DE3336210C2

DE3336210C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung

Info

Publication number: DE3336210C2
Application number: DE19833336210
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Phys. Dr. 7507 Pfinztal Eisenreich; Hans-Peter Dipl.-Ing. 7519 Zaisenhausen Kugler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1983-10-05
Publication date: 1986-04-10
Also published as: DE3336210A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur optischen Füllstandsmessung eines Füllgutes vorgeschlagen, das einfach sein soll, keinen großen apparativen Aufwand erfordert, eine einfache Beziehung zwischen Füllhöhe und erhaltener Meßgröße und eine hohe Auflösung gewährleistet. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens ein Lichtstrahl (3) auf das Füllgut (1) gerichtet wird, der vom Füllgut (1) ausgehende Sekundärstrahl (3', 3'') durch ein Medium (8) mit räumlich veränderlicher optischer Durchlässigkeit für das Licht (3, 3', 3'') gesandt wird und mittels einer Detektoranordnung (16, 21) die Intensität des Lichtstrahles gemessen wird. Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Füllstandsmessung sieht vor, daß die Lichtquelle (4) oberhalb der Oberfläche (6) eines Füllguts (1) derart angeordnet ist, daß ihr Licht (3) unter einem vom 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche (6) fällt und daß im Strahlengang des Sekundärlichts (3', 3'') vor der Detektoranordnung (16, 21) ein Medium (8) mit in der durch die Achse der Lichtquelle (4) sowie die Senkrechte der Oberfläche (6) aufgespannten Ebene, aber unter einem endlichen Winkel zur Richtung des reflektierten Strahles (3, 3') veränderlicher optischer Durchlässigkeit angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsmessung eines Füllguts, wie zum Messen des Pegelstandes einer F'lüssigkeit o. dgl. mit mindestens je einem mit Abstand zum Füllgut angeordneten Lichtgeber und Lichtdetektor, wobei der Lichtstrahl· als Primärstrahl unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Füllguts gerichtet wird und der vom Füllgut kommende Strahl als Sekundärstrahl detektiert wird und eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung eines Füllguts, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit mindestens je einem Lichtgeber mit Abstand zum Füllgut und Lichtdetektor, wobei der Lichtgeber derart angeordnet ist, daß ihr Licht unter einem von 90° abweichenden Winkel 11 uf die Oberfläche fällt und der Lichtdetektor im Strahlengang des vom Füllgut ausgehenden Sekundärlichts angeordnet ist.

Die DE-OS 20 12 075 zeigt die berührungsfreie elektrooptische Überwachung der Oberfläche einer Metallschmelze mit Reflektionseigenschaften. Der Lichtstrahl wird hierbei mittels einer Abbildungsoptik auf die Oberfläche der Metallschmelze gerichtet, von dieser reflektiert und auf eine Abbildungsebene fokussiert, in der nebeneinander mit einem vorgegebenen Relativabstand zwei Fotozellen angeordnet sind, die mit einer Regeleinrichtung zur Regelung eines den an seiner Oberfläche zu schmelzenden Barren gebildeten Antriebsmotors sind. Die Schmelze wird zur Beschichtung in Gegenstanden verdampft. Wenn die Oberfläche der Schmelze absinkt, st bewirkt dies, daß der reflektierte Strahl durch die Abbildungsoptik auf eine der Fotozellen gerichtet wird, die dann den Antriebsmotor in Bewegung setzt, wodurch die Oberfläche der Schmelze ansteigt bis der reflektierte Strahl au? die andere Fotozelle trifft, die dann wiederum den Motor stillsetzt. In dieser Weise kann die I lohe der Oberfläche der Schmelze in einem engen Bereich geregelt werden.

Die GB-PS 12 23 769 zeigt die Anzeige unterschiedlicher Flüssigkeitsstände über die Höhe eines Behälters, wie eines Tanks elektrooptischer Elemente, wobei von oben eingestrahltes Licht zunächst durch Prismen in horizontaler Richtung umgelenkt und dann beispielsweise direkt von Fotozellen aufgenommen oder aber über Lichtleiter zu weiter entfernt angeordneten Fotozellen geleitet wird. Bei aggressiven Flüssigkeiten beste- b0 hen Probleme derart vorzugehen, dieses Problem ist weiterhin aufwendig und insbesondere ist die Auflösung des Pegelstandcs durch den Abstand der einzelnen Fotoelemente über die Höhe der Flüssigkeit hin bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ver- <>5 fahren zur Füllstandsin:%sung der eingangs genannten Art bei Gewährleistung weitgehender Einfachheit derart weiterzubilden, daß eine Messung auch bei aggressiven Flüssigkeiten über größere Pegelbereiehe bei hoher Auflösung möglich ist. wobei insbesondere eine einnche Beziehung zwischen Fülistandshöhe und erhaltener MeBinformation sichergestellt sein soll, so daß bei hoher erzielbarer Genauigkeit keine aufwendigen Erfassungsund Auswertungsapparaturen bzw. -elektroniken erforderlich sind.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 gelöst. Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren weisen die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 15 bzw. des Anspruchs 16 auf.

Unter Sekundärstrahl wird allgemein der vom ^cüllgut herkommende, reflektierte und/oder gebrochene und ggfls. im Durchlicht betrachtete, auf jeden Fall durch die vorgenannte Huggens'sche Wechselwirkung mit dem Füllgut bei verschiedenen Füllstandshöhen parallel versetzte Strahl verstanden. Als reihenförmige Detektoranordnung. Detektorreihe oder Det_, (orarray kommen insbesondere Bildsensoren in Form von eihentörmigen aber auch flächenhaften, matrixförmigen Anordnungen, deren größte Abmessung sich dann in der genannten Vorzugsrichtung erstreckt optoelektronische Halbleiterbauelemente, die als lichtelektrische Empfänger dienen, in Betracht und bei der Ausgestaltung der Ansprüche 1 und 15 insbesondere auch sogenannte CCD's. wobei dann die Messung der Geschwindigkeit der Pegelstandsänderung durch die zeitliche Auflösung derselben begrenzt ist. Bei schnellen Pegelstandsänderungen ist daher die Ausgestaltung in den Ansprüchen 1 und 16 vorzuziehen, wobei hier als für die Füllstandshöhe maßgebliche Information die Intensität des Sekundärstrahles genommen wird, die im Durchlicht durch eine nicht klare, sondern teilweise absorbierende Füllgutflüssigkeil je nach Pegeihöhe bestimmt werden kann, während insbesondere bei Reflektion gemäß Anspruch 3 vorzugehen ist, also konstruktiv ein zusätzliches Medium mit in einer Richtung senkrecht zum Sekundärstrahl veränderlicher Durchlässigkeit, also in einfacher Weise ein sogenannter Graukeil vorzuseher ist. Die Erfindung schafft erstmals die Möglichkeit, in einfacher Weise relativ große Pegelstandsänderungen mit hoher Auflösung zu messen, wobei insbesondere ai'ch schnelle Pegelstandsänderungen, vor allem auch bei aggressiven Flüssigkeiten meßbar sind, wie sie insbesondere bei dem Abfüllen von Flüssigpatronen kurz vor deren Einsatz auftreten. Grundsätzlich kann eine beliebige Lichtquelle verwendet werden, deren Lichtstrahl durch eine geeignete Optik als enger ParalleKtrahl, also mit minimaler Divergenz auf die Flüssigkeit gerichtet wird: bevorzugt wird aber in an sich bekannter Weise ein Laserstrahl verwendet, da dessen Wirkungsgrad gegenüber einer isotropabstrahlenden Lampe höher ist. ein geringerer Durchmesser und eine geringere Divergenz des Strahles in einfacher Weise erreichbar ist und der Umstund, daß der Brechungsquotient von der Wellenlänge abhängt, keinen Einf'iß hat.

Gemäß bevorzugter Ausführung kann vorgesehen sein, daß der vom Füllgut kummonde Sekundär&trahl ein von der Oberfläche des Füllguts reflektierter Strahl ist oder aber daß bei einem transparenten flüssigen Füllgut der vom Füllgut kommende Sekundärstrahl ein zumindest im Füllgut gebrochener Strahl ist. wobei dann insbesondere der Sekundärstrahl am Boden des Füllgut-Behälters reflektiert wird.

Bei der Ausgestaltung mit vorgeschaltetem tcildurchlässigem Medium kann der eigentliche Empfang und die

Umwandlung in elektrische Signale dann durch eine hinter dem Medium angeordnete Detektorreihe erfolgen. in bevorzugter Weise kann aber auch vorgesehen sein, daß der Strahl hinter dem Medium mit veränderlicher Durchlässigkeit auf einen Detektor gerichtet wird.

Die (optische) Durchlässigkeit eines Körpers wird durch das Verhältnis in den Körper eintretender und austretender Lichtintensität bestimmt, ist also der Opazität umgekehrt proportional. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Füllhöhe eines Füllgutes kontinuierlich und analog zu erfassen. Als Detektoren können vorzugsweise Fotodioden, Sekundärelektronen-Verviclfacher. Fototransistoren , insbesondere Foto-FETs od. dgl. eingesetzt werden. Die räumliche Auflösung beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Funktion der Geometrie und Intensität des Lichtstrahls, des Gradienten der Durchlässigkeit des Mediums sowie der Empfindlichkeit des Detektors und ggtis. die Abmessungen einer möglicherweise im Sirah lengang vorzusehenden Blende. Es kann eine sehr hohe Auflösung erzielt werden. Während für große Auslenkungen die erhaltene Intensität exponentiell vom Absorptionskoeffizienten und der Dicke des Materials abhängt, kann die durchgelassene Intensität für kleine Ausienkungen im Bereich der Dicke des Lichtstrahls linearisiert werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Lichtstrahl sowohl durch Blenden begrenzt oder auch durch Abbildungsoptiken geleitet und insbesondere nach Durchtritt durch das Medium mit veränderlicher Durchlässigkeit auf einen Detektor gerichtet werden, so daß insbesondere vorgesehen sein kann, daß der reflektierte Strahl hinter dem Medium mit veränderlicher Durchlässigkeit auf einen Detektor gerichtet wird.

Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres möglich, mit einem konstanten Gradienten der Durchlässigkeit des Mediums in einer Richtung, die einen endlichen Winkel zur Austrittsrichtung des Sekundärstrahles einschließt, zu arbeiten. In bevorzugter Weise ist aber vorgesehen, daß das Medium einen veränderlichen Gradienten in seiner Durchlässigkeit aufweist und insbesondere, daß die Durchlässigkeit sich in Bewegungsrichtung logarithmisch verändert. Letzteres im Hinblick auf die erwähnte exponentiell Abhängigkeit des Verhältnisses von durchgelassener Intensität zu einfallender Intensität von der körperlichen Dicke des Mediums. Hierdurch kann eine lineare Beziehung zwischen Füllstandshöhe und erhaltener Intensität erreicht v. erden. Dies läßt sich in praktischer Weise zum einen dadurch erreichen, daß bei konstanter Dicke des Mediums, indem dieses beispielsweise als Quader ausgestaltet ist, vorgesehen ist. daß der Absorptionskoeffizient sich logarithmisch ändert und zwar vorteilhafterweise in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Sekundärstrahles. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß das Medium selbst eine logarithmisch veränderliche körperliche Dicke in der erwähnten Richtung aufweist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen erläuten sind. Dabei zeigt

Fig-i eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht mit reflektiertem Sekundärstrah!:

F i g. 2 eine andere Anordnung mit reflektiertem Sekundärstrahl, ebenfalls in Seitenansicht:

F i s. 3 eine weitere Anordnung mit im Füllgut gebrochenen Sekundärstrahl und

F i g. 4 eine Anordnung gegebenenfalls mit gebrochenem Sekundärstrahl.

Zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit I in

=, einem Behälter 2 wird ein Lichtstrahl 3 eines Lasers 4, unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel auf die Oberfläche 6 der Flüssigkeit 1 gerichtet, wobei im allgemeinen zwischen dem Laser 4 und der Oberfläche 6 noch eine Abbildungsoptik 7 zwischengeordnel

ίο ist. Der vom Laser 4 auf die Oberfläche 6 der Flüssigkeit 1 einfallende Lichtstrahl 3 wird von der Oberfläche 6 als reflektierter Strahl 3' reflektiert. In der durch den einfallenden und den reflektierten Strahl 3, 3' aufgespannten Ebene, die genauso durch die Achse der Lichtquelle und die Senkrechte zur Flüssigkeitsoberfläche 6 bestimmt ist, wird ein sogenannter Graukeil 8 angeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem rechtwinkligen Dreikantprisma 9 aus Rauchglas und einem entsprechenden rechtwinkligen Dreikantprisma It aus völlig transparentem Material zu einem Quader zusammengesetzt ist. Das Dreikantprisma 9 verjüngt sich dabei in einen endlichen Winkel zum reflektierten Strahl 3' einschließenden und in der durch die Strahlung 3, 3' aufgespannten Ebene liegende Richtung, wobei es nicht notwendig ist, daß die den reflektierten Strahl 3' entgegengerichtete Oberfläche 12 des Dreikantprisnias 9 einen rechten Winkel mit der Richtung des reflektierten Strahles 3' 'nschließt. Der durch die beiden Dreikantprismen 9 und 11 hergestellte Graukeil 8 bildet ein tcildurchlässiges Medium mit in unter einem endlichen Winkel zum reflektierten Strahl 3' verlaufender veiänderlicher Lichtdurchlässigkeit, d. h. im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Graukeil 8 an der Durchtrittsstelle 13 des von der Flüssigkeitsoberfläche 6 reflektierten Strahles 3' eine größere Lichtdurchlässigkeit auf als an der Durchtrittsstelle 14 eines von einer Oberfläche 6' bei geringerem Füllstand der Füssigkeit 1 reflektierten Strahles 3".

Auf der der Flüssigkeitsoberfläche 6, 6' abgewandten jo Seite des Graukeils 8 ist ein Detektor 16 angeordnet, auf den die reflektierten Strahlen 3', 3" durch eine Abbildungsoptik 17 bei der Ausgestaltung der F i g. I gerichtet werden. Das vom Detektor 16 empfangene Licht wird dann in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Weist nun der Füllstand im Behälter 2 die durch die Oberfläche 6 bedingte Höhe auf, so wird der einfallende Lichtstrahl 3 des Lasers 4 von der Oberfläche in den reflektierten Strahl 3' umgelenkt. Dieser trifft bei der Durchtrittsstelle 13 durch den Graukeil 8. wird dort nur relativ wenig geschwächt und anschließend auf den Detektor 16 gerichtet. Befindet im Behältnis 2 sich weni_t ;r Flüssigkeit, weist diese also eine geringere Füllstandshöhe mit der Oberfläche 6' auf, so wird der einfallende Lichtstrahl 3 des Lasers an einer zur Reflektionsstellc auf der Oberfläche 6 versetzten Stelle in den Strahl 3" reflektiert, der parallel zum Strahl 3' verläuft. Der reflektierte Strahl 3" tritt an der Durchtrittsstelle 14 durch den Graukeil und wird dort, da hier das Rauchglasprisma 9 stärker ist, wesentlich stärker geschwächt als der reflektierte Strahl 3' an seiner Durchtrittsstelle 13. Auch der reflektierte Strahl 3" wird dann auf den Detektor 16 gerichtet. Je nach Durchtrittsstelle 13, 14 der reflektierten Strahlen 3', 3", wobei die Durchtrittsstelle durch die Füllstandshöhe entsprechend den Oberflächen 6, 6' der (,5 Flüssigkeit 1 bestimmt wird, tritt durch den Graukeil 8 ein unterschiedlicher Lichtanteil hindurch und wird auf den Detektor 16 gerichtet. Durch die Intensität des durch den Graukeil 8 hindurchtretenden Lichtes, kann

diiher in einfacher Weise .iber mil hoher Genauigkeit die Rillstandshöhc im Behältnis 2 bestimmt werden, da durch die- erfindungsgemäße Anordnung der Anteil ties diirchgelassenen Lichtes eine Funktion der l'üllstandshöhe ist. Da der Anteil des durchgclassenen Lichtes bei ', vorgegebenem Absorptionskotffizienten des Materials e\pon°niiell mit der Dicke abfällt, könnte beispielsweise auch UiF Veränderung des dem Prisma 9 entsprechenden lediglich leildtirchlässigen Teil eines Graukeils nicht linear wie bei dem Prisma, sondern logarithmisch erfolgen. wodurch die Änderung des hindurchtretenden Lichtantcils dann proportional .rur Änderung der FiHI-siandshöhc wäre.

Insbesondere die Anordnungen der F i g. 1 mit einem Detektor und einer Abbildungsoptik kann vorzugsweise ι > auch beispielsweise zur Bestimmung der Füllstandshöhe sehr feinen Schüttguts in einem Silo od. dgl. eingesetzt werden, da derartiges Schüttgut zumindest unter konstanten Umweltbedingungen, wie insbesondere Feuchtigkeit, einen festen Schüttwinkel hat. Bei geeigneter >o Ausrichtung der Anordnung kann auch bei solchem Schüttgut die Füllstandshöhe gut bestimmt werden, wobei insbesondere die Abbildungsanordnung 17 nur den Hauptanteil des reflektierten Lchtes von der Oberfläche des Schüttberges unter einem Winkel reflektiert wird, der dem Einfallswinkel des einfallenden Strahles entspricht, auf den Detektor fokussiert wird, während aufgrund der Körnigkeit des Schüttgutes diffus reflektiertes Licht derart gebrochen <*ird,duß es nicht auf den Dete'- tor fällt. jo

Bei der Ausgestaltung der F i g. 2 ist statt einer Abbildungsanordnung 17 und einem Einzeldetektor 16 eine Detcktorreihe 21 hinter dem Graukeil 8 angeordnet. Durch eine solche Detektorreihe 21 kann neben der kontinuierlichen oder analogen Intensitätsbestimmung auch noch die quasi-kontinuierüche Ortsanordnung der einzelnen Detektoren der Detektorreihe 2i zur Bestimmung und Kontrolle der Füllstandshöhe eingesetzt werden. Grundsätzlich könnte auch lediglich die Detektorreihe vorgesehen sein, also die Füllstandsmessung ohne Graukeil vorgenommen werden, wodurch eine quasikontinuierliche Füllstandsbestimmung mit hoher Auflösung möglich ist.

Stau einer geometrischen Veränderung der Durchlässigkeit des durchstrahlten teildurchlässigen Mediums oder Körpers über die Dicke desselben bzw. die Dicke eines stärker absorbierenden Teils eines solchen Mediums oder Körpers in Form eines Graukeils 8 wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ";t. besteht eine andere Möglichkeit darin, die Veränc rlichkeit der Durchlassigkeit des Mediums in einer Richtung unter einem endlichen Winkel zum reflektierten Strahl 3', 3" zu halten, darin, ein zu durchstrahlendes Medium oder einen zu durchstrahlenden Körper zu nehmen, bei dem sich lediglich der Absorptionskoeffizient in einer Richtung mit endlichem Winkel zum reflektierten Strahl 3', 3" ändert, wobei dann insbesondere die Dicke des durchstrahlten Körpers konstant sein kann. Die Änderung des Absorptionskoeffizienten selbst kann dabei ebenfalls entweder linear oder in anderer geeigneter Weise erfolgen, der Gradient des Absorptionskoeffizienten kann also konstant oder veränderlich sein.

Gemäß den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 ist ebenfalls jeweils in einem Behältnis 2 eine Flüssigkeit 1 vorgesehen, deren Füllstand mitteis des Lichtstrahls 3 b5 eines Lasers 4 gemessen wird. Der Laser 4 ist ebenfalls wie bei den vorangehenden Ausgestaltungen unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel auf die Oberfläche 6 der Flüssigkeit 1 gerichtet. Der vom Laser 4 auf die Oberfläche 6 der flüsigkeit 1 einfallende Lichtstrahl 3 dringt in diese, die eine ausreichende Transparenz besitzt, ein und wird von dieser zu einem Strahl 3' gebrochen. Auf dem Boden des Gefäßes 2 ist ein Spiegel 23 angeordnet, von dem der gebrochene Strahl V in die Flüssigkeit reflektiert wird, so daß er schließlich aus dieser wieder als Sekundärstrahl austritt. Der Sekundärstrahl 3' wird von einem Spiegel 23 auf eine Fotodiodenzeile 24 reflektiert, der eine Signalauswertungsanordnung 25 nachgeordnet ist. Weist nun der Füllstand im Behälter 2 die durch die Oberfläche 6 bedingte Höhe auf. so wird der einfallende Lichtstrahl 3 des Lasers 4 in der Flüssigkeit 1 derart gebrochen, daß er nach Spiegelung am Spiegel 23 als Sekundärstrahl 3 aus der Flüssigkeit wieder auftritt und anschließend auf die Fotodiodenzeile 24 an einer Stelle 25 gerichtet. Befindet sich im Behälter 2 weniger Flüssigkeit 1. weist diese also eine geringere Füllstandshöhe mit der Oberfläche 6' auf, so wird der einfallende Lichtstrahl 3 des Lasers 4 später, nämlich erst an der Oberfläche 6' und damit an einer Durchbrechungsstelle an der Oberflache 6 entlang der Oberfläche versetzten Stelle derart gebrochen, daß nach Reflexion am Spiegel 23 aus der Flüssigkeit 1 mit der Füllstandshöhe 6' ein Sekundärstrahl 3" austritt, der parallel zum Strahl 3' verläuft und damit an einer zur Auftreffstelle 25 des Strahls 3' versetzten Stelle 26 auf die Fotodiodenzeile 24 auftrifft.

Durch die Signalauswertung kann dann die Höhe der Oberfläche der Flüssigkeit bzw. die Füllstandshöhe bestimmt werden. Statt der Anordnung mit einer Fotodiodenzeile könnte auch bei dieser Ausgestaltung ebenso wie bei der Ausgestaltung der F i g. 1 und der im nachfolgend erläuterten Ausgestaltung ein Graukeil mit einer den Lichtstrahl auf eine einzige Fotodiode abbildenden Optik vorgesehen sein.

Bei der Ausgcsiähung der F i g. 4 wird der einfallende Primärstrahl 3 ebenfalls an der Oberfläche 6 der Flüssigkeit 1 im Behältnis 2 gebrochen und tritt als Sekundärstrahl 3' durch den Boden des Gefäßes 3 hindurch aus diesem aus der Flüssigkeit 1 wieder aus. Der Sekundärstrahl 3' tritt dann in ähnlicher Weise, wie unter Bezugnahme auf die F i g. 1 beschrieben, durch den sogenannten Graukeil 8 und wird durch eine Linse 17 auf einen Fotodetektor 16 fokussiert.

Weist die Flüssigkeit eine andere Füllstandshöhe mit der Oberfläche 6' auf. so wird der einfallende Primärstrahl an einer versetzten Stelle gebrochen und tritt als Sekundärstrahl 3" an einer zum Sekundärstrahl 3' versetzten Stelle durch den Boden des Behälters 2 wieder au ;. durchstrahlt damit den Graukeil 8 an einer anderen Stelle als der Sekundärstrahl 3' und wird damit in anderer Weise geschwächt, im dargestellten Ausführungsbeispiel weniger als der Sekundärstrahl 3'. Nach Durchtritt durch den Graukeil wird auch der Sekundärstrahl 3" wieder auf den Fotodetektor 16 durch die Abbildungsanordnung 17 fokussiert. Durch die unterschiedliche Intensität der einfallenden Strahlen kann dann wieder die Füllstandshöhe bestimmt werden.

Die in der vorstehenden Bescheibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Füllstandsmessung eines Füllguts, wie zum Messen des Pegelstandcs einer Flüssigkeit o. dgl. mit mindestens je einem mit Abstand zum Füllgut angeordneten Lichtgeber und Lichtdetektor, wobei der Lichtstrahl als Primärstrahl unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Füllguts gerichtet wird und der vom Füllgut kommende Strahl als Sekundärstrahl detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl in das Medium gerichtet, dabei durch Brechung parallel versetzt und der austretende Sekundärstrahl von einer Reihe entlang einer in der durch den einfallenden und den Sekundärstrahl aufgespannten Ebene und unter einem endlichen Winkel zur Richtung des Sekundärstrahls gegebenen Erstreckungsrichtung nebeneinander angeordneter Detektoren zur Messung der Parallelverschiebung des Sekundäriichtsirahis als Funktion der Füll· Standshöhe detektierbar ist.

2. Verfahren zur Füllstandsmessung eines Füllguts, wie zum Messen des Pegelstandes einer Flüssigkeit o. dgl. mit mindestens je einem mit Abstand zum Füllgut angeordneten Lichtgeber und Lichtdetektor, wobei der Lichtstrahl als Primärstrahl unter einem von 90⁼ abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Füllguts gerichtet wird, insbesondere auch nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Transformation der Pegi'standshöhe in eine Parallelversetzung des Lichtstrahls unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit einer vorgegebenen Durchlässigkeitsfunktion und durch Messung der hie>-durch bestimmten Intensität des Sekundärstrahls.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl zwecks Messung seiner Parallelverschiebung als Funktion der Füllstandshöhe durch ein Medium mit in der durch den einfallenden und den Sekundärstrahl aufgespannten Ebene unter einem endlichen Winkel zur Richtung des Sekundärstrahls kontinuierlich veränderlicher optischer Durchlässigkeit Tür das Licht der Lichtquelle gesandt wird und daß die durch das Medium bestimmte Intensität des Lichtstrahls gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Medium einen veränderlichen Gradienten der optischen Durchlässigkeit aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit sich senkrecht zur Richtung des Sekundarstrahles logarithmisch verändert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Quaderform aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis b. dadurch gekennzeichnet, daß das Medium mit veränderlicher optischer Durchlässigkeit unter einem endlichen Winkel zur Richtung des reflektierten t>o Strahles einen veränderlichen Absorptionskoeffizienten aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionskoeffizient sich logarithmisch änderi. tn

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Medium sich in einer Richtung, die einen endlichen Winkel zur Richtung des reflektierten Strahles einschließt, von einem zum anderen Ende hin verjüngt.

10. Verfahren nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß das durchstrahlte Medium keilförmig ausgebildet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß das durchstrahlte Medium logarithmisch veränderliche körperliche Dicke aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Füllgut kommende Sekundärstrahl ein von der Oberfläche des Füllguts reflektierter Strahl ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zunächst beim Eint :tt in flüssiges Füllgut gebrochene Lichtstrahl am Boden des Füllgutbehälters reflektiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstrahl hinter dem Medium mit veränderlicher Durchlässigkeit auf einen Lichtdetektor gerichtet wird.

!5. Vorrichtung zur Füllstandsmessung eines Füllguts, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit mindestens je einem Lichtgeber mit Abstand zum Füllgut und Lichtdetektor, wobei der Lichtgeber derart angeordnet ist. daß ihr Licht unter einem von 90° abweichenden Winkel t uf die Oberfläche fällt und der Lichtdetektor im Strahlengang des vom Füllgut ausgehenden Sekundärlichts angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, daß in der durch die Achse der Lichtquelle sowie die Senkrechte der Oberfläche aufgespannten Ebene unter einem endlichen Winkel durch Brechung im Füllgut parallel versetzten Strahles sich erstreckend eine Reihe nebeneinander angeordneter Detektoren (Detektorenreihe 21) zur Messung der Parallelverschiebung des Sekundärlichtstrahls als Funktion der Füllstandshöhe angeordnet ist.

16. Vorrichtung zur Füllstandsmessung von Füllgut, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14. mit mindestens einem mit Abstand zum Füllgut angeordneten Lichtgeber und einer Lichtdetektoranordnung, wobei der Lichtgeber derart angeordnet ist, daß ihr Licht unter einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche fällt und die Lichtdetektoranordnung im Strahlengang des vom Füllgut ausgehenden .Sekundärlichts angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, daß bei Parallelverschiebung des .Sekundärlichts als Funktion der Füllstandshöhe im Strahlengang des vom Füllgut (1) ausgehenden Sekundärlichts (3', 3") ein Medium mit in der durch die Achse der Lichtquelle (4) sowie die Senkrechte der Oberfläche (6) aufgespannten Ebene, aber unter einem endlichen Winkel zur Richtung des Sekundärstrahlcs (3', 3") veränderlicher optischer Durchlässigkeit vorgesehen ist und daß die Lichtdetektoranordnung zur Messung und Verarbeitung der unterschiedlichen Intensität des Lichts ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16 in Verbindung mit Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung ein einzelner Detektor (16) ist und zwischen dem Medium (8, 9, 11) mit veränderlicher Durchlässigkeit und dem Detektor (16) eine Abbildungsoptik (17) angeordnet ist. die die Sckundärlichtstrahlen (3', 3") unabhängig vom l-üllnivcmi auf den Detektor(16) richtet.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (16, 21) im Strahlengang (3, 3', 3") des von der Oberfläche (6, 6') des Füllguts (1) reflektierten Sekundärstrahls (3', 3") angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem flüssigen transparenten Füllgut (1) die Detektoranordnung (21,16) im Strahlengang des im Füllgut (1) gebrochenen Sekundärstrahls (3', 3") angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß auf dem Boden des Füligut-Behäiters (2) im Strahlengang (3', 3") ein Spiegel (23) angeordnet ist.