DE3604230A1 - Fibre-optic level sensor - Google Patents

Fibre-optic level sensor

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Abstract

The invention relates to a fibre-optic level sensor for sensing the level of viscous liquids in a container, which is distinguished by a high signal sensitivity and a small, very simple and robust design. In accordance with the invention, the semicircularly shaped fibre-optic sensor end does not - as known - project in the direction of immersion, but transverse thereto out of the sensor carrier, as a result of which substantial advantages are achieved, in particular with reference to the signal sensitivity.

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Füllstandssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a fiber optic fill level sensor according to the preamble of claim 1.

Zur Überwachung des Füllstandes von Flüssigkeiten in einem Behälter, d. h. zur Beantwortung der Frage, ob der Flüssigkeitsspiegel über oder unter einer bestimmten Füllstandsmarkierung liegt, dienen äußerst einfach aufgebaute faseroptische Füllstandssensoren, welche nach dem Prinzip der verhinderten Totalreflexion arbeiten.For monitoring the level of liquids in one Container, d. H. to answer the question of whether the liquid level above or below a certain level mark fiber optics are extremely simple Level sensors, which operate on the principle of prevented total reflection.

So ist ein faseroptischer Füllstandssensor bekannt (DE-OS 32 47 192), bei welchem die Sensorspitze mit einem Prisma versehen ist. Als nachteilig könnte bei diesem Sensor erachtet werden, daß zum einen ein relativ hoher Aufwand in der mechanischen Fertigung erforderlich ist und zum anderen eine hohe Grunddämpfung auftritt, so daß entweder eine sehr starke Lichtquelle oder eine hochempfindliche Lichtdetektoreinrichtung eingesetzt werden muß.A fiber-optic fill level sensor is known, for example (DE-OS 32 47 192), in which the sensor tip with a Prism is provided. This sensor could be a disadvantage can be considered that on the one hand a relatively high effort is required in mechanical production and other high basic attenuation occurs, so that either a very strong light source or a highly sensitive one Light detector device must be used.

Günstiger verhält sich ein weiters bekannter faseroptischer Füllstandssensor (DE-OS 20 34 344, Fig. 7a), bei welchem ein Lichtwellenleiter (LWL) U-förmig gebogen ist und der Scheitel des U-förmigen Biegebereichs nach unten zur Flüssigkeit hin orientiert ist. Diese Ausbildung bringt jedoch ebenfalls Nachteile mit sich: bei Verwendung in viskosen Flüssigkeiten bleibt am Sensorscheitel - nach dessen Austauchen aus der Flüssigkeit - über längere Zeit ein Flüssigkeitstropfen hängen, woraus ein fehlerhaftes Signal des Sensors resultiert; durch die Ausrichtung des Scheitels des U-förmigen Biegebereichs nach unten zur Flüssigkeit hin, lagert sich bevorzugt in diesem Biegebereich ein Schmutzfilm ab, welcher langfristig die Funktion des Sensors beeinträchtigt; dadurch, daß der LWL im Bereich der Sensorspitze von seinem optischen Mantel befreit ist, die Sensorspitze somit sehr empfindlich ist, sind Beschädigungen bei der Handhabung des Sensors nicht auszuschließen. Ferner besteht das Problem, daß viele Moden - hierunter versteht man die Ausbreitungsrichtung des Lichts im LWL - in so flachem Winkel gegen die Außenseite des vom Mantel befreiten LWL gerichtet sind, daß sie in jedem Fall reflektiert werden, gleichgültig ob die Sensorspitze eingetaucht ist oder nicht. Da der Beitrag dieser Moden sich dem Sensorsignal überlagert, wird der sogenannte relative Hub des Sensors reduziert, was eine sichere Auswertung des Sensorsignals erschwert.A further known fiber-optic fill level sensor (DE-OS 20 34 344, FIG. 7a) behaves more favorably, in which an optical waveguide ( LWL ) is bent in a U-shape and the apex of the U-shaped bending area is oriented downward towards the liquid. However, this design also has disadvantages: when used in viscous liquids, a liquid drop remains on the sensor apex - after it has emerged from the liquid - over a long period of time, which results in an incorrect signal from the sensor; due to the orientation of the apex of the U-shaped bending area downward towards the liquid, a dirt film is preferably deposited in this bending area, which affects the function of the sensor in the long term; the fact that the optical fiber is freed of its optical cladding in the area of the sensor tip, and the sensor tip is thus very sensitive, damage to the sensor cannot be ruled out. Furthermore, there is the problem that many modes - this means the direction of propagation of the light in the fiber optic - are directed at such a flat angle against the outside of the fiber-optic cable that it has been freed of the sheath that they are reflected in any case, regardless of whether the sensor tip is immersed or not . Since the contribution of these modes is superimposed on the sensor signal, the so-called relative stroke of the sensor is reduced, which makes reliable evaluation of the sensor signal difficult.

Des weiteren ist ein gattungsgemäßer faseroptischer Füllstandssensor bekannt (DE-PS 34 27 311, Fig. 4), welcher mit einem Gehäuse versehen ist, das auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, deren Flüssigkeitsstand überwacht werden soll, schwimmt. In dem Gehäuse selbst ist eine weitere Flüssigkeit eingeschlossen, welche für den Kontakt für mehrere faseroptische Sensoren vorgesehen ist. Je nach der Füllhöhe des Behälters und dem Spiegel der zu überwachenden Flüssigkeit ändert sich die Drehposition des als Schwimmer ausgebildeten Gehäuses, so daß einer der mehreren Sensoren in die weitere Flüssigkeit eintaucht, worauf die nachgeschaltete Lichtdetektoreinrichtung ein den Flüssigkeitsspiegel charakterisierendes Signal abgibt. Auch bei dieser bekannten Anordnung weist jeder Sensor einen U-förmig gebogenen LWL auf, wobei der Scheitel des U-förmigen Biegebereichs in der Eintauchstellung des Sensors ebenfalls nach unten zu der weiteren Flüssigkeit hin orientiert ist - siehe Fig. 1 der DE-PS 34 27 311.Furthermore, a generic fiber optic fill level sensor is known (DE-PS 34 27 311, Fig. 4), which is provided with a housing that floats on the surface of a liquid, the liquid level of which is to be monitored. A further liquid is enclosed in the housing itself, which is provided for the contact for several fiber optic sensors. Depending on the fill level of the container and the level of the liquid to be monitored, the rotational position of the housing designed as a float changes, so that one of the several sensors is immersed in the further liquid, whereupon the downstream light detector device emits a signal characterizing the liquid level. In this known arrangement, too, each sensor has a U-shaped optical fiber , the apex of the U-shaped bending region in the immersion position of the sensor also being oriented downward towards the further liquid - see FIG. 1 of DE-PS 34 27 311.

Somit würden bei dieser Anordnung die gleichen Nachteile auftreten, wie bei dem vorstehend beschriebenen Füllstandssensor. Diese Nachteile werden aber größtenteils dadurch vermieden, indem die Sensoren nicht in die zu überwachende Flüssigkeit, sondern in die weitere Flüssigkeit eintauchen, welche zum einen keiner Verschmutzung ausgesetzt und zum anderen in ihrer Viskosität so gewählt ist, daß eine Tropfenbildung nicht auftreten kann. Nachteilig bei dieser Ausbildung ist jedoch deren aufwendiger Aufbau und deren Bauvolumen.Thus, this arrangement would have the same disadvantages occur, as in the level sensor described above. However, these disadvantages are largely avoided by by not placing the sensors in the monitored area Liquid, but immerse in the other liquid, which on the one hand are not exposed to pollution and on the other others is chosen in its viscosity so that a drop formation cannot occur. Disadvantageous this training, however, is more complex Structure and its volume.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen signalempfindlichen faseroptischen Füllstandssensor von kleiner und einfachster Bauart zu schaffen, welcher robust ausgebildet ist und auch unmittelbar in viskosen Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. The object of the invention is a signal sensitive fiber optic level sensor of smaller and simplest To create design, which is robust and also can be used directly in viscous liquids can.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Wandung, durch deren Bohrungen die beiden Schenkel des LWL geführt sind, die Wandung des Behälters selbst oder die Wandung des Trägerrohres des Sensors sein kann, wenn dieser als "Eintauchsensor" als separate Baueinheit ausgebildet ist.This object is achieved with the characterizing features of claim 1, wherein the wall, through the bores of which the two legs of the optical fiber are guided, can be the wall of the container itself or the wall of the support tube of the sensor, if this as "immersion sensor" separate unit is formed.

Vorteilhafte und weiterbildende Ausgestaltungen des Sensors sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.Advantageous and further developments of the sensor are characterized by the features of the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.

Ein insgesamt mit 1 bezeichneter, als separate Baueinheit ausgebildeter Füllstandssensor ist in eine in einem Behälter 3 sich befindliche viskose Flüssigkeit 2, deren Füllstand überwacht werden soll, eingetaucht. Der Füllstandssensor 1 weist als Hauptbestandteile einerseits einen Träger 4, welcher als Trägerrohr 4.1 mit einem Abschlußboden 4.2 und einer Trennwand 4.3 ausgebildet ist, und andererseits einen U-förmig gebogenen, nach Art eines Golfschlägers geformten, LWL 5 auf. Im Gebrauchszustand des Füllstandssensors 1, also in dessen Flüssigkeit 2 eingetauchter Lage, verläuft dessen Trägerrohr 4.1 in etwa lotrecht zum Flüssigkeitsspiegel 2.1 und ist in dieser Lage auch gegenüber dem Behälter 3 durch geeignete Befestigungsmittel 6 fixiert, so daß auch die Wandung 4.1.1 des Trägerrohres 4.1 in etwa lotrecht verläuft. Der U-förmig gebogene LWL 5 weist zwei Schenkel 5.1 und 5.2 auf, welche über Steckverbindungen zu einer nicht dargestellten und an sich bekannten Lichtdetektoreinrichtung führen, von welcher aus Licht aus einer Beleuchtungseinrichtung in den einen Schenkel 5.1 einspeisbar und über den Schenkel 5.2 in dieselbe auskoppelbar ist. In der Wandung 4.1.1 des Trägerrohres 4.1 sind nun in der Nähe des Abschlußbodens 4.2 zwei vertikal übereinander angeordnete Bohrungen 4.1.2 und 4.1.3 angebracht, durch welche die beiden Schenkel 5.1 und 5.2 von außen in das Trägerrohr 4.1 eingeführt sind. Der mittlere Abstand der beiden Bohrungen ist so gewählt, daß er etwa dem sechsfachen Durchmesser des LWL 5 entspricht, während deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des LWL. Vor dem Einführen des LWL 5 in das Trägerrohr 4.1 wurde jedoch dessen in der Zeichnung dargestellte Form derart festgelegt, daß dieser im Einbauzustand die nachfolgend beschriebenen Kriterien erfüllt.A fill level sensor, designated overall as 1 and designed as a separate structural unit, is immersed in a viscous liquid 2 located in a container 3 , the fill level of which is to be monitored. The fill level sensor 1 has as main components on the one hand a support 4 , which is designed as a support tube 4.1 with a bottom 4.2 and a partition 4.3 , and on the other hand a U-shaped, fiber optic 5 shaped like a golf club. In the state of use of the level sensor 1 , that is to say immersed in its liquid 2 , its support tube 4.1 runs approximately perpendicular to the liquid level 2.1 and is also fixed in this position relative to the container 3 by suitable fastening means 6 , so that the wall 4.1.1 of the support tube 4.1 runs approximately perpendicular. The U-shaped optical fiber 5 has two legs 5.1 and 5.2 , which lead via plug connections to a light detector device, not shown and known per se, from which light from an illumination device can be fed into one leg 5.1 and can be coupled out via the leg 5.2 into the same is. In the wall 4.1.1 of the carrier tube 4.1 two holes 4.1.2 and 4.1.3 are now arranged vertically one above the other in the vicinity of the end base 4.2 , through which the two legs 5.1 and 5.2 are inserted from the outside into the carrier tube 4.1 . The average distance between the two bores is selected so that it corresponds approximately to six times the diameter of the LWL 5 , while their diameter is somewhat larger than the diameter of the LWL . Before the introduction of the fiber optic cable 5 into the carrier tube 4.1 , however, the shape shown in the drawing was determined in such a way that it meets the criteria described below in the installed state.

Sieht man von Kunststoffasern als LWL ab, die sich nicht bei hohen Temperaturen oder aggressiven Flüssigkeiten einsetzen lassen, so muß ein LWL aus Glas oder Quarz eingesetzt werden. Der aus einem solchen Material bestehende LWL 5 wird nun über eine Teillänge von seinem Mantel 5.6 befreit. Sodann wird der LWL etwa in der Mitte der freigelegten Teillänge bis in die Nähe des Schmelzpunktes des Materials erwärmt und unter Einhaltung eines Biegeradius r 1 von etwa dem dreifachen Durchmesser des LWL 5 U-förmig gebogen, so daß die beiden Schenkel 5.1 und 5.2 zunächst parallel zueinander verlaufen und nunmehr über einen halbkreisförmigen Steg 5.3 miteinander verbunden sind. Unmittelbar im Anschluß an den halbkreisförmigen Steg 5.3 werden dann die beiden Schenkel 5.1 und 5.2 nochmals erwärmt und mit einer Biegung 5.4 und 5.5 versehen, deren Radius r 2 und r 3 in etwa dem 8 bis 15-fachen, vorzugsweise dem 10-fachen, Durchmesser des LWL 5 entspricht, wodurch optische Verluste weitestgehend vermieden werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß zum einen die Biegungen 5.4 und 5.5 nur so weit durchgeführt werden, daß die Schenkel 5.1 und 5.2 nach erfolgtem Biegen zu einer im Scheitelpunkt 5.3.1 des halbkreisförmigen Steges 5.3 angelegten und - im Einbauzustand des Sensors - in etwa lotrecht zum Flüssigkeitsspiegel 2.1 verlaufenden Tangente 5.3.2 parallel verlaufen und zum anderen die Biegungen 5.4 und 5.5 sich derart an den halbkreisförmigen Steg 5.3 anschließen, daß - im Einbauzustand des LWL 5 im Trägerrohr 4.1 - die parallel zur Wandung 4.1.1 verlaufende Tangente 5.3.2 von der Wandung einen Abstand a kleiner gleich dem Radius r 1 des Steges 5.3 aufweist, wodurch - im eingebauten Zustand - eine gute optische Funktion verbunden mit hoher mechanischer Stabilität des sonst bruchempfindlichen LWL erzielt wird. Des weiteren wird der vom Mantel 5.6 befreite LWL 5 mindestens in jenem Teilbereich, in welchem er durch die Bohrungen 4.1.2 und 4.1.3 der Wandung 4.1.1 geführt wird, noch mit einer Silberschicht 7 versehen, welche Schicht sich aber auch bis an den wieder ummantelten LWL-Bereich heranreichend fortsetzen kann.Apart from plastic fibers as fiber optics , which cannot be used at high temperatures or aggressive liquids, a fiber optic made of glass or quartz must be used. The LWL 5 consisting of such a material is now freed from its jacket 5.6 over a partial length. Then the fiber optic cable is heated approximately in the middle of the exposed partial length up to the vicinity of the melting point of the material and, while maintaining a bending radius r 1 of approximately three times the diameter of the fiber optic cable 5, is bent into a U shape, so that the two legs 5.1 and 5.2 are initially parallel run to each other and are now connected to each other via a semicircular web 5.3 . Immediately following the semicircular web 5.3 , the two legs 5.1 and 5.2 are then heated again and provided with a bend 5.4 and 5.5 , the radius r 2 and r 3 of which is approximately 8 to 15 times, preferably 10 times, the diameter of the LWL 5 corresponds, whereby optical losses are largely avoided. It is important to ensure that, on the one hand, the bends 5.4 and 5.5 are only carried out to such an extent that the legs 5.1 and 5.2 are bent after they have been bent to a point 5.3.1 in the semicircular web 5.3 and - in the installed state of the sensor - approximately Tangent 5.3.2 perpendicular to the liquid level 2.1 runs parallel and, on the other hand, the bends 5.4 and 5.5 connect to the semicircular web 5.3 in such a way that - in the installed state of the optical fiber 5 in the support tube 4.1 - the tangent 5.3 running parallel to the wall 4.1.1 . 2 from the wall has a distance a less than or equal to the radius r 1 of the web 5.3 , as a result of which - in the installed state - a good optical function combined with high mechanical stability of the otherwise fragile optical fiber is achieved. Furthermore, the fiber optic cable 5 freed from the sheath 5.6 is still provided with a silver layer 7 , at least in the partial area in which it is guided through the bores 4.1.2 and 4.1.3 of the wall 4.1.1 , which layer also up to can continue the coated fiber area sufficiently.

Der so geformte LWL 5 wird nun mit seinen beiden Schenkeln 5.1 und 5.2 durch die Bohrungen 4.1.2 und 4.1.3 eingeführt. Sodann wird er in einer solchen Lage fixiert, daß die Tangente 5.3.2 den erwähnten Abstand a von der Wandung 4.1.1 aufweist und zu dieser parallel verläuft. In dieser Lage werden dann die Schenkel 5.1 und 5.2 und der halbkreisförmige Steg 5.3 im Bereich der Bohrungen 4.1.2 und 4.1.3 mit Abdichtungen 8 - vorzugsweise durch einen Kleber auf Epoxy- oder Polyamid-Basis - versehen, welche den LWL 5 gegenüber der Wandung 4.1.1 außen und innen abdichten. Die Abdichtungen 8 müssen jedoch so angebracht werden, daß sie sich einerseits nur mit der Silberschicht 7 und andererseits mit der Wandung 4.1.1 verbinden können. Durch die Silberschicht wird der Vorteil erreicht, daß Lichtverluste in die Abdichtung stark verringert werden; durch die Abdichtungen wird der Vorteil erreicht, daß diese als sogenannte Modenfallen dienen, welche bei einem Glas/Glas-LWL die sogenannten Mantelmoden, bei einem PCS-LWL (Plastic - clad - silica) die Moden mit hohen Ordnungszahlen stark dämpfen, wodurch eine Erhöhung der relativen Modulation und eine Verbesserung des Signals erzielt wird.The LWL 5 shaped in this way is now introduced with its two legs 5.1 and 5.2 through the holes 4.1.2 and 4.1.3 . Then it is fixed in such a position that the tangent 5.3.2 has the aforementioned distance a from the wall 4.1.1 and runs parallel to it. In this position, the legs 5.1 and 5.2 and the semicircular web 5.3 in the area of the bores 4.1.2 and 4.1.3 are provided with seals 8 , preferably by an adhesive based on epoxy or polyamide, which seals the fiber optic cable 5 against the Seal wall 4.1.1 on the outside and inside. However, the seals 8 must be attached in such a way that on the one hand they can only connect to the silver layer 7 and on the other hand to the wall 4.1.1 . The advantage of the silver layer is that light losses in the seal are greatly reduced; The advantage of the seals is that they serve as so-called mode traps, which in a glass / glass LWL the so-called cladding modes, in a PCS-LWL (Plastic - clad - silica) strongly dampen the modes with high atomic numbers, causing an increase the relative modulation and an improvement in the signal is achieved.

Nach dem Fixieren des LWL in der Wandung 4.1.1 werden sodann die beiden Schenkel 5.1 und 5.2 durch die mit ebenfalls zwei Bohrungen versehene Trennwand 4.3 geführt und die Trennwand 4.3 mit dem Trägerrohr 4.1 abdichtend verbunden. Des weiteren werden die beiden Schenkel 5.1 und 5.2 im Bohrungsbereich gegenüber der Trennwand 4.3 durch weitere Abdichtungen 9 zum einen mechanisch fixiert und zum anderen wird durch dieselben der Innenraum des Trägerrohres nach außen hin abgedichtet, so daß Flüssigkeit nicht eindringen kann.After the optical fiber has been fixed in the wall 4.1.1 , the two legs 5.1 and 5.2 are then passed through the partition wall 4.3 , which is likewise provided with two bores, and the partition wall 4.3 is sealingly connected to the carrier tube 4.1 . Furthermore, the two legs 5.1 and 5.2 are mechanically fixed in the bore area opposite the partition 4.3 by means of further seals 9 and, on the other hand, the interior of the support tube is sealed by the same, so that liquid cannot penetrate.

Ein derart ausgebildeter Füllstandssensor ist nun äußerst einfach und mechanisch robust aufgebaut und gegen mechanische Beschädigungen unempfindlich, da nur der halbkreisförmige Steg 5.3 des LWL mit dem sehr kleinen Abstand a über die Wandung 4.1.1 herausragt, die Schenkel 5.1 und 5.2 des LWL hingegen geschützt im Trägerrohr 4.1 liegen. Durch die Gestaltung des Füllstandssensors mit einem halbkreisförmigen Steg 5.3, dessen im Scheitelpunkt 5.3.1 angelegte Tangente 5.3.2 im Einbauzustand des Sensors in etwa lotrecht zum Flüssigkeitsspiegel 2.1 verläuft, werden nun folgende erfindungswesentliche funktionelle Vorteile erzielt: Sinkt der Flüssigkeitsspiegel 2.1 ab - d. h. der Steg 5.3 taucht nicht mehr in die Flüssigkeit 2 ein - , so wird durch das Herausragen des halbkreisförmigen Steges 5.3 aus der Wandung 4.1.1 mit dem kleinen Abstand a in Verbindung mit der viskosen Flüssigkeit auf Grund deren Oberflächenspannung und Adhäsion bewirkt, daß für ausreichend lange Zeit (Millisekundenbereich) noch ein dünner Flüssigkeitsfilm auf dem LWL erhalten bleibt, welcher wiederum bewirkt, daß - im Gegensatz zu einer Tropfenbildung - kein Licht aus dem LWL ausgekoppelt wird, vielmehr die Reflexion des LWL an der Meßstelle erhöht wird, weil durch diesen Flüssigkeitsfilm kleine Oberflächenporositäten des LWL - die sonst als Streuzentren wirken und zu Lichtverlusten führen - ausgeglichen werden, was somit zu einem stärkeren Signal führt. Eine Tropfenbildung wird durch die lotrechte Lage des halbkreisförmigen Steges 5.3 - also durch eine solche Lage des Steges 5.3, daß dessen im Scheitelpunkt 5.3.1 angelegte Tangente 5.3.2 lotrecht verläuft - verhindert, da dadurch ein rasches Absinken und Ablaufen von Flüssigkeitstropfen sichergestellt ist. Ferner wird infolge der Lage des Steges beim wechselnden Absinken und Ansteigen der Flüssigkeit auf Grund der besseren Scherbewegung für eine hohe Selbstreinigung des LWL gesorgt, so daß die Signalempfindlichkeit des Sensors beeinträchtigende Ablagerungen weitestgehend weggespült werden.A level sensor designed in this way is now extremely simple and mechanically robust and insensitive to mechanical damage, since only the semicircular web 5.3 of the optical fiber protrudes beyond the wall 4.1.1 with the very small distance a , while the limbs 5.1 and 5.2 of the optical fiber are protected in the Carrier tube 4.1 lie. By designing the level sensor with a semicircular web 5.3 , whose tangent 5.3.2 created at apex 5.3.1 runs approximately perpendicular to the liquid level 2.1 in the installed state of the sensor, the following functional advantages essential to the invention are now achieved: If the liquid level 2.1 drops - that is Web 5.3 is no longer immersed in the liquid 2 - so, by protruding the semicircular web 5.3 from the wall 4.1.1 with the small distance a in connection with the viscous liquid, due to its surface tension and adhesion, this causes for a sufficiently long time Time (millisecond range) a thin film of liquid remains on the fiber optic , which in turn means that - in contrast to droplet formation - no light is coupled out of the fiber optic cable, but rather the reflection of the fiber optic cable at the measuring point is increased, because this liquid film causes small Surface porosities of the fiber optic - otherwise as scattering centers act and lead to light loss - be balanced, which leads to a stronger signal. A drop formation is prevented by the perpendicular position of the semicircular web 5.3 - that is, by such a position of the web 5.3 that its tangent 5.3.2 created at apex 5.3.1 runs perpendicularly, since this ensures a rapid sinking and running-off of liquid drops. Furthermore, due to the position of the web during the alternate sinking and rising of the liquid due to the better shear movement, a high self-cleaning of the optical fiber is ensured, so that deposits affecting the signal sensitivity of the sensor are largely washed away.

Claims (8)

1. Faseroptischer Füllstandssensor zur Sensierung des Füllstandes von viskosen Flüssigkeiten in einem Behälter, mit einem U-förmig gebogenen, mit einem Mantel versehenen Lichtwellenleiter (LWL), in dessen einen Schenkel Licht aus einer Beleuchtungseinrichtung einspeisbar und über dessen anderen Schenkel Licht in eine Lichtdetektoreinrichtung auskoppelbar ist, wobei der Mantel des LWL in dessen U-förmigem Biegebereich entfernt ist und die beiden Schenkel durch Bohrungen einer Wandung - gegenüber dieser mit Abdichtungen versehen - derart geführt sind, daß der halbkreisförmige Steg des die beiden Schenkel verbindenden U-förmigen Bereichs nur wenig über die Oberfläche der Wandung hinausragt und füllstandsabhängig in eine Flüssigkeit eintauchen kann - wobei dann die Lichtdetektoreinrichtung ein den Flüssigkeitsspiegel charakterisierendes Signal abgibt -, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrungen (4.1.2, 4.1.3) in der - im Gebrauchszustand des Sensors (1) in etwa lotrecht zum Flüssigkeitsspiegel (2.1) verlaufenden - Wandung (4.1.1) übereinander mit einem etwa dem Durchmesser (2 r 1) des halbkreisförmigen Steges (5.3) entsprechenden Abstand - welcher etwa dem sechsfachen Durchmesser des LWL (5) entspricht - angeordnet sind und die beiden Schenkel (5.1, 5.2) durch die Bohrungen (4.1.2, 4.1.3) derart geführt sind, daß eine im Scheitelpunkt (5.3.1) des halbkreisförmigen Steges (5.3) angelegte Tangente (5.3.2) ebenfalls in etwa lotrecht zum Flüssigkeitsspiegel (2.1) verläuft und von der Wandung (4.1.1) einen Abstand (a) kleiner gleich dem Radius (r 1) des Steges (5.3) aufweist, während die Schenkel (5.1, 5.2) auf der anderen - flüssigkeitsfreien - Seite der Wandung (4.1.1) über eine Biegung (5.4, 5.5), deren Radius (r 2, r 3) wesentlich größer ist als der Radius (r 1) des Steges (5.3), etwa parallel zur Wandung (4.1.1) weitergeführt sind.1.Fiber-optical level sensor for sensing the level of viscous liquids in a container, with a U-shaped, sheathed optical waveguide ( LWL ), in one leg of which light can be fed from an illuminating device and via the other leg of which light can be coupled out into a light detector device is, the jacket of the fiber optic cable is removed in its U-shaped bending area and the two legs are guided through bores in a wall - in relation to this with seals - such that the semicircular web of the U-shaped area connecting the two legs is only slightly above the surface of the wall protrudes and, depending on the fill level, can be immersed in a liquid - in which case the light detector device emits a signal characterizing the liquid level - characterized in that the two bores ( 4.1.2, 4.1.3 ) are in the - in the operational state of the sensor ( 1 ) approximately perpendicular to the F liquid mirror ( 2.1 ) - wall ( 4.1.1 ) one above the other with a distance corresponding to the diameter ( 2 r 1 ) of the semicircular web ( 5.3 ) - which corresponds to about six times the diameter of the optical fiber ( 5 ) - and the two legs ( 5.1, 5.2 ) are guided through the bores ( 4.1.2, 4.1.3 ) in such a way that a tangent ( 5.3.2 ) created at the apex ( 5.3.1 ) of the semicircular web ( 5.3 ) is also approximately perpendicular to the liquid level ( 2.1 ) and has a distance ( a ) less than the radius ( r 1 ) of the web ( 5.3 ) from the wall ( 4.1.1 ), while the legs ( 5.1, 5.2 ) on the other - liquid-free - side of the wall ( 4.1.1 ) via a bend ( 5.4, 5.5 ), the radius ( r 2 , r 3 ) of which is substantially larger than the radius ( r 1 ) of the web ( 5.3 ), approximately parallel to the wall ( 4.1.1 ). 2. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (4.1.1) Teil eines Trägers (4) des Sensors (1), welcher als Trägerrohr (4.1) mit einem Abschlußboden (4.2) ausgebildet ist und daß die Bohrungen (4.1.2, 4.1.3) in der Wandung (4.1.1) in der Nähe des Abschlußbodens (4.2) angeordnet sind.2. Fiber optic fill level sensor according to claim 1, characterized in that the wall ( 4.1.1 ) is part of a carrier ( 4 ) of the sensor ( 1 ) which is designed as a carrier tube ( 4.1 ) with an end plate ( 4.2 ) and that the bores ( 4.1.2, 4.1.3 ) are arranged in the wall ( 4.1.1 ) in the vicinity of the end floor ( 4.2 ). 3. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r 2, r 3) der Biegung (5.4, 5.5) der Schenkel (5.1, 5.2) dem 8- bis 15-fachen, vorzugsweise dem 10-fachen, Durchmesser des LWL (5) entspricht.3. Fiber optic fill level sensor according to claim 1, characterized in that the radius ( r 2 , r 3 ) of the bend ( 5.4, 5.5 ) of the legs ( 5.1, 5.2 ) 8 to 15 times, preferably 10 times, the diameter of the FO ( 5 ) corresponds. 4. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1 und Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die ummantelten Schenkel (5.1, 5.2) des LWL (5) im Anschluß an den vom Mantel (5.6) noch befreiten Bereich der Biegung (5.4, 5.5) über weitere Abdichtungen (9) und zur mechanischen Fixierung durch eine Trennwand (4.3) des Sensorträgers (4) geführt sind.
4. Fiber optic fill level sensor according to claim 1 and claim 2,
characterized in that the sheathed legs ( 5.1, 5.2 ) of the optical fiber ( 5 ) following the region of the bend ( 5.4, 5.5 ) which is still freed from the sheath ( 5.6 ) via further seals ( 9 ) and for mechanical fixing by a partition ( 4.3 ) of the sensor carrier ( 4 ).
5. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Mantel (5.6) befreite U-förmige Biegebereich des LWL (5) in dem durch die Bohrungen (4.1.2, 4.1.3) der Wandung (4.1.1) geführten Teilbereich mit einer Silberschicht (7) versehen ist, auf welcher die Abdichtungen (8) zur Anlage kommen.5. Fiber-optic fill level sensor according to claim 1, characterized in that the U-shaped bending region of the optical fiber ( 5 ) freed from the jacket ( 5.6 ) is guided in the through the bores ( 4.1.2, 4.1.3 ) of the wall ( 4.1.1 ) Partial area is provided with a silver layer ( 7 ) on which the seals ( 8 ) come to rest. 6. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (5.1, 5.2) auch im Bereich ihrer Biegung (5.4, 5.5) bis an den ummantelten LWL-Bereich heranreichend, mit einer Silberschicht (7) versehen sind.6. Fiber-optic fill level sensor according to claim 5, characterized in that the legs ( 5.1, 5.2 ) also in the region of their bend ( 5.4, 5.5 ) reaching up to the coated fiber optic region, are provided with a silver layer ( 7 ). 7. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der LWL (5) aus Glas oder Quarz besteht.7. Fiber optic fill level sensor according to claim 1, characterized in that the optical fiber ( 5 ) consists of glass or quartz. 8. Faseroptischer Füllstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungen (8, 9) durch einen Kleber gebildet sind.8. Fiber optic level sensor according to claim 1, characterized in that the seals ( 8, 9 ) are formed by an adhesive.
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