DE4013507A1 - Liq. container esp. for spirit lever - has phototransmitter and photoreceiver producing signal evaluated to determine container position w.r.t. vertical or horizontal - Google Patents
Liq. container esp. for spirit lever - has phototransmitter and photoreceiver producing signal evaluated to determine container position w.r.t. vertical or horizontalInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter, der vor allem als in einer Wasserwaage eingebaute Libelle verwendbar ist.The invention relates to a filled with liquid Container that mainly as built into a spirit level Dragonfly can be used.
Zur Prüfung der gegenüber dem Lot waagrechten, senkrechten oder geneigten Lage von Bauteilen, Wänden, Möbelstücken od. dgl. Gegenständen werden bislang Wasserwaagen verwendet, in deren Hohlprofil sogenannte Libellen eingesetzt sind. Bei diesen mit Flüssigkeit gefüllten Glasröhrchen zeigt in der Regel eine Luftblase die horizontale, vertikale oder - bei gekrümmtem Verlauf mit Gradeinteilung - geneigte Lage an. Die zu prüfende oder gewünschte Lage ist erreicht, wenn sich die Luftblase innerhalb einer visuell erfaßbaren Mar kierung auf der Libelle befindet. Das Erfassen mittels Augen erfordert allerdings vom Benutzer ein ausreichendes Maß an Sehschärfe und Konzentration, wobei letztere dann für die sonstige Handhabung der Wasserwaage nicht zur Ver fügung steht. Bei Dunkelheit jedenfalls sind die genannten optischen Markierungen auf der Libelle nicht mehr sichtbar.For checking the horizontal, vertical with respect to the plumb line or inclined position of components, walls, pieces of furniture or Objects have been used so far, in whose hollow profile so-called dragonflies are used. At this liquid-filled glass tube shows in the Rule an air bubble the horizontal, vertical or - at curved course with graduation - inclined position. The position to be checked or desired is reached when the air bubble within a visually detectable mar on the dragonfly. The acquisition by means of However, eyes require a sufficient amount from the user Degree of visual acuity and concentration, the latter then for other handling of the spirit level not for ver is standing. At least in the dark are the mentioned optical markings on the dragonfly no longer visible.
Mithin besteht ein beachtliches Bedürfnis nach Wasserwaagen mit erhöhtem Bedienungskomfort, erleichterter Handhabbar keit und erweitertem Anwendungsbereich.There is therefore a considerable need for spirit levels with increased ease of use, easier handling speed and expanded scope.
Zur Lösung dieser Probleme wird erfindungsgemäß ein Flüs sigkeitsbehälter vorgeschlagen, der mindestens einen die Flüssigkeit bestrahlenden oder durchleuchtenden Fotosender aufweist, dem ein oder mehrere Fotoempfänger derart zuge ordnet sind, daß die Fotoempfänger - Ausgangssignale die Art, Beschaffenheit und/oder den Füllstand der Flüssigkeit und/oder die Lage der Flüssigkeit relativ zum Behälter repräsentieren. Die Flüssigkeit einschließlich deren Grenzoberflächen wird optoelektronisch abgetastet, und das in Form von elektrischen Signalen vorliegende Ab tastergebnis kann zu einer Vielzahl von Zwecken ausgewertet werden, wie z. B. zur Ermittlung des Füllstandes, der Nei gung der Flüssigkeit (wenn die Fotosender bzw. -empfänger einer Gradeinteilung entsprechend angeordnet sind), der Flüssigkeitsdichte bzw. -transparenz (anhand des Absorp tionsgrades), der Strömungs- und Durchflußgeschwindigkeit, des Durchmessers oder Querschnitts des Behälters u. a.According to the invention, a river is used to solve these problems liquid container proposed that the at least one Liquid-emitting or translucent photo transmitter has one or more photo receivers in such a way arranges that the photo receiver output signals the Type, nature and / or the level of the liquid and / or the position of the liquid relative to the container represent. The liquid including its Boundary surfaces are scanned optoelectronically, and that Ab in the form of electrical signals Keying results can be evaluated for a variety of purposes be such. B. to determine the level, the Nei of the liquid (if the photo transmitter or receiver are arranged according to a degree), the Liquid density or transparency (based on the Absorp efficiency), the flow and flow rate, the diameter or cross section of the container u. a.
Insbesondere kann ein nur teilweise mit Flüssigkeit gefüll ter Behälter mit den erfindungsgemäßen optoelektronischen Abtasteinrichtungen als Libelle für Wasserwaagen dienen, wobei sich durch elektronische Auswertung und Weiterverar beitung der Fotoempfänger-Ausgangssignale der gewünschte erhöhte Bedienungskomfort sowie erweiterte Einsatzbereich bei der Lageausmessung erreichen läßt. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn an dem teilweise gefüllten und infolgedessen Luftblasen oder Flüssigkeitsspiegel aufwei senden Behälter Fotosender und Fotoempfänger so den Bereich beidseits der lichten, frei verbliebenen Oberfläche der Flüssigkeit bestrahlend oder durchsetzend angeordnet sind, daß die Fotoempfänger-Ausgangssignale zur Bestimmung der Lage der Flüssigkeitsoberfläche bezüglich des Behälters und mithin der Lage des Behälters relativ zur Horizontalen aus wertbar sind. Der Flüssigkeitsspiegel bzw. die Grenzfläche der Flüssigkeit wird also bei dieser Ausbildung im Drauf oder Durchlichtverfahren optoelektronisch abgetastet, wobei die Fotoempfänger-Ausgangssignale die Lage des Behälters bezüglich der Flüssigkeit darin und mithin der Horizontalen wiedergeben.In particular, one can be only partially filled with liquid ter container with the optoelectronic according to the invention Scanners serve as a level for spirit levels, whereby through electronic evaluation and further processing processing of the photo receiver output signals the desired increased ease of use and extended area of application can be achieved in the position measurement. It is in the Framework of the invention when on the partially filled and consequently air bubbles or liquid level containers send photo transmitters and photo receivers so the area on both sides of the clear, remaining surface of the Are arranged to irradiate or penetrate liquid, that the photo receiver output signals to determine the Position of the liquid surface with respect to the container and hence the position of the container relative to the horizontal are valuable. The liquid level or the interface the liquid is in this training on top or transmitted light method optoelectronically scanned, wherein the photo receiver output signals the location of the container regarding the liquid in it and therefore the horizontal play.
Zum Einsatz in Wasserwaagen besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Behälter, wenn sie eine Kugel-, Kreis zylinder- oder Prismen-, insbesondere längliche Quaderform besitzen und aus transparentem Material, beispielsweise Plexiglas, hergestellt sind; solchenfalls können Fotosender und Fotoempfänger von der Flüssigkeit abgeschirmt in Wirkungsverbindung mit den Außenwänden des Behälters ange bracht sein und dennoch aufgrund des transparenten Materials kommunizieren. Um dem Einsatz als Libellen in Wasserwaagen gerecht zu werden, ist es von besonderem Vor teil, wenn Fotosender und -empfänger jeweils im Bereich der (vorab festgelegten) Flüssigkeit-Füllstandshöhe des Behäl ters liegend angeordnet sind; dabei ist zweckmäßig von einem ggf. in Längsrichtung waagrecht gehaltenen Behälter auszugehen.The are particularly suitable for use in spirit levels container according to the invention if it is a sphere, circle cylindrical or prismatic, in particular elongated cuboid shape own and made of transparent material, for example Plexiglass, are manufactured; in this case, photo senders and photoreceptor shielded from the liquid in Operational connection with the outer walls of the container be brought and yet due to the transparent Communicate materials. To use as dragonflies in It is especially important to meet spirit levels in part if photo senders and receivers are in the area of (predefined) liquid level of the container ters are arranged horizontally; it is appropriate from a container that may be held horizontally in the longitudinal direction going out.
Beim ins Auge gefaßten Einsatz des eingangs genannten Behälters als Libelle in Wasserwaagen ist es bislang bekannt, pro zu prüfender Lage eine gesonderte Libelle vor zusehen; bei konventionellen Wasserwaagen bedeutet dies in der Regel zwei Libellen, die der waagrechten und der senk rechten Lage zugeordnet sind. Um diesen Aufwand - Einbau mehrerer Libellen in einer Wasserwaage - einsparen zu können, besteht eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung darin, eine Mehrzahl optoelektronischer Anordnun gen mit Fotosendern und diesen zugeordneten Fotoempfängern so am Behälter anzubringen, daß die Verbindungslinien zweier Fotoelemente (Fotosender oder -empfänger), die jeweils unterschiedlichen Fotosender/Fotoempfänger-Anord nungen angehören, sich einander schneiden; dies kann vor allem dergestalt erfolgen, daß die Teilstrecken beidseits des Schnittpunkts jeder Verbindungslinie und/oder die Winkel, die sie miteinander eineinander einschließen, durchweg gleich sind.With the envisaged use of the aforementioned So far it has been a container as a dragonfly in spirit levels known to present a separate dragonfly for each location to be checked watch; with conventional spirit levels this means in usually two dragonflies, the horizontal and the vertical right location are assigned. To this effort - installation several dragonflies in a spirit level - save too can, there is a particularly advantageous training of Invention therein, a plurality of optoelectronic devices with photo transmitters and associated photo receivers to be attached to the container so that the connecting lines two photo elements (photo transmitter or receiver) that different photo transmitter / photo receiver arrangement belong, intersect; this can happen all be done in such a way that the sections on both sides the intersection of each connecting line and / or the Angles that they enclose with each other, are consistently the same.
So ist es beispielsweise möglich, zwei der genannten opto elektronischen Anordnungen vorzusehen, wobei die Verbin dungslinien von Fotosendern oder Fotoempfängern aufeinander senkrecht stehen. Wird ein derart ausgestalteter Behälter als Libelle in eine Wasserwaage eingesetzt, kann die erste Fotosender/Fotoempfänger-Anordnung zur Überprüfung beispielsweise der waagrechten Lage, und die zweite Foto sender/Fotoempfänger-Anordnung zur Überprüfung der senk rechten Lage dienen, was jeweils anhand eines einzigen Flüssigkeitsspiegels in einem einzigen Behälter erfolgt. Darüber hinaus können auch mehr als zwei der genannten optoelektronischen Anordnungen dergestalt vorgesehen wer den, daß die daraus resultierenden, mehr als zwei Verbin dungslinien bezüglich eines gemeinsamen Schnittpunkts sym metrisch, insbesondere strahlenförmig verlaufen; damit können auch geneigte Lagen mit hoher Genauigkeit gemessen werden, wobei die Genauigkeit bzw. Auflösung von der Höhe der Anzahl der verwendeten optoelektronischen Anordnungen bzw. deren Verbindungslinien zwischen gleichartigen Foto elementen abhängt.So it is possible, for example, two of the opto mentioned to provide electronic arrangements, the Verbin lines of photo transmitters or photo receivers on top of each other stand vertically. Becomes such a container used as a dragonfly in a spirit level, the first Photo transmitter / receiver arrangement for review for example the horizontal position, and the second photo Transmitter / photo receiver arrangement for checking the lower right layer serve, each based on a single Liquid level is done in a single container. In addition, more than two of the above optoelectronic arrangements provided in such a way that the resulting more than two verbs lines with respect to a common intersection sym metric, in particular radiating; in order to can also measure inclined positions with high accuracy be, the accuracy or resolution of the height the number of optoelectronic arrangements used or their connecting lines between similar photos elements depends.
Bei optoelektronischen Bauelementen stellt sich das Pro blem, daß deren Betriebsverhalten und Ausgangssignale stark von Temperatureinflüssen und Bauelemente-Toleranzen beein flußt ist, was die Meßgenauigkeit erheblich mindern kann. The Pro comes up with optoelectronic components blem that their performance and output signals strong influenced by temperature influences and component tolerances is flowing, which can significantly reduce the measuring accuracy.
In dieser Hinsicht besteht eine Weiterbildung der Erfindung darin, daß einem Fotosender zwei oder mehr einzelne, anein andergrenzend angeordnete und/oder baulich (z. B. in einem gemeinsamen Gehäuse) integrierte Fotoempfänger zugeordnet sind, deren Ausgangssignale miteinander verknüpft und/oder verglichen ausgewertet werden. Durch einen Vergleich lassen sich über übliche Toleranzen hinausgehende Abweichungen der optoelektronischen Bauelemente-Charakteristika erkennen und/oder kompensieren. Mit besonderem Vorteil werden die Ausgangssignale baulich integrierter Fotoempfänger im Rahmen einer Summen- und/oder Differenzbildung miteinander verknüpft, so daß sich in den einzelnen Bauelementen gleichermaßen auswirkende Temperatur- oder sonstige Umgebungseinflüsse gegenseitig aufheben können, sozusagen heraussubtrahiert werden. Auch andere Fehlerquellen, wie z. B. aufgrund Verdunstung von Flüssigkeit im Behälter, lassen sich durch Differenzbildung bzw. Subtraktion kompen sieren.In this regard, there is a further development of the invention in that a photo transmitter has two or more individual units otherwise arranged and / or structurally (e.g. in one common housing) integrated photo receivers are whose output signals are linked and / or compared to be evaluated. Let by comparison deviations of the Recognize optoelectronic component characteristics and / or compensate. The are particularly advantageous Output signals structurally integrated photo receiver in the Framework of a sum and / or difference formation with each other linked, so that in the individual components equally effective temperature or other Environmental influences can cancel each other out, so to speak be subtracted out. Other sources of error, such as e.g. B. due to evaporation of liquid in the container, can be compensated by difference or subtraction sieren.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Behälter mit einer Mehrzahl voneinander beabstandet und auf gleicher Behälterhöhe liegend angeordneter Fotosender ver sehen, denen jeweils entsprechend gegenüberliegende Foto empfänger zugeordnet sind, wobei die Ausgangssignale von im Abstand der zugeordneten Fotosender angebrachten Foto empfängern miteinander verknüpft und/oder verglichen, ins besondere über eine Differenzbildung ausgewertet werden. Vor allem wenn der Behälter, wie oben ausgeführt, zum Ein satz als Libelle in Wasserwaagen längliche Quaderform auf weist und zur Bildung eines Flüssigkeitsspiegel nur teil weise gefüllt ist, ist es zweckmäßig, die Fotosender in Behälterlängsrichtung voneinander zu beabstanden und in Querrichtung mit den Fotoempfängern kommunizieren zu lassen. Wird solchenfalls der Behälter nicht genau waag recht gehalten, ergeben voneinander beabstandete Foto sender/Fotoempfänger-Paare unterschiedliche Ausgangssignal werte, deren Abweichung voneinander ein Maß für die Neigung des Behälters gegenüber der Waagrechten oder dem Lot dar stellen. Die Abweichung kann quantitativ durch Vergleich bzw. Differenzbildung (Subtraktion) ermittelt werden, wobei über das gesamte Behältervolumen gleich einwirkende Stör einflüsse aus der Umgebung (Temperatur, Flüssigkeitsver dunstung usw.) kompensiert bzw. gegeneinander aufgehoben werden. In Weiterbildung dieses Gedankens beaufschlagt jeder der beabstandeten Fotosender mehrere aneinander grenzend angeordnete und/oder baulich (in einem gemeinsamen Gehäuse) integrierte Fotoempfänger, und die Ausgangssignale mehrerer Fotoempfänger die entweder zu einem gemeinsamen Fotosender oder jeweils zu voneinander beabstandeten Foto sendern gehören, sind zu ihrer Verknüpfung, zu ihrem Ver gleich und/oder zur Differenzbildung mit einer Auswerte schaltung verbunden. Mit anderen Worten, mehrere unmittel bar benachbarte Fotoempfänger detektieren den Lichtstrom eines einzigen gemeinsamen Fotosenders, der die Flüssigkeit durchleuchtet. Nach der erstgenannten Alternative werden die Ausgangssignale baulich vereinter oder unmittelbar benachbarter Fotoempfänger gemeinsam im Vergleich oder in Differenzbildung ausgewertet; hierdurch ist es möglich, über das Behältervolumen sich unterscheidende bzw. variie rende Umgebungsstöreinflüsse (z. B. unterschiedliche Tempe raturen an verschiedenen Behälterwandstellen) zu kompensie ren, in dem Lichtströme an jeder Fotoempfängerstelle mehr fach (redundant) gemessen und die darin eingegangen Stör einflüsse ausgemittelt oder durch Differenzbildung gegen einander aufgehoben werden. Nach der zweitgenannten Ausführungsalternative werden Empfänger-Ausgangssignale unterschiedlicher und voneinander entsprechend den Foto sendern beabstandeter Fotomeßstellen miteinander verknüpft ausgewertet, sei es durch Mit- oder Gegenkopplung (Summen- oder Differenzbildung) oder sonstige Fehlerkompensations verfahren; dadurch werden sich über das gesamte Behälter volumen einheitlich auswirkende Störeinflüsse eliminiert.According to another development of the invention Containers with a plurality of spaced apart and on the same container height arranged photo transmitter ver see each photo opposite are assigned to the receiver, the output signals from im Distance of the assigned photo transmitter attached photo recipients linked and / or compared, ins special can be evaluated by forming a difference. Especially when the container, as stated above, is on set as a dragonfly in spirit levels elongated cuboid only partially and to form a liquid level is filled, it is advisable to put the photo transmitter in Space longitudinally from each other and in Transverse direction to communicate with the photo receivers to let. If this happens, the container will not be exactly level held right, result in spaced-apart photos transmitter / photo receiver pairs different output signal values whose deviation from each other is a measure of the inclination of the container in relation to the horizontal or perpendicular put. The deviation can be quantified by comparison or difference formation (subtraction) can be determined, whereby Equally effective sturgeon over the entire container volume influences from the environment (temperature, liquid ver vaporization etc.) compensated or canceled out will. Acted upon in further training of this idea each of the spaced photo transmitters several together bordering and / or structural (in a common Housing) integrated photo receiver, and the output signals several photo receivers either to a common Photo transmitter or each to a spaced-apart photo transmitters belong to their connection, to their ver same and / or for difference formation with an evaluation circuit connected. In other words, several immediately neighboring photo receivers detect the luminous flux of a single common photo transmitter that uses the liquid screened. According to the former alternative the output signals are structurally combined or immediate neighboring photo receiver together in comparison or in Difference formation evaluated; this makes it possible differing or varying over the container volume environmental disturbances (e.g. different temp temperatures at various container wall locations) light fluxes at each photo receiver location measured (redundant) and the disturbance entered into it influences averaged or by forming differences against be canceled out. After the second Alternative embodiments are receiver output signals different and different from each other according to the photo transmitters spaced apart from each other evaluated, be it by positive or negative feedback (sum or difference formation) or other error compensation method; this will spread over the entire container volume uniform interfering influences eliminated.
Bei elektrischen Meßgeräten wird die Handhabbarkeit und der Bedienungskomfort durch die Möglichkeit eines Batteriebe triebs erhöht, was allerdings einen geringen Strom- bzw. Leistungsverbrauch in Sensorik und nachgeschalteter Auswer teelektronik voraussetzt. In dieser Hinsicht besteht eine Ausbildung der Erfindung darin, daß Fotosender und/oder Fotoempfänger im Pulsbetrieb aktiviert, also nach regel mäßigen Zeitintervallen (kurzzeitig) zum Betrieb mit einem Ansteuersignal beaufschlagt werden. Zweckmäßig werden Foto sender oder Fotoempfänger miteinander synchronisiert akti viert, wobei die Auswerteelektronik für das Fotoempfänger signal vorteilhaft erst nach der Einschwingzeit des Foto senders aktiviert wird. In der Praxis haben sich Puls frequenzen zwischen 5 und 50 Hz und Tastgrad (Verhältnis von Impulsdauer zu Impulsperiodendauer) von weniger als 10% bewährt.With electrical measuring devices, the manageability and the Ease of use due to the possibility of a battery drive increased, which, however, a low current or Power consumption in sensors and downstream evaluators teelectronics requires. In this regard, there is one Training of the invention in that photo transmitter and / or Photo receiver activated in pulse mode, i.e. according to the rule moderate time intervals (briefly) for operation with a Control signal are applied. Photo will be useful transmitter or photo receiver synchronized with each other fourth, the evaluation electronics for the photo receiver Signal advantageous only after the photo has settled transmitter is activated. In practice, pulse frequencies between 5 and 50 Hz and duty cycle (ratio from pulse duration to pulse period) of less than 10% proven.
Schließlich liegt es im Rahmen der Erfindung, die genannten Verknüpfungsmöglichkeiten der Ausgangssignale von inte grierten und/oder an beabstandeten Meßstellen angeordneten Fotoempfängern mehrfach miteinander zu kombinieren: So besteht eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung darin, daß die Ausgangssignale mehrerer Fotoempfänger einem oder mehreren Summierern und/oder Subtrahierern, das (aus diesen ggf. gemeinsam) resultierende Summen- bzw. Differenzsignal einera Mehrzahl Fensterdetektoren mit voneinander abge grenzten und vorzugsweise gestaffelten Wertbereichen, und die Fensterdetektor-Ausgänge je einer optischen und/oder akustischen Anzeigeeinheit zugeführt sind. Neben einer grundsätzlich möglichen Parallelanordnung sind die Summie rer bzw. Subtrahierer zur Kompensation von Bauelemente- Toleranzen und Störeinflüssen vorzugsweise in mehreren Stufen (in Serie) hintereinander angeordnet. Die Fenster detektoren bilden Komponenten mit je zwei vorab eingestell ten Schwellwerten, wobei dem Wertebereich bzw. -intervall eines der Fensterdetektoren die waagrechte Lage des Flüs sigkeitsspiegels bzw. der Flüssigkeitsgrenzfläche zugeord net sein kann. Dieser Fensterdetektor kann zur Anzeige des vertikal oder horizontal korrekten Ausmessens eine spezielle optische und/oder akustische Anzeigeeinheit mit besonderer Signalausgabe ansteuern.Finally, it is within the scope of the invention, the aforementioned Linking possibilities of the output signals from inte grated and / or arranged at spaced measuring points To combine photo receivers several times: Sun. an advantageous embodiment of the invention consists in that the output signals of several photo receivers one or several summers and / or subtractors, the (from these if necessary jointly) resulting sum or difference signal aa plurality of window detectors with each other limited and preferably staggered value ranges, and the window detector outputs each one optical and / or acoustic display unit are supplied. In addition to one the summation is basically possible parallel arrangement rer or subtractor for compensation of component Tolerances and interferences preferably in several Steps (in series) arranged one behind the other. The windows detectors form components with two presets each th threshold values, the value range or interval one of the window detectors the horizontal position of the river liquid level or the liquid interface can be net. This window detector can be used to display the measuring correctly vertically or horizontally special optical and / or acoustic display unit with control special signal output.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Darin zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerge from the description below more preferred Embodiments of the invention and based on the Drawing. In it show:
Fig. 1 eine Ansicht auf eine Wasserwaage mit erfin dungsgemäßen Flüssigkeitsbehältern, Fig. 1 is a view of a spirit level with to the invention OF INVENTION fluid containers,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälter in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 shows a liquid container according to the invention in perspective view;
Fig. 3 in Seitenansicht den Flüssigkeitsbehälter gemäß Fig. 2 in waagrechter und demgegenüber geneigter Lage, Fig. 3 is a side view of the liquid container according to Fig. 2 in the horizontal and in contrast, an inclined position,
Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht eines abge wandelten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 is a Fig. 1 corresponding view of a abge converted embodiment,
Fig. 5 eine Steuerungsanordnung für den erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehälter gemäß Fig. 1 bis 3, Fig. 5 shows a control arrangement for the inventive liquid container according to Fig. 1 to 3,
Fig. 6 ein Impuls-Zeit-Diagramm für Ausgangssignale der Steuerungsanordnung gemäß Fig. 4, Fig. 6 is a pulse-time diagram for the output signals of the control arrangement according to Fig. 4,
Fig. 7 eine optoelektronische Abtastanordnung mit nachge schalteter Auswerteelektronik für den Behälter gemäß Fig. 1 bis 3, und Fig. 7 is an opto-electronic scanning device with secondary switched evaluation electronics for the container according to Fig. 1 to 3, and
Fig. 8 eine Abwandlung zur Ausführung nach Fig. 6. Fig. 8 shows a modification to the embodiment of Fig. 6.
Gemäß Fig. 1 sind in den Wasserwaagenkörper 1 zwei läng lich-quaderförmige Libellen 2 eingesetzt, von denen die eine zur vertikalen Ausmessung mit ihrer Längsrichtung quer und die andere zur horizontalen Ausmessung mit ihrer Längs richtung parallel zur Längsrichtung des Wasserwaagenkörpers 1 eingesetzt ist. Den Libellen 2 jeweils benachbart ange ordnet sind eine Mehrzahl von Leuchteinheiten 3, im Beispiel fünf Leuchtdioden. In Fig. 2 ist die Ausführung einer Libelle 2 als teilweise mit Flüssigkeit gefüllter Behälter in Form eines länglich-quaderförmigen Gehäuses ersichtlich, das aus transparentem, durchsichtigem Mate rial, wie z. B. Plexiglas, gefertigt und flüssigkeits- und gasdicht verschlossen ist. Im Sinne der Erfindung sind an der einen Behälterlängsseite zwei Fotosender 4 in Längsrichtung voneinander beabstandet an der Behälteraußen wand angebracht. Deren Licht 5 durchsetzt den Bereich beid seits des Flüssigkeitsspiegels 6, der dem Füllstand des Behälters entspricht. Das Licht 5 vom Fotosender 4 gelangt sowohl durch die Flüssigkeit unterhalb des Flüssigkeits spiegels 6 als auch durch den frei verbliebenen lichten Bereich oberhalb der Flüssigkeitsspiegelfläche 6 zu Foto empfängern 7, die den jeweiligen Fotosendern 4 gegenüber liegend auf der (anderen) längsseitigen Außenwand des Behälters bzw. der Libelle 2 angebracht sind. Aufgrund der Verwendung von durchsichtigem Material für die Libelle 2 brauchen zur Abtastung des Flüssigkeitsspiegels 6 weder Fotosender 4 noch Fotoempfänger 7 mit der Flüssigkeit in Berührung zu kommen. Im gezeichneten Beispiel kommunizieren stets zwei vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse unter gebrachte Fotoempfänger 7 jeweils mit einem einzigen Foto sender 4, wie nachstehend noch näher erläutert. Die gemein sam untergebrachten Fotoempfänger 7 sind in Lotrichtung untereinander und zu beiden Seiten des Flüssigkeitsspiegels 6 angeordnet.Referring to FIG. 1 Lich cuboidal vials 2 are inserted into the level body 1 two Läng, one of which transversely to the vertical measurement of having its longitudinal direction and the other for the horizontal measurement of with their longitudinal direction parallel to the longitudinal direction of the level body 1 is inserted a. The dragonflies 2 are arranged adjacent to each other, a plurality of lighting units 3 , in the example five LEDs. In Fig. 2, the execution of a dragonfly 2 as a partially filled container in the form of an elongated cuboid housing can be seen, the material from transparent, transparent Mate, such as. B. plexiglass, manufactured and sealed liquid and gas tight. For the purposes of the invention, two photo transmitters 4 are mounted on the longitudinal side of the container on the outside of the container wall. Their light 5 passes through the area on both sides of the liquid level 6 , which corresponds to the fill level of the container. The light 5 from the photo transmitter 4 passes through the liquid below the liquid level 6 as well as through the free area above the liquid level surface 6 to photo receivers 7 , which are opposite the respective photo transmitters 4 on the (other) longitudinal outer wall of the container or the dragonfly 2 are attached. Due to the use of transparent material for the dragonfly 2 , neither the photo transmitter 4 nor the photo receiver 7 need to come into contact with the liquid to scan the liquid level 6 . In the example shown, two preferably communicate in a common housing under photo receivers 7 each with a single photo transmitter 4 , as explained in more detail below. The common housed photo receiver 7 are arranged in the vertical direction with each other and on both sides of the liquid level 6 .
In der in Fig. 3 gezeichneten Stellung I befindet sich die Libelle 2 in ihrer nahezu vollständig waagrechten Stellung, so daß der Flüssigkeitsspiegel 6 etwa parallel zur oberen Längsseite der Libelle 2 verläuft. Die Fotoempfängerpaare 7 sind aufgrund ihrer symmetrischen Anordnung bezüglich der Libellen-Mittellängsachse jeweils zu gleichen Teilen von der Flüssigkeit bedeckt, so daß sie bei aktiven Betrieb der Fotosender 4 mit dem selben Lichtstrom beaufschlagt werden. Infolgedessen sind die dem Lichtstrom porportionalen elek trischen Ausgangssignale der Fotoempfängerpaare im wesent lichen gleich, und es kann durch vergleichende Auswertung die waagrechte Stellung ermittelt werden. Jedes Fotoempfän gerpaar ist aus einem bezüglich des Flüssigkeitsspiegels 6 oberen Fotoempfängers 7a und unterem Fotoempfänger 7b zusammengesetzt, die aneinandergrenzend angeordnet sind. In der Stellung I gemäß Fig. 3 wird der obere Fotoempfänger 7a mit einem größeren Lichtstrom 5 beaufschlagt als der untere Fotoempfänger 7b, weil letzterer von lichtabsorbierender Flüssigkeit abgedeckt ist. In der Stellung II, in der sich die Libelle 2 in einer schrägen bzw. geneigten Lage befin det, ist das erste (in der Zeichnung linke) Fotoempfänger paar nahezu vollständig von lichtabsorbierender Flüssigkeit abgedeckt, während das rechte Fotoempfängerpaar von lich tem, frei verbliebenen Behältervolumen aus mit dem Licht strom 5 beaufschlagt wird. Hieraus ergibt sich ein erhebli cher Unterschied in den Fotoempfänger-Ausgangssignalen, welcher durch Vergleich oder sonstige Verknüpfung (siehe unten) erkannt und ausgewertet werden kann. Die unter schiedliche Abdeckung der beabstandeten Fotoempfängerpaare durch Flüssigkeit basiert auf den aufgrund der Schwerkraft stets waagrechten Flüssigkkeitsspiegel 6 einerseits und der Neigung der Libelle 2 mit entsprechend positionierten Foto sendern 4 und Fotoempfängern 7. Die Fotoelemente 4, 7 kön nen entweder an der Libelle 2 oder am Waagengehäuse bzw. - körper 1 befestigt sein. In the position I shown in FIG. 3, the level 2 is in its almost completely horizontal position, so that the liquid level 6 runs approximately parallel to the upper longitudinal side of the level 2 . Due to their symmetrical arrangement with respect to the central longitudinal axis of the dragonfly, the pairs of photo receivers 7 are each covered in equal parts by the liquid, so that they are subjected to the same luminous flux when the photo transmitters 4 are active. As a result, the luminous flux proportional electrical output signals of the photoreceiver pairs are essentially the same, and the horizontal position can be determined by comparative evaluation. Each pair of photodetectors is composed of an upper photodetector 7 a and lower photodetector 7 b with respect to the liquid level 6 , which are arranged adjacent to one another. In position I according to FIG. 3, the upper photoreceptor 7 a is subjected to a greater luminous flux 5 than the lower photoreceptor 7 b, because the latter is covered by light-absorbing liquid. In position II, in which the dragonfly 2 is in an oblique or inclined position, the first (left in the drawing) photo receiver pair is almost completely covered by light-absorbing liquid, while the right photo receiver pair by Lich tem, free remaining container volume from the light current 5 is applied. This results in a significant difference in the photo receiver output signals, which can be recognized and evaluated by comparison or other link (see below). The under different coverage of the spaced-apart photo receiver pairs by liquid is based on the liquid level 6, which is always horizontal due to gravity, on the one hand, and the inclination of the dragonfly 2 with appropriately positioned photo transmitters 4 and photo receivers 7 . The photo elements 4 , 7 can either be attached to the spirit level 2 or to the scale housing or body 1 .
Bei dem alternativen Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 weist die (in der Stirnansicht) gezeigte Libelle 2 eine flache Kreiszylinderform auf. An der einen (nicht gezeigten) Stirn- bzw. Grundseite dieses Kreiszylinders sind die (nicht sichtbaren) Fotosender, und auf der gezeigten kon gruenten Kreiszylinder-Stirnseite die sichtbaren Foto empfänger(paare) 7 angebracht. Die Fotosender und die ihnen zugeordneten Fotoempfänger sind zueinander etwa achs parallel gegenüberliegend angeordnet, etwa entsprechend Fig. 1 bis 3. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind ins gesamt vier Anordnungen mit Fotosendern und zugeordneten Fotoempfängern 7 zueinander derart positioniert, daß jeweils zwei Fotosender bzw. Fotoempfänger 7 unterschied licher optolelektronischer bzw. fotoelektrischer Anordnun gen einander diametral gegenüberliegen; mithin verlaufen deren dazwischen befindliche Verbindungslinien 20a, 20b (20b entspricht dem Flüssigkeitsspiegel) zueinander im rechten Winkel. Die jeweils in der Flucht dieser Verbin dungslinien 20a bzw. 20b liegenden Fotosender oder Foto empfänger 7 können über die ihnen zugeordneten Leuchtein heiten 3a bzw. 3b zum Ausmessen der querverlaufenden Ansetzseite 21a bzw. längsverlaufenden Ansetzseite 21b der Wasserwaage 1 benutzt werden. Folglich ist beim Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 4 eine einzige Libelle 2 zum Aus messen sowohl der vertikalen als auch waagrechten Lage aus reichend.In the alternative exemplary embodiment according to FIG. 4, the level 2 (shown in the end view) has a flat circular cylindrical shape. On one (not shown) end or base of this circular cylinder are the (not visible) photo transmitters, and on the shown con gruent circular cylinder end face the visible photo receivers (pairs) 7 are attached. The photo transmitters and the photo receivers assigned to them are arranged opposite one another approximately axially parallel, approximately according to FIGS. 1 to 3. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, a total of four arrangements with photo transmitters and assigned photo receivers 7 are positioned relative to one another such that two photo transmitters or Photo receivers 7 different optolelectronic or photoelectric arrangements are diametrically opposite one another; consequently, the connecting lines 20 a, 20 b between them ( 20 b corresponds to the liquid level) run at right angles to one another. The each in line with these connecting lines 20 a and 20 b lying photo transmitter or photo receiver 7 can be used via the lighting units assigned to them 3 a and 3 b to measure the transverse attachment side 21 a or longitudinal attachment side 21 b of the spirit level 1 will. Consequently, in the exporting approximately example of FIG. 4, a single vial 2 to the off both the vertical and horizontal position measured from reaching.
Zur An- und Ablaufsteurung der Fotosender 4, der Foto empfänger 7 sowie der Leuchteinheiten 3 bei der Wasserwaage 1 nach Fig. 1 ist die in Fig. 5 veranschaulichte Steue rungsanordnung vorgesehen: Ein Taktgenerator 8 mit einer Rechteckschwingung von 20 Hz steuert parallel die Eingänge eines ersten Monoflops 9 und eines zweiten Monoflops 10 an. Das erste Monoflop 9 erzeugt Einzelimpulse mit einer Impulsdauer von 250 µsec., die für die Fotosender das Ansteuer- bzw. Aktivierungssignal s bilden. Das zweite Monoflop 10 erzeugt bei Ansteuerung durch steigende oder fallende Eingangsflanken Einzelimpulse mit je einer Dauer von 50 µsec., welche der Fotosender-Einschwingzeit entspre chen und die Wartezeit bilden, um die die Fotoempfänger verzögert angesteuert werden. Zu diesem Zweck werden die Ausgänge des ersten und zweiten Monoflops 9, 10 über ein NAND-Gatter 11 verknüpft, dessen Ausgang dann das Aktivie rungs- bzw. Ansteuersignal e für die Fotoempfänger bildet. Wie in Fig. 6 veranschaulicht, startet das Empfänger- Ansteuersignal e gegenüber dem Sender-Ansteuersignal s um 50 µsec. verzögert, und beide Ansteuersignale s, e enden gleichzeitig nach 250 µsec. bzw. 200 µsec. Gemäß Fig. 4 ist schließlich noch ein Lageschalter 12, beispielsweise als Schwerkraft-Pendelschalter oder Quecksilberschalter reali siert, vorgesehen, der bei horizontaler Lage I des Wasser waagenkörpers 1 (vgl. Fig. 1) auf elektrisch hohem Poten tial und bei vertikaler, lotrechter Stellung des Wasser waagenkörpers 1 auf elektrischem Null-Potential liegt. Hieraus werden einerseits das weitgehend waagrechte Lage des Wasserwaagenkörpers anzeigende Horizontalsignal h und andererseits über einen Inverter 13 das weitgehend lot rechte Lage anzeigende Vertikalsignal v erzeugt. Der lageabhängige Schalter 12 schaltet jeweils dann um, wenn entweder die waagrechte Lage oder die lotrechte Lage des Wasserwaagenkörpers 1 überwiegt. For the control and sequence control of the photo transmitter 4 , the photo receiver 7 and the lighting units 3 in the spirit level 1 according to FIG. 1, the control arrangement illustrated in FIG. 5 is provided: a clock generator 8 with a square wave of 20 Hz controls the inputs of a parallel first monoflops 9 and a second monoflop 10 . The first monoflop 9 generates individual pulses with a pulse duration of 250 microseconds, which form the control or activation signal s for the photo transmitter. When triggered by rising or falling input edges, the second monoflop 10 generates individual pulses, each with a duration of 50 microseconds, which correspond to the photo transmitter settling time and form the waiting time by which the photo receivers are triggered with a delay. For this purpose, the outputs of the first and second monoflops 9 , 10 are linked via a NAND gate 11 , the output of which then forms the activation or control signal e for the photo receivers. As illustrated in FIG. 6, the receiver drive signal e starts by 50 microseconds compared to the transmitter drive signal s. delayed, and both control signals s, e end simultaneously after 250 µsec. or 200 µsec. According to Fig. 4 Finally, a position switch 12, Siert example, as a gravity pendulum switch or mercury switch reali, provided the level body 1 (see. Fig. 1) in the horizontal position I of water tial on electrically high Poten and to vertical, the vertical position the water scale body 1 is at electrical zero potential. From this, the horizontal signal h indicating the largely horizontal position of the level body and, on the other hand, the vertical signal v indicating the largely vertical position v are generated via an inverter 13 . The position-dependent switch 12 switches over when either the horizontal position or the vertical position of the spirit level body 1 predominates.
Gemäß Fig. 7 werden die genannten Steuersignale s, e, h und v jeweils UND-verknüpft (UND-Gatter 14) zur Ansteuerung der Fotosender 4 und Fotoempfänger 7 bzw. Fotoempfängerpaare 7a, 7b benutzt, wobei das Sendeansteuersignal s den Foto sendern, das Empfangsansteuersignal e den Fotoempfängern, das Horizontallagesignal h den Fotosendern und -empfängern für die waagrechte Lage und das Vertikalsignal v denen für die lotrechte Lage zugeordnet sind.According to Fig. 7 said control signals are s, e, h and v are each ANDed (AND gate 14) for driving the photo transmitter 4 and the photoreceptor 7 and photo receiver pairs 7 a, 7 b used, wherein the Sendeansteuersignal s transmitters the photo , the reception control signal e the photo receivers, the horizontal position signal h the photo transmitters and receivers for the horizontal position and the vertical signal v which are assigned to the vertical position.
Gemäß Fig. 7 werden die Ausgänge der Fotoempfänger 7 über in Kaskade angeordnete erste und zweite Summierer 15 bzw. 16 miteinander verknüpft ausgewertet. Jedem ersten Summie rer 15 werden die beiden Ausgangssignale zweier baulich integrierter Fotoempfänger 7a, 7b zugeführt, das erste Aus gangssignal nicht invertiert (positives Vorzeichen) und das zweite Ausgangssignal invertiert (negatives Vorzeichen). Die Resultate aus den ersten Summierern 15, die einer Dif ferenzbildung zur Kompensation von Störeinflüssen gegenein ander entsprechen, werden jeweils paarweise dem zweiten, nachgeschalteten Summierer 16 zugeführt, ebenfalls mit ent gegengesetzten Vorzeichen zur Differenzbildung. Die Aus gänge der zweiten Summierer 16 sind an je einem Eingang eines Umschalters 17 gelegt, der je nach Zustand der Horizontal/Vertikal-Lagesignale h, v den Ausgangs eines der zweiten Summierer 16 entweder für die waagrechte oder die lotrechte Meßanordnung zu parallel nebeneinander geschalte ten Fensterkomporatoren bzw. Schwellwertvergleichern 18 geführt. Diese stellen fest, ob das durchgeschaltete Signal eines der beiden Summierer 16 in ihrem jeweiligen Werte bereichsfenster liegt; solchenfalls wird - verknüpft mit einem der Lagesignale h, v mittels weiterer UND-Gatter 14 - das aktive Ausgangssignal des entsprechenden Fensterkomperators 18 zur Ansteuerung einer zugeordneten Leuchteinheit entweder für den waagrechten oder den lot rechten Lagebereich verwendet.According to FIG. 7, the outputs of the photoreceivers 7 are evaluated linked together via first and second summers 15 and 16 arranged in cascade. Each first Summie rer 15 , the two output signals of two structurally integrated photo receivers 7 a, 7 b are supplied, the first output signal is not inverted (positive sign) and the second output signal is inverted (negative sign). The results from the first summers 15 , which correspond to a differential formation to compensate for interfering influences against one another, are each supplied in pairs to the second, downstream summer 16 , likewise with opposite signs for forming the difference. The outputs from the second summers 16 are each connected to an input of a switch 17 which, depending on the state of the horizontal / vertical position signals h, v, outputs the output of one of the second summers 16, either for the horizontal or the vertical measuring arrangement, in parallel with one another Window comparators or threshold comparators 18 performed . These determine whether the switched signal of one of the two summers 16 lies in their respective value range window; in such a case - linked to one of the position signals h, v by means of further AND gates 14 - the active output signal of the corresponding window comparator 18 is used to control an assigned lighting unit either for the horizontal or the vertical position area.
Befindet sich beispielsweise eine der Libellen 2 in einer waagrechten Lage I gemäß Fig. 3, ergeben sich gemäß obigen Ausführungen an den Ausgängen zweier miteinander verknüpf ter, erster Summierer 15 einander gleiche Differenzbeträge, die sich beim nachgeschalteten zweiten Summierer 16 gegen einander aufheben. Infolgedessen wird der Fensterkompera tor-Anordnung 18 ein betragsmäßig gegen "0" gehendes Signal durchgeschaltet, was beispielsweise der mittlere Fenster komperator SW 3 aufgrund seiner eingestellten oberen und unteren Schwellwerte detektiert und entsprechend die ihm zugeordnete mittlere Leuchteinheit 3 entweder für waag rechte oder lotrechte Ausmessung zum Leuchten bringt. Befindet sich gemäß Fig. 3 die Libelle in der geneigten Stellung II, ergibt sich am Ausgang des zweiten Summierers 16 ein von Null verschiedenes Signal, dessen Größe bzw. Betrag von einem "äußeren" Fensterkomperator SW 1 oder SW 5 als in seinem Wertebereich liegend identifiziert wird. Dieser aktiviert daraufhin die ihm zugeordnete äußere Leuchteinheit, welche dem Benutzer die extreme Schräg stellung anzeigt. Dieser kann darauf hin durch Annäherung an die waagrechte Lage reagieren, zu der er dann durch Aufleuchten einer der Leuchteinheiten, die der mittleren benachbart sind, geführt wird.If, for example, one of the vials 2 is in a horizontal position I according to FIG. 3, according to the above statements, at the outputs of two interlinked first summers 15, the same difference amounts result, which cancel each other out in the downstream second summator 16 . As a result, the window comparator arrangement 18 is switched through in terms of amount to a "0" signal, which, for example, the middle window comparator SW 3 detects on the basis of its set upper and lower threshold values and, accordingly, the middle lighting unit 3 assigned to it either for horizontal or vertical measurement Lights up. Is located according to FIG. 3, the bubble in the inclined position II, a non-zero signal whose magnitude or amount produced at the output of the second summer 16 of an "outer" window comparator SW 1 or SW 5 identified as lying in its range of values becomes. This then activates the external lighting unit assigned to it, which shows the user the extreme inclination. The latter can then respond by approaching the horizontal position, to which it is then led by lighting up one of the lighting units which are adjacent to the middle one.
Die Verknüpfung der Ausgangssignale der Fotoempfänger 7 ist nicht auf das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann nach Fig. 8 mit den Ausgangssignalen eine sogenannte "Kreuzverkopplung" stattfinden: Die Aus gangssignale von baulich integrierten Fotoempfänger-Paaren 7a, 7b werden nicht untereinander, sondern mit je einem Ausgangssignal anderer baulich integrierter Fotoempfänger vorzugsweise in Differenzbildung an den ersten Summierern 15 verknüpft. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal eines Fotoempfängers 7a, das in ein erstes Fotoempfängerpaar integriert ist, wird einem ersten Summierer 15 mit positi vem Vorzeichen zugeführt; das Ausgangssignal eines zweiten Fotoempfängers 7b, welches in ein anderes, an der Libelle 2 beabstandet angeordnetes Fotoempfängerpaar integriert ist, wird in den selben ersten Summierer 15 mit negativem Vor zeichen eingegeben. Die Verarbeitung des Ausgänge der ersten Summierer 15 erfolgt entsprechend Fig. 7.The combination of the output signals of the photo receivers 7 is not limited to the exemplary embodiment shown in FIG. 7. Thus, according to FIG 8 with the output signals a so-called "cross-coupling" takes place. The OFF output signals of structurally integrated photo receiver pairs 7 a, 7 b are not each other, but with one output signal of other structurally integrated photoreceiver preferably in difference to the first summers 15 linked. In other words, the output signal of a photo receiver 7 a, which is integrated in a first pair of photo receivers, is fed to a first summer 15 with a positive sign; the output signal of a second photo receiver 7 b, which is integrated in another, at the level 2 arranged spaced photo receiver pair, is entered in the same first summer 15 with a negative sign before. The processing of the outputs of the first summers 15 takes place in accordance with FIG. 7.
Die schaltungstechnische Realisierung der Summierer 15, 16 kann durch Differenzverstärker, insbesondere Operations verstärker, die der UND-Gatter durch hintereinander geschaltete Analogschalter erfolgen. Zur Verwirklichung der Fotosender und/oder Fotoempfänger eignen sich Lumineszenz bzw. lichtempfindliche Dioden.The circuitry-related implementation of the summers 15 , 16 can be done by differential amplifiers, in particular operational amplifiers, which the AND gate is made by analog switches connected in series. Luminescence or light-sensitive diodes are suitable for realizing the photo transmitter and / or photo receiver.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |