Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstandsanzeige nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Insbesondere dient die Erfindung der Füllstandsmessung von Flugzeugtanks.
Zur Füllstandsmessung von Flugzeugtanks existieren verschiedene Methoden. Bei
diesen Methoden werden beispielsweise Schwimmer, kapazitive Sonden oder Ultraschall
verwendet, um die Höhe des Treibstoffs im Tank zu messen. Aus der gemessenen
Höhe läßt sich dann bei bekannter Treibstoffdichte, Tankgeometrie und
Flughöhe die Treibstoffmasse berechnen.
Der Nachteil dieser Methoden besteht darin, daß sie alle elektrische Übertragungsvorrichtungen
zur Informationsübertragung zu einer Prozessoreinheit und einer Anzeigevorrichtung
benötigen. Die Verwendung elektrischer Übertragungsvorrichtungen
und der damit verbundenen Kabel wirft die Probleme der elektromagnetischen
Verträglichkeit und Interferenz auf. Bei der Verwendung kapazitiver Sonden sind
außerdem abgeschirmte Kabel notwendig, deren hohes Gewicht speziell bei Flugzeugen
von Nachteil ist.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Füllstandsanzeige so auszubilden, daß sie ohne
elektrische Übertragungsvorrichtungen funktioniert.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden, unter Bezugnahme auf
die Zeichnung, näher erläutert. Diese zeigt eine schematische, perspektivische Draufsicht
auf das System.
Die Vorrichtung beinhaltet drei optische Drucksensoren 1, 2 und 3, welche an verschiedenen
Stellen innerhalb eines Kraftstofftanks 10 eines Flugzeugs angebracht
sind. Die Ausgangssignale der Sensoren 1, 2 und 3 werden über Lichtwellenleiter 11,
12 und 13 einer Prozessoreinheit 20 zugeführt. Der Prozessoreinheit 20 wird außerdem
das Ausgangssignal eines dreiachsigen Beschleunigungsmeßgeräts 21 zugeführt.
Dieses Signal entspricht dem lokalen Beschleunigungsvektor im Bereich des Tanks
10. Zusätzlich wird der Prozessoreinheit 20 das Ausgangssignal eines Drucksensors
24 zugeführt, welcher innerhalb des Tanks 10 über dem Treibstoffpegel montiert
ist. Dieses Ausgangssignal führt der Prozessoreinheit 20 Information über den atmosphärischen
Druck zu. Der Drucksensor 24 kann an beliebiger Stelle im Bereich
des Tanks außerhalb des Treibstoffs montiert sein. Die Prozessoreinheit 20 erhält
schließlich aus einem Speicher 22 Informationen über die innere Geometrie des Tanks
10 und über die Montageorte der Sensoren. Aus der Gesamtheit dieser Eingangssinformationen
berechnet die Prozessoreinheit 20 die Treibstoffmasse und erzeugt ein
dieser Treibstoffmasse entsprechendes Ausgangssignal, welches einer Anzeigevorrichtung
23 zugeführt wird.
Die optischen Drucksensoren 1, 2 und 3 können verschieden aufgebaut sein, beispielsweise
als indirekte Sensoren, bei welchen eine in Verbindung mit einem Lichtstrahl
stehende Membran durch Druck deformiert wird. Bei direkten Sensoren verändert
die an ein optisches Element angelegte Kraft unmittelbar deren Transmissions-,
Polarisations- oder andere meßbare Eigenschaften. Bei optischen Biegesensoren
führen Mikroverbiegungen entlang der Achse eines Lichtwellenleiters wegen der Modenkopplung
zwischen Kern und Mantel des Lichtwellenleiters zu meßbaren Verlusten.
Bei Doppelbrechungssensoren führt eine äußere Kraft zu einer Spannung im
Lichtwellenleiter und damit zur Doppelbrechung, wobei sich die Brechungsindexdifferenz
zwischen beiden Moden ändert.
Die Sensoren 1, 2 und 3 sind vorzugsweise alle von gleicher Bauart, damit sie sich
bei Änderungen des Drucks oder anderer Umwelteinflüsse gleichartig verhalten.
Der erste Sensor 1 befindet sich am Boden 14 des Tanks 10 und liefert von dort aus
Daten. Der zweite Sensor 2 ist bezüglich jeder der drei Hauptachsen x, y und z vom
ersten Sensor 1 entfernt montiert. Hierbei ist z die Vertikale und x und y hierzu und
zueinander senkrecht stehende Achsen. Der dritte Sensor 3 ist auf ähnliche Weise
bezüglich all dieser Achsen (x, y, z) vom ersten und zweiten Sensor 1 und 2 entfernt
montiert. Die drei Sensoren 1, 2 und 3 bilden eine Ebene, welche gegenüber der
Grundfläche des Tanks 10 geneigt ist. Dabei ist jeder Sensor in einer anderen Tiefe
unterhalb des Treibstoffpegels, wenn dieser parallel zum Tankboden 14 ist. Dies
ist der Normalzustand, der sich bei ruhendem oder gleichförmig bewegten Tank
einstellt. Die Sensoren 2 und 3 können an vertikalen Stützen montiert sein, welche
auch als Teile der Kabel 12 und 13 fungieren können. Dies ist in der Zeichnung nicht
dargestellt.
Im Flugbetrieb ist die Oberfläche des Treibstoffpegels im allgemeinen nicht parallel
zum Boden 14 des Tanks 10, sondern senkrecht zum lokalen Beschleunigungsvektor
A auf den Treibstoff. Der Beschleunigungsvektor A ist abhängig von Größe
und Orientierung des lokalen Erdbeschleunigungsvektors und von der Bewegung des
Flugzeugs. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 21 entspricht also der
Orientierung der Treibstoffoberfläche.
Der Druck bei jedem der Sensoren 1, 2 und 3 hängt von der Treibstoffmasse oberhalb
dieses Sensors und von der Beschleunigung ab. Die Treibstoffmasse hängt wiederum
von der Füllhöhe und der Dichte des Treibstoffs ab. Der Prozessoreinheit 20 werden
die Ausgangssignale der drei Sensoren 1, 2 und 3 und des Beschleunigungsmeßgeräts
21 zugeführt, woraus diese die Lage der Treibstoffoberfläche errechnet. Der Speicher
22 enthält Informationen über die innere Geometrie des Tanks 10, insbesondere über
die Tankquerschnitte in jeder der drei Ebenen, welche jeweils zwei der drei Sensoren
1, 2 und 3 enthalten und senkrecht zur Treibstoffoberfläche im Normalzustand sind.
Im Treibstofftank 10 kann ein Dichtesensor 25 eingebaut sein, dessen Ausgangssignal
ein Maß für die Dichte des Treibstoffs darstellt und der Prozessoreinheit 20
zugeführt wird, so daß die Treibstoffdichte bei der Berechnung berücksichtigt werden
kann. Alternativ hierzu kann die Treibstoffdichte beim Tanken in die Prozessoreinheit
20 eingegeben werden. In diesem Fall ist vorzugsweise ein Temperatursensor 26
im Bereich des Treibstoffs vorhanden, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Temperatur
darstellt und der Prozessoreinheit 20 zur Temperaturkompensation zugeführt
wird.
Mit diesen Informationen ist die Prozessoreinheit 20 in der Lage, die Masse bzw.
das Volumen des im Treibstofftank 10 vorhandenen Treibstoffs zu berechnen und
ein entsprechendes Ausgangssignal zur Verfügung zu stellen.
In den meisten Flugzeugen sind mehrere Treibstofftanks vorhanden, welche jeweils
mit einem eigenen Satz Sensoren auszustatten sind. Die Prozessoreinheit 20 kann
entweder den Treibstoffinhalt eines jeden Einzeltanks oder einen Gesamtwert ausgeben.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können auch mehr als drei
Sensoren, beispielsweise vier Sensoren, eingesetzt werden. Bei Verwendung von vier
Sensoren können vier Datensätze verarbeitet werden, welche sich aus den vier verschiedenen
Kombinationen aller drei Sensoren ergeben, im Gegensatz zu dem einen
Datensatz, der sich aus der Verwendung von drei Sensoren ergibt. Mit Hilfe von vier
Sensoren ist es beispielsweise bei in Flügeln angebrachten Tanks möglich, die Verbiegung
des Tanks, welche sich aus der Verbiegung des Flügels während des Fliegens
ergibt, zu messen und zu kompensieren, was einer Verbesserung der Anzeigegenauigkeit
dient.
Die erfindungsgemäße Füllstandsanzeige ist nicht auf die Verwendung zur Messung
des Treibstoffpegels oder zum Einsatz in Flugzeugen beschränkt. Das Fehlen
jeglicher elektrischer Leitungen bei den Sensoren hat bei allen Anwendungen mit
entflammbaren Flüssigkeiten große Vorteile. Die Robustheit, das geringe Gewicht
und die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sind besondere
Vorteile beim Einsatz in Flugzeugen.