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Eine erste Möglichkeit zur Realisierung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens
kann darin bestehen, daß zur Übertragung des Lichtes von der Lichtquelle zur Detektionsfläche
und von der Detektionsfläche zum Lichtempfänger ein 4-Tor-Verzweiger mit einem ersten
und einem zweiten Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel sowie einem ersten und einem zweiten
Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel verwendet ist, die derart gegeneinander im Faserversatz
sind, daß in das erste Eingangs-
Lichtleitfaser-Bündel eingeleitetes
Licht sich in beide Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel aufsplittet, daß in das zweite
Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel eingeleitetes Licht nur in das erste Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel
gelangt, daß in das erste Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel eingeleitetes Licht sich
in beide Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel aufsplittet und daß in das zweite Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel
eingeleitetes Licht nur in das erste Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel gelangt, daß
die Lichtquelle an das erste Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel und der Lichtempfänger
an das zweite Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel angeschlossen ist, und daß die Detektionsfläche
mit dem ersten Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel verbunden ist.
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Alternativ dazu kann eine weitere Realisierungsmöglichkeit darin
bestehen, daß das zur Übertragung des Lichtes von der Lichtquelle zur Detektionsfläche
und von der Detektionsfläche zum Lichtempfänger ein Y-Verzweiger mit einem Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel
und zwei Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündeln verwendet ist, die derart gegeneinander
in Faserversatz sind, daß in das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel eingeleitetes Licht
sich in beide Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel aufsplittet und daß in jedes der beiden
Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel eingeleitetes Licht in das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel
gelangt, daß die Lichtquelle an das eine Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel angeschlossen
ist und daß der Lichtempfänger an das andere Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel angeschlossen
ist, und daß die Detektionsfläche mit dem Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel verbunden
ist.
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Schließlich besteht eine dritte Möglichkeit darin, daß zur Übertragung
des Lichtes von der Lichtquelle zur Detektionsfläche und von der Detektionsfläche
zum Lichtempfänger ein Liehtleitfaser-Bündel verwendet ist, das in einem von zwei
Längsabschnitten in zwei Teilbündel aufgespleißt ist, daß das eine Teilbündel mit
der Lichtquelle und das andere Teilbündel mit dem Lichtempfänger verbunden ist,
und daß der andere nicht aufgespleißte Längsabschnitt mit der Detektionsfläche verbunden
ist.
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4-Tor-Verzweiger und Y-Verzweiger sind handelsübliche Bauelemente.
die in einem Gehäuse mit Kupplungsanschlüssen verfügbar sind. Dementsprechend können
die Detektionsfläche sowie der Lichtsender als auch der Lichtempfänger mit diesen
Bauelementen durch weitere Lichtleitfaser-Bündel verbunden werden, wobei diese Liehtleitfaser-Bündel
mit entsprechenden Kupplungsanschlüssen versehen sind, die zu denen an dem erwähnten
Gehäuse des 4-Tor-Verzweigers oder des Y-Verzweigers passen. Die Lichtquelle und
der Lichtempfänger können direkt an das Ende des Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündels
angesetzt werden. Gleiches gilt für das Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel, welches
zu der Detektionsfläche führt. Dieses sollte mit dem zu der Detektionsfläche führenden
Ende direkt in die Detektionsfläche integriert sein, so daß die Faserenden einen
Teil der Detektionsfläche bilden.
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Da an den Kupplungsanschlüssen zwangsläufig Lichtverluste auftreten,
können die Lichtquelle, der Lichtempfänger und die Detektionsfläche auch direkt
an das den 4-Tor-Verzweiger bzw. den Y-Verzweiger enthaltende Gehäuse angesetzt
sein, derart, daß die Kupplungsanschlüsse entfallen und die betreffenden Lichtleitfaser-Bündel
direkt auf die Lichtquelle, dem Lichtempfänger und die Detektionsfläche aufgesetzt
werden.
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Diese Möglichkeit der direkten Verbindung ohne Kupplungsanschlüsse
bietet sich insbesondere auch bei
der dritten Realisierungsmöglichkeit an, d. h.
bei dem in zwei Teilbündel gespleißten Lichtleitfaser-Bündel.
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Durch das direkte Aufsetzen ist es also möglich. daß bzw. die Lichtleitfaser-Bündel
die Lichtquelle und den Lichtempfänger zu einem kompakten Funktionsblock zusammenfassen.
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Während bei dem 4-Tor-Verzweiger und dem Y-Verzweiger an den Stoßstellen
der Lichtleitfaser-Bündel zwangsläufig ebenfalls Lichtverluste auftreten, ist dies
bei der dritten Variante, d. h. bei dem teilweise zu zwei Teilbündeln aufgespleißten
Liehtleitfaser-Bündel, nicht der Fall, weil eine Stoßstelle hier nicht besteht.
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Das Fehlen der Stoßstelle führt zunächst zwangsläufig zu der Vermutung,
daß eine Reflexion von Licht von den Fasern des einen Teilbündels in den Fasern
des anderen Teilbündels nicht erfolgen kann, womit die Funktion überhaupt in Frage
gestellt wäre. Überraschenderweise ist dies jedoch nicht der Fall. Offenbar infolge
der lagemäßig statistischen Verteilung der einzelnen Fasern der Teilbündel in dem
Gesamtbündel tritt bei Vorhandensein von Eis auf die Detektionsfläche wider Erwarten
doch eine Reflexion von Licht in Fasern des einen Teilbündels in Fasern des anderen
Teilbündels auf. Ferner wurde festgestellt. daß dann, wenn auf der Detektionsfläche
weder Eis noch Wasser vorhanden ist.
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keine Reflexion erfolgt. Weiterhin überraschend ist aber mit dieser
dritten Variante eine ausgezeichnete Unterscheidung zwischen Wasser und Eis möglich,
und zwar unabhängig von der Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes.
Wie oben beschrieben, mußte bisher stets Licht einer bestimmten Wellenlänge verwendet
werden, das von Eis und Wasser unterschiedlich absorbiert bzw. reflektiert wird.
Dafür gibt es bestimmte optimale Lichtwellenlängen. Um Licht mit solchen Wellenlängen
zu erzeugen, müssen spezielle Leuchtdioden verwendet werden, die relativ teuer sind.
Bei Anwendung der dritten Realisierungsmöglichkeit ist man nicht mehr an derartige
teure Elemente gebunden, sondern kann statt dessen handelsübliche Leuchtdioden verwenden,
deren Lichtfrequenz vorgeschrieben ist. Ein weiterer Vorteil der dritten Realisierungsmöglichkeit
ist der, daß das Signal-Rausch-Verhältnis hier wegen der fehlenden Reflexion bei
nicht vereister Detektionsfläche wesentlich günstiger als bei den anderen Versionen
ist. Ein Grundrauschen liegt hier kaum vor.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem
4-Tor-Verzweiger.
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F i g. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Y-Verzweiger,
F i g. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einem in zwei Teilbündel
teilweise aufgespleißten Lichtleitfaser-Bündel, F i g. 4 einen Schnitt IV-IV aus
Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt V-V aus Fig. 3, F i g. 6 einen Schnitt Vl-Vl aus Fig.
3.
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Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine Detektionsfläche
1, auf der sich eine Eisschicht 2 bilden kann. In die Detektionsfläche 1 ist das
eine Ende eines Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündels 12 integriert, derart, daß die
Faserenden einen Teil der Detektionsfläche bilden.
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Zur Übertragung des Lichtes dient ein 4-Tor-Verzweiger, der in einem
Gehäuse 3 untergebracht ist. Er besteht aus zwei Eingangs-Lichtleitfaser-Bündeln
4, 5 und zwei Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündeln 6, 7. Die beiden Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel
4,5 sind in der Mitte
zusammengeführt. Gleiches gilt für die Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel.
Die zusammengefügten Enden der Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 4, 5 und der Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel
6, 7 stoßen aneinander, sind aber gegeneinander versetzt.
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Das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 4 ist über einen Kupplungsanschluß
8 und ein Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 14 mit einer Lichtquelle 13 verbunden,
die vorzugsweise eine Leuchtdiode ist. Diese erzeugt ein Licht mit einer Wellenlänge,
bei welcher Eis und Wasser einen unterschiedlichen Reflexions- bzw. Absorptionsgrad
haben. Das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 5 ist über einen Kupplungsanschluß 9 und
ein Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 15 mit einem Lichtempfänger 16 verbunden.
Das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 7 ist über einen Kupplungsanschluß 11 über das
bereits erwähnte Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 12 verbunden, welches zu der
Detektionsfläche 1 führt. Das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 6 führt zu einem Kupplungsanschluß
10, der frei bleibt. Der Versatz der Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 4, 5 gegenüber
den Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 6, 7 ergibt sich aus folgender Lichtführungs-Funktion:
Von der Lichtquelle 13 über das Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 14 ausgestrahltes
Licht gelangt über den Kupplungsanschluß 8 des Eingangs-Lichtleitfaser-Bündels 4
und wird in die beiden Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 6, 7 aufgeteilt.
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Das in das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel eintretende Licht gelangt
über den Kupplungsanschluß 11 und das Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 12 zu der
Detektionsfläche 1. Ein Teil dieses Lichtes wird durch die Eisschicht 2 reflektiert
und gelangt wiederum über das Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 12, den Kupplungsanschluß
11 und das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 7 zu der Stoßstelle. Dort wird es in die
beiden Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 4, 5 aufgeteilt. Der in das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel
5 gelangende Teil dieses reflektierten Lichtes wird über den Kupplungsanschluß 9
und das Verbindungs-Lichtleitfaser-Bündel 15 zu dem Lichtempfänger 16 geführt. Dieser
gibt ein Signal an eine Auswerteelektronik 18 ab.
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Die Lichtquelle 13 wird durch eine Steuerschaltung 17 periodisch
ein- und ausgeschaltet, was durch das Rechteck-Signal angedeutet ist. Ein gleiches
Rechteck-Signal wird der Auswerteelektronik 18 von der Steuerschaltung 17 zugeführt.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß von der Eis-Seite auf die Detektionsfläche
1 fallendes Fremdlicht von der Auswerteelektronik 18 nicht ausgewertet wird. Das
Ergebnis der Auswerteelektronik wird durch einen Anzeigenteil 19 angezeigt.
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Der Lichtempfänger 16 kann beispielsweise eine Fotodiode sein.
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Es ist im übrigen auch möglich, die Detektionsfläche 1 optisch an
mehreren Stellen abzutasten, indem mehrere Schaltungsanordnungen der F i g. 1 gezeigten
Art verwendet werden. Ebenfalls möglich ist es, verschiedene Detektionsflächen auf
diese Weise abzutasten. Zur Auswertung können Lichtquelle und Auswerteelektronik
durch die Steuerschaltung 17 im Multiplex-Betrieb gesteuert werden.
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In der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der 4-Tor-Verzweiger
durch einen Y-Verzweiger ersetzt, der hier in ein Gehäuse 103 eingesetzt ist. Er
besteht aus zwei Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 104, 105 und einem einzigen Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel
106. Letzteres ist über einen Kupplungsanschluß 111 mit dem Verbindungs-Leitfaser-Bündel
12 verbunden, welches zu der Detektionsfläche 1 führt. Die beiden Ausgangs-
Lichtleitfaser-Bündel
104, 105 sind über Kupplungsanschlüsse 108, 109 mit den entsprechenden Verbindungs-Liehtleitfaser-Bündeln
14, 15 verbunden, die zu der Lichtquelle 13 bzw. zu dem Lichtempfänger 16 führen.
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Die beiden Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 104, 105 sind in der Mitte
des Gehäuses 103 zusammengeführt und stoßen mit dem entsprechenden Ende des Eingangs-Lichtleitfaser-Bündels
106 zusammen. Die Stoßstelle ist so. daß sich folgende Lichtführungs-Funktion ergibt:
Von der Lichtquelle 13 ausgehendes Licht gelangt über das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel
104 in das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 106 und wird von diesem in der bereits
beschriebenen Weise zu der Detektionsfläche 1 geführt. Von der Detektionsfläche
1 reflektiertes Licht gelangt in das Eingangs-Lichtleitfaser-Bündel 106 und wird
in die beiden Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 104, 105 aufgeteilt. Ausgewertet wird
nur das in das Ausgangs-Lichtleitfaser-Bündel 105 eingeführte rückgestreute Licht.
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Es liegt auf der Hand, daß an den Kupplungsanschlüssen 8, 9, 10,
11 in der Fig. 1 und 108, 109, 111 in der F i g. 2 Lichtverluste auftreten. Um diese
Lichtverluste zu vermeiden, können die Lichtquelle 13, der Lichtempfänger und die
Detektionsfläche 1 direkt auf die Gehäuse 3 bzw. 103 aufgesetzt werden. Während
dies deshalb, weil der 4-Tor-Verzweiger und der Y-Verzweiger handelsübliche Bauelemente
sind, noch mit Schwierigkeiten verbunden sein kann, bietet sich die dritte Möglichkeit
gemäß F i g. 3 für eine derart kompakte Bauweise nahezu an.
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Wie man aus F i g. 3 entnehmen kann, ist hier ein einziges Lichtleitfaser-Bündel
206 verwendet, das in dem unteren Teilstück in zwei Teilbündel 204, 205 aufgespleißt
ist. An das Ende des Teilbündels 204 ist direkt die Lichtquelle 13, vorzugsweise
eine Leuchtdiode angesetzt. An das Ende des Teilbündels 205 ist direkt der Lichtempfänger
16, vorzugsweise eine Fotodiode angesetzt. Das obere Ende des nicht aufgespleißten
Faser-Bündels 206 ist zu der Detektionsfläche 1 geführt und in diese integriert.
Das Liehtleitfaser-Bündel 206 mit seinen beiden Teilbündeln 204, 205 sowie der Lichtquelle
13 und dem Lichtempfänger 16 sind in einem einzigen kompakten Gehäuse 203 untergebracht.
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Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen Schnitte durch die Teilbündel 204 und
205 sowie durch das zusammengefaßte Liehtleitfaser-Bündel 206. Die Fasern des Teilbündels
204 sind in Fig. 4 im Schnitt schwarz dargestellt. Die Fasern des Teilbündels 205
sind in F i g. 5 weiß dargestellt. Aus F i g. 6 kann man entnehmen, daß die Fasern
beider Teilbündel in dem zusammengefaßten Lichtleitfaser-Bündel 206 statistisch
verteilt sind. Offenbar infolge dieser statistischen Verteilung kommt es durch die
Eisschicht 2 zu Reflexionen von Licht, welches durch die Quelle 13 in das Teilbündel
204 eingestrahlt wird, und zwar auch in Fasern, die zu dem Teilbündel 205 gehören.
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Auf dieses Licht spricht der Lichtempfänger 16 an.
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Überraschenderweise unterscheidet ein Eisdetektor gemäß Ausführungsform
nach F i g. 3 auch dann Eis von Wasser, wenn das Licht der Lichtquelle 13 keine
ausgesuchte Wellenlänge hat, bei welcher der Absorptions-bzw. Reflexionsgrad von
Eis und Wasser unterschiedlich sind. Wenn sich auf der Detektionsfläche 1 weder
Eis noch Wasser befinden, erfolgt überhaupt keine Reflexion, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis
bei dieser Ausführungsform besonders günstig ist.