DE3644866C2

DE3644866C2 -

Info

Publication number: DE3644866C2
Application number: DE19863644866
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 7000 Stuttgart De Ruhrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1988-06-16
Also published as: DE3644866A1; DE3629966A1; DE3629966C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in ein elektrisches Ausgangssignal, mit einer Lichtquelle, aus der ein Bündel Lichtstrahlen in einen lichtleitenden Körper 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 Stirnfläche des lichtleitenden Körpers fallen, und mit einer Mehrzahl dieser Stirnfläche zugeordneter, lichtempfindlicher, an eine Auswerteschaltung angeschlossener Elemente zum Erfassen eines von dem Bündel nach erfolgter Totalreflexion bzw. Auskopplung eingenommenen Winkelbereichs.

Ein derartiger Sensor ist aus Patents abstracts of Japan, 21. Juni, 1980, 55 53 878 (A) bekannt.

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.

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 leitere, 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.

Aus der DE-OS 32 47 659 ist ein optischer Sensor bekannt, der einen plattenförmigen lichtdurchlässigen Sensorkörper mit verteilten Lumineszenzteilchen aufweist. Die Lumineszenzteilchen können dabei über die Länge des Sensorkörpers eine variable Verteilung aufweisen. Bei dem bekannten Sensor wird jedoch nur die aus einer Stirnfläche des Sensorkörpers exakt axial austretende Lichtstrahlung erfaßt.

Aus der DE-OS 22 44 433 ist eine Anordnung zur fotoelektrischen Bestimmung der Abmessung eines Objekts bekannt, bei der mehrere Fotoempfänger nebeneinander angeordnet sind und diejenigen Fotoempfänger ausgezählt werden, deren Beleuchtungszustand über bzw. unter einem bestimmten Pegel liegt. Die bekannte Anordnung dient zur Bestimmung der Lage oder der Abmessung eines Objekts, das durch eine geeignete Beleuchtung in seinem Umriß auf die Fotoempfänger abgebildet wird.

Aus der DE-OS 34 33 343 ist eine optische Meßanordnung mit faseroptischer Lichtübertragung bekannt. Bei dieser Anordnung wird Licht aus einer Lichtquelle in einen Lichtleiter eingekoppelt und tritt an einer radialen Grenzfläche wieder aus. Das in Form eines konischen Lichtbündels austretende Licht trifft auf eine verspiegelte Referenzfläche, die sich in einem zu messenden Abstand von der Stirnfläche des Lichtleiters befindet. Das von der Referenzfläche wiederum reflektierte Licht trifft auf Insichreflektoren, die bewirken, daß das Licht auf demselben Wege wieder zurückgeleitet wird, demzufolge in die Stirnfläche des Lichtleiters zurückgelangt und nach geeigneter Auskopplung vom Sendelicht einem Lichtdetektor zugeführt wird. Der Meßeffekt bei dieser bekannten Anordnung beruht auf der Strahlauffächerung, die bedingt ist durch die vom Beobachtungswinkel abhängige Lichtreflexion des Insichreflektors. Die Anwendung der bekannten Anordnung ist daher auf die Längenmessung bei einer Konfiguration der geschilderten Art beschränkt.

Aus der DE-OS 34 28 453 ist ferner eine Sensoreinrichtung bekannt, bei der ein transparentes Prisma mit zwei um 90° gegeneinander versetzten Grenzflächen in ein Meßmedium eintaucht. Wenn das Meßmedium eine erste vorbestimmte Dichte aufweist, so wird ein mittels eines ersten Lichtleiters auf die erste Grenzfläche schiefwinklig aufgestrahlter Lichtstrahl dort totalreflektiert, gelangt auf die zweite Grenzfläche und wird in einen zweiten Empfangslichtleiter zurückreflektiert. Erhöht sich nun die Dichte des Meßmediums, so tritt der Lichtstrahl bereits beim Auftreten auf die erste Grenzfläche des Prismas in das Medium aus und am Empfangslichtleiter steht ein Nullsignal an. Diese bekannte Sensoreinrichtung ist daher nur als Ja/Nein-Signalerzeuger einsetzbar, eine feinstufige digitalisierte Messung ist nicht möglich.

Aus der DE-OS 34 03 887 ist ein weiterer Sensor bekannt, bei dem ein langgestreckter, einseitig eingespannter Lichtleiter durch einen Gasstrom auslenkbar ist. Gegenüber dem freien Ende des Lichtleiters befindet sich ein flächiger Detektor in Gestalt eines lumineszierenden Körpers. Je nach Auslenkung des Lichtleiters trifft das von diesem ausgestrahlte Licht auf einen anderen Oberflächenbereich des flächigen lumineszierenden Körpers auf, bei dem an einem oder an beiden Enden ein Detektor angeordnet ist. Aus der Intensität des Detektorsignals oder aus dem Quotienten der Intensitäten beider Detektorsignale kann nun der Auftreffpunkt des Lichtes und damit mittelbar die Auslenkung des Lichtleiters und daraus wiederum die Geschwindigkeit oder die Menge des auslenkenden Gases bestimmt werden. Auch dieser Sensor ermöglicht daher nur Analogmessungen und er ist wiederum auf einen speziellen Anwendungsfall der Messung von Gasgeschwindigkeiten oder Gasdurchsätzen beschränkt.

Aus der DE-OS 20 34 344 ist eine Einrichtung zur Messung physikalischer Größen durch Messung der Intensität eines Lichtstrahlenbündels bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung macht man sich gleichfalls die Tatsache zunutze, daß Lichtstrahlen an den Grenzflächen eines Lichtleiters austreten oder totalreflektiert werden, je nachdem, wie das Verhältnis der Brechungsindizes bzw. der Dichten im Lichtleiter und im umgebenden Medium ist. Hierzu wird bei unterschiedlichen Anordnungen der Effekt ausgenutzt, daß durch Umgebung eines Teiles des Lichtleiters mit einem dichten Medium eine immer größere Lichtmenge aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird, wodurch Analogmessungen, beispielsweise eines Füllstandes, möglich sein sollen. Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist jedoch, daß der Meßeffekt zwar theoretisch existent, in der Praxis jedoch außerordentlich klein ist und daher genaue Messungen kaum möglich sind.

Schließlich ist aus der DE-OS 21 55 049 noch eine optische Vergleichsvorrichtung mit optischen Fasern bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist, wie bereits zu dem weiter oben geschilderten Ausführungsbeispiel erläutert, im axialen Abstand von einer Stirnfläche eines mit Licht beaufschlagten Lichtleiters eine mit einer reflektierenden Oberfläche versehene Referenzebene angeordnet, deren axialer Abstand von der Stirnfläche des Lichtleiters gemessen werden soll. Hierzu sind radial neben dem Lichtleiter mehrere Empfangslichtleiter angeordnet, deren Signal jeweils einzelnen optischen Detektoren zugeführt wird. Diese optischen Detektoren sind ihrerseits an eine elektronische Analogschaltung angeschlossen. Bei dieser bekannten Vorrichtung macht man sich die Tatsache zunutze, daß bei sich vergrößerndem Abstand der reflektierenden Referenzfläche von der Stirnfläche des Lichtleiters der Rand des reflektierten Strahlenbündels immer weiter radial von der Stirnfläche des Lichtleiters fortwandert und nacheinander die Stirnflächen der verschiedenen radial beabstandeten Empfangslichtleiter überstreicht. Demzufolge kann ein bereichsweise lineares Ausgangssignal nur jeweils an dem Empfangslichtleiter abgenommen werden, dessen Stirnfläche gerade vom Rand des reflektierten Strahlenbündels überstrichen wird. Dies macht sich die bekannte Vorrichtung zunutze, indem das jeweils gerade "lineare" Signal zur Bildung eines insgesamt breiteren Linearbereichs herangezogen wird. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist somit ebenfalls, daß lediglich für eine einzige Meßaufgabe geeignet ist und ein digitaler Ausgangswert des Signals steht auch hier nicht zur Verfügung.

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 nur wenig bemerkbar machen und daß schließlich vor allem eine vielstufige Digitalanzeige des jeweiligen Ausgangssignals auf einfache Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der lichtleitende Körper als derart langgestreckter Lichtleiter ausgebildet ist, daß die Lichtstrahlen in ihm mehrfach totalreflektiert werden, daß der optische Brechungsindex des Lichtleiters über seine Länge zur Stirnfläche hin zu- bzw. abnimmt, daß die lichtempfindlichen Elemente in einem axialen Abstand von der Stirnfläche angeordnet sind und eine Auftrefffläche für ein aus der Stirnfläche austretendes Bündel Lichtstrahlen bilden, und daß die Auswerteschaltung einen Zähler aufweist, 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.

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 sind kontinuierliche Füllstandsmessungen möglich und es können auch geometrische Größen, insbesondere Längen, auf diese Weise gemessen werden.

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.

Insgesamt stellt die Erfindung damit einen universell einsetzbaren, robusten, zuverlässigen und gegen Alterungserscheinungen unempfindlichen Sensor zur Verfügung.

Bei einem 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.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß kontinuierliche Füllstandsmessungen mit digitaler Meßwerterzeugung möglich sind, weil der Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus von dem jeweils niedrigsten Brechungsindex 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.

Bei einer 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 1/40, der Länge des Lichtleiters ist.

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.

Bei einem weiteren Anwendungsgebiet der Erfindung ist die physikalische Größe eine Länge und der Lichtleiter weist lichtabgebende Elemente auf, die nach Bestrahlung mittels eines Primärlichtes Sekundärlicht abgeben, wobei das Bündel Lichtstrahlen in radialer Richtung im Abstand der Länge von der Stirnfläche seitlich auf den Lichtleiter trifft.

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.

Die Maßnahmen haben ferner 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.

Bei einer Weiterbildung dieser Variante weist der Lichtleiter axial aneinandergesetzte Abschnitte mit unterschiedlichem optischem Brechungsindex auf.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Lichtleiter einfacher hergestellt werden kann, weil für die Abschnitte auf vorhandene Materialien zurückgegriffen werden kann.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht der Lichtleiter aus Glas oder Kunststoff, z. B. Polymethylacrylat (PMMA).

Diese Maßnahme hat auch den Vorteil, daß auf bekannte Materialien mit ebenfalls bekannten reproduzierbaren Eigenschaften zurückgegriffen werden kann.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Auftrefffläche zur Achse des Lichtleiters geneigt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bei Variation des Akzeptanzkonus infolge der Neigung der Auftrefffläche eine Vergrößerung des Bereiches erzeugt wird, in dem der Rand des Akzeptanzkonus schwankt.

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.

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.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch Messungen in den Impulspausen Fremdlichteinflüsse ausgemessen und damit kompensiert werden können.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lichtleiters zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung eines Strahlenganges, wie er im Lichtleiter gemäß Fig. 1 auftritt;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer flächenhaften Lichtmeßanordnung zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Sensor;

Fig. 4 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 mit linienförmiger Lichtmeßanordnung;

Fig. 5a und 5b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Messung eines Füllstandes mit zugehöriger Kennlinie des Brechungsindex über die Länge des verwendeten Lichtleiters;

Fig. 6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5a mit gestuftem Lichtleiter;

Fig. 7a bis 7c eine Detaildarstellung des Sensors gemäß Fig. 5a oder Fig. 6 zur Erläuterung einer erfindungsgemäß möglichen Reserveanzeige;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Messung einer Länge;

Fig. 9 einen stark schematisierten Stromlaufplan zur Erläuterung der Beschaltung eines erfindungsgemäßen Sensors;

Fig. 10 eine weitere Variante, ähnlich Fig. 1, zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit eines erfindungsgemäßen Sensors.

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 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.

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.

In einem axialen Abstand h von der unteren Stirnfläche 16 ist eine Auftrefffläche 15 definiert. Bezeichnet man den Öffnungswinkel des Akzeptanzkonus 14 mit β, 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.

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.

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 α _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.

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:

sin b = /n _st

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.

Man erkennt somit, daß die in Fig. 1 zu erkennende Breite x über den Öffnungswinkel β und den Abstand h unmittelbar ein Maß für die Brechungsverhältnisse des Lichtleiters 10 zu dem ihn umgebenden Medium ist.

Die Breite x wird in digitalisierter Form als Meßwert ausgegeben.

In Fig. 3 ist wiederum der Lichtleiter 10 zu erkennen, 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.

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 Auswerteschaltung 25, die im wesentlichen einen digitalen Zähler enthält.

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 Auswerteschaltung 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.

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.

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.

Mit einer Gruppe von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie sie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt sind, ist eine Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit mit einem Sensor der erfindungsgemäßen Art möglich.

Fig. 5a 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.

Als Besonderheit bei der Anordnung gemäß Fig. 5a tritt 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. 5b 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.

Es wurde bereits eingangs anhand der 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.

Im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 5a und 5b 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.

Wenn also bei der Darstellung in Fig. 5a 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.

Beim Lichtleiter 50 mit dem Brechungsindex-Gradienten gemäß Fig. 5b 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.

Statt eines Lichtleiters 50 mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex n kann auch, wie dies Fig. 6 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. 5b für den Lichtleiter 50 der Fig. 5a würde also tendenziell gleich, jedoch in leicht gestufter Gestalt verlaufen.

Die Abschnitte 53 können darüberhinaus 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 variierenden Brechungsindex n zusätzlich eine Feinmessung innerhalb jenes Abschnittes 53 möglich ist.

In den Fig. 7a bis 7c ist noch ein Phänomen dargestellt, das sich bei den Lichtleitern 50 gemäß Fig. 5a, 5b oder 52 gemäß Fig. 6 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.

Zur Erläuterung dieses Phänomens in den Fig. 7a bis 7c sei zunächst auf Fig. 7c 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.

In Fig. 7a ist mit 60 ein von oben eintretender Lichtstrahl bezeichnet, der so geneigt ist, daß er gerade unter dem Grenzwinkel a _TL für umgebende Luft verläuft und damit an der von Luft umgebenen Mantelfläche 19 des Lichtleiters 59 totalreflektiert wird. Bei dem in Fig. 7a 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.

Diese Reflexion von Lichtstrahlen 60 mit einer Neigung bis hin zum Grenzwinkel a _TL für umgebende Luft ist so lange möglich, bis der Füllstand 61 eine in Fig. 7a eingezeichnete Höhe 62 erreicht hat. Die Höhe 63 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. 7c 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.

Betrachtet man nun die in Fig. 7b 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 a _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 α _TF für umgebende Flüssigkeit definiert ist.

Ist der Lichtleiter, wie in Fig. 6 mit 52 dargestellt, in seiner axialen Länge gestuft, so können sich, wie Fig. 7b 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.

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. 7a entnehmen läßt, dadurch bestimmen, daß man die Dicke d des Lichtleiters 59 in Bezug auf den Grenzwinkel α _TL für umgebende Luft entsprechend dimensioniert.

Ein weiterer Anwendungsbereich erfindungsgemäßer Sensoren besteht in der Messung geometrischer Größen, insbesondere einer Länge y, wie dies in Fig. 8 anhand eines Beispieles dargestellt ist.

Ein Lichtleiter 70 ist in axialer Richtung in Abschnitte 71 unterteilt, von denen einer in Fig. 8 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. 8 von rechts nach links zu.

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 Lumineszenzelements 72 pflanzt sich in axialer Richtung des Lichtleiters 70 fort. Das in Fig. 8 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.

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.

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.

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.

Fig. 9 zeigt einen stark schematisierten Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Sensors.

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.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 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.

Fig. 10 zeigt schließlich noch eine Möglichkeit, eine Vergrößerung der Breite x in Fig. 1 zur Erhöhung der Meßgenauigkeit durch Erhöhung der Auflösung zu erreichen.

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.

Es ist ferner in Fig. 10 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 Kennlinie zu kompensieren oder zu erzeugen, je nach dem, wie dies beim speziellen Anwendungsfall wünschenswert ist.

Claims

1. Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in ein elektrisches Ausgangssignal, mit einer Lichtquelle (1), aus der ein Bündel (2) Lichtstrahlen (60; 73) in einen lichtleitenden Körper eingekoppelt wird, wobei die Lichtstrahlen (60; 73) an einer Grenzfläche (19) des Körpers in Abhängigkeit von der physikalischen Größe totalreflektiert bzw. aus dem Körper ausgekoppelt werden und die totalreflektierten Lichtstrahlen (60) auf eine Stirnfläche (16) des lichtleitenden Körpers fallen, und mit einer Mehrzahl dieser Stirnfläche zugeordneter, lichtempfindlicher, an eine Auswerteschaltung angeschlossener Elemente zum Erfassen eines von dem Bündel (2) nach erfolgter Totalreflexion bzw. Auskopplung eingenommenen Winkelbereichs β, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Körper als derart langgestreckter Lichtleiter (50; 52; 59; 70; 102; 106) ausgebildet ist, daß die Lichtstrahlen in ihm mehrfach totalreflektiert werden, daß der optische Brechungsindex (n) des Lichtleiters (50; 52; 59) über seine Länge zur Stirnfläche (75) hin zu- bzw. abnimmt, daß die lichtempfindlichen Elemente (23) in einem axialen Abstand (h) von der Stirnfläche (75) angeordnet sind und eine Auftrefffläche (107) für ein aus der Stirnfläche (75) austretendes Bündel Lichtstrahlen bilden, und daß die Auswerteschaltung einen Zähler aufweist, der die Anzahl der von dem Bündel beleuchteten oder alternativ der nicht beleuchteten Elemente (23) als Ausgangssignal in digitaler Form abgibt.

2. Sensor nach Anspruch 1, 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.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (59) so bemessen ist, daß das Produkt aus seiner halben Dicke d und dem Tangens des Grenzwinkels α _TL der Totalreflexion 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.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe eine Länge (y) ist, daß der Lichtleiter (70) lichtabgebende Elemente aufweist, die nach Bestrahlung mittels eines Primärlichtes Sekundärlicht abgeben, und daß das Bündel Lichtstrahlen (73) in radialer Richtung im Abstand der Länge (y) von der Stirnfläche (75) seitlich auf den Lichtleiter (70) trifft.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabgebenden Elemente Lumineszenzelemente (72) sind.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (10; 50; 52; 59) aus Glas oder Kunststoff besteht.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) an einem Pulsgenerator (100) angeschlossen ist und daß die Auswerteschaltung einen Differenzbildner (104) aufweist, dessen Eingängen die Meßwerte bei eingeschalteter bzw. ausgeschalteter Lichtquelle (1) zuführbar sind.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrefffläche (107 a, 107 b) in vorgegebener Weise gekrümmt verläuft.