DE3427311C1

DE3427311C1 - Fibre-optical sensor arrangement

Info

Publication number: DE3427311C1
Application number: DE19843427311
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. Dr. 7800 Freiburg Spenner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1985-10-10

Abstract

A fibre-optical sensor arrangement has several fibre-optical sensors (10) which are arranged in the manner of spokes in the interior of a housing (32) of round cross-section which is partially filled with a liquid (13), and which sensors protrude with their sensor ends (11) to the vicinity of the inside of the housing. During a rotation around an axis extending at a right angle to the plane fixed by the fibre-optical sensors (10), various fibre-optical sensors (10) are immersed in the liquid (13) in dependence on the angle of rotation so that a determination of the rotational position of the housing (32) is possible by evaluating the output signals of the fibre-optical sensors (10) indicating the immersion in the liquid (13). The housing (32) can be constructed as the float of a liquid level display device and can be mounted in an articulated manner via a rotational arm (34) on a tank containing a tank liquid (33). <IMAGE>

Description

Derartige faseroptische Sensoranordnungen sind aus der DE-OS 20 34 344 bekannt, die eine Vielzahl von faseroptischen Sensoranordnungen zeigt, bei denen jeweils eine Beleuchtungseinrichtung über einen Lichtwellenleiter mit einer als Lichtstrahlenübergangs-Steuerstation bezeichneten Sensoranordnung verbunden ist, deren ausgangsseitiges Licht über einen lichtauskoppelnden Lichtwellenleiter zu einer Lichtdetektoreinrichtung geführt ist. Bei einem in der oben genannten Offenlegungsschrift beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Lichtstrahlenübergangs-Steuerstation aus einem U-förmig gebogenen Lichtwellenleiterabschnitt, der von oben in ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Gefäß hineinragt. Wenn der Spiegel der Flüssigkeit bis oberhalb des gekrümmten Lichtwellenleiterabschnitts ansteigt, werden einige Lichtstrahlen im Bereich der U-förmigen Krümmung nicht mehr total reflektiert, sondern in die freie Umgebung ausgekoppelt. Auf diese Weise wird das Erreichen eines vorherbestimmten Flüssigkeitsstandes angezeigt. Such fiber optic sensor arrangements are from DE-OS 20 34 344 known to have a variety of fiber optic sensor assemblies shows, each of which has a lighting device via an optical waveguide with a sensor arrangement called a light beam transition control station is connected, the output-side light via a light-decoupling optical waveguide is led to a light detector device. In one of the above-mentioned Offenlegungsschrift described embodiment is the light beam transition control station from a U-shaped curved optical waveguide section, which from above into a with a liquid-filled vessel protrudes into it. When the level of the liquid is up rises above the curved optical waveguide section, some rays of light become in the area of the U-shaped curvature no longer totally reflected, but into the uncoupled free environment. In this way the attainment of a predetermined one becomes Fluid level displayed.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der bekannten faseroptischen Sensoranordnungen ist der U-förmig gekrümmte Lichtwellenleiter an einem seiner Enden mit einer Reflektionseinrichtung versehen, so daß über das andere Ende sowohl Licht eingekoppelt als auch Licht ausgekoppelt wird. In a further embodiment of the known fiber optic The sensor arrangement is the U-shaped curved optical waveguide at one of its ends provided with a reflection device so that both light coupled in as well as coupled out light.

Unter den bekannten Ausführungsformen befindet sich auch eine faseroptische Sensoranordnung, bei der die Lichtstrahlenübergangs-Steuerstation in Gestalt eines spiralförmig gewickelten Lichtwellenleiters ausgebildet ist, so daß beim teilweisen Eintauchen der Lichtwellenleiterspirale mehrere Teile von Lichtwellenleitern in die Flüssigkeit eintauchen, wobei die dazwischen liegenden Teile oberhalb des Spiegels der Flüssigkeit verlaufen. Among the known embodiments there is also a fiber optic one Sensor arrangement in which the light beam transition control station is in the form of a is formed spirally wound optical waveguide, so that the partial Immersing the fiber optic spiral in several parts of fiber optic cables submerge the liquid with the intervening parts above the mirror run through the liquid.

Zur Erfassung eines Flüssigkeitsstandes wird in der DE-OS 2034344 schließlich auch vorgeschlagen, die Lichtstrahlenübergangs-Steuerstation als kegelförmig zugeschliffenes Ende eines Lichtwellenleiters auzubilden. To detect a liquid level, DE-OS 2034344 Finally also proposed the light beam transition control station as conical to form the ground end of an optical waveguide.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 20 34 344 bereits auch bekannt, mehrere Lichtwellenleiter in einer Reihe nebeneinander gestaffelt anzuordnen und zur Erfassung der Lage einer Erstarrungsfront bei der Untersuchung bestimmter Kristallisations- oder Erstarrungsvorgänge die Lichtwellenleiterenden in unterschiedlichen Höhenlagen innerhalb des Gefäßes enden zu lassen. An den Stirnflächen der Lichtwellenleiter wird im erstarrten Zustand eine diffuse Reflexion erzeugt, während im geschmolzenen Zustand das Licht an den Stirnflächen der Lichtwellenleiter ungehindert austritt und nicht zur Lichtdetektoreinrichtung zurückreflektiert wird. Furthermore, it is already known from DE-OS 20 34 344, several To arrange fiber optics in a row next to each other staggered and for detection the position of a solidification front when examining certain crystallization or solidification processes the fiber optic ends at different altitudes to end inside the vessel. At the end faces of the fiber optic cables a diffuse reflection is generated in the solidified state, while in the molten state State the light emerges unhindered at the end faces of the optical waveguide and is not reflected back to the light detector device.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine faseroptische Sensoranordnung zu schaffen, deren Einsatzmöglichkeiten gegenüber den bekannten faseroptischen Sensoren erweitert sind. On the basis of this prior art, the object of the invention is to be found based on creating a fiber optic sensor arrangement, their possible uses are expanded compared to the known fiber optic sensors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gefäßwandungen eine innere und eine diese umgebende äußere Schale aufweisen, zwischen denen sich die Flüssigkeit mit konstantem Volumen befindet. This object is achieved according to the invention in that the vessel walls have an inner shell and an outer shell surrounding it, between which the liquid is of constant volume.

Bei einem ersten zweckmäßigen Ausführungsbeispiel ist der Raum zwischen den beiden Schalen in einem allseitig verschlossenen zylinderförmigen Gehäuse ausgebildet, um dessen Zylinderachse durch die beiden Schalen ein Raum mit einer reifenförmigen Gestalt abgeschlossen wird. In a first expedient embodiment, the space is between the two shells formed in a cylinder-shaped housing closed on all sides, around the cylinder axis through the two shells a space with a tire-shaped one Shape is completed.

Bei einem weiteren zweckmäßigen Ausführungsbeispiel besteht die äußere Schale der Sensoranordnung aus einem ersten Rohrstück, in dem als innere Schale und Halteteil für die Sensorenden konzentrisch ein zweites inneres Rohrstück angeordnet ist. Die Flüssigkeit im Raum zwischen den Schalen benetzt je nach der Drehstellung des Gehäuses der Sensoranordnung, um die axial zum Gehäuse verlaufende Längsachse unterschiedliche Sensorenden, was zur Bestimmung der Drehposition der Sensoranordnung ausgenutzt werden kann. In a further expedient embodiment, there is the outer Shell of the sensor arrangement from a first piece of pipe, in which as an inner shell A second inner pipe section is arranged concentrically and holding part for the sensor ends is. The liquid in the space between the bowls wets depending on the rotational position of the housing of the sensor arrangement, about the longitudinal axis extending axially to the housing different sensor ends, leading to the determination of the rotational position of the sensor arrangement can be exploited.

Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der faseroptischen Sensoranordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Eine Umsetzung eines Flüssigkeitsstandes in eine Drehposition erfolgt bei einem Flüssigkeitsstandsanzeiger gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Dreharmes, der einerseits am Gefäß bzw. Appropriate further developments and refinements of the fiber optic Sensor arrangements are characterized in the subclaims. An implementation of a Liquid level in a rotary position takes place in a liquid level indicator according to the invention with the help of a rotating arm that is attached to the vessel or

Gehäuse der faseroptischen Sensoranordnung und andererseits gelenkig an einer Halterung befestigt ist. In Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand wird das als Schwimmer ausgebildete Gefäß bzw. Gehäuseteil der faseroptischen Sensoranordnung angehoben und der sich aus der Drehposition ergebende Flüssigkeitsstand mit Hilfe von Lichtdetektoren ermittelt. In ähnlicher Weise können auch Geschwindigkeiten von Flüssigkeiten und Gasen gemessen werden, wenn statt eines Schwimmkörpers ein Widerstandskörper verwendet wird, der je nach der Strömungsgeschwindigkeit mehr oder weniger angehoben und ausgelenkt wird.Housing of the fiber optic sensor arrangement and on the other hand articulated is attached to a bracket. Depending on the fluid level, this will be Vessel or housing part of the fiber optic sensor arrangement designed as a float raised and the liquid level resulting from the rotary position with the help detected by light detectors. Similarly, speeds can also be used of liquids and gases can be measured if instead of a float one Resistance body is used, depending on the flow rate more or less is raised and deflected.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße faseroptische Sensoranordnung im Querschnitt, Fig.2 die faseroptische Sensoranordnung gemäß F i g. 1 im Längsschnitt, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der faseroptischen Sensoranordnung im Querschnitt, F i g. 4 den Einsatz einer faseroptischen Sensoranordnung als Flüssigkeitsstandsanzeiger, F i g. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der faseroptischen Sensoranordnung im Querschnitt und F i g. 6 die faseroptische Sensoranordnung gemäß F i g. 5 im Längsschnitt. The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained. It shows F i g. 1 shows a fiber optic according to the invention Sensor arrangement in cross section, FIG. 2 the fiber optic sensor arrangement according to F. i g. 1 in longitudinal section, F i g. 3 another embodiment of the fiber optic Sensor arrangement in cross section, FIG. 4 the use of a fiber optic sensor arrangement as a liquid level indicator, FIG. 5 shows a third embodiment of the fiber optic Sensor arrangement in cross section and FIG. 6 shows the fiber optic sensor arrangement according to FIG F i g. 5 in longitudinal section.

Die in den Fig.1 und 2 dargestellte faseroptische Sensoranordnung 1 verfügt über ein als erstes äußeres Rohrstück 2 ausgebildetes Gehäuseteil, das an den beiden Stirnenden des Rohrstücks 2 durch eine vordere Seitenwand 3 und eine hintere Seitenwand 4 verschlossen ist, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. The fiber optic sensor arrangement shown in FIGS 1 has a housing part designed as a first outer pipe section 2, which at the two ends of the pipe section 2 by a front side wall 3 and a rear side wall 4 is closed, as can be seen in FIG.

In dem durch das äußere Rohrstück 2 und den Seitenwänden 3, 4 gebildeten zylindrischen Gehäuse ist konzentrisch zu dessen Längsachse ein zweites inneres Rohrstück 5 angeordnet. Dazu sind an den Seitenwänden 3,4 Abstandshalter 6, 7 angeformt, die in den Ringraum 8 zwischen den Rohrstücken 2,5 hineinragen. Auf der Außenseite des inneren Rohrstückes 5 ist in Umfangsrichtung eine Ringnut 14 ausgenommen. In the one formed by the outer pipe section 2 and the side walls 3, 4 cylindrical housing is concentric to its longitudinal axis a second inner one Pipe section 5 arranged. For this purpose, spacers 6, 7 are formed on the side walls 3, 4, which protrude into the annular space 8 between the pipe sections 2.5. On the outside of the inner pipe section 5, an annular groove 14 is cut in the circumferential direction.

Wie man in den F i g. 1 und 2 weiter erkennt, ist in der hinteren Seitenwand 4 eine Öffnung 9 vorgesehen, durch die mehrere Lichtwellenleiter in den Innenraum des inneren Rohrstücks 5 eingeführt sind. Die Lichtwellenleiter dienen zur Einspeisung und zur Auskopplung von Licht für mehrere faseroptische Sensoren 10, die beispielsweise, wie in F i g. 2 dargestellt ist, als U-förmige faseroptische Sensoren ausgebildet sein können. Solche U-förmigen faseroptischen Sensoren bestehen aus zwei Lichtwellenleiterabschnitten, die über einen U-förmig gebogenen Lichtwellenleiterabschnitt miteinander verbunden sind, dessen Mantel beispielsweise über eine Fläche von etwa 1 mm2 durch Polieren entfernt wurde. As shown in Figs. 1 and 2 further recognizes is in the rear Side wall 4 an opening 9 is provided through which several optical waveguides in the Interior of the inner pipe section 5 are introduced. The fiber optic cables are used for feeding in and coupling out light for several fiber optic sensors 10, which, for example, as shown in FIG. 2 is shown as a U-shaped fiber optic Sensors can be formed. Such U-shaped fiber optic sensors exist from two optical waveguide sections, which over a U-shaped bent optical waveguide section are connected to each other, the jacket, for example, over an area of about 1 mm2 was removed by polishing.

An der mantelfreien Fläche tritt je nach dem Brechungsindex des umgebenden Mediums mehr oder weniger Licht aus, so daß die Lichtdurchlässigkeit eines solchen U-förmigen faseroptischen Sensors beim Eintauchen des U-förmigen Sensorendes 11 in eine Flüssigkeit absinkt.Depending on the refractive index of the surrounding area occurs on the surface free of the cladding Medium more or less light, so that the light transmission of such U-shaped fiber optic sensor when immersing the U-shaped sensor end 11 sinks into a liquid.

Wie man in F i g. 2 erkennt, sind die U-förmigen Sensorenden 11 der U-förmigen faseroptischen Sensoren 10 in der Nähe der gekrümmten Oberfläche 12 des inneren Rohrstücks 5 im Ringraum 8 in axialer Richtung in der Mitte entlang dem Umfang des Rohrstücks 5 angeordnet. As shown in FIG. 2 recognizes, the U-shaped sensor ends 11 are the U-shaped fiber optic sensors 10 near the curved surface 12 of the inner pipe section 5 in the annular space 8 in the axial direction in the middle along the The circumference of the pipe section 5 is arranged.

Dazu sind im inneren Rohrstück 5 jeweils Lochpaare vorgesehen, durch die die Lichtwellenleiterabschnitte der faseroptischen Sensoren 10 hindurchgeführt sind. For this purpose, pairs of holes are provided in the inner pipe section 5, through which passed through the optical waveguide sections of the fiber optic sensors 10 are.

Wie man am besten in Fig 1 erkennt, sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vier faseroptische Sensoren 10 vorgesehen, die in gleichen Winkelabständen voneinander durch das innere Rohrstück 5 fixiert sind. Die Winkelabstände zwischen den faseroptischen Sensoren 10 betragen 40",so daß mit der faseroptischen Sensoranordnung 1 eine Winkelauflösung von etwa 20° erreicht wird, wenn die faseroptische Sensoranordnung 1 um die Längsachse der Rohrstücke 2, 5 verdreht wird und jeweils ein oder zwei faseroptische Sensoren 10 in eine Flüssigkeit 13 eintauchen, die den Ringraum 8 teilweise ausfüllt und infolge der Schwerkraft bei einem Verdrehen der Rohrstücke 2,5 die in F i g. 1 dargestellte Lage im wesentlichen beibehält. As can best be seen in FIG. 1, in the exemplary embodiment described four fiber optic sensors 10 are provided, equiangularly spaced from one another are fixed by the inner pipe section 5. The angular distances between the fiber optic Sensors 10 are 40 ″, so that with the fiber optic sensor arrangement 1 an angular resolution of about 20 ° is achieved when the fiber optic sensor arrangement 1 is about the longitudinal axis the pipe sections 2, 5 is twisted and one or two fiber optic sensors each 10 immerse in a liquid 13 which partially fills the annular space 8 and as a result of gravity when the pipe sections 2.5 are rotated, the values shown in FIG. 1 shown Position essentially retained.

Wenn sich die in F i g. 1 dargestellte faseroptische Sensoranordnung 1 in Richtung des Uhrzeigersinns weiterdreht, taucht das Sensorende 11 eines weiteren faseroptischen Sensors 10 ebenfalls in die Flüssigkeit 13 ein. If the in F i g. 1 illustrated fiber optic sensor arrangement 1 continues to rotate in the clockwise direction, the sensor end 11 dips into another fiber optic sensor 10 also into the liquid 13.

Wenn die Drehung fortgesetzt wird, wird der ursprünglich in die Flüssigkeit 13 eingetauchte faseroptische Sensor mit seinem Sensorende 11 aus der Flüssigkeit 13 herausgedreht.If the rotation is continued, the original will be in the liquid 13 immersed fiber optic sensor with its sensor end 11 out of the liquid 13 unscrewed.

Durch Auswerten der Ausgangssignale der verschiedenen faseroptischen Sensoren 10, die in üblicher Weise an eine als Lichtquelle dienende lichtemittierende Diode und an jeweils eine als Lichtdetektor dienende Photodiode angeschlossen sind, wird mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Logikschaltung ermittelt, welche faseroptische Sensoren 10 mit ihren Sensorenden 11 in die Flüssigkeit 13 eintauchen und hieraus ein Drehwinkel der faseroptischen Sensoranordnung 1 ermittelt, der analog oder digital angezeigt werden kann oder zum Einschalten und Ausschalten von Stromkreisen verwendet werden kann. By evaluating the output signals of the various fiber optic Sensors 10, which in the usual way to a serving as a light source light-emitting Diode and each connected to a photodiode serving as a light detector, is determined with the help of a logic circuit not shown in the drawing, which fiber optic sensors 10 with their sensor ends 11 in the liquid 13 immerse and from this a rotation angle of the fiber optic sensor arrangement 1 is determined, which can be displayed analog or digital or for switching on and off can be used by electrical circuits.

Wenn im einfachsten Fall lediglich ein einzelner faseroptischer Sensor 10 vorhanden ist, kann bei einem vorherbestimmten Drehwinkel der faseroptischen Sensoranordnung 1 ein Einschalten oder Ausschalten erfolgen, so daß eine derartige faseroptische Sensoranordnung als Drehschalter bezeichnet werden kann. If in the simplest case just a single fiber optic sensor 10 is present, at a predetermined angle of rotation of the fiber optic Sensor arrangement 1 switched on or off, so that such fiber optic sensor arrangement can be referred to as a rotary switch.

Bei einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser des äußeren Rohrstücks 25 mm größer als der Außendurchmesser des inneren Rohrstückes 5, so daß der Ringraum 8 eine radiale Höhe von 2,5 mm aufweist. Als Flüssigkeit ist es zweckmäßig, eine Autobremsflüssigkeit zu verwenden, die eine Brechzahl von 1,46 hat und wegen der sehr geringen Adhäsionskräfte zu einem geringen Benetzungseffekt für die Sensorenden 11 führt. Wenn andere Flüssigkeiten verwendet werden, ergeben sich bei größer werdender Adhäsion größer werdende Hystereseeffekte. Zähflüssige Flüssigkeiten, wie beispielsweise Glycerin, führen zu einer starken Dämpfung und einer großen Zeitkonstante beim Umschaltvorgang. Selbstverständlich wird die Flüssigkeit 13 so ausgewählt, daß keine Ausfällungen oder Rückstände bei längerer Benutzung auftreten. Die Brechzahl der Flüssigkeit liegt nahe bei der des Kerns des faseroptischen Sensors oder aber darüber, so daß das Licht besonders gut ausgekoppelt wird, wenn eine Berührung mit der Flüssigkeit 13 erfolgt. Um einen vorzeitigen Flüssigkeitsverlust zu vermeiden, ist der Ringraum 8 nach außen hermetisch abgeschlossen. Aus diesem Grunde können auch von außen keine Verschmutzungen zu den Sensorenden 11 gelangen und zu einem Erblindungseffekt führen, wie dies häufig bei faseroptischen Sensoren beobachtet wird, die unmittelbar in die zu überwachende Flüssigkeit eintauchen. In an expedient embodiment, the inside diameter is of the outer pipe section 25 mm larger than the outer diameter of the inner pipe section 5, so that the annular space 8 has a radial height of 2.5 mm. As a liquid it is advisable to use a car brake fluid that has a refractive index of 1.46 has and because of the very low adhesive forces to a low wetting effect for the sensor ends 11 leads. If other liquids are used, result hysteresis effects increase with increasing adhesion. Viscous Liquids, such as glycerine, lead to strong damping and a large time constant Switching process. Of course the liquid will 13 selected so that no precipitates or residues after prolonged use appear. The refractive index of the liquid is close to that of the core of the fiber optic Sensor or above, so that the light is coupled out particularly well when contact with the liquid 13 takes place. About premature fluid loss To avoid this, the annular space 8 is hermetically sealed to the outside. For this Basically, no contamination can get to the sensor ends 11 from the outside and lead to a blindness effect, as is often the case with fiber optic sensors is observed, which are immersed directly in the liquid to be monitored.

Die Füllhöhe der Flüssigkeit 13 ist, wie aus der F i g. 1 zu erkennen ist, nur geringfügig höher als die radiale Abmessung des Ringraums 8. Will man mit der dargestellten Anordnung mit vier faseroptischen Sensoren 10 die maximal mögliche Zahl von sieben Zuständen messen, die daraus resultieren, daß entweder nur ein Sensorende 11 oder nach einer Drehung um den halben Winkelabstand zwischen zwei Sensoren 11 zwei Sensorenenden 11 eintauchen, so ergibt sich für die minimale und maximale Füllhöhe als notwendige Bedingung, daß das innere Rohrstück 5 in einem Winkelbereich zwischen dem Einfachen und dem Doppelten des Winkelabstandes zwischen zwei Sensorenden 11 in die Flüssigkeit eingetaucht sein muß. Will man eine gleichmäßige Auflösung über den ganzen Drehbereich erhalten und so zu einer winkeläquidistanten Anzeige kommen, so müssen immer über einen gleichen Winkelbereich ein Sensorende 11 bzw. zwei Sensorenden 11 eingetaucht sein. Als notwendige Bedingung ergibt sich für den eingetauchten Winkelbereich des inneren Rohrstücks 5 bzw. des gedachten Kreisradius, in dem sich die Sensorenden 11 befinden, das 1,5-fache des Winelkabstandes zwischen zwei Sensorenden 11. Dabei ist die Adhäsion der Flüssigkeit 13 am Sensorende 11 mitzuberücksichtigen. The fill level of the liquid 13 is, as shown in FIG. 1 to recognize is, only slightly higher than the radial dimension of the annular space 8. If you want with the arrangement shown with four fiber optic sensors 10 the maximum possible Measure number of seven states that result from either having only one end of the sensor 11 or after a rotation by half the angular distance between two sensors 11 immerse two sensor ends 11, this results in the minimum and maximum fill level as a necessary condition that the inner pipe section 5 in an angular range between the single and double the angular distance between two sensor ends 11 must be immersed in the liquid. If you want a uniform resolution over Retain the entire range of rotation and thus achieve an angular equidistant display, one sensor end 11 or two sensor ends must always have the same angular range 11 be immersed. As a necessary condition arises for the immersed Angular range of the inner pipe section 5 or the imaginary circle radius in which the sensor ends 11 are located, 1.5 times the distance between two sensor ends 11. The adhesion of the liquid 13 to the sensor end 11 must also be taken into account.

Die Bohrungen für die Lichtwellenleiterzuführungen im inneren Rohrteil 5 sind selbstverständlich nach dem Einfügen der Lichtwellenleiter verklebt, wobei das lichtempfindliche Sensorende 11 nur wenig über die Oberfläche 12 des inneren Rohrstücks 5 hinausragt und keine Flüssigkeit in das Innere des inneren Rohrstücks 5 eindringen kann. Als faseroptische Sensoren 10 können Plastikfasern verwendet werden, die durch die Öffnung 9 in der hinteren Seitenwand 4 als Kabelbaum hindurchragen. Zur Herstellung der U-förmigen faseroptischen Sensoren wurde der Schutzmantel eines Lichtwellenleiters über etwa 2 mm entfernt Dieses Lichtwellenleiterstück wurde anschließend mit einem Warmluftgebläse erwärmt und U-förmig zum U-förmigen Sensorende 11 gebogen. An der Außenkrümmung des Bogens wurde schließlich der Lichtwellenleitermantel durch Polieren entfernt. The holes for the fiber optic cables in the inner tube part 5 are of course glued after inserting the optical waveguide, wherein the photosensitive sensor end 11 only slightly above the surface 12 of the inner Pipe section 5 protrudes and no liquid in the interior of the inner pipe section 5 can penetrate. Plastic fibers can be used as fiber optic sensors 10 which protrude through the opening 9 in the rear side wall 4 as a cable harness. For the production of the U-shaped fiber optic sensors, the protective sheath of a Optical waveguide removed over about 2 mm. This optical waveguide piece was then heated with a hot air blower and bent in a U-shape to the U-shaped sensor end 11. At the outer curve of the arch, the fiber optic jacket finally came through Polishing away.

Statt solche U-förmigen faseroptischen Sensoren 10 einzusetzen ist es selbstverständlich auch möglich, andere bekannte Ausführungsformen von faseroptischen Sensoren mit einem flüssigkeitsempfindlichen Sensorende zu verwenden. Insbesondere ist es möglich, die U-förmigen faseroptischen Sensoren durch faseroptische Sensoren zu ersetzen, bei denen statt des U-förmigen Lichtwellenleiterteils ein Prisma vorhanden ist, das im nicht eingetauchten Zustand das an einer Seite über einen Lichtwellenleiter eingespeiste Licht zu der anderen Seite und von dort über einen zweiten Lichtwellenleiter zu einem Lichtdetektor führt. Weiterhin ist es möglich, einen faseroptischen Sensor mit einem Lichtwellenleiterabschnitt zu verwenden, der ein konusförmig angespitztes Ende mit einem Konushalbwinkel von etwa 45" aufweist. Die Einkopplung und Auskopplung von Licht erfolgt bei einem solchen faseroptischen Sensor über einen Faserkoppler, dessen erstes Ende mit der Lichtquelle und dessen zweites Ende mit dem Lichtdetektor verbunden ist. Instead of such U-shaped fiber optic sensors 10 is to be used It is of course also possible to use other known embodiments of fiber optic To use sensors with a liquid-sensitive sensor end. In particular it is possible to use the U-shaped fiber optic sensors by fiber optic sensors to replace, in which instead of the U-shaped optical waveguide part, a prism is available is that in the non-immersed state that on one side via an optical fiber fed light to the other side and from there via a second optical fiber leads to a light detector. It is also possible to use a fiber optic sensor with an optical fiber section to use that of a cone-shaped has a pointed end with a cone half-angle of about 45 ". The coupling and light is coupled out in such a fiber optic sensor via a Fiber coupler, whose first end with the light source and whose second end with connected to the light detector.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer auf Drehwinkelveränderungen reagierenden faseroptischen Sensoranordnung 21 dargestellt. Statt einen Ringraum durch Ineinanderschachteln zweier Rohrstücke zu bilden, ist bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste äußere Halbkugelschale 22 als Gehäuseteil und eine zweite innere Halbkugelschale 23 als Halteteil für die Sensorenden 11 vorgesehen. Die beiden Halbkugelschalen 22, 23 sind konzentrisch angeordnet und mit Hilfe eines scheibenförmigen Deckels 24 positioniert und verschlossen. Der Zwischenraum 25 zwischen den beiden Halbkugelschalen 22, 23 ist rotationssymmetrisch um eine rechtwinklig zum Deckel 24 durch die Mittelpunkte der Halbkugelschalen 22 und 23 verlaufende Achse. In FIG. 3, another exemplary embodiment is based on changes in the angle of rotation responsive fiber optic sensor assembly 21 shown. Instead of an annulus to form by nesting two pieces of pipe, is in the case of FIG. 3 illustrated embodiment a first outer hemispherical shell 22 as a housing part and a second inner hemispherical shell 23 is provided as a holding part for the sensor ends 11. The two hemispherical shells 22, 23 are arranged concentrically and with the help of a disc-shaped cover 24 positioned and closed. The space 25 between the two hemispherical shells 22, 23 is rotationally symmetrical about a right angle extending to the cover 24 through the centers of the hemispherical shells 22 and 23 Axis.

Der Zwischenraum 25 ist, wie bei dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, mit einer Flüssigkeit 13 gefüllt, für deren Füllhöhe die bereits oben genannten Bedingungen gelten. The space 25 is, as in the case of FIG. 1 and 2 shown Embodiment, filled with a liquid 13, for the level of which already above conditions apply.

Die Sensorenden 11 sind auf der Oberfläche der inneren Kugelschale 23 so montiert, daß sie durch Eintauchen in die Flüssigkeit 13 die Lichtdurchlässigkeit der faseroptischen Sensoren 10 verändern. Als Winkel zwischen den Sensorenden 11 in der in der Zeichnung dargestellten Schnittebene sind beispielsweise 25° vorgesehen. The sensor ends 11 are on the surface of the inner spherical shell 23 mounted so that by immersion in the liquid 13, the light transmission of the fiber optic sensors 10 change. As an angle between the sensor ends 11 in the section plane shown in the drawing, for example, 25 ° are provided.

Senkrecht zu dieser ersten Sensorbene sind weitere vier faseroptische Sensoren 10 rotationssymmetrisch angebracht. Schließlich sind vier weitere Sensoren 10 in einer meridionalen +45° gedrehten Ebene angebracht. Another four fiber optic sensors are perpendicular to this first sensor level Sensors 10 attached rotationally symmetrical. Finally, there are four more sensors 10 attached in a meridional + 45 ° rotated plane.

Damit lassen sich in acht Ebenen bis zu neun Winkel bestimmen. Die Sensorenden 11 der Sensoren 10 liegen somit an vorbestimmten Schnittpunkten eines globusartigen Netzes aus Längskreisen und Breitenkreisen. Die Dichte dieses Netzes bestimmt dabei das Auflösungsvermögen der Sensoranordnung.This means that up to nine angles can be determined in eight planes. the Sensor ends 11 of sensors 10 thus lie at predetermined intersection points globe-like network of long circles and circles of latitude. The density of this network determines the resolution of the sensor arrangement.

Eine solche faseroptische Sensoranordnung 21 kann z. B. als Monitor oder Warneinrichtung für Neigungen bei verschiedensten Geräten eingesetzt werden. Sobald z. B. die Neigung eines Fahrzeuges den zulässigen Winkel überschreitet und die Gefahr des Kippens besteht, wird ein Alarm ausgelöst. Such a fiber optic sensor arrangement 21 can, for. B. as a monitor or warning device for inclinations can be used in a wide variety of devices. As soon as z. B. the inclination of a vehicle exceeds the permissible angle and there is a risk of tipping over, an alarm is triggered.

Die oben beschriebenen faseroptischen Sensoranordnungen 1 und 21 lassen sich vielseitig einsetzen und gestatten neben einer unmittelbaren Drehwinkelerfassung auch die Erfassung von solchen Meßgrößen, die in eine Drehwinkeländerung umgesetzt werden können. The fiber optic sensor assemblies 1 and 21 described above can be used in a variety of ways and allow direct rotation angle detection also the acquisition of such measured variables, which are converted into a change in the angle of rotation can be.

Wie bereits oben erwähnt, besteht die einfachste Anwendung darin, eine faseroptische Sensoranordnung 1 mit einem einzigen faseroptischen Sensor 10 als Ein/ Ausschalter zu verwenden. Bei Einsatz mehrerer faseroptischer Sensoren 10 ergibt sich ein digitaler Winkelmesser mit begrenzter Auflösung.As mentioned above, the simplest use is to a fiber optic sensor arrangement 1 with a single fiber optic sensor 10 to be used as an on / off switch. When using several fiber optic sensors 10 results in a digital protractor with limited resolution.

In F i g. 4 ist der Einsatz einer faseroptischen Sensoranordnung 1 als Flüssigkeitsstandsanzeiger dargestellt. In Fig. 4 is the use of a fiber optic sensor assembly 1 shown as a liquid level indicator.

Die faseroptische Sensoranordnung 1 ist dabei stark vereinfacht schematisch dargestellt und verfügt über vier faseroptische Sensoren 10 in einem Gehäuse 32. Im Innern des Gehäuses 32 ist die für den Kontakt mit den Sensorenden 11 vorgesehene Flüssigkeit 13 enthalten.The fiber-optic sensor arrangement 1 is here in a greatly simplified schematic and has four fiber optic sensors 10 in a housing 32. The inside of the housing 32 is provided for contact with the sensor ends 11 Liquid 13 included.

Das Gehäuse 32 schwimmt auf der Oberfläche einer Tankflüssigkeit 33, deren Flüssigkeitsstand überwacht werden soll. Über einen Dreharm 34 ist das Gehäuse 32 mit einer Gelenkachse 35 verbunden, die an einer Halterung 36 vorgesehen ist. Die vier faseroptischen Sensoren 10 sind über Lichtwellenleiter 37, die entlang dem Dreharm 34 verlegt sind, mit einer Lichtquelle und zugeordneten Detektoren verbunden.The housing 32 floats on the surface of a tank liquid 33, whose fluid level is to be monitored. The housing is via a rotary arm 34 32 is connected to a hinge axis 35 which is provided on a holder 36. The four fiber optic sensors 10 are via optical fibers 37 that run along the rotary arm 34 are moved, connected to a light source and associated detectors.

Je nach der Füllhöhe des Tanks und dem Spiegel der Tankflüssigkeit 33 ändert sich die Drehposition des als Schwimmer ausgebildeten Gehäuses 32. Die Drehposition wird mit Hilfe der faseroptischen Sensoren 10 erfaßt und in ein dem Flüssigkeitsstand der Tankflüssigkeit 33 entsprechendes Signal umgesetzt. Der Vorteil eines solchen Flüssigkeitsstandsanzeigers liegt insbesondere darin, daß auf indirekte Weise unter Einsatz faseroptischer Sensoren auch solche Flüssigkeiten überwacht werden können, die sich für einen unmittelbaren Kontakt mit dem Sensorende eines faseroptischen Sensors nicht eignen, was beispielsweise wegen Verschmutzungsgefahr oder zu starker Adhäsion der Fall sein kann. Depending on the level of the tank and the level of the tank liquid 33 changes the rotational position of the housing 32, which is designed as a float Rotary position is detected with the aid of the fiber optic sensors 10 and in a dem Liquid level of the tank liquid 33 implemented corresponding signal. The advantage such a liquid level indicator is in particular that on indirect Even such liquids are monitored using fiber optic sensors that can be made for direct contact with the sensor end of a fiber optic sensor not suitable, for example because of the risk of contamination or excessive adhesion may be the case.

Eine der F i g. 4 entsprechende Anordnung läßt sich als Geschwindigkeitsmonitor insbesondere für die Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit einsetzen. Das Gehäuse 32 wird bei einer solchen Anordnung so schwer gemacht, daß es in der Flüssigkeit nicht mehr schwimmt, sondern in der ruhenden Flüssigkeit untergeht. Wenn die Flüssigkeit zu strömen beginnt, ergibt sich ein das Gehäuse 32 anhebendes Drehmoment infolge des Strömungswiderstandes. Die Auslenkung des Dreharms aus der Vertikalen ist somit ein Maß der Strömungseschwindigkeit. Dieser Auslenkwinkel kann mit Hilfe der im Gehäuse 32 angebrachten faseroptischen Sensoren 10 erfaßt werden, so daß deren Ausgangssignal eine Angabe über die Strömungsgeschwindigkeit der überwachten Flüssigkeit gestattet. One of the F i g. 4 corresponding arrangement can be used as a speed monitor especially used for measuring the flow velocity of a liquid. The housing 32 is made so heavy with such an arrangement that it is in the Liquid no longer floats, but goes down in the resting liquid. When the liquid begins to flow, the result is a lifting of the housing 32 Torque due to the flow resistance. The deflection of the rotary arm from the Vertical is therefore a measure of the flow velocity. This deflection angle can are detected with the aid of the fiber optic sensors 10 mounted in the housing 32, so that their output signal gives an indication of the flow rate of the monitored Liquid allowed.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer faseroptischen Sensoranordnung dargestellt, die das Erfassen von Drehwinkeln um eine in F i g. 5 horizontal verlaufende Achse gestattet. Die Flüssigkeit 13 befindet sich bei der in F i g. 5 im Querschnitt und in F i g. 6 im Längsschnitt dargestellten Sensoranordnung in einem Ringraum 40 mit kreisförmigem Querschnitt. Durch diese Ausbildung des Querschnitts des Ringraums 40 wird der Einfluß eines Kippens der Drehachse vermindert. In Fig. 5 is another embodiment of a fiber optic Sensor arrangement shown, the detection of angles of rotation by a in F i g. 5 horizontal axis allowed. The liquid 13 is located at the in Fig. 5 in cross section and in FIG. 6 sensor arrangement shown in longitudinal section in an annular space 40 with a circular cross-section. Through this training of the cross section of the annular space 40, the influence of tilting the axis of rotation is reduced.

Durch einen solchermaßen rotationssymmetrisch ausgebildeten Flüssigkeitsraum läßt sich über einen relativ weiten Kippbereich eine gleichbleibende Genauigkeit der Drehwinkelbestimmung erreichen.By such a rotationally symmetrical liquid space a constant accuracy can be achieved over a relatively wide tilting range achieve the rotation angle determination.

Das Gehäuse 41 der in den Fig. 5 und 6 dargestellten faseroptischen Sensoranordnung besteht aus zwei Scheiben 42,43, in denen jeweils eine Halbringschale 44, 45 und die Nuten 46 für die Sensoren eingearbeitet sind. The housing 41 of the fiber optic shown in FIGS The sensor arrangement consists of two disks 42, 43, each of which has a half-ring shell 44, 45 and the grooves 46 for the sensors are incorporated.

Weiterhin ist in dem zylinderförmigen Gehäuse 41 eine Ausnehmung 47 vorgesehen, in der die Lichtwellenleiter der Sensoranordnung speichenartig von der Mitte des Gehäuses ausgehend zum Ringraum 40 verlegt sind. Die gebündelten Lichtwellenleiter sind über eine Öffnung 9 herausgeführt.Furthermore, there is a recess 47 in the cylindrical housing 41 provided, in which the optical waveguide of the sensor arrangement like a spoke from the Are moved in the middle of the housing starting to the annular space 40. The bundled fiber optic cables are led out through an opening 9.

Die Scheiben 42, 43 können verklebt, verschweißt oder anders verbunden werden, wobei der Ringraum 40 hermetisch verschlossen ist. Das Einfüllen der Flüssigkeit 13 kann vor dem Verbinden der beiden Scheiben 42, 43 geschehen. Es ist aber auch möglich, ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Fülloch vorzusehen, das nach dem Einfüllen der Flüssigkeit verschlossen wird und das es gestattet, durch Auswechseln der Flüssigkeit die Sensoranordnung bezüglich ihrer Hysterese und Dämpfung den jeweiligen Verhältnissen anzupassen. The disks 42, 43 can be glued, welded or otherwise connected be, wherein the annular space 40 is hermetically sealed. The filling of the liquid 13 can be done before the two disks 42, 43 are connected. It is also possible to provide a filling hole, not shown in the drawing, after the The filling of the liquid is sealed and this allows it to be replaced by replacing of the liquid, the sensor arrangement with regard to its hysteresis and damping the to adapt to the respective circumstances.

In F i g. 6 erkennt man die Nuten 46, die jeweils paarweise vorgesehen sind, wenn U-förmige Sensoranordnungen verwendet werden sollen. In Fig. 6 one recognizes the grooves 46, which are each provided in pairs are when U-shaped sensor assemblies are to be used.

Selbstverständlich kann die Führung der Lichtwellenleiter auch anders als in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgen. Insbesondere kann die Öffnung 9 auch außermittig oder sogar radial statt axial angeordnet sein. Of course, the optical waveguide can also be routed differently than in the embodiments described above. In particular, can the opening 9 can also be arranged eccentrically or even radially instead of axially.

Claims

Claims: 1. Fiber optic sensor arrangement with a light in optical waveguide feeding lighting device, with light outcoupling Optical fibers that are connected to a light detector device with a liquid, the level of which is opposite the walls of a receptacle containing it is movable with a volume exceeding the volume of the liquid and in the differently placed, vessel-fixed ends or parts of the optical waveguide Depending on the liquid level, can immerse in such a way that the light detector device a signal characterizing the position of the liquid level in relation to the vessel releases, d a -characterized in that the vessel walls (2,5,22,23,44,45) a have inner and surrounding outer shell, between which the Fluid (13) with constant volume is located.

2. Fiber optic sensor arrangement according to claim 1, characterized in that that the space (8,40) delimited by the shells (2,5,44,45) with respect to an axis of the ring is designed to be rotationally symmetrical in cross section.

3. Fiber optic sensor arrangement according to claim 2, characterized in that that the space (40) delimited by the shells (44, 45) has a circular cross-sectional area having

4. Fiber optic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the space (40) delimited by the shells (44, 45) in a cylindrical housing (41) is formed and the optical waveguide (10) starting from the central axis of the housing (41) like a spoke up to the room (40) extend.

5. Fiber optic sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the ends of the optical waveguides designed as sensor ends (11) (10) through the inner shell (5, 23) with a curved surface through into one running parallel to the surface of the inner shell (5, 23) Inside surface of the outer shell (2.22) project limited space (8.25).

6. Fiber optic sensor arrangement according to claim 1, characterized in that that the vessel has a first outer pipe section (2) closed on both sides, in which a second inner pipe section (5) closed concentrically on both sides is arranged

7. Fiber optic sensor arrangement according to claim 6, characterized in that that the two pipe pieces (2, 5) by common side walls (3, 4) hermetically are locked.

8. Fiber optic sensor arrangement according to claim 6 or 7, characterized characterized in that between the two pipe pieces (2, 5) on the side walls (3, 4) molded spacers (6,7) are provided.

9. Fiber optic sensor arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that on the outside of the inner pipe section (5) in the circumferential direction an annular groove (14) is formed.

10. Fiber optic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the ends of the optical waveguides designed as sensor ends (11) (10) at predetermined different or equal lateral distances in the space (8,25,40) partially filled with liquid (13) protrude.

11. Fiber optic sensor arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that the optical waveguides assigned to the sensor ends (11) (10) coaxial to the pipe sections (2, 5) through a side wall (4) into the open into the inner pipe section (5).

12. Fiber optic sensor arrangement according to claim 5, characterized in that that the vessel has a first outer hemispherical shell (22), concentrically in the a second inner hemispherical shell (23) is arranged.

13. Fiber optic sensor arrangement according to claim 12, characterized in that that both hemispherical shells (22, 23) and the space between them (25) have a common disc-shaped cover (24) are closed.

14. Fiber optic sensor arrangement according to claim 13, characterized in that that the optical waveguides (10) assigned to the sensor ends (11) pass through an opening are guided in the middle of the cover (24).

15. Fiber optic sensor arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in that the sensor ends in the inner hemispherical shell (23) (11) the optical waveguide (10) at predetermined intersections of a globe-like Network of longitudes and latitudes are arranged.

16. Fiber optic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel is arranged on a rotatable shaft is.

17. Fiber optic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel is designed as a float on a in a perpendicular plane movable rotary arm (34) is attached.

18. Fiber optic sensor assembly according to. one of the preceding claims, characterized in that the vessel is used as a resistance body for flowing liquids or gases is formed which can move in a perpendicular plane Rotary arm (34) is attached.

19. Fiber optic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the vessel is opposite to one on an inclination the object to be monitored is attached to the force of gravity.

The invention relates to a fiber optic sensor arrangement with a Lighting device that feeds light into optical waveguides, with light outcoupling Optical fibers that are connected to a light detector device with a liquid, the level of which is opposite the walls of a receptacle containing it is movable with a volume exceeding the volume of the liquid and in the differently placed, vessel-fixed ends or parts of the optical waveguide Depending on the liquid level, can immerse in such a way that the light detector device a signal characterizing the position of the liquid level in relation to the vessel gives away.