DE2945059A1

DE2945059A1 - Fotoelektrischer messwertgeber zur erzeugung eines vom reflexionsgrad eines filterpapiers abhaengigen elektrischen signals

Info

Publication number: DE2945059A1
Application number: DE19792945059
Authority: DE
Inventors: Klaus 7336 Uhingen Abele; Dipl.-Phys. Dr. Dietrich 7321 Albershausen Adolph
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1979-11-08
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2945059C2

Description

Fotoelektrischer Meßwertgeber zur Erzeugung
eines vom Reflexionsgrad eines Filterpapiers abhängigen elektrischen Signals Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem fotoelektrischen Meßwertgeber nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein solcher Meßwertgeber aus dem Prospektblatt 412 D2-0770E, AVL Meßtechnik, Prof. Dr.Dr.h.c. H. List, Graz/Austria, Smoke Meter 412D2 bekannt, der zur Rußgehaltmessung in Dieselabgasen verwendet werden kann. Dieser Meßwertgeber hat ein Gehäuse, in dem eine Lichtquelle im Brennpunkt eines konkaven Reflektors angeordnet ist und das von einem verrußten Filterpapier reflektierte Licht von einer Fotodiode gemessen wird. Hier sind zwar in zweckmäßiger Weise die Lichtquelle, die Fotodiode und ein Lichtfilter zueinander konzentrisch im Gehäuse angeordnet. Nachteilig bei dieser Bauart ist jedoch, daß die Lichtausbeute bei diesem Meßwertgeber relativ gering ist. So treten bei der Reflexion am Spiegel sowie an der Innenwandung am Gehäuse Verluste auf, welche die Lichtstärke, mit welcher das zu prüfende Filterpapier beleuchtet wird, schwächen. Ebenso verringern Stützelemente für die Lichtquelle, die Fotodiode und die Kabeldurchführung die Lichtausbeute. Weiterhin baut dieser Meßwertgeber relativ aufwendig, zumal die einzelnen Bauelemente im Gehäuse zentrisch gelagert werden müssen.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Meßwertgeber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er bei einfacher Bauweise eine hohe Lichtausbeute ermöglicht. Zudem wird mit ihm die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messungen verbessert, zumal störende Reflexionen weitgehend vermieden werden. Ferner arbeitet der Meßwertgeber mit geringem Stromverbrauch.
Der Meßwertgeber weist nicht nur einen einfachen Aufbau auf, sondern läßt sich auch billig herstellen, zumal keine Bauteile mit Verspiegelungen notwendig sind. Durch die Ausbildung des Lichtleitkörpers lassen sich Fotodiode mit Filter in stirnseitigen Ausnehmungen leicht lagern.
Ferner kann die Kabeldurchführung der elektrischen Bauelemente ohne Schwierigkeiten so ausgebildet werden, daß von der Lichtquelle kein Licht unmittelbar zur Fotodiode gelangen kann; auch baut der Meßwertgeber kompakt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Meßwertgebers möglich. Sie unterstützen vor allem eine einfache und billige Bauweise des Meßwertgebers, der bei hoher Lichtausbeute ein genaues und reproduzierbares Messen erlaubt.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen fotoelektrischen Meßwertgeber und Figur 2 einen Teil des Meßwertgebers nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Der fotoelektrische Meßwertgeber 10 hat ein im wesentlichen hülsenförmiges Gehäuse 11, das an einem Ende einen Gewindestutzen 12 und am gegenüberliegenden Ende eine Lichtaustrittsöffnung 13 aufweist. Der Gewindestutzen 12 bildet einen Absatz 14, der eine im Gehäuse 11 angeordnete Längsbohrung 15 an ihrem inneren Ende begrenzt. Die Lichtaustrittsöffnung 13 am anderen Ende der Längsbohrung 15 wird von einer Ausdrehung 16 gebildet, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der Längsbohrung 15 und deren Innenwand mattschwarz ausgebildet ist. Die Breite dieser Ausdrehung 16 beträgt etwa 1/3 ihres Durchmessers. In der Längsbohrung 15 ist ein im wesentlichen zylindrischer Lichtleitkörper 17 aus Plexiglas angeordnet. Mit seiner ersten, der Lichtaustrittsöffnung 13 zugewandten Stirnseite 18 ragt der Lichtleitkörper 17 geringfügig aus der Längsbohrung 15 heraus in die Ausdrehung 16. Mit seiner zweiten, gegenüberliegenden Stirnseite 19 liegt der Lichtleitkörper 17 am Absatz 14 an. Im Lichtleitkörper 17 sind von beiden Stirnseiten 18, 19 her als Sacklochbohrungen eine erste (21) sowie eine zweite Ausnehmung 22 angeordnet. Die Ausnehmungen 21, 22 liegen konzentrisch zueinander und sind durch einen Durchgang 23 miteinander verbunden. Der Lichtleitkörper 17 weist an seinem Außenumfang nahe seiner zweiten Stirnseite 19 eine Ringnut 24 auf, in die eine im Gehäuse 11 sitzende Sicherungsschraube 25 greift, um den Lichtleitkörper im Gehäuse 11 in seiner Lage zu halten. Der Lichtleitkörper 17 ist an seiner Oberfläche poliert. In die zweite Ausnehmung 22 ist als Lichtquelle eine Glühlampe 26 eingeführt, deren beide Anschlußdrähte 27 mit zwei Adern eines dreiadrigen Kabels 28 verlötet sind. Das Kabel 28 ist über eine Zugentlastungsvorrichtung 29 in einer Anschlußmutter 31 gehalten, die auf dem Gewindestutzen 12 am Gehäuse 11 aufgeschraubt ist. Die zweite Ausnehmung 22 im Lichtleitkörper 17 ist sc groß gewählt, daß sie die Glühlampe 26 vollständig in sich aufnimmt. In die erste Ausnehmung 21 ist ein Diodenträger 32 eingesetzt, der aus einem zweiteiligen Trägergehäuse 33, einer Silizium-Fotodiode 314 und aus einem Farbfilter 35 besteht. Das Trägergehäuse selbst besteht aus einem im wesentlichen becherförmigen Abdeckteil 36, in den zentrisch ein Rohrstutzen 37 ausgebildet ist. Das zweite Teil des Trägergehäuses 33 bildet ein Hülsenteil 38, das mit seinem einen Ende 39 in das Abdeckteil 36 eingesteckt ist.
Das Hülsenteil 38 weist einen dem Ende 39 zugeordneten Boden 41 auf, in den vom Ende 39 her eine Sacklochbohrung 42 eingebracht ist. Ferner sind im Boden 41 im Bereich zwischen Sacklochbohrung 43 und Außenwand des Hülsenteils 38 zwei Schlitze 43 vorgesehen. Im Hülsenteil 38 ist ausgehend von einem dem Ende 39 entgegengesetzt liegenden Rand 44 eine Eindrehung angebracht, in die das Farbfilter 35 eingesetzt und durch Klebung befestigt ist.
Dabei ist das Farbfilter 35 in dem Hülsenteil 38 so angeordnet, daß zwischen ihm und dem Boden 41 die Fotodiode 34 eingesetzt werden kann. Die beiden Anschlußdrähte 46 der Fotodiode 314 sind im Bereich der Schlitze 43 mit Verlängerungsdrähten 47 verlötet und dort von Isolierschläuchen geschützt. Der Boden 41 des Hülsenteils 38 ist mit dem Abdeckteil 36 so abgestimmt, daß nahe seinem Ende 39 ein tellerförmiger und in der Sacklochbohrung 142 ein zylindrischer Ringraum 48 bzw. 49 entsteht, durch welche die Verlängerungsdrähte 47 mäanderförmig hindurch-und über den Rohrstutzen 37 aus dem Trägergehäuse 33 herausgeführt sind. Die Verlängerungsdrähte 47 verlaufen anschließend durch den Durchgang 23, durch die erste Ausnehmung 21, vorbei an der Glühlampe 26 und sind in der Anschlußmutter 31 mit den Adern des Kabels 28 verbunden. Dabei ist die der Abschirmung dienende Ader des Kabels 28 sowohl mit einem Anschlußdraht der Glühlampe 26 und zugleich mit einem Verlängerungsdraht der Fotodiode 34 verbunden. Das Trägergehäuse 33 besteht aus Metallteilen, so daß von außen lediglich Licht über die rindrehung 45 und das Farbfilter 35 zur Fotodiode 314 dringen kann. Der Diodenträger 32 ist im Lichtleitkörper 17 so angeordnet, daß sein Rand 44 um einen bestimmten Betrag über die erste Stirnseite 18 vorsteht.
Die Wirkungsweise des Meßwertgebers wird wie folgt erläutert: Der Meßwertgeber 10 dient zur Bestimmung des RuBgehalts im Abgas von Dieselfahrzeugen. Zu diesem Zweck wird der Reflexionsgrad eines von Ruß geschwärzten Filterpapiers gemessen, durch welches eine bestimmte Menge Diesel-Abgas hindurchgesaugt wurde. Beim Messen wird der fotoelektrische Meßwertgeber 10 mit seiner Lichtaustrittsöffnung 13 unmittelbar auf das zu prüfende Filterpapier gesetzt. Das von der Glühlampe 26 ausgesandte Licht wird vom Lichtleitkörper 17 gebündelt und geführt, tritt über die erste Stirnfläche 18 aus und beleuchtet das Filterpapier. Vom Filterpapier reflektiertes Licht gelangt über das Farbfilter 35 auf die Fotodiode 34, die einen zur reflektierten Lichtmenge proportionalen Strom erzeugt. Die Größe dieses Stromes dient als Maß für den Rußgehalt im Abgas. Dabei wird in dem der Fotodiode 314 vorgeschalteten Farbfilter 35 eine grobe Annäherung an die Empfindlichkeitskurve aes menschlichen Auges erreicht; mit dem Farbfilter 35 soll also vor allem der hohe Infrarot-Anteil der Glühlampe 26 ausgefiltert werden, so daß die Messung sich nur im sichtbaren Wellenbereich abspielt. Mit dem aus Plexiglas bestehenden Lichtleitkörper 17 wird eine hohe Ausnutzung des von der Glühlampe 26 erzeugten Lichts und damit eine hohe Lichtstcrke an der Lichtustrittsöffnung 13 erreicht. Begünstigt wird dies durch den Umstand, daß durch totale Reflexion an den AuSen-und Innenwänden des Lichtleitkörpers 17 ein sehr hoher Anteil der von der Glühlampe 26 ausgestrahlten Lichtmenge schließlich zur Lichtaustrittsöffnung 13 gelangt.
Durch die Lagerung der Glühlampe 26 und des Diodenträgers 32 im Lichtleitkörper 17 sind keine gesonderten, Licht absorbierenden Baueiemente im Strahlengang erforderlich. Durch die mit dem Lichtleitkörper 17 an der Lichtaustrittsöffnung 13 erreichbare hohe Lichtstärke ist es möglich, als Fotodiode 34 ein Standardbauelement zu verwenden. Darüber hinaus wird die Meßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messung wesentlich verbessert.
Durch die matt schwarze Oberfläche der Ausdrehung 16 und den über die erste Stirnseite 18 vorstehenden Rand 1414 wird erreicht, daß keine störenden Reflexionen zur Fotodiode 314 gelangen können, so daß das Meßergebnis nicht verfälscht wird. Außerdem wird durch die besondere Kabeldurchführung im Diodenträger 32 erreicht, daß auch über sie kein Licht unmittelbar von der Glühlampe 26 zur Fotodiode 314 gelangt. Durch den Lichtleitkörper 17 wird das durch die erste Stirnfläche 18 austretende Licht weitgehend auch so gebündelt, daß praktisch kein Licht direkt an die mattschwarze Ausdrehung 16 gelangt. Durch die vorgeschlagene Ausbildung arbeitet der Meßwertgeber 10 auch mit geringem Stromverbrauch. Darüber hinaus baut er äußerst kompakt und einfach und läßt sich kostengünstig herstellen.
Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform des Meßwertgebers 10 möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche Fotoelektrischer Meßwertgeber zur Erzeugung eines vom Reflexionsgrad eines Fllterpapiers abhängigen elektrischen Signals, insbesondere zur Rußgehaltsmessung von 3ieselabgasen, mit einem zylindrischen Gehäuse, in dem nahe einer Lichtaustrittsöffnung eine Fotodiode angeordnet ist, die zusammen mit einer Lichtquelle koaxial und hintereinanderliegend im Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (11) ein Lichtleitkörper (17) angeordnet ist, der die Lichtquelle (26) aufnimmt.
2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (17) zylindrisch ausgebildet ist und zu zwei Stirnseiten (18, 19) hin geöffnete Ausnehmungen (21, 22) auSweist, von denen die der Lichtaustrittsöffnung (13) zugeordnete Ausnehmung (21) einen Diodenträger (32) und die andere (22) die Lichtquelle (26) aufnimmt, und daß beide Ausnehmungen (21, 22) Uber einen Durchgang (23) miteinander verbunden sind.
3. Meßwertgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenträger (32) mit seinem der Lichtaustrittsöffnung (13) zugewandten Rand (44) über die erste Stirnfläche (18) des Lichtleitkörpers (17) hinausragt und ein lichtundurchlässiges Trägergehäuse (33) aufweist.
14. Meßwertgeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußdrähte (46, 47) der Fotodiode (34) durch den Durchgang (23) und die zweite Ausnehmung (22) hindurch zum Anschlußkabel (28) des Me3wertgebers (10) geführt sind.
5. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Dlodenträger (32) zwischen Rand (44) und Fotodiode (34) ein Farbfilter (35) angeordnet ist.
6. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausnehmung (22) eine solche Größe aufweist, daß die als Glühlampe (26) ausgebildete Lichtquelle mindestens nahezu vollständig im Lichtleitkörper (17) angeordnet ist.
7. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (17) von der Lichtaustrittsöffnung (13) her in eine Längsbohrung (15) des Gebergehäuses (11) einführbar ist und mit seiner inneren Stirnfläche (19) an einem Absatz (14) des Gebergehäuses (11). anliegt.
8. Meßwertgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (17) nahe der inneren Stirnfläche (19) an seiner Umfangsfläche eine Ausnehmung (24) aufweist, in die ein im Gehäuse (11) angeordneter Sicherungselement (25) ragt.
9. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse (33) aus einem becherförmigen Abdeckteil (36) mit einem zentral angeordneten Rohrstutzen (37) und einem die Fotodiode (35) tragenden Hülsenteil (38) besteht, das in seinem mit Schlitzen (43) versehenen Boden (41) eine Sacklochbohrung (42) hat, in die der Rohrstutzen (37) ragt, so daß mehrfach abgewinkelt verlaufende Verbindungen (43, 48, 42) für die Herausführung der Anschlußdrähte (46, 47) der Fotodiode (34) aus dem Trägergehäuse (33) gebildet werden.
10. Meßwertgeber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergehäuse (33) aus zwei ineinandersteckbaren Teilen (36, 38) besteht, von denen das Hülsenteil (38) die Fotodiode (34) zwischen dem Farbfilter (35) und dem Boden (41) aufnimmt.
11. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (17) aus Plexiglas besteht, der insbesondere eine polierte Oberfläche aufweist.
12. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Lichtleitkörpers (17) ein Mehrfaches seines Außendurchmessers beträgt und seine erste Stirnfläche (18) wenigstens gleich oder größer ist als der Querschnitt der ersten Ausnehmung (21) in derselben Ebene.
13. Meßwertgeber hach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) eine die Lichtaustrittsöffnung (13) bildende Ausdrehung (16) aufweist, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser der Längsbohrung (15) und deren Oberfläche mattschwarz ausgebildet ist.