

Ebenso erfordert im Falle des Meßprinzip mit einem Schwimmer eine Umwandlung der Stellung des Schwimmers in ein elektrisches Signal, welches beim heutigen Stand der Technik innerhalb des Behälters geschieht. Dies könnte bei leicht entflammbaren Stof fen, wie z. B. Methan oder Wasserstoff ein erhöhtes Sicherheits risiko darstellen, wodurch zusätzliche und dadurch kosteninten sive Maßnahmen erforderlich wären, um diese Problematik zu ver hindern.

Weiterhin ist es möglich, daß Teile der elektronischen Kompo nenten den Lösungsmitteldämpfen des Kraftstoffes ausgesetzt sind und damit in ihrer Funktion beeinträchtigt werden könnten.

Im Falle eines Defektes der sich im Behälter befindenden Kompo nenten wäre ein erhöhter Reparatur- und Kostenaufwand erforder lich.

Ebenso von Nachteil ist bei den bekannten Vorrichtungen eine zum Teil erhebliche Empfindlichkeit gegen mechanische Beanspru chungen wie Vibrationen und Stöße, welche zum einen das Meßer gebnis verfälschen und zum anderen den/die Meßwertgeber beschä digen könnten.

Der Erfindung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Füllstandsanzeige der eingangs genannten Art zu gestalten, mit der unter Verringerung des Auf wandes des mechanischen Aufbaus, sowie des Verzichtes auf me chanisch bewegliche und/oder elektrische Teile innerhalb des Behälters Änderungen des Füllstandes kontinuierlich detektiert und/oder überwacht werden können.

Dies wird erfindungsgemäß in einer Vorrichtung der genannten Gattung gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß der mechanische Aufbau vereinfacht, sowie die kostengünstige Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines flüssigen Mediums innerhalb eines Behälters ermöglicht wird.

Weiter besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß keine elektrisch leitenden Komponenten innerhalb des mit den flüssigen Mediums gefüllten Behälters erforderlich sind, was eine Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen ermög licht.

Ein weiter erfindungsgemäßer Vorteil ist, daß keine mechanisch beweglichen Komponenten zur Erfassung des Füllstandes erforder lich sind. Dies reduziert die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber Erschütterungen und mechanischem Verschleiß auf ein Minimum.

Der optische Sensor zur Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes eines flüssigen Mediums in einem Behälter basiert auf dem Prinzip der Totalreflexion von elektromagnetischer Strahlung an einer Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedli chen Brechungsindizes.

Dabei emitiert ein Sender elektromagnetische Strahlung innerhalb des Bereiches 300 nm bis 1100 nm, welche vorzugsweise unter einem definierten Winkel in ein die elektromagnetische Strahlung lei tendes Medium eingekoppelt werden, das damit die sensitive Meß strecke des optischen Sensors bildet.

Abhängig von den Brechungsindizes der Meßstrecke und des Medi ums, in dem sich die sensitive Meßstrecke befindet, wird die elektromagnetische Strahlung an der Grenzfläche reflektiert und/oder tritt an der Grenzfläche aus der Meßstrecke aus.

Der reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung wird innerhalb der optischen Meßstrecke weitergeleitet, anschließend von einem Empfänger erfaßt und dessen Ausgangssignal an eine Auswerteschaltung geleitet.

Ordnet man nun die sensitive Meßstrecke innerhalb des flüssigen Mediums so an, daß durch die Beleuchtung des Senders wenigstens eine Grenzfläche entsteht, die vom entsprechend angeordneten Empfänger erfaßt werden kann, so läßt sich anhand des Ausgangs signals des Empfängers eine Aussage über den Benetzungsgrad der Meßstrecke mit dem flüssigen Medium treffen.

Durch geeignete Ausbildung der Meßstrecke innerhalb eines Be hälters läßt sich so dessen Füllgrad mit einem flüssigen Medium bestimmen.

Zur kontinuierlichen Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes wird die Meßstrecke zweckmäßigerweise im Lot und damit in einem Winkel von 90° zur Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet. Besteht nur die Notwendigkeit das Überschreiten und/oder Unterschreiten eines gewissen Füllstandes zu detektie ren, so wird die Meßstrecke zweckmäßigerweise waagerecht zur Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet.

Bei Verwendung des optischen Sensors besteht grundlegend die Möglichkeit einer Verunreinigung der Meßstrecke, was zu einer fehlerhaften kontinuierliche Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes führen könnte. Erfindungsgemäß wird dies durch die Verwendung einer Meßstrecke sowie einer Referenzmeßstrecke gelöst.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vor gesehen, daß mehrere Meßstrecken und/oder Referenzmeßstrecken verwendet werden. Dabei wird je Meßstrecke und/oder Referenz meßstrecke wenigstens ein Sender zur deren Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung verwendet. Der reflektierte An teil der elektromagnetischen Strahlung jeder einzelnen Meß strecke und/oder Referenzmeßstrecke wird durch einen Lichtlei ter auf einen gemeinsamen Empfänger fokusiert, wobei der Licht leiter dafür erforderliche Strukturen aufweist.

Ebenso ist es denkbar, daß jede Meßstrecke und/oder Referenz strecke jeweils wenigstens einen Empfänger beleuchtet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sender gepulst angesteuert. Damit beeinflußt eventuell in die Meßstrecke eintretendes Umgebungslicht das Meßergebnis nicht. Bei Verwendung mehrerer Meßstrecken und/oder Referenz meßstrecken mit einem Empfänger kann das Meßergebnis jeder ein zelnen Meßstrecke und/oder Referenzmeßstrecke durch jeweils zeitlich zueinander in ihrer Phase verschobene Signale eindeu tig einer Meßstrecke und/oder Referenzmeßstrecke zugeordnet wer den.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung be findet sich die komplette Signalaufbereitung, bestehend aus elektronischen und optoelektronischen Komponenten in einem Ge häuse. Die optoelektronischen Komponenten sind über geeignete Verbindungen, welche die elektromagnetische Strahlung nahezu ungedämpft weiterleiten können, mit der Meßstrecke und/oder Re ferenzstrecke verbunden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Verbin dung des Gehäuse des optischen Sensors zum Behälter entweder mechanisch lösbar durch Klipsen und/oder Schrauben, sowie me chanisch nicht lösbar durch Kleben und/oder Nieten erfolgen. Im Falle der mechanisch lösbaren Verbindung des optischen Sen sors zum Behälter ist die innerhalb des Behälters angebrachte Meßstrecke zweckmäßigerweise lösbar mit dem Behälter verbunden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die außerhalb des Behälters liegenden Teile der Meß strecke und/oder Referenzstrecke durch geeignete Maßnahmen ge gen eindringendes Fremdlicht geschützt. Ebenso werden die für die Füllstandsmessung nicht wirksamen Teile der Meßstrecke und/oder Referenzstrecke gegen Benetzung mit dem flüssigen Me dium geschützt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung befinden sich Re ferenzstrecke und Meßstrecke in einem Lichtleiter, um sowohl die Materialkosten, als auch den Platzbedarf zu reduzieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist darüber hinaus eine Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes unabhängig von der Schräglage des Gefäßes beziehungsweise des Flüssigkeitsstandes möglich.

Im Falle einer Anwendung in einem mehrkammerigen Flüssigkeits behälter ist es von Vorteil, daß sich der Füllstand jeder Kam mer unabhängig voneinander feststellen und/oder überwachen läßt.

Ist nur die Erfassung eines gewissen Füllstandes in Form einer Schwellenüberschreitung und/oder Schwellenunterschreitung er forderlich, so wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung die Meßstrecke und Referenzstrecke horizon tal und damit parallel zur Oberfläche des flüssigen Mediums an geordnet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die innerhalb des Behälters liegenden Komponenten, während des Fertigungsprozeßes des Behälters vollständig in diesen integriert werden, was eine erhebliche Reduzierung des Installations- und Montageaufwandes mit sich bringen würde, woraus zudem eine Kostenreduzierung resultiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 Darstellung der Vorrichtung und Meßprinzip,

Fig. 2 Verwendung einer Referenzmeßstrecke,

Fig. 3 zeitlicher Verlauf eines Meßvorganges,

Fig. 4 Erfassung mehrerer Meßstrecken und/oder Referenzstrecken mit Empfänger,

Fig. 5 getrennte Erfassung mehrerer Füllstände mit einem Empfänger,

Fig. 6 lageunabhängige Erfassung des Füllstandes,

Fig. 7 Einfluß eines lageabhängigen Füllstandes,

Fig. 8a bis 8e mögliche Anordnungsvarianten des Lichtleiters in schematischer Prinzipdarstelung,

Fig. 9 Kombination der Meß-/Referenzstrecke in einem Lichtleiter,

Fig. 10 Ausführung des Lichtleiters.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 dargestellt, dessen optoelektronische und elektronische Komponenten 2, 3 und 8 außerhalb und dessen Meßstrecke 4 innerhalb des Behälters 5 angeordnet sind.

Dabei ist die Meßstrecke 4 so angeordnet, daß sie abhängig vom Füllstand 6 der Flüssigkeit 16 innerhalb des Behälters 5 benetzt wird.

Die optoelektronischen und elektronischen Komponenten 2, 3 und 8 sind umschlossen von einem Gehäuse 7, welches zur Befestigung dieser Komponenten 2, 3 und 8 außerhalb des Behälters 5, sowie zu dessen Schutz vor Verunreinigung und Beschädigung dient.

Innerhalb des Gehäuses 7 befindet sich wenigstens eine Platine 8 auf der optoelektronische, elektronische und mechanische Komponenten befestigt sind.

Als Sender 2 wird vorzugsweise eine LED (light emitting diode) verwendet, die elektromagnetische Strahlung innerhalb des Wellenlängenbereiches 300 nm bis 1100 nm emittiert.

Durch einen geeignet geformten Lichtleiter 9, der die sensitive Meßstrecke 4 des optischen Sensors 1 darstellt, kann der von dem Sender 2 ausgehende Lichtstrahl 10 fokusiert und gerichtet werden. Bedingt durch die Anordnung des Senders 2 zum Lichtleiter 9, sowie die linsenförmige Struktur 11 der Eintrittsfläche des Lichtleiters 9 wird der fokusierte Lichtstrahl unter großem Winkel A in den Lichtleiter 9 eingekoppelt. Nach den Gesetzen der Optik wird nun der Lichtstrahl 12 an der Grenzfläche 13 aufgrund der Berechnungsindizes des Lichtleiters 9 und des Mediums 18 vollständig reflektiert. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Lichtleiters 9 hat zur Folge, daß der an den Grenzflächen 13, 13a,. .13x reflektierte Anteil des Lichtsrahls 12a, 12b,. .12x nahezu vollständig auf den Empfänger 3 trifft, welcher vorzugsweise als Fotodiode ausgebildet ist. Der Empfänger 3 ist so zur Austrittsfläche 14 des Lichtleiters 9 positioniert, daß hauptsächlich der reflektierte Anteil 12x des Lichtstrahles 12 auf die lichtsensitive Fläche des Empfängers gelangt. Die Austrittsfläche 14 besitzt ebenfalls eine geeignete linsenförmige Struktur.

Ist nun wenigstens eine der Grenzflächen 13a,. .13x mit dem flüssigen Medium 16 benetzt, resultiert daraus nach den Gesetz der Optik ein verändertes Brechungsverhalten, wodurch der Lichtstrahl 12b nicht vollständig an der Grenzfläche 13b reflektiert wird, sondern ein Teil des Lichtstrahls 12b aus dem Lichtleiter 9 austritt und als gestreuter Anteil 17 in das flüssige Medium 16 einkoppelt. Damit verringert sich die Intensität des reflektierten Lichtsrahls 12c, womit eine Reduzierung des elektrischen Signals des Empfängers 3 verbunden ist. Diese Änderung des elektrischen Signals des Empfängers 3 gibt damit eine Auskunft über die anteilige Fläche der Benetzung des Lichtleiters 9, mit dem flüssigen Medium 16, und somit über den Füllstand 6 des flüssigen Mediums 16 innerhalb des Behälters 5. Mittels einer nachgeordneten Signalaufbereitung 21 kann die Änderung des Signales entsprechend der Anwendung aufbereitet werden.

Bei Verwendung bestimmter flüssiger Medien 16, wie zum Beispiel Kraftstoff für Kraftfahrzeuge, könnten sich Verschmutzungen auf dem Lichtleiter 9 ablagern, welche die Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes durch den optischen Sensor 1 beeinträchtigen könnten.

Dieses Problem (Fig. 2) wird erfindungsgemäß durch eine zusätzliche Meßstrecke, die ebenfalls als Lichtleiter 9a ausgebildet ist gelöst, wobei dieser Lichtleiter 9a nicht mit dem flüssigen Medium 16 benetzt wird und damit als Referenzmeßstrecke 20 dient. Dabei sind die Meßstrecke 4 und die Referenzmeßstrecke 20 in ihren optischen und mechanischen Ausführungen und Eigenschaften identisch aufgebaut. Die Meßstrecke 4 und Referenzstrecke 20 werden jeweils mit der gleichen Lichtintensität beleuchtet, wobei die Festellung und/oder Überwachung des Füllstandes durch die Meßstrecke identisch mit dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren ist. Bei der Auswertung der Signale der Meßstrecke 4 und der Referenzstrecke 20 durch eine Signalaufbereitung 21, wird der Füllstand 6 das flüssigen Mediums 16 im Behälter 5 nahezu unabhängig vom Verschmutzungsgrad der Meßstrecke 4 erfaßt.

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf eines Meßvorganges schematisch dargestellt.

Gemäß der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels in Fig. 4 besteht die Möglichkeit zwei und mehrere Meßstrecken 4, 4a mit jeweils wenigstens einem Sender 2, 2a zu beleuchten und die reflektierten Lichtanteile der Meßstrecken 4, 4a mit einem Empfänger 3 zu detektieren. Dies ermöglicht eine Vereinfachung des Aufbaus des optischen Sensors 1.

Dies wird durch geeignete Ausbildung der eingangsseitigen und ausgangsseitigen linsenförmigen Strukturen der Lichtleiter 9, 9a, sowie einer geeigneten Ausrichtung und Plazierung der Lichtleiter 9, 9a zu den Sendern 2, 2a und zum Empfänger 3 erreicht. Denkbar wäre hierbei auch die Meßstrecke 4 zur Erfassung des Füllstandes und die Meßstrecke 4a als Referenzmeßstrecke zu verwenden.

Die in Fig. 5 schematisch dargestellte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 ermöglicht eine getrennte Erfassung von den Füllständen 6, 6a. Hierbei werden die einzelnen Meßstrecken 4, 4a mit gepulster elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Bereichs 300 nm bis 1100 nm beleuchtet, wobei die Signale der einzelnen Sender 2, 2a zeitlich in ihrer Phase 22 zueinander verschoben sind. Ist der Signalauswertung 23 die zeitliche Verschiebung der einzelnen Signale bekannt, kann diese die vom gemeinsamen Empfänger 3 detektierten Signale eindeutig jeder einzelnen Meßstrecke 4, 4a zuordnen.

Dies ermöglicht eine kostengünstige Erweiterung der Funktionalität des optischen Sensors 1.

Das in Fig. 5 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel für zwei Meßstrecken 4, 4a kann durch geeignete Anpassung der einzelnen Meßstrecken und der optoelektronischen, elektrischen und mechanischen Komponenten innerhalb der physikalischen Grenzen beliebig in seiner Anzahl der Meßstrecken erweitert werden.

Je nach Verwendung des optischen Sensors 1 ist es sinnvoll eine Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes zu gewährleisten, der weitgehend unabhängig von der Lage des Behälters zur Oberfläche des flüssigen Mediums und damit von der Lage des Flüssigkeitspegels ist.

Die erfindungsgemäße Ausstattung des optischen Sensors 1 ist in Fig. 6 in einem schematischen Ausführungsbeispiel dargestellt. Innerhalb des Behälters befinden sich wenigstens zwei Meßstrecken 4, 4a, welche durch die Lichtleiter 91% gebildet werden. Diese Lichtleiter 9, 9a sind mit ihrer sensitiven Fläche vertikal im Lot angeordnet. Vorzugsweise werden die Meßstrecken 4, 4a wie in der in Fig. 5 schematisch dargestellten Ausführungsvariante verwendet. Denkbar ist jedoch auch, wie in Fig. 6 dargestellt, eine Verwendung von zwei Meßstrecken 4, 4a unter Einsatz von jeweils wenigsten einem Sender 2, 2a und wenigstens einem Empfänger 3, 3a je Meßstrecke 4, 4a.

Ändert sich beispielsweise die Lage des Füllstandes 6, nach der in Fig. 7a schematisch dargestellten Art, erhöht sich die Lichtintensität der Meßstrecke 4a auf den Empfänger 3a beziehungsweise verringert sich bei der Meßstrecke 4 auf den Empfänger 3. Der schematisch dargestellte Mittelwert 6a des Betrags der beiden Signale ändert sich jedoch nicht. Im Falle der Verwendung eines Empfängers 3 (Fig. 7b) wird durch die Bildung der Summe der Beleuchtungsintensitäten der einzelnen Meßstrecken 4, 4a die Veränderung des Füllstandes 6 prinzipbedingt berücksichtigt. Durch eine geeignete Auswertung mittels der Signalauswertung kann dies in der Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes berücksichtigt werden. Ein eventuell auftretendes Schwappen und damit zeitliches Verhalten des Füllstandes 6, innerhalb des Behälters 5, und eine damit verbundene Schwankung der Lichtintensität an den Empfängern 3, 3a, kann ebenfalls durch ein geeignetes Verfahren mittels der Signalauswertung bei der Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes nahezu eliminiert werden. Denkbar ist dabei beispielsweise eine Auswertung des Signals, unter Verwendung des gleitenden Mittelwertes.

In den Fig. 8a bis 8e sind in schematischer Darstellung mögliche Anordnungsvarianten des wenigstens einen Lichtleiter 9, sowie der wenigstens eine Sender 2 und wenigstens eine Empfänger 3 dargestellt.

Fig. 8a zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur kontinuierlichen Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes. Erkennbar ist hierbei, daß sich der wenigstens eine Sender 2 und der wenigstens eine Empfänger 3 außerhalb des Behälters 5 an dessen gegenüberliegenden Seiten befinden.

Fig. 8b zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anordnungsvariante, bei der sich der wenigstens eine Sender 2 und der wenigstens eine Empfänger 3 außerhalb des Behälters 5 an der dem Füllstand 6 der Flüssigkeit 16 zugewandten Seite oder an der dem Füllstand 6a abgewandten Seite befinden.

Fig. 8c entspricht der zuvor beschriebenen Fig. 8b, unterscheidet sich jedoch darin, daß der wenigstens eine Lichtleiter 9 meanderförmig im Behälter 5 angeordnet ist.

Fig. 8d entspricht der Fig. 8a, wobei hier der wenigstens eine Lichtleiter 9 nicht im Lot zum Füllstand 6 der Flüssigkeit 16 angeordnet ist.

Fig. 8e in schematischer Darstellung eine Anordnung zur kontinuierlichen Festellung und/oder Überwachung der Schwelle eines Füllstandes 6. Hierbei ist der wenigstens eine Lichtleiter 9 horizontal zum Füllstand 6, 6a des flüssigen Mediums 16 angeordnet.

Um den erforderlichen Materialaufwand und die daraus resultierenden Kosten gering zu halten, werden wenigstens eine Meßstrecke und wenigstens eine Referenzstrecke in einen Lichtleiter integriert. Dies wird erfindungsgemäß wie in Fig. 9 dargestellt realisiert.

In den in seiner Längsachse 30 quaderförmig ausgebildeten Lichtleiter 9 wird über entsprechend ausgeformte Linsenstrukturen 11 das Meßsignal 32 und das Referenzsignal 31 in den Lichtleiter 9, unter den in Fig. 1 erläuterten Grenzwinkelbedingung, eingekoppelt. Bedingt durch die geometrische Ausgestaltung des Lichtleiters 9 und die eingangsseitigen und ausgangsseitigen Linsenstrukturen 11, 14, sowie der in Fig. 9 dargestellten Montage des Lichtleiters 9 in der Wandung 33 des Behälters, werden je nach Füllstand 6 des flüssigen Mediums 16 im Behälter die Grenzflächen 34a,. .34x der Meßstrecke 32 mit den flüssigen Medium 16 benetzt. Die Grenzflächen 13a,. .13x der Referenzmeßstrecke 31 hingegen werden, bedingt durch den mechanischen Aufbau, nicht vom flüssigen Medium 16 benetzt und zeigen damit keine vom Füllstand 6 abhängigen Signalpegeländerungen.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Signale der Meßstrecke und Referenzstrecke zu verhindern, werden diese im zeitlichen Wechsel 35 mit gepulsten elektromagnetischer Strahlung im Bereich 300 nm bis 1100 nm beleuchtet.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung die Ausführung des Lichtleiters 9 und der damit verbundenen Lage und Form der von dem fokusierten Lichtstrahl 12 erzeugten Reflexionsflächen 13a,. .13x. Durch günstige Auswahl der Geometrie des Lichtleiters 9, sowie einer geeigneten Ausformung der linsenförmigen Struktur 11, ergibt sich unter Berücksichtigung der geometrischen und optischen Gesetze ein lückenloser Anschluß der Reflexionsflächen 13a,. .13x an den gegenüberliegenden Flächen 36, 37 des Lichtleiters 9. Dies gewährleistet eine stetige Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes innerhalb des Meßbereiches.

Als Anwendungsbereiche sind Umgebungen denkbar, mit denen die empfindlichen Komponenten des optischen Sensors nicht in Kon takt kommen sollen und dem gegenüber die Eigenschaften des um gebenden Mediums wie z. B. Temperatur, chemische Aggressivität, etc., keine Beeinträchtigung der Meß- und Funktionseigenschaf ten des optischen Sensors hervorruft.

Dabei wären zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich der Kraft stofftank, Scheibenwischwasser, Öl, Kühlwasser, etc. denkbar. Im Hinblick auf die Verwendung anderer Treibstoffe im Kraft fahrzeugbereich, wie Wasserstoff, elektrischer Strom, wären hier ebenfalls der Kraftstofftank, sowie die Batterieflüssig keit zu nennen.

Bezugszeichenliste

1

optischer Sensor

2

Sender

3

Empfänger

4

Meßstrecke

5

Behälter

6

Füllstand

8

Platine

9

Lichtleiter

11

,

14

linsenförmige Strukturen

16

flüssiges Medium

20

Referenzstrecke

21

Auswerteschaltung

Claims

1. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes (6) eines flüssigen Mediums (16) in einem Behälter (5), bei welcher ein optischer Sensor (1), mit wenigstens einem Sender (2) und wenigstens einem Empfänger (3) für elektromagnetische Strahlung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßstrecke (4) zwischen dem wenigstens einen Sender (2) und dem wenigstens einen Empfänger (3) durch ein die elektromagnetische Strahlung leitendes Medium (9) gebildet wird, welches eine Wellenausbreitung zwischen dem wenigstens einen Sender (2) und dem wenigstens einem Empfänger (3) derart beeinflußt, daß sich abhängig vom Füllstand (6) des flüssigen Mediums (16) innerhalb des Behälters (5) und damit der Benetzung der wenigstens einen Meßstrecke (4) ein vom wenigstens einen Empfänger (3) generiertes Ausgangssignal ändert, welches zur Anzeige und/oder Überwachung des Füllstandes (6) eines flüssigen Mediums (16) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Füllstand (6) abhängige Ausgangssignal an eine nachgeordnete Auswerteschaltung (21) geliefert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sender (2) elektromagnetische Strahlung innerhalb des Bereiches 300 nm bis 1100 nm aussendet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sender (2) mit einem elektrisch gepulsten Signal angesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sender (2) vorzugsweise eine LED (light emitting diode) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Empfänger (3), die von dem wenigstens einen Sender (2) emittierte elektromagnetische Strahlung detektiert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Empfänger (3) vorzugsweise eine Fotodiode ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Empfänger (3) vorzugsweise ein Fototransistor ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vom wenigstens einen Sender (2) emittierte elektromagnetische Strahlung mittels wenigstens eines Lichtleiters (9) zum wenigstens einen Empfänger (3) geleitet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Lichtleiter (9) Strukturen (11) aufweist, die es ermöglichen, die von dem wenigstens einen Sender (2) emittierte elektromagnetische Strahlung zu fokusieren und in den wenigstens Lichtleiter (9) einzukoppeln.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Lichtleiter (9) Strukturen (14) aufweist, die es ermöglichen, den wenigsten einen Empfänger (3) mit gerichteter elektromagnetischer Strahlung aus wenigstens einer Meßstrecke (4) zu beleuchten.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Meßstrecke (4) vorhanden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Referenzstrecke (20) vorhanden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Meßstrecke (4) durch jeweils wenigstens einen Lichtleiter (9) gebildet wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Referenzstrecke (20) durch jeweils wenigstens einen Lichtleiter (9) gebildet wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch die geeignete Anordnung (Fig. 6) von wenigstens zwei Meßstrecken (4) innerhalb des flüssigen Mediums eine Feststellung und/oder Überwachung des Füllstandes (6) unabhängig von dessen Lage und zeitlichen Verhalten möglich ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Meßstrecken (4) und/oder Referenzmeßstrecken (20) deren gepulste Signale jeweils zueinander zeitlich in ihrer Phase verschoben sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer geeigneten Auswerteschaltung (21), der in die Meßstrecke (4) und/oder Referenzmeßstrecke (20) gelangende Gleichanteil, der elektromagnetischen Strahlung aus dem Signal entfernt wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragung der Daten des optischen Sensors (1) mittels wenigstens einer Datenleitung an eine zentrale Auswerteeinheit möglich ist, um somit vorzugsweise den Füllstandes (6) des flüssigen Mediums (16) optisch und/oder akustisch wiederzugeben.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragung der Daten des optischen Sensors (1) mittels wenigstens einer Datenleitung an eine zentrale Steuereinheit möglich ist, um somit vorzugsweise Komponenten abhängig vom Füllstandes (6) des flüssigen Mediums (16) zu steuern und/oder zu regeln.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gemeinsame Platine (8) außerhalb des flüssigen Mediums (16) fassenden Behälters (5) befindet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Komponenten der Vorrichtung vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine (8) montiert sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen, elektrischen und mechanischen Komponenten lösbar mit dem Lichtleiter (9) verbunden sind.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen, elektrischen und mechanischen Komponenten nicht lösbar mit dem Lichtleiter (9) verbunden sind.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die linsenförmigen Strukturen (11, 14) zur Bündelung und Fokusierung durch geeignete Fertigungsverfahren in den Lichtleiter (9) eingeformt werden.