DE3629966A1 - SENSOR - Google Patents

SENSOR

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Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in ein elektrisches Ausgangsmaterial, mit einer Lichtquelle, aus der ein Bündel Lichtstrahlen in eine erste Fläche, vorzugsweise eine erste vordere Stirnfläche eines lichtleitenden Körpers eingekoppelt wird, wobei die Lichtstrahlen an einer Grenzfläche des Körpers in Abhängigkeit von der physikalischen Größe totalreflektiert bzw. aus dem Körper ausgekoppelt werden und die totalreflektierten Lichtstrahlen auf eine zweite Fläche, vorzugsweise eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende zweite, hintere Stirnfläche fallen, und mit einer Mehrzahl lichtempfindlicher Elemente zum Erfassen eines von dem Bündel nach erfolgter Totalreflexion bzw. Auskopplung eingenommenen Winkelbereichs.The invention relates to a sensor for converting a physical quantity in an electrical starting material, with a light source, from which a bundle of light rays into a first surface, preferably a first front end surface a light-guiding body is coupled, the Light rays at an interface of the body depending totally reflected or from the physical size the body and the totally reflected Light rays on a second surface, preferably one of the second end face opposite first end face  fall, and with a plurality of photosensitive Elements for capturing one of the bundles after Total reflection or decoupling of the angular range.

Ein derartiger Sensor ist aus Patents abstracts of Japan, 21. Juni, 1980, Vol. 4/87 bekannt.Such a sensor is from Patents abstracts of Japan, June 21, 1980, Vol. 4/87.

Der bekannte Sensor dient zur Messung der Konzentration des Elektrolyten einer Blei-Akkumulatorbatterie. Er weist eine Lichtquelle auf, von der ein divergierendes Strahlenbündel durch eine Blende auf eine schräge Seitenfläche eines prismatischen, lichtleitenden Körpers fällt. Eine untere, langgestreckte Grenzfläche des Körpers grenzt an den zu messenden Elektrolyten. Die Lichtstrahlen des divergierenden Strahlenbündels, die auf die untere Grenzfläche fallen, werden dort, in Abhängigkeit von ihrem Auftreffwinkel und der Dichte des Elektrolyten entweder totalreflektiert oder aber aus dem Körper in den Elektrolyten ausgekoppelt. Die totalreflektierten Lichtstrahlen fallen auf eine weitere, ebenfalls geneigte Grenzfläche des prismatischen Körpers, auf der sich ein Gatter von lichtempfindlichen Elementen befindet. Je nach dem wie groß die Dichte des zu messenden Elektrolyten ist, verschiebt sich die Grenze zwischen den noch totalreflektierten und den ausgekoppelten Lichtstrahlen des Bündels auf der unteren Grenzfläche zu dem Elektrolyten und damit ebenfalls die entsprechende Grenzlinie der auf das Gatter lichtempfindlicher Elemente fallenden totalreflektierten Lichtstrahlen. Da auch dann, wenn Lichtstrahlen ausgekoppelt werden, ein Teilstrahl an der unteren Grenzfläche reflektiert wird, ergibt sich, über die Länge des Gatters der lichtempfindlichen Elemente gesehen, ein Intensitätsverlauf, der von einem verhältnismäßig niedrigen Signalwert sprungartig zu einem verhältnismäßig hohen Signalwert ansteigt. Der bekannte Sensor mißt nun die Amplitude der auf die verschiedenen Elemente des Gatters fallenden Lichtstrahlen und zieht die jeweilige Position des sprungartigen Signalanstiegs auf dem Gatter als Maß für die Dichte des Elektrolyten heran.The known sensor is used to measure the concentration of Lead accumulator battery electrolytes. He has one Light source on, from which a diverging beam through a diaphragm on an oblique side surface of a prismatic, light-guiding body falls. A lower, elongated one Interface of the body borders on the one to be measured Electrolytes. The light rays of the divergent Rays falling on the lower interface are there, depending on their angle of incidence and the density of the electrolyte either totally reflected or but decoupled from the body into the electrolyte. The totally reflected light rays fall on another, also inclined interface of the prismatic body, on which there is a gate of photosensitive elements located. Depending on how big the density of the measured Is electrolyte, the boundary between the shifts still totally reflected and the decoupled light rays of the bundle on the lower interface with the electrolyte and thus also the corresponding boundary line that on the Gate of light-sensitive elements covered by totally reflected Rays of light. Because even when rays of light be coupled out, a partial beam at the lower interface is reflected, results from the length of the gate seen the photosensitive elements, an intensity curve, that of a relatively low signal value  suddenly to a relatively high signal value increases. The known sensor now measures the amplitude of the rays of light falling through the various elements of the gate and pulls the respective position of the jump-like Signal rise on the gate as a measure of the density of the Electrolytes.

Der bekannte Sensor hat jedoch den Nachteil, daß er mit sehr hoher Präzision justiert werden muß, weil bei der nur einmaligen Totalreflexion der Lichtstrahlen im prismatischen Körper bereits leichte Dejustierungen des einfallenden Bündels von Lichtstrahlen zu erheblichen Verfälschungen des Meßergebnisses führen. Außerdem hat der bekannte Sensor den Nachteil, daß eine Messung der Dichte des Elektrolyten praktisch nur punktförmig erfolgt, nämlich in einem in der Praxis sehr kleinen Längenabschnitt der Grenzfläche, in dem der Übergang von der Totalreflexion zur Auskopplung variiert, so daß das Meßergebnis nur dann charakteristisch für den Zustand des Elektrolyten in einem Behälter, z. B. einer Akkumulatorbatterie insgesamt ist, wenn der Elektrolyt in der Batterie gleichförmig dieselbe Dichte aufweist. Dies ist jedoch in der Praxis keineswegs immer der Fall, weil zum einen sich leichtere, z. B. wärmere Elektrolytanteile oben im Akkumulator ansammeln, während sich schwerere Anteile unten absetzen, andererseits aber bei Akkumulatoren, die Bewegungen unterliegen, wie dies beispielsweise bei Kraftfahrzeugen der Fall ist, durch die Bewegung der Akkumulatoren ebenfalls räumliche Dichteschwankungen mit erheblichem Ausmaß auftreten können. Der bekannte Sensor kann nicht die Säuredichte zwischen den Platten eines Akkumulators erfassen, und auch der Einbau in Rohre ist schwierig. Ein weiterer Nachteil des bekannten Sensors ist, daß er systematisch nur für eine einzige Meßaufgabe, nämlich die Messung der Dichte des an den prismatischen Körper angrenzenden Mediums geeignet ist. Schließlich hat der bekannte Sensor noch den Nachteil, daß das Meßergebnis in analoger Form vorliegt, weil die jeweilige Signalintensität an den einzelnen Elementen des Gatters erfaßt wird. Damit ist das Meßergebnis empfindlich gegenüber Drifterscheinungen aller Art, beispielsweise Alterungserscheinungen der beteiligten optischen Elemente.However, the known sensor has the disadvantage that it is very high precision must be adjusted, because with the only one Total reflection of the light rays in the prismatic Body already slight misalignments of the incident Bundle of light rays to falsify the Lead measurement result. In addition, the known sensor has the Disadvantage that a measurement of the density of the electrolyte practically only in a punctiform manner, namely in one in the Practice very small length section of the interface in which the transition from total reflection to decoupling varies so that the measurement result is only characteristic of the state of the electrolyte in a container, e.g. B. one Total battery is when the electrolyte is in the battery has the same density uniformly. This is in practice, however, not always the case, because at an easier one, e.g. B. warmer electrolyte in the top Accumulate accumulator while heavier parts are below discontinue, but on the other hand with accumulators, the movements subject, as is the case for example in motor vehicles the case is also due to the movement of the accumulators spatial density fluctuations occur to a considerable extent can. The known sensor cannot measure the acid density between the plates of a battery, and also installation in pipes is difficult. Another disadvantage of  known sensor is that it is systematic for only one only measurement task, namely the measurement of the density of the the medium adjacent to the prismatic body is suitable. Finally, the known sensor has the disadvantage that the measurement result is in analog form because the respective Signal intensity on the individual elements of the gate is detected. The measurement result is therefore sensitive to All kinds of drift phenomena, for example signs of aging of the optical elements involved.

Es sind weiter zahlreiche Sensoren bekannt, die auf opto- elektronischem Wege unter Ausnutzung der Brechungseigenschaften eines Lichtleiters physikalische Größen in elektrische Ausgangssignale umwandeln, diese Sensoren arbeiten jedoch ebenfalls sämtlich mit analoger Meßwerterzeugung, lediglich bei bekannten Sensoren zur Erfassung von Füllständen ist es bekannt, die Überschreitung eines einzigen bestimmten Grenzwertes als digitales Ja/Nein-Signal anzuzeigen, eine kontinuierliche digitale Füllstandsmessung ist damit jedoch ebenfalls nicht möglich.Numerous sensors are also known which are based on opto- electronically using the refractive properties of a light guide physical quantities in electrical Convert output signals, these sensors work but also all with analog measurement generation, only with known sensors for detecting fill levels it is known to exceed a particular one Display limit value as digital yes / no signal, is a continuous digital level measurement however, this is also not possible.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß er für eine Vielzahl von Meßaufgaben geeignet und unproblematisch in der Justierung ist, daß sich lokale Störungen in der Umgebung des Sensors nicht bemerkbar machen und daß schließlich vor allem eine kontinuierliche Digitalanzeige des jeweiligen Ausgangssignals möglich ist.The invention is based on the object, one To further develop sensors of the type mentioned in the introduction, that it is suitable for a variety of measuring tasks and The problem with the adjustment is that local Do not make disturbances in the vicinity of the sensor noticeable and finally, above all, a continuous digital display of the respective output signal is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper als langgestreckter Lichtleiter ausgebildet ist, in dem Lichtstrahlen mehrfach totalreflektiert werden, daß die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von einer Stirnfläche angeordnet sind und eine Auftrefffläche für ein aus der Stirnfläche austretendes Bündel Lichtstrahlen bilden, und daß die Elemente an eine Auswerteschaltung mit einem Zähler angeschlossen sind, der die Anzahl der von dem Bündel beleuchteten oder alternativ der nicht beleuchteten Elemente als Ausgangssignal in digitaler Form abgibt. Nachfolgend wird nur die Zählung der beleuchteten Elemente näher betrachtet. Soll die Zahl der unbeleuchteten Elemente gezählt und ausgewertet werden, so muß die Gesamtzahl aller Elemente bekannt sein.This object is achieved in that the Body is designed as an elongated light guide, in the light rays are totally reflected several times, that the photosensitive elements at an axial distance of  an end face are arranged and an impact surface for a bundle of light rays emerging from the end face form, and that the elements to an evaluation circuit are connected to a counter that measures the number of the bundle illuminated or alternatively the non-illuminated Outputs elements as an output signal in digital form. Below is just the count of the illuminated elements considered in more detail. Should be the number of unlit elements the total number must be counted and evaluated of all elements.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst. Bei Verwendung eines langgestreckten Lichtleiters mit mehrfacher Totalreflexion werden zum einen Justierungsprobleme vermieden, weil sich über die Länge des Lichtleiters gesehen ohnehin gleichförmige Lichtstrahlenverhältnisse ausbilden, außerdem werden in der Umgebung des Lichtleiters etwa bestehende Diskontinuitäten hierdurch ausgemittelt. Durch die Führung der Lichtstrahlen im Lichtleiter können zahlreiche unterschiedliche Meßaufgaben gelöst werden. So kann beispielsweise wie bei dem eingangs geschilderten bekannten Sensor der Brechungsindex und damit auch die Dichte eines den Lichtleiter umgebenden Mediums unabhängig von dessen Aggregatzustand gemessen werden, es sind weiterhin kontinuierliche Füllstandsmessungen möglich und es können auch geometrische Größen, insbesondere Längen auf diese Weise gemessen werden. Diese Aufzählung schränkt jedoch den Anwendungsbereich der Erfindung keineswegs ein. The object underlying the invention is thus complete solved. When using an elongated light guide with multiple total reflection become one Adjustment problems avoided because the length of the Seen light guide uniform light beam conditions anyway train, also in the area of the Any existing discontinuities in this way averaged. By guiding the light rays in the light guide can solve numerous different measuring tasks will. For example, like the one described at the beginning known sensor the refractive index and thus also the density of a medium surrounding the light guide is independent from its physical state are measured, there are continuous level measurements possible and there can also have geometric sizes, especially lengths be measured this way. This list limits however, the scope of the invention is by no means limited.  

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß der Winkelbereich des aus dem Lichtleiter austretenden Bündels, mit anderen Worten der sogenannte "Akzeptanzkonus" in digitaler Form ausgemessen wird, indem die Anzahl der bei einem bestimmten Wert der physikalischen Größe beleuchteten Elemente ausgezählt und angezeigt wird. Irgendwelche Alterungserscheinungen oder sonstigen Drifterscheinungen wirken sich damit nicht störend auf das Meßergebnis aus, weil die Auswerteschaltung für jedes einzelne lichtempfindliche Element nur eine Ja/Nein-Entscheidung trifft, so daß bei geeignet eingestelltem Triggerpegel für das jeweilige Element ohne Bedeutung ist, wie groß die Intensität des jeweils auftreffenden Lichtstrahles ist bzw. wie sich der Konversionsfaktor von einfallendem Lichtstrahl zu abgegebener Spannung im Element selbst aufgrund von Alterungserscheinungen geändert hat.Another important advantage of the invention is that the Angular range of the bundle emerging from the light guide, in other words the so-called "acceptance cone" in digital Form is measured by the number of one certain value of physical size illuminated elements is counted and displayed. Any signs of aging or other drift phenomena have an effect so it does not interfere with the measurement result because the evaluation circuit for each individual photosensitive element only makes a yes / no decision, so that when appropriate set trigger level for the respective element without Significance is how great the intensity of each incident Light beam is or how the conversion factor from incident light beam to emitted voltage in the Element itself changed due to signs of aging Has.

Insgesamt stellt die Erfindung damit einen universell einsetzbaren, robusten, zuverlässigen und gegen Alterungserscheinungen unempfindlichen Sensor zur Verfügung.Overall, the invention thus provides a universally applicable robust, reliable and against signs of aging insensitive sensor available.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der zweiten Stirnfläche angeordnet.In a preferred embodiment of the invention photosensitive elements at an axial distance from the second end face arranged.

Diese Maßnahme ergibt einen besonders einfachen Aufbau des Lichtleiters, weil beispielsweise bei einem zylindrischen Lichtleiter das Strahlenbündel in die eine radiale Stirnfläche eingekoppelt und der Akzeptanzkonus des aus der gegenüberliegenden radialen Stirnfläche austretenden Strahlenbündels gemessen wird. This measure results in a particularly simple structure of the Light guide, for example in the case of a cylindrical one The light beam guides the beam into one radial end face coupled and the acceptance cone from the opposite radial end face emerging radiation is measured.  

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Stirnfläche als Reaktor ausgebildet und die lichtempfindlichen Elemente sind in einem axialen Abstand von der ersten Stirnfläche angeordnet.In another embodiment of the invention second end face designed as a reactor and the photosensitive Elements are at an axial distance from the arranged first end face.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß unter Inkaufnahme eines etwas komplizierteren Aufbaus der Sensor nur von einer einzigen Seite her zugänglich sein muß, an der gleichzeitig das Licht in den Sensor eingekoppelt und zur Messung des Akzeptanzkonus wieder ausgekoppelt wird. Ein so gestalteter Sensor eignet sich damit insbesondere für Meßaufgaben an schwer zugänglichen Orten, beispielsweise zur Messung der Dichte oder des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter.This measure has the advantage that with the acceptance of a somewhat more complicated construction of the sensor from only one single side must be accessible, at the same time the light is coupled into the sensor and used to measure the Acceptance cone is coupled out again. So designed The sensor is therefore particularly suitable for measuring tasks difficult to access places, for example to measure the Density or level of a liquid in one closed container.

Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Lichtleiter in zwei axial beabstandete Abschnitte unterteilt und das Bündel wird in die erste Stirnfläche des ersten axialen Abschnittes eingekoppelt, während die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der ersten Stirnfläche des zweiten Abschnittes angeordnet sind.In a variant of this embodiment, the Light guide divided into two axially spaced sections and the bundle is in the first face of the first axial section coupled, while the photosensitive Elements at an axial distance from the first End face of the second section are arranged.

Eine weitere, ähnlichen Zwecken dienende Variante sieht vor, daß die erste Stirnfläche in zwei axial beabstandeten Stufen ausgebildet ist und daß das Bündel in die vordere Stufe eingekoppelt wird, während die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der hinteren Stufe angeordnet sind.Another variant serving similar purposes provides that the first end face in two axially spaced stages is formed and that the bundle in the front stage is coupled in while the photosensitive elements spaced axially from the rear step are.

Diese beiden Varianten haben den gemeinsamen Vorteil, daß eine räumliche Trennung der Lichtquelle für das einzustrahlende Bündel von den lichtempfindlichen Elementen für die Messung des Akzeptanzkonus möglich ist, weil diese beiden Vorgänge in axial beabstandeten Positionen des Lichtleiters stattfinden.These two variants have the common advantage that a spatial separation of the light source for what is to be irradiated Bundle of photosensitive elements for the  Measurement of the acceptance cone is possible because of these two Operations in axially spaced positions of the light guide occur.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Auftrefffläche zur Achse des Lichtleiters geneigt.In another embodiment of the invention Impact surface inclined to the axis of the light guide.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei Variation des Akzeptanzkonus infolge der Neigung der Auftrefffläche eine Vergrößerung des Bereichs erzeugt wird, in dem der Rand des Akzeptanzkonus schwankt.This measure has the advantage that when the acceptance cone is varied due to the inclination of the impact surface an enlargement of the area in which the edge of the Acceptance cone fluctuates.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante kann die Auftrefffläche auch in vorgegebener Weise gekrümmt verlaufen, um auf diese Weise gegebenenfalls vorhandene Nichtlinearitäten des Sensors zu kompensieren.In a preferred embodiment of this variant, the The impact surface is also curved in the specified manner, around any nonlinearities that may exist of the sensor to compensate.

Bei einem ersten Anwendungsbeispiel der Erfindung ist die physikalische Größe die Dichte eines den Lichtleiter umgebenden Mediums und der Lichtleiter ist nur mit seiner zweiten Stirnfläche optisch an das Medium gekoppelt.In a first application example of the invention physical quantity the density of a surrounding the light guide Medium and the light guide is only with its second Front face optically coupled to the medium.

Bei einer Variante hierzu kann auch der Lichtleiter nur mit seiner Mantelfläche optisch an das Medium gekoppelt sein.In a variant of this, the light guide can also only be used its outer surface can be optically coupled to the medium.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß der Sensor konstruktiv an die jeweiligen räumlichen Gegebenheiten des Meßortes optimal angepaßt werden kann.These measures have the advantage that the sensor is constructive to the respective spatial conditions of the measuring location can be optimally adjusted.

Der Lichtleiter kann sowohl mit seiner zweiten Stirnfläche als auch mit seiner Mantelfläche optisch an das Medium gekoppelt sein, wodurch die Empfindlichkeit des Systems erhöht werden kann. The light guide can both with its second end face as well as with its outer surface optically to the medium be coupled, reducing the sensitivity of the system can be increased.  

Erfindungsgemäß kann das Medium eine Flüssigkeit variabler Dichte sein, es können jedoch auch Gase variablen Drucks gemessen werden, weil die Dichte des Gases mit dessen Druck variiert.According to the invention, the medium can make a liquid more variable Density, but it can also be gases of variable pressure be measured because the density of the gas with its pressure varies.

Bei einem anderen Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Sensors ist die physikalische Größe ein Füllstand einer Flüssigkeit. In diesem Falle taucht der Lichtleiter über einen Teil seiner axialen Länge in die Flüssigkeit und der optische Brechungsindex des Lichtleiters nimmt von seinem unteren Ende nach oben hin ab. Allgemeiner ausgedrückt, ist die physikalische Größe die Lage einer Grenzschicht zweier Medien, z. B. auch zwischen Flüssigkeiten, mit unterschiedlichen Brechungsindizes.In another area of application of the invention The physical quantity is a level of a sensor Liquid. In this case, the light guide is submerged part of its axial length into the liquid and the optical refractive index of the light guide decreases from its lower end upwards. More generally, is the physical size the location of a boundary layer between two Media, e.g. B. also between liquids with different Refractive indices.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß kontinuierliche Füllstandsmessungen mit digitaler Meßwerterzeugung möglich sind, weil der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus von dem jeweils niedrigsten Brechnungsindex bestimmt wird, der bei dem geschilderten Gradienten des Brechungsindex über die axiale Länge des Lichtleiters gerade derjenige ist, der sich an der Oberfläche der umgebenden Flüssigkeit befindet. Mit anderen Worten, der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus wird von einer maximalen Größe bei minimalem Füllstand kontinuierlich kleiner bis zu einem maximalen Füllstand, wobei diese Variation des Akzeptanzkonus in der beschriebenen Weise in einen digitalen Meßwert umgeformt wird.This measure has the advantage that continuous level measurements are possible with digital measurement value generation, because the opening angle of the acceptance cone of each lowest refractive index is determined, that in the described Gradients of the refractive index over the axial Length of the light guide is just the one who is on the Surface of the surrounding liquid. With others Words, the opening angle of the acceptance cone is one maximum size with minimum fill level continuously smaller up to a maximum fill level, this variation of the acceptance cone in the manner described digital measured value is transformed.

Bei einer Weiterbildung dieser Variante weist der Lichtleiter erfindungsgemäß axial aneinandergesetzte Abschnitte mit unterschiedlichem optischen Brechungsindex auf. In a further development of this variant, the light guide according to the invention axially juxtaposed sections different optical refractive index.  

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Lichtleiter einfacher hergestellt werden kann, weil für die Abschnitte auf vorhandene Materialien zurückgegriffen werden kann.This measure has the advantage that the light guide is easier can be made because for the sections on existing materials can be used.

Bei einer weiteren Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Lichtleiter so bemessen, daß das Produkt seiner halben Dicke und des Tangens des Grenzwinkels der Totalreflexion des außerhalb der Meßflüssigkeit liegenden Lichtleitermaterials zu dem dort umgebenden Medium wesentlich kleiner, vorzugsweise ¹/₃ bis ¼₀ der Länge des Lichtleiters ist.In a further variant of this embodiment the light guide dimensioned so that the product of its half Thickness and tangent of the critical angle of total reflection of the light guide material lying outside the measuring liquid much smaller to the surrounding medium, is preferably ¹ / ₃ to ¼₀ the length of the light guide.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich bei extrem niedrigen Füllständen ein großer Signalsprung einstellt, wenn der Füllstand gerade eine Höhe über- bzw. unterschreitet, die dem Produkt der halben Dicke des Lichtleiters und des Tangens des genannten Grenzwinkels entspricht. Bis zu dieser Höhe des Füllstandes hat nämlich der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus einen sehr großen Wert, der dem Grenzwinkel Lichtleiter/umgebendes Medium außerhalb der Flüssigkeit (im allgemeinen: Luft) entspricht, während bei Überschreiten dieser Höhe der Öffnungswinkel schlagartig auf einen sehr viel niedrigeren Wert absinkt, der dem Grenzwinkel Lichtleitermaterial/ Flüssigkeit entspricht. Dieser Signalsprung ist bei den hier zur Diskussion stehenden Lichtleitermaterialien wesentlich größer als die Sprünge bei abschnittsweise hinsichtlich ihres Brechungsindex gestuftem Lichtleiter, wie dies im vorhergehenden Abschnitt beschrieben wurde. Der sehr große Signalsprung kann daher vorteilhaft als "Reserveanzeige" verwendet werden, um dem Benutzer des Sensors zu signalisieren, daß der Füllstand auf einen sehr niedrigen unteren Grenzwert abgesunken ist. This measure has the advantage that at extremely low Levels a large jump in signal when the Level just exceeds or falls below a level that the product of half the thickness of the light guide and the tangent of the specified limit angle corresponds. Up to this The level of the level is namely the opening angle of the Acceptance cone a very large value, the critical angle Light guide / surrounding medium outside the liquid (in general: air), while when exceeded this height the opening angle abruptly on a very much lower value that decreases the critical angle of the light guide material / Liquid corresponds. This signal jump is in the light guide materials under discussion here much larger than the jumps in terms of sections their refractive index graded light guide, such as this was described in the previous section. The very large signal jump can therefore advantageously be used as a "reserve display" used to signal the user of the sensor that the level is at a very low lower Limit has dropped.  

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht der Lichtleiter aus Glas oder Kunststoff, z. B. Polymethylacrylat (PMMA).In embodiments of the invention, the light guide is made made of glass or plastic, e.g. B. polymethyl acrylate (PMMA).

Diese Maßnahme hat auch den Vorteil, daß auf bekannte Materialien mit ebenfalls bekannten reproduzierbaren Eigenschaften zurückgegriffen werden kann.This measure also has the advantage that known materials with also known reproducible properties can be used.

Bei anderen Varianten der Erfindung weist der Lichtleiter ein lichtdurchlässiges Rohr auf, das mit einem Referenzmedium gefüllt ist, dessen chemische Zusammensetzung derjenigen des das Rohr umgebenden Meßmediums bei einem vorbestimmten Wert der physikalischen Größe entspricht.In other variants of the invention, the light guide a translucent tube with a reference medium is filled, the chemical composition of which of the measuring medium surrounding the tube at a predetermined Value corresponds to the physical quantity.

Diese, an sich aus der DE-PS 34 02 374 bekannte Maßnahme hat den Vorteil, daß sich die Eigenschaften des Referenzmediums und des umgebenden Meßmediums bei Variationen der Umgebungsbedingungen gleichermaßen ändern, so daß auch insoweit Drifterscheinungen ausgeschlossen werden können.This measure, known per se from DE-PS 34 02 374, has the advantage that the properties of the reference medium and the surrounding measuring medium with variations in the ambient conditions alike change so that too Drift phenomena can be excluded.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung weist der Lichtleiter lichtabgebende Elemente auf, die nach Bestrahlung mittels eines Primärlichtes Sekundärlicht abgeben.In a further variant of the invention, the light guide light-emitting elements after irradiation emit secondary light by means of a primary light.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß statt einer diffusen Lichteinstrahlung in den Lichtleiter auch eine Einstrahlung mittels eines parallelen Bündels möglich ist, wobei dann die für die Erfindung erforderlichen diffusen Lichtstrahlen durch das Sekundärlicht dargestellt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Primärlicht auf Störstellen (Farbzentren) im Lichtleiter trifft, daß diffus reflektierende Grenzflächen, auf die das Primärlicht trifft, vorgesehen werden oder daß der Lichtleiter mit Lumineszenzzentren versehen wird, die ihrerseits Sekundärlicht erzeugen.This measure has the advantage that instead of a diffuse one Light radiation into the light guide also radiation is possible by means of a parallel bundle, in which case the diffuse light rays required for the invention can be represented by the secondary light. For example happen that the primary light on  Impurities (color centers) in the light guide that diffuse reflective interfaces that the primary light hits, be provided or that the light guide with luminescence centers is provided, which in turn generate secondary light.

Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders für einen dritten Anwendungsbereich der Erfindung geeignet, bei dem die physikalische Größe eine Länge ist. In diesem Falle ist vorgesehen, daß der optische Brechungsindex des Lichtleiters in axialer Richtung von einer Stirnfläche des Lichtleiters an zunimmt, daß das Bündel Lichtstrahlen in radialer Richtung im Abstand der Länge von der Stirnfläche seitlich auf dem Lichtleiter trifft und daß die lichtempfindlichen Elemente im axialen Abstand von der Stirnfläche angeordnet sind.This embodiment is particularly for a third Suitable scope of the invention, in which the physical Size is a length. In this case, that the optical refractive index of the light guide in axial direction from an end face of the light guide increases that the bundle of light rays in the radial direction at a distance of length from the end face on the side Light guide meets and that the photosensitive elements are arranged at an axial distance from the end face.

Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung, das somit ebenfalls vom zentralen Gedanken der Erfindung Gebrauch macht, die Variation des Akzeptanzkonus auf digitale Weise zu erfassen, hat somit den Vorteil, daß eine Länge berührungslos gemessen werden kann, weil je nach Brechungsindex des lumineszierenden Lichtleiterbereiches, auf den der radiale Meßstrahl fällt, am stirnseitigen Ende ein Strahlenbündel austritt, dessen Akzeptanzkonus vom Brechungsindex des genannten Lichtleiterbereiches abhängt.This embodiment of the invention, thus also makes use of the central idea of the invention, the variation of the acceptance cone in a digital way capture has the advantage that a length is non-contact can be measured because, depending on the refractive index of the luminescent light guide area on which the radial Measuring beam falls, at the front end a beam emerges, the acceptance cone of the refractive index of the depends on the light guide area.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann, ebenso wie dies bereits weiter oben zum Anwendungsbereich der Füllstandsmessung geschildert wurde, entweder ein Lichtleiter mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex oder aber ein gestufter Lichtleiter mit Abschnitten unterschiedlichen Brechungsindexes verwendet werden. In this embodiment of the invention, too, as well as this above for the scope the level measurement was described, either an optical fiber with continuously varying refractive index or but a stepped light guide with different sections Refractive index can be used.  

Schließlich ist noch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bevorzugt, bei dem die Lichtquelle an einem Pulsgenerator angeschlossen ist und die Auswerteschaltung einen Differenzbildner aufweist, dessen Eingängen die Maßwerte bei eingeschalteter bzw. ausgeschalteter Lichtquelle zuführbar sind.Finally, there is another embodiment of the invention preferred, in which the light source on a pulse generator is connected and the evaluation circuit a difference generator has inputs whose measurement values are switched on or switched off light source can be supplied.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch Messungen in den Impulspausen Fremdlichteinflüsse ausgemessen und damit kompensiert werden können.This measure has the advantage that measurements in the Impulse pauses measured and thus external light influences can be compensated.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the features explained below not only in each specified combination but also in other combinations or can be used alone without the frame to leave the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in the following description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lichtleiters zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic representation of an optical fiber for explaining the present invention.

Fig. 2 eine Darstellung eines Strahlenganges, wie er im Lichtleiter gemäß Fig. 1 auftritt; FIG. 2 shows a beam path as it occurs in the light guide according to FIG. 1;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer flächenhaften Lichtmeßanordnung zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Sensor; Fig. 3 shows a first embodiment of a planar Lichtmeßanordnung for use in the sensor of the invention;

Fig. 4 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 mit linienförmiger Lichtmeßanordnung; FIG. 4 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 3 with a linear light measuring arrangement;

Fig. 5 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Sensors zur Messung der Dichte eines Mediums; Fig. 5 shows a first variant of an inventive sensor for measuring the density of a medium;

Fig. 6 eine zweite Variante hierzu; Fig. 6 shows a second variant thereof;

Fig. 7 eine dritte Variante hierzu; Fig. 7 shows a third variant thereof;

Fig. 8 eine vierte Variante hierzu; Fig. 8 shows a fourth variant of this;

Fig. 9a und 9b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Messung eines Füllstandes mit zugehöriger Kennlinie des Brechungsindex über die Länge des verwendeten Lichtleiters; Fig. 9a and 9b, an embodiment of an inventive sensor for measuring a level with associated characteristic of the refractive index over the length of the optical fiber used;

Fig. 10 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9a mit gestuftem Lichtleiter; FIG. 10 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 9a with a stepped light guide;

Fig. 11a bis 11c eine Detaildarstellung des Sensors gemäß Fig. 9a oder Fig. 10 zur Erläuterung einer erfindungsgemäß möglichen Reserveanzeige; FIG. 11a to 11c is a detailed view of the sensor of FIG 9a or Fig 10 to illustrate an inventive possible reserve indicator..;

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Messung einer Länge; FIG. 12 is an embodiment of a sensor of the invention for measuring a length;

Fig. 13 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Konfiguration eines Lichtleiters zur Verwendung bei einem der Sensoren gemäß den Fig. 5 bis 11; Fig. 13 shows a first variant of a configuration according to the invention a light guide for use in one of the sensors according to Figures 5 to 11.

Fig. 14 eine zweite Variante hierzu; Fig. 14 shows a second variant thereof;

Fig. 15 eine dritte Variante hierzu, jedoch zur Verwendung bei einem der Sensoren der Fig. 5 bis 12; FIG. 15 is a third variant of this, however, for use in one of the sensors of Figures 5 to 12.

Fig. 16 einen stark schematisierten Stromlaufplan zur Erläuterung der Beschaltung eines erfindungsgemäßen Sensors; 16 is a highly schematic circuit diagram for explaining the connection of a sensor of the invention.

Fig. 17 eine weitere Variante, ähnlich Fig. 1, zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit eines erfindungsgemäßen Sensors. Fig. 17 shows a further variant, similar to FIG. 1, to increase the measurement sensitivity of a sensor according to the invention.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Lichtquelle, aus der ein divergierendes Strahlenbündel 2 aus- und in eine benachbarte obere Stirnfläche 3 eines zylindrischen Lichtleiters 10 eintritt. Die punktförmige Lichtquelle 1 mit dem divergierenden Strahlenbündel 2 ist hier nur beispielhaft zu verstehen, es wird weiter unten noch erläutert werden, daß auch parallele Strahlenbündel verwendet werden können, aus denen divergierendes Sekundärlicht im Inneren des Lichtleiters abgeleitet wird.In Fig. 1, 1 designates a light source from which a diverging ray beam 2 off and enters an adjacent upper end surface 3 of a cylindrical light guide 10. The point-shaped light source 1 with the diverging beam 2 is only to be understood here as an example, it will be explained further below that parallel beams can also be used, from which diverging secondary light in the interior of the light guide is derived.

In Fig. 1 erkennt man mit 11 einen ersten, axial gerichteten Lichtstrahl, der den Lichtleiter 10 ohne weitere Umlenkung oder Behinderung durchsetzt. Mit 12 a, 12 b ist ein zweiter Lichtstrahl gekennzeichnet, der so flach auf eine Mantelfläche 19 des Lichtleiters 10 trifft, daß er totalreflektiert wird. Auch der Lichtstrahl 12 a, 12 b setzt somit seinen Weg durch die Lichtleiter 10 in axialer Richtung fort. Mit 13 a, 13 b ist hingegen ein dritter Lichtstrahl bezeichnet, der unter einem solch steilen Winkel auf die Mantelfläche 19 trifft, daß er aus dem Lichtleiter 10 ausgekoppelt wird. In Fig. 1, 11 shows a first, axially directed light beam which passes through the light guide 10 without further deflection or obstruction. With 12 a , 12 b , a second light beam is identified, which strikes a lateral surface 19 of the light guide 10 so flat that it is totally reflected. The light beam 12 a , 12 b thus continues its path through the light guide 10 in the axial direction. 13 a , 13 b , on the other hand, denotes a third light beam which strikes the lateral surface 19 at such a steep angle that it is coupled out of the light guide 10 .

Dies bedeutet im Ergebnis, daß nach mehreren Reflexionsvorgängen im Lichtleiter 10 nur noch Lichtstrahlen 11 oder 12 a, 12 b geführt werden, die entweder streng axial oder so flach gerichtet sind, daß sie an der Mantelfläche 19 totalreflektiert werden. Hierdurch entsteht ein sogenannter "Akzeptanzkonus" 14, womit man die Gestalt eines aus einer unteren Stirnfläche 16 austretenden divergierenden Bündels 17 von Lichtstrahlen bezeichnet.As a result, this means that after several reflection processes in the light guide 10 only light rays 11 or 12 a , 12 b are guided, which are either strictly axially directed or so flat that they are totally reflected on the lateral surface 19 . This creates a so-called "acceptance cone" 14 , which is used to denote the shape of a diverging bundle 17 of light rays emerging from a lower end face 16 .

In einem axialen Abstand h von der unteren Stirnfläche 16 ist eine Auftrefffläche 15 definiert. Bezeichnet man den Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus 14 mit b, so ergibt sich in der Auftrefffläche 15 bei kreisförmiger unterer Stirnfläche 16 eine kreisförmige Lichtfläche mit einem umlaufenden Ringbereich der radialen Breite x, die vom Winkel β und dem axialen Abstand h abhängt.An impact surface 15 is defined at an axial distance h from the lower end face 16 . Denoting the opening angle of acceptance cone 14 b, so resulting in the impingement 15 at a circular lower end surface 16 is a circular light surface with a peripheral annular region of the radial width x, the β from the angle and depends on the axial distance h.

Ändert sich nun infolge einer Veränderung der Brechungsverhältnisse im Lichtleiter 10 oder im umgebenden Medium der Grenzwinkel der Totalreflexion, ändert sich ebenfalls der Winkel β und damit das Maß x.If, as a result of a change in the refraction conditions in the light guide 10 or in the surrounding medium, the critical angle of the total reflection changes, the angle β and thus the dimension x also change .

In Fig. 2 sind die zur Fig. 1 erläuterten Verhältnisse nochmals zur Quantifizierung des sich einstellenden Effektes dargestellt. Im Lichtleiter 10 sei jetzt ein vierter Lichtstrahl 18 geführt, dessen Abschnitt 18 a gerade unter dem Grenzwinkel a T der Totalreflexion auf die Mantelfläche 19 trifft. Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, daß alle in dem schraffierten Bereich der Fig. 2 einfallenden Lichtstrahlen totalreflektiert werden, während alle steiler als der Lichtstrahl 18 einfallenden Strahlen aus dem Lichtleiter 10 ausgekoppelt werden. Der Lichtstrahl 18 wird in seinem Abschnitt 18 a nun (gerade noch) totalreflektiert und ein reflektierter Abschnitt 18 b trifft auf die untere Stirnfläche 16. Unter der Voraussetzung, daß der Lichtstrahlabschnitt 18 b außerhalb des Totalreflexionsbereiches der an der unteren Stirnfläche 16 herrschenden Brechungsverhältnisse auftritt, wird ein Abschnitt 18 c des Lichtstrahls 18 aus der unteren Stirnfläche 16 ausgekoppelt und zwar unter einem Winkel β, der gerade dem Öffnungswinkel β des Akzeptanzkonus 14 in Fig. 1 entspricht. FIG. 2 shows the relationships explained for FIG. 1 again for the quantification of the effect that occurs. A fourth light beam 18 is now guided in the light guide 10 , the section 18 a of which strikes the lateral surface 19 just under the critical angle a T of total reflection. Expressed in graphic terms, this means that all light rays incident in the hatched area in FIG. 2 are totally reflected, while all rays incident more steeply than light beam 18 are coupled out of light guide 10 . The light beam 18 is now (just) still totally reflected in its section 18 a and a reflected section 18 b strikes the lower end face 16 . Provided that the light beam section 18 b occurs outside the total reflection area of the refraction conditions prevailing on the lower end face 16 , a section 18 c of the light beam 18 is coupled out of the lower end face 16 , namely at an angle β which is just the opening angle β of the acceptance cone 14 in Fig. 1 corresponds.

Bezeichnet man mit n i den Brechungsindex des Lichtleiters 10, mit n a den Brechungsindex des den Lichtleiter 10 im Bereich seiner Mantelfläche 19 umgebenden Mediums und mit n st den Brechungsindex des den Lichtleiter 10 an der unteren Stirnfläche 16 umgebenden Mediums, so kann man zeigen, daß für den Öffnungswinkel β des Akzeptanzkonus 14 gilt:If n i denotes the refractive index of the light guide 10 , n a the refractive index of the medium surrounding the light guide 10 in the region of its lateral surface 19 and n st the refractive index of the medium surrounding the light guide 10 on the lower end face 16 , it can be shown that that the following applies to the opening angle β of the acceptance cone 14 :

Wobei selbstverständlich gilt, daß n i größer ist als n a und n st . Für den Fall, daß die Brechungsverhältnisse an der Mantelfläche 19 und an der Stirnfläche 16 gleich sind, d. h. n a = n st , vereinfacht sich die angegebene Formel entsprechend.It goes without saying that n i is greater than n a and n st . In the event that the refraction ratios on the lateral surface 19 and on the end surface 16 are the same, ie n a = n st , the formula given is simplified accordingly.

Man erkennt somit, daß die in Fig. 1 zu erkennende Breite x über den Öffnungswinkel b und den Abstand h unmittelbar ein Maß für die Brechungsverhältnisse des Lichtleiters 10 zu dem ihn umgebenden Medium ist. It can thus be seen that the width x to be seen in FIG. 1 over the opening angle b and the distance h is a direct measure of the refraction ratio of the light guide 10 to the medium surrounding it.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Breite x in digitalisierter Form als Meßwert auszugeben.According to the invention, the width x is now output in digitized form as a measured value.

Fig. 3 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem wiederum der Lichtleiter 10 zu erkennen ist, aus dem ein Lichtstrahlenbündel in Gestalt des Akzeptanzkonus 14 unten austritt. Zusätzlich ist gestrichelt ein Akzeptanzkonus 14 a eingezeichnet, der einen zweiten Meßwert symbolisieren soll. Fig. 3 shows a this embodiment of the invention, can be seen at the turn of the optical fiber 10 from which a light beam in the shape of the acceptance cone 14 emerges below. In addition, an acceptance cone 14 a is shown in broken lines, which is intended to symbolize a second measured value.

Unterhalb des Lichtleiters 10 ist im axialen Abstand in der gedachten Auftrefffläche ein flächiges Detektorarray 22 zu erkennen, das beispielsweise als Ladungsverschiebungs-Halbleiterbauelement (CCD) ausgebildet sein kann. Das Detektorarray 22 besteht aus einer Vielzahl in einer Fläche verteilter Detektorelemente 23, die individuell angesteuert und ausgelesen werden können. Eine symbolisiert dargestellte Datenleitung 24 führt zu einer Auswertschaltung 25, die im wesentlichen einen digitalen Zähler enthält.Below the light guide 10 , a flat detector array 22 can be seen at an axial distance in the imaginary impact surface, which can be designed, for example, as a charge shift semiconductor component (CCD). The detector array 22 consists of a multiplicity of detector elements 23 distributed in an area, which can be individually controlled and read out. A symbolized data line 24 leads to an evaluation circuit 25 , which essentially contains a digital counter.

Im dargestellten Beispielsfall des durchgezogen eingezeichneten Akzeptanzkonus 14 werden die in Fig. 3 schraffierten 8 Detektorelemente beleuchtet, so daß nach Auszählung dieser Elemente über die Datenleitung 24 in der Auswertschaltung 25 am Ausgang derselben ein Digitalwert "8" ausgegeben wird. Man kann dabei durch entsprechende Vielzahl von Detektorelementen 23 eine nahezu beliebige Auflösung des Meßergebnisses erzielen und, sofern dies praktisch noch von Bedeutung sein sollte, durch Einstellung einer bestimmten Triggerschwelle für nur teilweise beleuchtete Detektorelemente 23 einen Grenzwert vorgeben, von dem ab ein Detektorelement 23 als beleuchtet oder unbeleuchtet gezählt wird. Auch eventuelle Grau-Übergänge im Randbereich des Akzeptanzkonus 14 lassen sich auf diese Weise präzise definieren.In the illustrated example the case of the solid line drawn acceptance cone 14, hatched in Fig. 3 8 detector elements are illuminated, so that after counting of these elements of the same is a digital value "8" is output via the data line 24 in the evaluation circuit 25 at the output. Almost any resolution of the measurement result can be achieved by a corresponding number of detector elements 23 and, if this should be of practical importance, a limit value can be specified by setting a certain trigger threshold for only partially illuminated detector elements 23 , from which a detector element 23 is illuminated or counted unlit. Any gray transitions in the edge area of the acceptance cone 14 can also be precisely defined in this way.

Man erkennt aus Fig. 3 ohne weiteres, daß bei einer Vergrößerung des Akzeptanzkonus 14 in einen Konus 14 a (gestrichelt eingezeichnet) eine entsprechend größere Anzahl von Detektorelementen 23 beleuchtet und damit auch ein entsprechend größerer Digitalwert am Ausgang der Auswerteschaltung 25 angezeigt wird.It is seen from Fig. 3 without further ado that illuminated at a magnification of the acceptance cone 14 in a cone 14 a (shown in dashed lines) has a correspondingly larger number of detector elements 23 and hence also a correspondingly larger digital value appears at the output of the evaluation circuit 25th

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der der Abstand x aus Fig. 1 nicht durch eine Flächenmessung wie in Fig. 3 sondern nur durch eine Messung entlang einer Geraden bestimmt wird. Es ist hierzu ein lineares Detektorarray 26 vorgesehen, beispielsweise ein lineares Diodengatter oder dergleichen. Man erkennt aus Fig. 4, daß im Falle des durchgezogen eingezeichneten Akzeptanzkonus 14 vier Detektorelemente 23 beleuchtet werden, die in Fig. 4 wiederum schraffiert worden sind, während bei einer Öffnung des Akzeptanzkonus auf einen Wert 14 a im dargestellten Beispielsfalle sechs Detektorelemente beleuchtet werden. Auch in diesem Falle wird die Zahl der beleuchteten Detektorelemente ausgezählt und am Ausgang der Auswerteschaltung 25 in Form eines Digitalwertes ausgegeben. FIG. 4 shows a variant in which the distance x from FIG. 1 is not determined by an area measurement as in FIG. 3 but only by a measurement along a straight line. For this purpose, a linear detector array 26 is provided, for example a linear diode gate or the like. It can be seen from Fig. 4 that in the case of the solid acceptance cone 14 four detector elements 23 are illuminated, which in turn have been hatched in Fig. 4, while when the acceptance cone is opened to a value 14 a in the illustrated example six detector elements are illuminated. In this case too, the number of illuminated detector elements is counted and output in the form of a digital value at the output of the evaluation circuit 25 .

Die Fig. 5 bis 8 zeigen vier Ausführungsbeispiele, bei denen der erfindungsgemäße Sensor zum Messen der Dichte eines umgebenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit, eingesetzt wird. Figs. 5 to 8 show four embodiments in which the sensor of the invention is for measuring the density of a surrounding medium, in particular a liquid, is used.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Lichtleiter 29 im Bereich seiner Mantelfläche 19 von einer Verspiegelung 30 umgeben ist, so daß Licht nur aus der unteren Stirnfläche 16 austreten kann. Der Lichtschalter 26 durchsetzt eine Bohrung einer Wand 31 eines Flüssigkeitsbehälters. An einer gegenüberliegenden, von der unteren Stirnfläche 16 beabstandeten Wand 32 des Behälters befindet sich das Detektorarray 22, dessen Datenleitung 24 durch die Wand 32 nach außen geführt ist. Der Lichtleiter 29 ist von einer Meßflüssigkeit 33 umgeben, deren Dichte gemessen werden soll. Die Verspiegelung kann aus Metall oder aus einer transparenten Umhüllung (cladding) mit geringerem Brechungsindex als der Lichtleiter selbst bestehen. Fig. 5 shows an embodiment in which a light guide 29 is surrounded in the area of its outer surface 19 by a mirror 30 , so that light can only emerge from the lower end face 16 . The light switch 26 passes through a bore in a wall 31 of a liquid container. The detector array 22 is located on an opposite wall 32 of the container, spaced apart from the lower end face 16 , the data line 24 of which is led through the wall 32 to the outside. The light guide 29 is surrounded by a measuring liquid 33 , the density of which is to be measured. The mirroring can be made of metal or a transparent cladding with a lower refractive index than the light guide itself.

Das in den Lichtleiter 29 am nicht dargestellten oberen Ende eintretende Strahlenbündel 2 durchsetzt nun den Lichtleiter 29 in axialer Richtung, wobei aus der Mantelfläche 19 infolge der Verspiegelung 30 keine Lichtstrahlen austreten. Dies ist nur an der unteren Stirnfläche 16 der Fall und wegen des bereits erläuterten optischen Mechanismus tritt Licht aus der Stirnfläche 16 nur im Akzeptanzkonus 14 aus, der auf die beschriebene Weise mittels des Detektorarrays 22 ausgemessen wird.The bundle of rays 2 entering the light guide 29 at the upper end (not shown ) now passes through the light guide 29 in the axial direction, no light rays emerging from the outer surface 19 as a result of the mirroring 30 . This is only the case on the lower end face 16 and, because of the optical mechanism already explained, light emerges from the end face 16 only in the acceptance cone 14 , which is measured in the manner described by means of the detector array 22 .

Da sich die Brechungsverhältnisse an der unteren Stirnfläche 16 in Abhängigkeit von der Dichte der Meßflüssigkeit 33 ändern, ist der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus 14 bei der Anordnung gemäß Fig. 5 unmittelbar ein Maß für die Dichte der Meßflüssigkeit 33. Since the refraction ratios on the lower end face 16 change depending on the density of the measuring liquid 33 , the opening angle of the acceptance cone 14 in the arrangement according to FIG. 5 is a direct measure of the density of the measuring liquid 33 .

Es versteht sich, daß statt einer Meßflüssigkeit 33 zwischen den Wänden 31, 32 auch ein Gas umschlossen sein kann, dessen Dichte sich mit dem Gasdruck ändert, so daß auf diese Weise eine Gasdruckmessung möglich ist.It goes without saying that instead of a measuring liquid 33 , a gas can also be enclosed between the walls 31, 32 , the density of which changes with the gas pressure, so that a gas pressure measurement is possible in this way.

Fig. 5 kann in folgender Weise abgewandelt werden: An die Stelle der Elemente 22 tritt eine Lichtquelle, und die Elemente 22 werden in axialem Abstand von der nicht gezeigten oberen Stirnfläche des Lichtleiters 29 oberhalb von diesem angeordnet. Fig. 5 can be modified in the following manner: In place of the elements 22 occurs, a light source, and the elements 22 are arranged at an axial distance from the unshown upper end face of the light guide 29 above it.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Dichtemessung, bei dem ein Lichtleiter 34 durch zwei miteinander fluchtende Öffnungen in den Wänden 31, 32 des Behälters für die Meßflüssigkeit 33 geführt ist. Im Bereich der Durchgänge sind Verspiegelungen 30, 30 a an der Mantelfläche 19 angebracht, während die Mantelfläche 19 im übrigen von der Meßflüssigkeit 33 umspült wird. FIG. 6 shows a further exemplary embodiment for density measurement, in which a light guide 34 is guided through two openings in alignment in the walls 31, 32 of the container for the measuring liquid 33 . In the area of the passages, reflectors 30, 30 a are attached to the outer surface 19 , while the outer surface 19 is washed around by the measuring liquid 33 .

Das Strahlenbündel in Gestalt des Akzeptanzkonus 14 tritt bei diesem Ausführungsbeispiel also außerhalb des Behälters aus dem Lichtleiter 34 aus und trifft auf das im axialen Abstand angeordnete Detektorarray 22 zu der bereits beschriebenen Meßwertverarbeitung.In this embodiment, the beam of rays in the form of the acceptance cone 14 emerges from the light guide 34 outside the container and strikes the detector array 22 arranged at an axial distance for the measurement value processing already described.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bestimmen somit die Brechungsverhältnisse im Bereich der Mantelfläche 19 des Lichtleiters 34 die Messung, vom Ergebnis her entspricht der Meßwert jedoch dem der Anordnung gemäß Fig. 5. In the exemplary embodiment according to FIG. 6, the refraction conditions in the area of the lateral surface 19 of the light guide 34 thus determine the measurement, but the result corresponds to the measured value that of the arrangement according to FIG. 5.

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante hierzu, bei der ein Lichtleiter 35 in zwei axial gegeneinander abgesetzte Abschnitte 35 a, 35 b unterteilt ist. Der obere Abschnitt 35 a ist mit einer oberen Stirnfläche 3 a versehen, in die das Strahlenbündel 2 eingekoppelt wird. Unterhalb der unteren Stirnfläche des oberen Abschnittes 35 a befindet sich entweder ein flächiges Detektorarray mit einer mit dem Lichtleiter 35 fluchtenden Öffnung oder seitlich zwei voneinander getrennte Detektorarrays 22 a, 22 b, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, die zwischen sich einen entsprechenden Freiraum offen lassen, durch den das Strahlenbündel 2′, das unten aus dem oberen Abschnitt 35 a ausgetreten ist, hindurchtreten kann. Fig. 7 shows a further variant, in which a light guide 35 is divided into two axially offset sections 35 a , 35 b . The upper section 35 a is provided with an upper end face 3 a , into which the beam 2 is coupled. Below the lower end face of the upper section 35 a there is either a flat detector array with an opening aligned with the light guide 35 or laterally two separate detector arrays 22 a , 22 b , as shown in FIG. 7, with a corresponding free space between them leave open, through which the beam 2 ', which has emerged from the lower portion 35 a below, can pass through.

Der untere Abschnitt 35 b durchsetzt eine Bohrung in der Wand 31 des Behälters für die Meßflüssigkeiten 33. Abgesehen von einer Verspiegelung 30 im Bereich des Durchgangs durch die Wand 31 ist der untere Abschnitt 35 b im Bereich seiner Mantelfläche 19 unverspiegelt und grenzt unmittelbar an die Meßflüssigkeit 33. Die untere Stirnfläche 16 ist jedoch mit einem Spiegel 36 oder einem anderen geeigneten Reflektor versehen. Dies bedeutet, daß ein im unteren Abschnitt 35 b geführter Lichtstrahl 37 nach Auftreffen auf den Spiegel 36 wieder nach oben geleitet wird, so daß an einer oberen Stirnfläche 3 b des unteren Abschnittes 35 b ein Strahlenbündel in Gestalt des Akzeptanzkonus 14 austritt. Der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus 14 wird nun wiederum in der beschriebenen Weise durch das Detektorarray 22 a, 22 b ausgemessen. The lower section 35 b penetrates a bore in the wall 31 of the container for the measuring liquids 33 . Apart from a reflective coating 30 in the area of the passage through the wall 31 , the lower section 35 b is non-reflective in the area of its lateral surface 19 and borders directly on the measuring liquid 33 . However, the lower end face 16 is provided with a mirror 36 or another suitable reflector. This means that a light beam 37 guided in the lower section 35 b is directed upwards again after striking the mirror 36 , so that a beam in the form of the acceptance cone 14 emerges at an upper end face 3 b of the lower section 35 b . The opening angle of the acceptance cone 14 is again measured in the manner described by the detector array 22 a , 22 b .

Ein Lichtleiter 40, der wiederum die obere Wand 31 des Behälters für die Meßflüssigkeit 33 durchsetzt, ist im Bereich dieses Durchsatzes als unterer Abschnitt mit größerem Durchmesser ausgebildet, an den sich ein oberer Abschnitt 40 a mit kleinerem Durchmesser anschließt. Der untere Abschnitt 40 b weist dadurch eine kreisringförmige Stirnfläche 41 b auf, während der obere Abschnitt 40 a eine kreisförmige Stirnfläche 41 a aufweist. In diese Stirnfläche 41 a trifft das Strahlenbündel 2 ein und gelangt in den unteren Abschnitt 40 b, von dem ab nach unten der Sensor gemäß Fig. 8 ebenso wie der gemäß Fig. 7 ausgebildet ist. Das vom unteren Ende des Lichtleiters 40 an dessen in Fig. 8 nicht dargestellten Spiegel reflektierte Licht tritt nun durch die kreisringförmige Stirnfläche 41 b des unteren Abschnittes 40 b aus und gelangt auf das Detektorarray 22 a, 22 b, das wiederum entsprechend Fig. 7 ausgebildet ist.A light guide 40 , which in turn passes through the upper wall 31 of the container for the measuring liquid 33 , is formed in the area of this throughput as a lower section with a larger diameter, to which an upper section 40 a with a smaller diameter adjoins. The lower section 40 b thereby has an annular end face 41 b , while the upper section 40 a has a circular end face 41 a . In this end face 41 a, the beam hits 2 and passes into the lower portion 40 b, by the downwards of the sensor of FIG. 8 as well as that of FIG. 7 is formed. The light reflected from the lower end of the light guide 40 at its mirror (not shown in FIG. 8) now exits through the annular end face 41 b of the lower section 40 b and reaches the detector array 22 a , 22 b , which in turn is designed in accordance with FIG. 7 is.

Mit einer weiteren Gruppe von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie sie in den Fig. 9 bis 11 dargestellt sind, ist eine Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit mit einem Sensor der erfindungsgemäßen Art möglich. With a further group of exemplary embodiments of the invention, as shown in FIGS. 9 to 11, the level of a liquid can be measured with a sensor of the type according to the invention.

Fig. 9a zeigt hierzu einen langgestreckten Lichtleiter 50, der über einen Teil seiner axialen Länge in die Meßflüssigkeit 33 taucht, die wiederum in dem Behälter mit den Wänden 31, 32 enthalten sei. Der Lichtleiter 50 ist an seiner unteren Stirnfläche 16 wiederum mit einem Spiegel 36 versehen, so daß die Meßanordnung an sich mit derjenigen übereinstimmt, wie sie bei der Formel zu den Fig. 7 oder 8 für den Fall der Dichtemessung dargestellt wurde. Fig. 9a shows for this purpose an elongated optical fiber 50 that emerges over a part of its axial length in the measurement liquid 33, which is in turn contained in the container with the walls 31, 32. The light guide 50 is in turn provided on its lower end face 16 with a mirror 36 , so that the measuring arrangement itself corresponds to that as was shown in the formula for FIGS. 7 or 8 for the case of density measurement.

Als Besonderheit bei der Anordnung gemäß Fig. 9a tritt jedoch hinzu, daß der Brechungsindex n des Lichtleiters 50 über dessen axiale Länge z variiert. Der Verlauf des Brechungsindex n über die axiale Länge z ist in Fig. 9b dargestellt und man erkennt, daß der Brechungsindex n mit etwa 1,6 am unteren Ende seinen höchsten Wert und mit etwa 1,4 am oberen Ende seinen niedrigsten Wert einnimmt.A special feature of the arrangement according to FIG. 9a is that the refractive index n of the light guide 50 varies over its axial length z . The course of the refractive index n over the axial length z is shown in FIG. 9b and it can be seen that the refractive index n has its highest value at approximately 1.6 at the lower end and its lowest value at approximately 1.4 at the upper end.

Es wurde bereits eingangs in den grundlegenden Erläuterungen des Wirkungsmechanismus der erfindungsgemäßen Sensoren zu den Fig. 1 und 2 erläutert, daß der Öffnungswinkel β des Akzeptanzkonus 14 umso kleiner ist, je geringer der Brechungsindex des Lichtleitermaterials ist. Anschaulich dargestellt bedeutet dies, daß bei geringem Brechungsindex des Lichtleitermaterials immer mehr Lichtstrahlen aus dem Lichtleiter ausgekoppelt werden und nur noch die ganz flach, d. h., nahezu parallel zur Lichtleiterachse verlaufenden Lichtstrahlen im Lichtleiter geführt werden. Dies bedeutet für den Fall, daß der Brechungsindex über der Länge des Lichtleiters variiert, daß derjenige Bereich des Lichtleiters den Akzeptanzkonus begrenzt und damit definiert, der den niedrigsten Brechungsindex aufweist. It was already explained at the beginning in the basic explanations of the mechanism of action of the sensors according to the invention in FIGS. 1 and 2 that the opening angle β of the acceptance cone 14 is smaller, the lower the refractive index of the light guide material. Illustrated in a clear manner, this means that with a low refractive index of the light guide material, more and more light beams are coupled out of the light guide and only the very flat, ie, almost parallel to the light guide axis, light beams are guided in the light guide. In the event that the refractive index varies over the length of the light guide, this means that the area of the light guide which limits and thus defines the acceptance cone has the lowest refractive index.

Im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 9a und 9b ist dies jedoch - im Verhältnis zur umgebenden Meßflüssigkeit 33 - immer derjenige Bereich des Lichtleiters 50, der an die Oberfläche der Flüssigkeit 33 angrenzt, d. h. einen Füllstand 51 definiert.In the case of the exemplary embodiment in FIGS . 9a and 9b, however, in relation to the surrounding measuring liquid 33 , this is always the area of the light guide 50 which adjoins the surface of the liquid 33 , ie defines a fill level 51 .

Wenn also bei der Darstellung in Fig. 9a der Füllstand 51 von einem oberen Maximalwert zu einem unteren Minimalwert absinkt, bedeutet dies, daß ein am nicht-dargestellten oberen Ende des Lichtleiters 50 austretender Akzeptanzkonus mit abnehmendem Füllstand 51 seinen Öffnungswinkel β vergrößert, so daß auf die zu den Fig. 3 und 4 geschilderte Weise eine digitale Füllstandsmessung möglich ist.If, in the illustration in FIG. 9a, the fill level 51 drops from an upper maximum value to a lower minimum value, this means that an acceptance cone emerging at the not shown upper end of the light guide 50 increases its opening angle β with decreasing fill level 51 , so that to FIGS. 3 and 4 described manner is possible, a digital level measurement.

Beim Lichtleiter 50 mit dem Brechungsindex-Gradienten gemäß Fig. 9b kann diese Charakteristik dadurch erzeugt werden, daß beispielsweise bei einem Kunststoff-Lichtleiter der Polymerisationsgrad über die Länge eingestellt wird. Auch eine Veränderung des Brechungsindex über selektive Druckeinwirkung, Bestrahlung oder dergleichen ist denkbar.In the case of the light guide 50 with the refractive index gradient according to FIG. 9b, this characteristic can be generated by setting the degree of polymerization over the length, for example in the case of a plastic light guide. A change in the refractive index via selective pressure, radiation or the like is also conceivable.

Statt eines Lichtleiters 50 mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex n kann auch, wie dies Fig. 10 zeigt, ein Lichtleiter 52 verwendet werden, der in eine Mehrzahl von axial aneinandergrenzenden Abschnitten 53 unterteilt ist. Die Abschnitte 53₀, 53₁ ... 53 n sind dabei so ausgebildet, daß deren zugehörige Brechungsindizes n₀, n₁, n₂...n n von unten nach oben abnehmen. Die Kennlinie der Fig. 9b für den Lichtleiter 50 der Fig. 9a würde also tendenziell gleich, jedoch in leicht gestufter Gestalt verlaufen. Instead of a light guide 50 with a continuously varying refractive index n , a light guide 52 can also be used, as shown in FIG. 10, which is divided into a plurality of axially adjacent sections 53 . The sections 53 ₀, 53 ₁ ... 53 n are designed so that their associated refractive indices n ₀, n ₁, n ₂ ... n n decrease from bottom to top. The characteristic curve of FIG. 9b for the light guide 50 of FIG. 9a would therefore tend to be the same, but in a slightly stepped form.

Die Abschnitte 53 können darüber hinaus auch in sich je wiederum mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex n versehen sein, so daß durch die Stufung der Abschnitte 53 eine Grobmessung und durch deren axial variierendem Brechungsindex n zusätzlich eine Feinmessung innerhalb jenes Abschnittes 53 möglich ist.The sections 53 can also be provided with a continuously varying refractive index n , so that a gradual measurement is possible through the grading of the sections 53 and a fine measurement within that section 53 is also possible through their axially varying refractive index n .

In den Fig. 11a bis 11c ist noch ein Phänomen dargestellt, das sich bei den Lichtleitern 50 gemäß Fig. 9a, 9b oder 52 gemäß Fig. 10 einstellt und von besonderem Vorteil ist, um geringe Restmengen von Meßflüssigkeit 33 anzuzeigen. Dies ist beispielsweise bei der Füllstandsanzeige in Benzintanks von Kraftfahrzeugen von besonderem Vorteil, wenn dort eine "Reserveanzeige" als besonders hervorstechender Wert eingerichtet werden soll, um den Fahrer darauf aufmerksam zu machen, daß der Benzinvorrat unter eine bestimmte Mindestmenge abgesunken ist.FIGS . 11 a to 11 c also show a phenomenon which occurs in the light guides 50 according to FIG. 9 a, 9 b or 52 according to FIG. 10 and is particularly advantageous for indicating small residual amounts of measuring liquid 33 . This is particularly advantageous, for example, for the fill level display in petrol tanks of motor vehicles if a "reserve display" is to be set up there as a particularly salient value in order to draw the driver's attention to the fact that the gasoline supply has dropped below a certain minimum quantity.

Zur Erläuterung dieses Phänomens in den Fig. 11a bis 11c sei zunächst auf Fig. 11c verwiesen, wo ein Lichtleiter 59 der Breite d mit seiner Längsachse 64 dargestellt ist. Am unteren Ende des Lichtleiters 59 sind die beiden Grenzwinkel der Totalreflexion α TL für den Fall von den Lichtleiter 59 umgebender Luft und α TF für den Fall von den Lichtleiter 59 umgebender Meßflüssigkeit 33 dargestellt.To explain this phenomenon in FIGS . 11a to 11c, reference is first made to FIG. 11c, where a light guide 59 of width d is shown with its longitudinal axis 64 . At the lower end of the light guide 59 , the two critical angles of the total reflection α TL for the case of air surrounding the light guide 59 and α TF for the case of the measuring liquid 33 surrounding the light guide 59 are shown.

In Fig. 11a ist mit 60 ein von oben eintretender Lichtstrahl bezeichnet, der so geneigt ist, daß er gerade unter dem Grenzwinkel α TL für umgebende Luft verläuft und damit an der von Luft umgebenen Mantelfläche 19 des Lichtleiters 59 totalreflektiert wird. Bei dem in Fig. 11a eingezeichneten sehr niedrigen Füllstand 61 bedeutet dies, daß - obwohl ein sehr kleiner unterer Teil des Lichtleiters 59 noch von Meßflüssigkeit 33 umgeben ist -, dieser Lichtstrahl 60 über den Spiegel 36 und die Mantelfläche 19 wieder nach oben reflektiert wird und damit am oberen Ende des Lichtleiters 59 einen Akzeptanzkonus definiert, dessen Öffnungswinkel vom Grenzwinkel α TL für umgebende Luft definiert, d. h. sehr groß ist.In FIG. 11 a, 60 denotes a light beam entering from above, which is inclined so that it runs just under the critical angle α TL for surrounding air and is thus totally reflected on the outer surface 19 of the light guide 59 surrounded by air. At the very low fill level 61 shown in FIG. 11 a, this means that - although a very small lower part of the light guide 59 is still surrounded by measuring liquid 33 - this light beam 60 is reflected upwards again via the mirror 36 and the lateral surface 19 and thus defines an acceptance cone at the upper end of the light guide 59 , the opening angle of which defines the limiting angle α TL for surrounding air, ie is very large.

Diese Reflexion von Lichtstrahlen 60 mit einer Neigung bis hin zum Grenzwinkel α TL für umgebende Luft ist so lange möglich, bis der Füllstand 61 eine in Fig. 11a eingezeichnete Höhe 62 erreicht hat. Die Höhe 62 ergibt sich aus der Schnittlinie eines Kegels 63 um die Achse 64 des Lichtleiters 59, wobei der Außenwinkel des Kegels 63 gerade gleich dem Grenzwinkel a TL für umgebende Luft ist. Übersteigt der Füllstand die Höhe 62, ist eine Reflexion von Lichtstrahlen 60 an das obere Ende des Lichtleiters 59 hin nicht mehr möglich. Es tritt vielmehr der in Fig. 11c eingezeichnete Fall ein, daß bei einem höheren Füllstand 65 der Lichtstrahl 60 in die Meßflüssigkeit 33 ausgekoppelt wird, weil nunmehr der größere Grenzwinkel α TF für umgebende Flüssigkeit die Brechungsverhältnisse an der Mantelfläche 19 des Lichtleiters 59 definiert.This reflection of light rays 60 with an inclination up to the critical angle α TL for surrounding air is possible until the fill level 61 has reached a height 62 shown in FIG. 11a. The height 62 results from the intersection line of a cone 63 about the axis 64 of the light guide 59 , the outside angle of the cone 63 being exactly the same as the critical angle a TL for surrounding air. If the fill level exceeds the height 62 , reflection of light rays 60 towards the upper end of the light guide 59 is no longer possible. Rather, the situation shown in FIG. 11c occurs that, at a higher fill level 65, the light beam 60 is coupled out into the measuring liquid 33 because the larger critical angle α TF for surrounding liquid now defines the refraction conditions on the lateral surface 19 of the light guide 59 .

Betrachtet man nun die in Fig. 11b dargestellte Charakteristik des Öffnungswinkels β des Akzeptanzkonus in Abhängigkeit von der Füllhöhe F, so erkennt man, daß bis hin zur Höhe 62 der Öffnungswinkel β den Wert β L einnimmt, der - wie bereits weiter oben erläutert - vom Grenzwinkel α TL für umgebende Luft definiert ist. Überschreitet der Füllstand die Höhe 62, sinkt der Wert des Öffnungswinkels β schlagartig auf einen Wert β₀ ab, der durch den Grenzwinkel a TF für umgebende Flüssigkeit definiert ist. If one now considers the characteristic of the opening angle β of the acceptance cone as a function of the filling height F shown in FIG. 11b, it can be seen that up to the height 62 the opening angle β assumes the value β L , which - as already explained above - from Limit angle α TL is defined for surrounding air. If the fill level exceeds the height 62 , the value of the opening angle β suddenly drops to a value β ₀, which is defined by the critical angle a TF for surrounding liquid.

Ist der Lichtleiter, wie in Fig. 10 mit 52 dargestellt, in seiner axialen Länge gestuft, so können sich, wie Fig. 11b am oberen Rand zeigt, noch weitere Stufen β₁ usw. anschließen, diese weiteren Stufen sind jedoch wesentlich kleiner als die untere Stufe von b L auf β₀, weil solch große Sprünge an Grenzwerten α T nicht mehr auftreten.If the light guide, as shown in FIG. 10 with 52, is stepped in its axial length, then, as shown in FIG. 11b at the upper edge, further steps β ₁ etc. can follow, but these further steps are much smaller than that lower level from b L to β ₀ because such large jumps in limit values α T no longer occur.

Der sehr große Signalsprung von b L auf β₀ kann daher dazu ausgenutzt werden, um eine Reserveanzeige zu aktivieren. Den Einsatzpunkt dieser Reserveanzeige kann man, wie sich leicht aus Fig. 11a entnehmen läßt, dadurch bestimmen, daß man die Dicke d des Lichtleiters 59 in Bezug auf den Grenzwinkel α TL für umgebende Luft entsprechend dimensioniert.The very large signal jump from b L to β ₀ can therefore be used to activate a reserve display. The point of use of this reserve indicator can be determined, as can easily be seen from FIG. 11a, by dimensioning the thickness d of the light guide 59 in relation to the critical angle α TL for surrounding air.

Ein dritter Anwendungsbereich erfindungsgemäßer Sensoren besteht in der Messung geometrischer Größen, insbesondere einer Länge y, wie dies in Fig. 12 anhand eines Beispiels dargestellt ist.A third area of application of sensors according to the invention is in the measurement of geometric variables, in particular a length y , as is shown in FIG. 12 using an example.

Ein Lichtleiter 70 ist in axialer Richtung in Abschnitte 71 unterteilt, von denen einer in Fig. 12 mit 71 n bezeichnet ist. Die Abschnitte 71 bestehen aus lumineszierendem Material und eines der Lumineszenzelemente ist mit 72 im Abschnitt 71 n bezeichnet. Die Abschnitte 71 verfügen wiederum über jeweils unterschiedliche Brechungsindizes und der Brechungsindex des Abschnittes 71 n ist mit n n bezeichnet. Der Wert des Brechungsindex nimmt von Abschnitt zu Abschnitt in Fig. 12 von rechts nach links zu. A light guide 70 is divided in the axial direction into sections 71 , one of which is denoted by 71 n in FIG. 12. The sections 71 consist of luminescent material and one of the luminescent elements is designated 72 in the section 71 n . Sections 71 each have different refractive indices and the refractive index of section 71 n is designated n n . The value of the refractive index increases from section to section in Fig. 12 from right to left.

Ein schmales Strahlenbündel oder ein Lichtstrahl 73, der zum Lichtleiter 70 radial gerichtet ist, trifft auf eine Seitenfläche 74 des Lichtleiters 70. Hierdurch wird in jeweils einem der Abschnitte 71 Lumineszenz angeregt und das hierdurch ausgestrahlte Sekundärlicht des Lumineszenzelementes 72 pflanzt sich in axialer Richtung des Lichtleiters 70 fort. Das in Fig. 12 nach links gerichtete Sekundärlicht gelangt dort am Ende des Lichtleiters 70 auf eine radiale Stirnfläche 75 und tritt dort wiederum in Form eines Akzeptanzkonus 14 aus, so daß in der bereits geschilderten Weise eine Messung des Öffnungswinkels β n des Akzeptanzkonus 14 mittels eines Detektorarrays 22 möglich ist.A narrow bundle of rays or a light beam 73 , which is directed radially toward the light guide 70 , strikes a side surface 74 of the light guide 70 . As a result, luminescence is excited in each of the sections 71 and the secondary light emitted thereby from the luminescence element 72 propagates in the axial direction of the light guide 70 . The secondary light directed to the left in FIG. 12 arrives at the end of the light guide 70 on a radial end face 75 and exits there again in the form of an acceptance cone 14 , so that, in the manner already described, a measurement of the opening angle β n of the acceptance cone 14 by means of a Detector arrays 22 is possible.

Dadurch, daß der Brechungsindex n der Abschnitte 71 zur Stirnfläche 75 hin zunimmt, wird der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus 14 durch den jeweils vom Lichtstrahl 73 beaufschlagten Abschnitt 71 selbst bestimmt, weil die in Strahlrichtung weiter vorne zur Stirnfläche 75 hin liegenden Abschnitte 71 stets einen größeren Akzeptanzkonus 14 zulassen, diesen jedoch mangels geeignet "steiler" Strahlen nicht ausnutzen.Because the refractive index n of the sections 71 increases toward the end face 75 , the opening angle of the acceptance cone 14 is determined by the section 71 itself acted upon by the light beam 73 , because the sections 71 lying further forward in the beam direction towards the end face 75 always have a larger acceptance cone Allow 14 , but do not take advantage of this because there is no suitable "steep" beam.

Man kann daher durch Messung des Öffnungswinkels b n feststellen, auf welchen der Abschnitte 71 der Lichtstrahl 73 gefallen ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Öffnungswinkel β n ein Maß für die Länge y ist, wenn man y als Abstand des Lichtstrahls 73 von der vorderen Stirnfläche 75 definiert.It can therefore be determined by measuring the opening angle b n , on which of the sections 71 the light beam 73 has fallen. This means in other words that the opening angle β n is a measure of the length y when y defined as the distance of the light beam 73 from the front end face 75 miles.

Es versteht sich, daß auf diese Weise auch durch entsprechende Aufweitung der Anordnung in die Ebene Sensoren geschaffen werden können, bei denen die Position eines auftreffenden Lichtpunktes in der Ebene gemessen werden kann. It is understood that in this way also by appropriate Expansion of the arrangement in the sensors level created can be where the position of an incident Light point can be measured in the plane.  

Die Fig. 13 bis 15 zeigen noch einige Varianten von Lichtleitern, wie sie für jeweils einige der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 5 bis 12 verwendet werden können. FIGS. 13 to 15 also show some variants of light guides as can be used for some of the exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 12.

Fig. 13 zeigt zunächst eine Variante, bei der ein Lichtleiter 80 im wesentlichen aus einem lichtdurchlässigen Rohr 81, beispielsweise einem Glasrohr besteht, das mit einem Referenzmedium 82 gefüllt ist. Das Referenzmedium 82 ist entweder von derselben chemischen Art wie das umgebende Medium, beispielsweise die Meßflüssigkeit 33 oder von definiert abweichender Art, um auf diese Weise Störgrößen ausscheiden zu können. Fig. 13 shows the variant in which a light conductor 80 consisting essentially of a light-transmissive tube 81, such as a glass tube is filled with a reference media 82. The reference medium 82 is either of the same chemical type as the surrounding medium, for example the measuring liquid 33, or of a defined, different type in order to be able to eliminate disturbance variables in this way.

Wird beispielsweise der Lichtleiter 80 zur Messung der Dichte einer Säure verwendet, so kann man als Referenzmedium 82 eben diese Säure verwenden, deren Dichte einem bestimmten Referenzwert der als Meßflüssigkeit 33 dienenden Säure entspricht. Außeneinflüsse, die sich dann auf die Meßflüssigkeit und das Referenzmedium gleichermaßen auswirken, gehen dann in das Meßergebnis nicht mehr ein.If, for example, the light guide 80 is used to measure the density of an acid, then this acid can be used as the reference medium 82 , the density of which corresponds to a specific reference value of the acid serving as the measuring liquid 33 . External influences, which then affect the measuring liquid and the reference medium equally, are then no longer included in the measurement result.

Fig. 14 zeigt eine weitere Variante, bei der ein Lichtleiter 85 im wesentlichen aus einem lichtdurchlässigen Körper 86 aus Glas, Kunststoff oder dergleichen besteht. Am unteren Ende des Lichtleiters 85 ist jedoch, wie in der linken Hälfte von Fig. 14 dargestellt, ein Lumineszenzkörper 87 angeordnet, es kann aber auch, wie die rechte Hälfte von Fig. 14 zeigt, dort ein diffuser Reflektor 88 angeordnet sein. FIG. 14 shows a further variant in which a light guide 85 essentially consists of a translucent body 86 made of glass, plastic or the like. However, as shown in the left half of FIG. 14, a luminescent body 87 is arranged at the lower end of the light guide 85 , but, as the right half of FIG. 14 shows, a diffuse reflector 88 can also be arranged there.

Der Lichtleiter 85 ermöglicht es damit, den Sensor mit einem parallelen Strahlenbündel zu beaufschlagen, der am unteren Ende in ein diffuses sekundäremittiertes oder reflektiertes Strahlenbündel übergeht, das Lichtstrahlen unterschiedlicher Neigung wieder nach oben aussendet. Eine solche Anordnung kann beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 mit Vorteil verwendet werden.The light guide 85 thus makes it possible to apply a parallel beam to the sensor, which at the lower end merges into a diffuse, secondary-emitted or reflected beam which emits light beams of different inclinations upwards again. Such an arrangement can, for example, be used advantageously in the exemplary embodiments of FIGS. 7 and 8.

Fig. 15 zeigt eine Variante, bei der ein Lichtleiter 90 wiederum aus einem lichtdurchlässigen Körper 91 besteht, in dem gesamthaft entweder Lumineszenzelemente 92 oder Diffusionselemente, beispielsweise Farbzentren oder dergleichen eingebracht sind. FIG. 15 shows a variant in which a light guide 90 in turn consists of a translucent body 91 , in which either luminescent elements 92 or diffusion elements, for example color centers or the like, are introduced as a whole.

Wie die untere Hälfte von Fig. 15 zeigt, ist dies auch mit Flüssigkeiten, ähnlich den Ausführungsformen gemäß Fig. 13 möglich, indem in einem Glasrohr 93 eine Referenzflüssigkeit 94 vorgegebener chemischer Zusammensetzung enthalten ist, in der Schwebeteilchen 95 als Suspension enthalten sind.As the lower half of FIG. 15 shows, this is also possible with liquids, similar to the embodiments according to FIG. 13, in that a glass liquid 93 contains a reference liquid 94 of a predetermined chemical composition, in which suspended particles 95 are contained as a suspension.

Auch auf diese Weise kann in unterschiedlicher Art Sekundärlicht als reflektiertes oder durch Sekundäremission erzeugtes Licht verwendet werden, um in diffuser Weise an den Grenzflächen des Lichtleiters reflektiert oder ausgekoppelt zu werden.In this way, secondary light can also be used in different ways as reflected or generated by secondary emission Light used to diffuse the light Boundaries of the light guide reflected or coupled out to become.

Fig. 16 zeigt einen stark schematisierten Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Sensors. Fig. 16 shows a very schematic circuit diagram of a circuit arrangement for operating a sensor according to the invention.

Ein Pulsgenerator 100 betreibt die Lichtquelle 1, die aufgrund dessen ein getaktetes Strahlenbündel 2 auf einen Lichtleiter 102 abgibt. Auf den Lichtleiter 102 fällt ferner noch Fremdlicht 103. Der Lichtleiter 102 ist über geeignete Detektor- und Auswerteinrichtungen, wie sie in den Fig. 3 und 4 erläutert wurden, an einen Verstärker 104 angeschlossen, der ferner vom Ausgang des Pulsgenerators 100 beaufschlagt wird.A pulse generator 100 operates the light source 1 , which emits a clocked beam 2 on a light guide 102 . External light 103 also falls on the light guide 102 . The light guide 102 is connected via suitable detector and evaluation devices, as explained in FIGS. 3 and 4, to an amplifier 104 , which is further acted upon by the output of the pulse generator 100 .

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 16 hat den Sinn, den Einfluß des Fremdlichtes 103 auszuregeln. Hierzu wird im Verstärker 104 während der Impulspausen des Pulsgenerators 100 das vom Lichtleiter 102 aufgefangene, allein vom Fremdlicht 103 stammende Signal ermittelt und gespeichert. Während eines Impulses des Pulsgenerators 100 wird nun wiederum ein Meßwert gebildet, der im Lichtleiter 102 durch das Strahlenbündel 2 der Lichtquelle 1 und den Einfluß des Fremdlichtes 103 entstanden ist und es wird von diesem Meßwert der zuvor ermittelte Meßwert des Fremdlichtes 103 alleine subtrahiert. Da das Fremdlicht 103 in der Regel eine konstante Störgröße ist, kann auf diese Weise der Einfluß des Fremdlichtes 13 kompensiert werden.The circuit arrangement according to FIG. 16 has the sense of correcting the influence of the external light 103 . For this purpose, the signal captured by the light guide 102 and originating solely from the external light 103 is determined and stored in the amplifier 104 during the pulse pauses of the pulse generator 100 . During a pulse of the pulse generator 100 , a measured value is again formed, which has arisen in the light guide 102 by the beam 2 of the light source 1 and the influence of the external light 103 and the previously determined measured value of the external light 103 alone is subtracted from this measured value. Since the external light 103 is generally a constant disturbance variable, the influence of the external light 13 can be compensated for in this way.

Fig. 17 zeigt schließlich noch eine Möglichkeit, eine Vergrößerung der Breite x in Fig. 1 zur Erhöhung der Meßgenauigkeit durch Erhöhung der Auflösung zu erreichen.Finally, FIG. 17 shows a possibility of increasing the width x in FIG. 1 to increase the measuring accuracy by increasing the resolution.

Ein Lichtleiter 106 ähnlich demjenigen in Fig. 1 befindet sich mit seinem unteren Ende im axialen Abstand von einer Auftrefffläche 107, die jedoch zu einer Längsachse 108 des Lichtleiters 106 geneigt ist. Auf diese Weise ergibt sich eine vergrößerte Breite x′, wenn das Bündel der Lichtstrahlen in Gestalt des Akzeptanzkonus 14 auf die Auftrefffläche 107 fällt. A light guide 106 similar to that in FIG. 1 is located with its lower end at an axial distance from a striking surface 107 , which, however, is inclined to a longitudinal axis 108 of the light guide 106 . In this way, there is an increased width x 'when the bundle of light rays in the form of the acceptance cone 14 falls on the impingement surface 107 .

Es ist ferner in Fig. 17 mit 107 a, 107 b dargestellt, daß man der Auftrefffläche 107 zusätzlich zur oder anstelle der Neigung zur Achse 108 auch einen gekrümmten Verlauf geben kann, um auf diese Weise bestimmte Kennlinien zu kompensieren oder zu erzeugen, je nach dem, wie dies beim speziellen Anwendungsfall wünschenswert ist.It is further shown in Fig. 17 with 107 a , 107 b that in addition to or instead of the inclination to the axis 108 , the impingement surface 107 can also be given a curved course in order to compensate or generate certain characteristics in this way, depending on that is desirable in the specific application.

Claims (21)

1. Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in ein elektrisches Ausgangssignal, mit einer Lichtquelle (1), aus der ein Bündel (2) Lichtstrahlen (11, 12, 13; 18; 37; 60; 73) in eine erste Fläche 74, vorzugsweise eine erste vordere Stirnfläche (3; 41) eines lichtleitenden Körpers eingekoppelt wird, wobei die Lichtstrahlen (11, 12, 13; 18; 37; 60; 73) an einer Grenzfläche (16, 19) des Körpers in Abhängigkeit von der physikalischen Größe totalreflektiert bzw. aus dem Körper ausgekoppelt werden und die totalreflektierten Lichtstrahlen (12 b; 18 b; 37; 60) auf eine zweite Fläche (75), vorzugsweise eine der ersten Stirnfläche (3; 41) gegenüberliegende zweite, hintere Stirnfläche (16) fallen, und mit einer Mehrzahl lichtempfindlicher Elemente (23) zum Erfassen eines von dem Bündel (2) nach erfolgter Totalreflektion bzw. Auskopplung eingenommenen Winkelbereichs β, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als langgestreckter Lichtleiter (10; 29; 34; 35; 40; 50; 52; 59; 70; 80; 85; 90; 102; 106) ausgebildet ist, in dem Lichtstrahlen (12 b; 18 b; 37; 60) mehrfach totalreflektiert werden, daß die lichtempfindlichen Elemente (23) in einem axialen Abstand h von einer Stirnfläche (3; 16; 41) angeordnet sind und eine Auftreffläche (15; 107) für ein aus der Stirnfläche (3; 16; 41) austretendes Bündel (17) Lichtstrahlen bilden, und daß die Elemente (23) an eine Auswerteschaltung (25) mit einem Zähler angeschlossen sind, der die Anzahl der von dem Bündel (17) beleuchteten oder alternativ der nicht beleuchteten Elemente (23) als Ausgangssignal in digitaler Form abgibt. 1. Sensor for converting a physical quantity into an electrical output signal, with a light source ( 1 ), from which a bundle ( 2 ) of light beams ( 11, 12, 13; 18; 37; 60; 73 ) in a first surface 74 , preferably a first front end face ( 3; 41 ) of a light-guiding body is coupled in, the light rays ( 11, 12, 13; 18; 37; 60; 73 ) being totally reflected at an interface ( 16, 19 ) of the body depending on the physical size or are coupled out of the body and the totally reflected light beams ( 12 b ; 18 b ; 37; 60 ) fall on a second surface ( 75 ), preferably a second rear end surface ( 16 ) opposite the first end surface ( 3; 41 ), and with a plurality of light-sensitive elements ( 23 ) for detecting an angular range β taken up by the bundle ( 2 ) after total reflection or decoupling, characterized in that the body as an elongated light guide ( 10; 29; 34; 35; 40; 50; 52; 59; 70; 80; 85; 90; 102; 106 ) is formed, in which light rays ( 12 b ; 18 b ; 37; 60 ) are totally totally reflected several times, that the light-sensitive elements ( 23 ) are arranged at an axial distance h from an end face ( 3; 16; 41 ) and a striking surface ( 15; 107 ) for a bundle ( 17 ) emerging from the end face ( 3; 16; 41 ) form light beams, and that the elements ( 23 ) are connected to an evaluation circuit ( 25 ) with a counter which measures the number of the Bundle ( 17 ) illuminated or alternatively the non-illuminated elements ( 23 ) as an output signal in digital form. 2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (23) in einem axialen Abstand h von der zweiten Stirnfläche (16) angeordnet sind.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the light-sensitive elements ( 23 ) are arranged at an axial distance h from the second end face ( 16 ). 3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stirnfläche (16) als Reflektor ausgebildet ist und daß die lichtempfindlichen Elemente (23) in einem axialen Abstand h von der ersten Stirnfläche (3) angeordnet sind.3. Sensor according to claim 1, characterized in that the second end face ( 16 ) is designed as a reflector and that the light-sensitive elements ( 23 ) are arranged at an axial distance h from the first end face ( 3 ). 4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (35) in zwei axial beabstandete Abschnitte (35 a, 35 b) unterteilt ist und daß das Bündel (2) in die erste Stirnfläche (3 a) des ersten axialen Abschnitts (35 a) eingekoppelt wird, während die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der ersten Stirnfläche (3 b) des zweiten Abschnittes (35 b) angeordnet sind.4. Sensor according to claim 3, characterized in that the light guide ( 35 ) is divided into two axially spaced sections ( 35 a , 35 b) and that the bundle ( 2 ) in the first end face ( 3 a) of the first axial section ( 35 a) is coupled in, while the photosensitive elements are arranged at an axial distance from the first end face ( 3 b) of the second section ( 35 b) . 5. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stirnfläche in zwei axial beabstandeten Stufen (41 a, 41 b) ausgebildet ist und daß das Bündel (2) in die vordere Stufe (41 a) eingekoppelt wird, während die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der hinteren Stufe (41 b) angeordnet sind.5. Sensor according to claim 3, characterized in that the first end face is formed in two axially spaced stages ( 41 a , 41 b) and that the bundle ( 2 ) is coupled into the front stage ( 41 a) while the photosensitive elements are arranged at an axial distance from the rear step ( 41 b) . 6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefffläche (107) zur Achse (108) des Lichtleiters (106) geneigt ist. 6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the impact surface ( 107 ) to the axis ( 108 ) of the light guide ( 106 ) is inclined. 7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefffläche (107 a, 107 b) in vorgegebener Weise gekrümmt verläuft.7. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the impact surface ( 107 a , 107 b) is curved in a predetermined manner. 8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe der Brechungsindex und damit die Dichte eines den Lichtleiter (29) umgebenden Mediums ist und daß der Lichtleiter (29) nur mit seiner zweiten Stirnfläche 16 optisch an das Medium gekoppelt ist.8. Sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the physical size of the refractive index and thus the density of a medium surrounding the light guide ( 29 ) and that the light guide ( 29 ) only with its second end face 16 optically to the medium is coupled. 9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe die Dichte eines den Lichtleiter (34; 35; 40) umgebenden Mediums ist und daß der Lichtleiter (34; 35; 40) nur mit seiner Mantelfläche (19) optisch an das Medium gekoppelt ist.9. Sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the physical variable is the density of a medium surrounding the light guide ( 34; 35; 40 ) and that the light guide ( 34; 35; 40 ) only with its outer surface ( 19th ) is optically coupled to the medium. 10. Lichtleiter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium eine Flüssigkeit (33) variabler Dichte ist.10. Light guide according to claim 8 or 9, characterized in that the medium is a liquid ( 33 ) of variable density. 11. Sensor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein Gas variablen Drucks ist.11. Sensor according to one of claims 8 or 9, characterized characterized in that the medium is a gas variable Pressure is. 12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe ein Füllstand (51; 61, 65) eines Mediums, vorzugsweise einer Flüssigkeit (33) ist, daß der Lichtleiter (50; 52; 59) über einen Teil seiner axialen Länge in das Medium taucht und daß der optische Brechungsindex n des Lichtleiters (50; 52; 59) von seinem unteren Ende nach oben hin abnimmt.12. Sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the physical quantity is a fill level ( 51; 61, 65 ) of a medium, preferably a liquid ( 33 ), that the light guide ( 50; 52; 59 ) via a Part of its axial length is immersed in the medium and that the optical refractive index n of the light guide ( 50; 52; 59 ) decreases upwards from its lower end. 13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (52; 59) axial aneinandergesetzte Abschnitte (53) mit unterschiedlichem optischen Brechungsindex n aufweist.13. Sensor according to claim 12, characterized in that the light guide ( 52; 59 ) axially juxtaposed sections ( 53 ) with different optical refractive index n . 14. Sensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (59) so bemessen ist, daß das Produkt seiner halben Dicke d und des Tangens des Grenzwinkels a TL der Totalreflektion des außerhalb des Mediums liegenden Lichtleitermaterials zu dem dort umgebenden Medium wesentlich kleiner, vorzugsweise ein Drittel bis ein Vierzigstel der Länge des Lichtleiters (59) ist.14. Sensor according to claim 12 or 13, characterized in that the light guide ( 59 ) is dimensioned such that the product of its half thickness d and the tangent of the critical angle a TL of the total reflection of the light guide material lying outside the medium to the medium surrounding it is essential is smaller, preferably a third to a fortieth of the length of the light guide ( 59 ). 15. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (10; 29; 34; 35; 40; 50; 52; 59) aus Glas oder Kunststoff besteht.15. Sensor according to one of claims 1 to 14, characterized in that the light guide ( 10; 29; 34; 35; 40; 50; 52; 59 ) consists of glass or plastic. 16. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (80) ein lichtdurchlässiges Rohr (81) aufweist, das mit einem Referenzmedium (82) gefüllt ist, dessen chemische Zusammensetzung derjenigen des das Rohr (81) umgebenden Meßmediums bei einem vorbestimmten Wert der physikalischen Größe entspricht. 16. Sensor according to one of claims 1 to 14, characterized in that the light guide ( 80 ) has a translucent tube ( 81 ) which is filled with a reference medium ( 82 ) whose chemical composition is that of the measuring medium surrounding the tube ( 81 ) corresponds to the physical quantity at a predetermined value. 17. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (70; 85; 90) lichtabgebende Elemente (72; 92; 95) aufweist, die nach Bestrahlung mittels eines Primärlichtes Sekundärlicht abgeben.17. Sensor according to one of claims 1 to 16, characterized in that the light guide ( 70; 85; 90 ) has light-emitting elements ( 72; 92; 95 ) which emit secondary light after irradiation by means of a primary light. 18. Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe eine Länge y ist, daß der optische Brechungsindex n des Lichtleiters (70) in axialer Richtung von einer Stirnfläche (75) des Lichtleiters (70) an abnimmt, daß das Bündel Lichtstrahlen (73) in radialer Richtung im Abstand der Länge y von der Stirnfläche (75) seitlich auf den Lichtleiter (70) trifft und daß die lichtempfindlichen Elemente im axialen Abstand von der Stirnfläche (75) angeordnet sind.18. Sensor according to claim 17, characterized in that the physical variable y is a length that the optical refractive index n of the light guide (70) in the axial direction from one end face (75) decreases the light guide (70) indicates that the bundle of light rays ( 73 ) strikes the light guide ( 70 ) laterally in the radial direction at a distance of the length y from the end face ( 75 ) and that the light-sensitive elements are arranged at an axial distance from the end face ( 75 ). 19. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (70) in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Abschnitte (71) mit unterschiedlichem optischem Brechungsindex n aufweist.19. Sensor according to claim 18, characterized in that the light guide ( 70 ) in the axial direction arranged side by side sections ( 71 ) with different optical refractive index n . 20. Sensor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabgebenden Elemente Lumineszenzelemente (72) sind.20. Sensor according to claim 18 or 19, characterized in that the light-emitting elements are luminescent elements ( 72 ). 21. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) an einem Pulsgenerator (100) angeschlossen ist und daß die Auswertschaltung (25) einen Differenzbildner (104) aufweist, dessen Eingängen die Meßwerte bei eingeschalteter bzw. ausgeschalteter Lichtquelle (1) zuführbar sind.21. Sensor according to one of claims 1 to 20, characterized in that the light source ( 1 ) is connected to a pulse generator ( 100 ) and that the evaluation circuit ( 25 ) has a difference former ( 104 ), the inputs of which are the measured values when the or switched off light source ( 1 ) can be fed.
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