DE69432948T2

DE69432948T2 - Optischer Flüssigkeitspegelfühler und Diskriminator

Info

Publication number: DE69432948T2
Application number: DE69432948T
Authority: DE
Inventors: Sylvester Michael Charlotte Ellinger; Bruce Robert Starksboro Kline
Original assignee: Simmonds Precision Products Inc
Current assignee: Simmonds Precision Products Inc
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: EP0658749A3; EP0658749B1; EP0658749A2; CA2138235A1; DE69432948D1; US5534708A; CA2138235C

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen optische Sensoren für Fluids. Insbesondere betrifft die Erfindung optische Sensoren des Typs, der zur Fluidpegelerkennung verwendet wird und in der Lage ist zwischen verschiedenen Fluidtypen zu unterscheiden.
Optische Fluidpunktpegelsensoren sind bekannt, derartige Sensoren verwenden üblicherweise ein Prisma mit einer konischen Spitze. Das Prisma ist für einen Lichtstrahl durchlässig, der von einer Lichtquelle (beispielsweise eine LED) in das Prisma ausgesandt wird. Das Licht läuft durch das Prisma in Richtung einer Fläche der konischen Spitze und fällt unter einem bestimmbaren Einfallswinkel auf die Fläche. Das Prisma besteht aus einem Material, das einen derartigen Brechungsindex aufweist, daß ein kritischer Einfallswinkel existiert, unter dem sämtliches Licht intern auf eine andere Fläche und zurück zu einem Photodetektor, beispielsweise einem Phototransistor, reflektiert wird. Ob eine derartige interne Reflexion eintritt, hängt vom Brechungsindex des Fluids, dem die konische Spitze ausgesetzt ist, und dem Einfallswinkel ab. Der kritische Winkel ist durch die folgende Gleichung definiert: θc = sin–1(n2/n1) Gl. 1wobei n₂ den Brechungsindex des Fluids und n₁ den Brechungsindex der konischen Spitze des Prismas ist. Für Luft ist n₂= 1,00 und für Glas ist n₁= 1,50. Daher beträgt für eine vollständige interne Reflexion der kritische Winkel bezogen auf Luft etwa 42°. Wenn die konische Spitze zum Vergleich Wasser als dem Fluid ausgesetzt ist, beträgt der Brechungsindex von Wasser 1,33. der kritische Winkel für die totale interne Reflexion bezogen auf Wasser beträgt ungefähr 62,5°.
Indem die konischen Flächen derart ausgebildet werden, daß das durch diese transmittierte Licht unter 45° einfällt, erfolgt eine totale interne Reflexion des Lichts (im folgenden "TIR" genannt), wenn die konische Spitze Luft ausgesetzt ist (da 45° größer als der kritische Winkel von 42° einer Glas/Luft-Grenzfläche ist), jedoch erfolgt keine TIR, wenn die konische Spitze Wasser ausgesetzt ist (da 45° kleiner als der kritische Winkel von 62,5° bei einer Glas/Wasser-Grenzfläche ist). Durch Anordnen eines Lichtdetektors zum Empfangen des intern reflektierten Lichts kann das Prisma als Punktpegeldetektor für den Wasserpegel verwendet werden. Das transmittierte Licht, das nicht intern reflektiert wird, wird bekanntermaßen in das Fluid gebrochen.
Es sei darauf hingewiesen, daß für das Auftreten von TIR der Brechungsindex der konischen Spitze größer ist als der Brechungsindex sämtlicher Fluids, die zu erkennen sind (in diesem Fall Luft und Wasser).
Ein derartiger prismatischer Sensor kann ebenfalls zum Erkennen einer Flugzeugtreibstoff/Luft-Grenzfläche verwendet werden, wenn das Prismamaterial mit einem höheren Brechungsindex versehen ist, beispielsweise 1,65, da der Brechungsindex des Treibstoffs im Bereich von 1,4 bis 1,5 liegt. Es ist bekannt, derartige Sensoren für die Treibstoffpegelerkennung durch Erkennen der Grenzfläche zwischen Ausdehnungsraum und Treibstoff bei verschiedenen Pegeln eines Treibstofftanks zu verwenden.
Ein bedeutendes Problem bei Flugzeugtreibstofftanks, insbesondere bei großen Passagierflugzeugen, die in großen Höhen über längere Zeiträume fliegen, ist das Ansammeln von freiem Wasser am Boden des Tanks. Dieses freie Wasser kann die Leistung von Kapazitanz-Treibstoffmengensensoren nachteilig beeinflussen, obwohl ein derartiges abweichendes Verhalten als Warnung dienen kann, daß sich Wasser im Tank sammelt. Üblicherweise werden Tanksümpfe geöffnet, um das Wasser aus den Tanks abzulassen. Die meisten Flugzeuge haben ferner Absaugpumpen zum Mischen des Wassers mit dem Treibstoff und zum Abbrennen desselben vor dem Ansammeln einer größeren Menge.
Freies Wasser wird fortlaufend in den Treibstofftanks gebildet. Während des Steigflugs kühlt sich der Treibstoff ab und Wasser wird aus der Lösung gefällt. Während des Sinkflugs wird ferner feuchte Luft in die Tanks gesogen und es entsteht Kondensation auf der Oberfläche des Treibstoffs und gekühlten Bauteilen.
Die Treibstofftanks derartiger Flugzeuge können mehrere Stunden nach dem Landen unter 0°C bleiben. Infolgedessen friert das freie Wasser und die Absaugpumpen und Sümpfe sind unwirksam. Selbst nach dem Tanken kann das Eis über lange Zeiträume weiter existieren. Kurze Pausen und inkorrekte Treibstofflagerung und Tankvorgänge an abgelegenen Stellen können sogar zum Beladen des Flugzeugs mit noch mehr freiem Wasser führen.
Herkömmliche optische Fluidpegelsensoren, wie zuvor beschrieben, sind unter derartigen Umständen ineffektiv, da die Grenzfläche zwischen den Prisma und dem Wasser keine TIR bewirkt. Daher kann Wasser im Tank von derartigen Sensoren als Treibstoff fehlinterpretiert werden.
Ein weiterer erheblicher Nachteil bekannter optischer Sensoren ist, daß die in jedem Sensor enthaltene Elektronik sehr empfindlich auf Betriebstemperaturen und elektromagnetische Interferenzen reagiert, wodurch zusätzliche Schaltungen für Temperaturausgleich und Filterung erforderlich sind.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen optischen Sensor für die Fluidpegelertassung zu schaffen, der zwischen Luft, Treibstoff und Wasser unterscheiden kann und vorzugsweise einen stabilen Betrieb über einen weiten Betriebstemperaturbereich aufweist.
Überblick über die Erfindung
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Treibstofftank vorgesehen, mit: einem ersten Prisma zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle zu einem Lichtdetektor, wenn das erste Prisma Luft ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor weg, wenn das erste Prisma Treibstoff oder Wasser ausgesetzt ist; und einem zweiten Prisma zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle zu einem Lichtdetektor, wenn das zweite Prisma Wasser ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor weg, wenn das zweite Prisma Treibstoff ausgesetzt ist.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung Verfahren zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Treibstofftank mit den folgenden Schritten vorgesehen: Verwenden eines ersten Prismas zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle zu einem Lichtdetektor, wenn das Prisma Luft ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor weg, wenn das Prisma Treibstoff oder Wasser ausgesetzt ist; und Verwenden eines zweiten Prismas zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle zu einem Lichtdetektor, wenn das zweite Prisma Wasser ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor weg, wenn das zweite Prisma Treibstoff ausgesetzt ist.
Diese und andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und der besten Art der Ausführung der Erfindung in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild eines optischen Punktpegeltreibstoffsensors und einer Schaltung zum Abfragen eines derartigen Sensors, wobei diese Anordnung nicht der Erfindung entspricht;
2A und 2B zeigen vereinfachte schematische Darstellungen eines optischen Luft/Treibstoff-Sensors zur Verwendung mit der Vorrichtung von 1, welcher nicht der Endung entspricht;
3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Doppelprisma-Treibstoffpegelsensors;
4 zeigt eine vergrößerte detailliertere Darstellung eines zur Verwendung mit dem Doppelprisma-Ausführungsbeispiel geeigneten Wasser/Treibstoff-Diskriminators;
5 zeigt ein schematisches elektrisches Diagramm einer zur Verwendung mit dem Doppelprisma-Ausführungsbeispiel nach 3 geeigneten Sensorschaltung;
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer zur Verwendung mit der Erfindung geeigneten Detektorschaltung; und
7 zeigt verschiedene beispielhafte Betriebsbedingungen und Laststrompegel für das Ausführungsbeispiel nach 5.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die 1, 2A und 2B zeigen eine nicht erfindungsgemäße erste optische Punktpegelsensorvorrichtung für Fluid in einem Tank. Eine derartige Vorrichtung ist besonders zum Erkennen von Fluidpegeln in Flugzeugtreibstofftanks geeignet.
Die erste Vorrichtung weist eine optische Sensoranordnung 12 und eine Detektorschaltung 14 auf, die zum Versorgen des Sensors 12 mit Energie und zum Bestimmen der Sensorausgangsbedingungen dient. Nach der Vorrichtung von 1 können sämtliche Teile, die dem Sensor 12 zugeordnet sind (in der mit "Sensoranordnung" bezeichneten Box enthalten) in einem einzigen Gehäuse 16 untergebracht sein. Es sei darauf hingewiesen, daß nur zwei Drähte oder Leiter 18, 20 erforderlich sind, um die Schaltung 14 mit der Sensorschaltung 16 zu verbinden. Wie in 1 dargestellt können diese Drähte als verdrilltes Paar vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit für elektromagnetische Interferenz (EMI) zu verringern. Die beiden Drähte 18, 20 dienen sowohl dem Einkoppeln elektrischer Energie in den Sensor 12, als auch dem Einkoppeln von Daten oder Signalen entsprechend dem Sensorausgang zurück in die Schaltung 14. Das Rauschen in dem verdrillten Paar kann durch Verwenden vom EMI-Filtern 22 unterdrückt werden, beispielsweise der Teile-Nr. 1270-016 von Murata.
Die Sensoranordnung 12 ist in einem Flüssigkeitstank, wie einem (nicht dargestellten) Flugzeugtreibstofftank, beispielsweise durch Anbringen des Gehäuses 16 am Boden des Tanks angeordnet. Die Detektorschaltung 14 kann entfernt davon mit anderen elektronischen Einrichtungen des Flugzeugs, wie beispielsweise der Treibstoffkontrollelektronik, angeordnet sein
Die optischen Elemente der Sensoranordnung 12 sind vereinfacht in 2A und 2B dargestellt. Der Sensor 12 weist eine Lichtquelle 24, beispielsweise eine LED, und einen Lichtdetektor 26, wie einen Phototransistor, auf. Am Gehäuse 16 (in den 2A, B nicht dargestellt) ist ein Prisma 28 angebracht, das die genannte konische Spitze 30 mit 45° Winkel aufweist. In diesem Fall dient der Sensor dem Unterscheiden von Luft und Treibstoff, so daß der Punktpegel der Treibstoff/Luft-Grenzfläche in einem Treibstofftank erkannt werden kann. Es können Kollimationslinsen verwendet werden, um die optische Kopplung zwischen den Photo-Vorrichtungen 24, 26 und dem Prisma zu verbessern. Das Prisma besteht vorzugsweise aus Polyethersulfon, das unter der Handelsbezeichnung RADEL A von Bronze and Plastics Specialties erhältlich ist und einen Brechungsindex von ungefähr 1,65 aufweist. Dieses Material ist für Treibstofftankanwendungen gut geeignet, da es mit Flugzeugtreibstoff kompatibel ist und einen Brechungsindex hat, der höher als der Brechungsindex des Treibstoffs ist, der üblicherweise ungefähr 1,43 beträgt. Das Material hat eine Transmissivität von ungefähr 73% bei 930 nm, wodurch es zur Verwendung mit Standard-LED- und Phototransistorvorrichtungen geeignet ist. Polyethersulfon ist maschinell bearbeitbar und formbar, um die konische Spitze 30 auf herkömmliche Weise zu formen.
Der Optikbereich der Sensoranordnung 12 arbeitet unkompliziert. Die 2A und 2B zeigen die zugrundeliegenden Prinzipien für zwei Bedingungen. Unter der in 2A dargestellten Bedingung ist die konische Spitze 30 Treibstoff (oder allgemeiner einem Fluid mit einem gegenüber Luft höheren, jedoch gegenüber dem Prisma niedrigeren Brechungsindex) ausgesetzt. Die LED 24 emittiert einen Lichtstrahl 32, so daß der Strahl auf eine erste Fläche 30a unter einem Winkel von ungefähr 45° fällt. Da der kritische Winkel für die Treibstoff/Prisma-Grenzfläche größer als 45° ist, wird der größte Teil des Lichts des einfallenden Strahls in den Treibstoff gebrochen. Vorzugsweise hat der transmittierte Strahl 32 eine Strahlbreite oder Ausbreitung (in 2A ist dieser Winkel mit ungefähr 20° dargestellt, so daß ein Teil des auf die erste Fläche 30a fallenden Lichts auf eine zweite Fläche 30b der konischen Spitze 30 reflektiert werden kann, wo es in den Treibstoff übergeht. Im wesentlichen kein oder nur sehr wenig Licht kehrt zum Phototransistor 26 zurück.
Die Verwendung eines transmittierten Lichtstrahls mit einer Strahlaufweitung von, in diesem Fall, 20° verringert die Empfindlichkeit des Sensors 12 für Resttreibstofftröpfchen, die an den konischen Flächen haften können. Andere Strahlaufweitungen, wie beispielsweise 10°, können je nach der besonderen Anwendung ebenfalls geeignet sein. Wenn die Lichtquelle eine LED ist, kann die Strahlaufweitung durch den Entwickler basierend auf der ge wählten Vorrichtung gewählt werden, beispielsweise einer Vorrichtung, die eine Linse aufweist, um die gewünschte Strahlaufweitung zu schaffen, wie dem Fachmann bekannt.
Die LED und der Phototransistor sind in dem Gehäuse 16 derart angeordnet, daß eine gute optische Kopplung zwischen den Photovorrichtungen und dem Prisma besteht. Beispielsweise kann die der Photovorrichtung benachbarte Prismafläche 30c poliert sein und die Photovorrichtungen können nahe dieser Fläche montiert sein.
Im Fall der 2B ist die konische Spitze Luft ausgesetzt. Da der kritische Winkel für die Luft/Prisma-Grenzfläche kleiner als 45° ist, wird praktisch der gesamte Lichtstrahl durch TIR intern zum Phototransistor 26 zurück reflektiert wie schematisch durch die Pfeile in 2B dargestellt. Somit kann der Punktpegel der Treibstoffoberfläche 34 durch Überwachen des Betriebs des Phototransistors 26 erkannt werden.
Unter elektrischen Gesichtspunkten sind, wie in 1 dargestellt, die LED 24 und der Phototransistor 26 Teil einer Sensorschaltung 36, die von der Detektorschaltung 14 abgefragt werden kann.
Auf die Sensorschaltung 36 kann durch entfernte Elektronik, beispielsweise die Detektorschaltung 14, durch eine einfache Doppelkabelverbindung zugegriffen werden. Dies erfolgt im allgemeinen durch Ausbilden der Sensorschaltung 36 als variable Stromlast, die als Funktion des Ein/Aus-Zustand des Phototransistors 26 variiert.
Die Kabel 18, 20 können mit der Sensorschaltung an den Eingangsanschlußknoten 38, 40 verbunden werden.
Ein Rauschunterdrückungskondensator 42 ist über die Eingangsknoten 38, 40 zur verbesserten Rauschunempfindlichkeit angeschlossen. Die LED (D1) 24 ist in Reihe mit einem ersten Widerstand R2 über die Anschlüsse 38, 40 verbunden. Der Widerstand R2 begrenzt den Stromfluß durch die vorwärts vorgespannte Diode 24, wenn die Diode Licht emittiert. In diesem Beispiel ist der Wert von R2 derart gewählt, daß der vorwärts vorgespannte Strom durch die Diaode 24 ungefähr 7 mA beträgt (wobei eine Vorspannung an den Eingangsknoten 38, 40 von ungefähr 6 Volt angenommen wird).
Der Phototransistor 26 ist in Reihe mit einem Kollektorwiderstand R3 und einem Emiiterwiderstand R4 zwischen den Eingangsknoten 38, 40 verbunden. Ein MOSFET-Transistor 44 ist als Schalter ausgebildet, um den Laststrom der Schaltung 16 zu erhöhen, wenn der Phototransistor 26 aktiv wird. Der Wert des Widerstands R4 ist derart gewählt, daß bei abgeschaltetem Phototransistor 26 (entsprechend einem nassen Zustand der konischen Spitze 30, wie beispielsweise in 2A dargestellt), liegt die Gate-Spannung des FET 44 niedriger als die Gate-Source-Schwellenspannung und die FET Vorrichtung ist inaktiv.
Wenn der Phototransistor 26 aktiv wird (was einem trockenen Zustand der konischen Spitze 30 entspricht, wie in beispielsweise 2B dargestellt), erzeugt der Phototransistor einen Ausgangsstrom von ungefähr 300–400 μA. Dieser Strom reicht aus, um eine Spannung am Widerstand R4 zu erzeugen, welche die Gate-Source-Schwellenspannung des FET 44 übersteigt, wodurch der FET eingeschaltet wird. Der FET wird unter diesen Bedingungen aktiv und zieht ungefähr 3 mA (bei einer Vorspannung von 6 Volt an den Knoten 38, 40) ab, so daß die Gesamtlast der Sensorschaltung auf ungefähr 10 mA ansteigt.
Der Differentiallaststrom von 3 mA, der von der Sensorschaltung 12 zwischen dem nassen und dem trockenen Zustand erzeugt wird, wird von der Detektorschaltung 14 erkannt. Die Detektorschaltung 14 erzeugt ein Ausgangssignal, das den nassen/trockenen Zustand der Sensoranordnung angibt.
Die Detektorschaltung 14 der Vorrichtung nach 1 weist eine Konstantspannungsquelle 46 auf, die als Operationsverstärker ausgebildet ist, der als in bekannter Weise als Spannungsfolgen konfiguriert ist. Ein Stromerfassungswiderstand 48 ist in Reihe zwischen dem Verstärkerausgang der Spannungsquelle 46 und einem Knoten 49 verbunden, der mit dem positiven Eingangsknoten 38 der Sensorschaltung 36 durch eines der Kabel 18 des verdrillten Paars verbunden ist. Die Spannung am Knoten 49 ist eine durch den Betrieb der Spannungsquelle 46 feste Referenzspannung. Eine Zener-Diode 50 dient der Verhinderung von Überspannung durch Blitzeinschlag oder Kurzschluss.
Die Detektorschaltung weist ferner eine Komparatorschaltung 52 auf. Der nicht-invertierende Eingang (+) des Komparators 52 ist mit einem Widerstandsteilerknoten 54 an der Verbindung zweier Vorspannungswiderstände 56, 58 verbunden. Der invertierende Eingang (–) des Komparators 52 ist mit der Festspannungsseite des Stromerfassungswiderstands 48 verbunden. Die Widerstände 56, 58 sind derart gewählt, daß der Schwellenwert des Komparators 52 nominell symmetrisch um den Konstantspannungsquellenausgang am Knoten 49 ist. (Nicht dargestellte) Kondensatoren mit geringen Werten können an den Eingängen des Komparators 52 vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit beim Treibstoffspritzen oder bei kurzen elektrischen Übergangszuständen zu verringern, jedoch ist deren Verwendung nicht erforderlich. Es sei darauf hingewiesen, daß die Detektorschaltung 14 nach 1 Variationen des Ausgangs der Konstantstromquelle am Knoten 38 kompensiert.
Die Schaltung 14 weist zwei zusätzliche Komparatorschaltungen 120 und 122 auf. Der Komparator 120 dient einem Ausschaltzustand-Selbsttest und der Komparator 122 dient einem Kurzschlußzustand-Selbsttest. Es sei darauf hingewiesen, daß die Selbsttestkomparatoren mit einer Detektorschal tung verwendet werden können, wie sie in Zusammenhang mit 6 dargestellt und beschrieben ist.
Der Ausschalttest erfolgt durch das geeignete Vorspannen des Komparators 120. Wie erwähnt weist die Sensorschaltung 36 einen minimalen Laststrom von im vorliegenden Fall ungefähr 7 mA auf. Daher ist der Komparator 120 zum Überwachen der Spannung am Stromertassungswiderstand 48 und zum Verändern des Zustands von high nach low konfiguriert, wenn der Laststrom unter eine vorbestimmte Toleranz von beispielsweise 5 mA fällt. Die Toleranz kann als Funktion des erwarteten schlechtesten Laststromzustands für die Photodiode 24 eingestellt werden. Ein übermäßig niedriger Laststrom ist ein Anzeichen einer möglichen offenen Schaltung oder eines ähnlichen Fehlers im verdrillten Paar 18, 20 oder der Sensorschaltung.
Der Kurzschlußtest erfolgt durch geeignetes Vorspannen des Komparators 122. Wie erwähnt hat die Sensorschaltung 36 einen Laststrom, der an seinem Maximum durch den von der Photodiode 24 und dem Schalt-FET 44 abgezogenen Strom definiert werden kann. Für die Sensorschaltung in 1 beträgt das Maximum des Laststroms ungefähr 10 mA. Der Komparator 122 ist daher derart konfiguriert, daß er die Spannung am Stromertassungswiderstand 48 überwacht und den Zustand von high nach low verändert, wenn der Laststrom eine gegebene Toleranz von beispielsweise 15 mA übersteigt. Die Toleranz kann als Funktion der erwarteten schlechtesten Laststrombedingung für die Photodiode und den MOSFET Schalter eingestellt werden.
Die Detektorschaltung 14 kann ferner eine Reihe von Logikgattern 124 aufweisen, die wie gezeigt konfiguriert sind und die Ausgänge der verschiedenen Komparatoren 52, 120 und 122 logisch kombinieren, um Ausgänge zu erzeugen, welche die Selbsttestfunktionen und die Sensorausgänge angeben.
Wenn der Sensor 12 "nass" ist, beträgt der Laststrom der Sensorschaltung 36 wie erwähnt ungefähr 7 mA, während er im "trockenen" Zustand ungefähr 10 mA beträgt. Der Stromerfassungswiderstand 48 ist derart gewählt, daß bei einem Laststrom von 7 mA (nasser Sensor), der Ausgang des Komparators 52 logisch low ist, da der nicht-invertierende Eingang unterhalb des invertierenden Eingangs vorgespannt ist; und wenn der Laststrom 10 mA beträgt (trockener Sensor), ist der Ausgang des Komparators 52 logisch high, da die Spannung am nicht-invertierenden Eingang, aufgrund des erhöhten Laststroms über den invertierenden Eingang steigt. Die Detektorschaltung 14 liefert somit ein Ausgangssignal (logisch high und low), das dem optischen Ausgang des Sensors 12 entspricht (TIR und keine TIR).
Für die beschriebene Vorrichtung ist eine geeignete LED-Vorrichtung die Teilenr. SE5455-003 erhältlich von Honeywell und ein geeigneter Phototransistor ist die Teilenr. SD5443-003 ebenfalls erhältlich von Honeywell. Eine geeignete Vorrichtung für den MOSFET 44 ist die Teilenr. JANTX2N6661 erhältlich von Motorola. Andere beispielhafte Teilewerte sind in den schematischen Darstellungen der verschiedenen Figuren angegeben, wobei diese Werte entsprechend den jeweiligen Anwendungen gewählt werden.
Das Design der Sensorschaltung weist eine inhärente Temperaturstabilität auf. Bekanntermaßen weisen die Photovorrichtungen 24, 26 erhebliche Temperaturempfindlichkeit auf, und insbesondere die LED-Energie nimmt mit dem Anstieg der Temperatur ab, während der Ausgangsstrom des Phototransistors mit der Temperatur zunimmt. Der FET 44 ist jedoch auch temperaturempfindlich, wobei die Schwellenspannung mit der Temperatur steigt. Die temperaturbedingten Veränderungen des FET und des Phototransistors führen zu einem Ausgleich der möglicherweise verschlechterten Leistung der LED durch Temperatur. Der Endeffekt der temperaturbedingten Veränderungen der drei Vorrichtungen ist, daß die Leistung der Sensorschaltung durch weitreichende Veränderungen im Betriebstemperaturbereich weniger beeinträchtigt ist.
Der konische Punktdetektor aus Polyethersulfon und die zugehörigen Schaltungen sind daher für die Erkennung einer Treibstoff/Luft-Grenzfläche, beispielsweise für einen Flüssigkeitspunktpegelsensor, geeignet. Da jedoch der Brechungsindex von Wasser ungefähr gleich dem von Treibstoff ist, wird der konische 45°-Sensor zum Erkennen von Wasser im Treibstofftank nicht verwendet.
Um Wasser von Treibstoff zu unterscheiden, sieht die Erfindung eine Doppelprismasensorvorrichtung 60 vor, wie sie in 3 dargestellt ist. Die Doppelprismavorrichtung weist einen ersten optischen Sensor 12' auf, der beispielsweise im wesentlichen gleich dem zuvor beschriebenen Sensor 12 sein kann. Der Sensor 12' dient somit der Erkennung einer Treibstoff/Luft-Grenzschicht basierend auf einerTIR, die auftritt, wenn die konische Sensorspitze 30' trocken ist, und welche Licht in den Treibstoff bricht, wenn die Spitze nass ist. Die Sensorelektronik (siehe 5) für den Sensor 12' ist im wesentlichen gleich derjenigen des Ausführungsbeispiels nach 1 (ausgenommen des Laststromwerts, wenn der FET Schalter aktiv wird).
Die Vorrichtung 60 weist ferner einen zweiten optischen Sensor 62 auf. In 4 sind exemplarische Abmessungen angegeben (wie auch in 2B). dieser optische Sensor kann zum Unterscheiden zwischen Wasser und Treibstoff dienen (und falls gewünscht auch zum Erkennen einer Luft/Treibstoff-Grenzfläche). Wie in 4 genauer dargestellt, ist der Sensor 62 dem konischen Sensor 12' ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Spitze 64 eine Kegelstumpfform hat. Die kegelstumpfförmige Spitze weist somit drei reflektierende Flächen 64a, 64b und 64c auf, wobei die Fläche 64b im wesentlichen flach ist. Eine LED 66 und ein Phototransistor 68 können optisch mit dem kegelstumpfförmigen Prisma 64 ähnlich wie bei der LED und dem Phototransistor des konischen Sensors 12 gekoppelt werden. Wie in 3 dargestellt kann das Prisma in einem Treibstofftank mittels eines Gehäuses 70 ange ordnet werden, das an einer Tankwand angebracht werden kann. Das Gehäuse 70 schließt geeigneterweise auch die Sensorelektronik 60 ein (5).
Wie in 3 dargestellt ist bei einer oberflächenmontierten Vorrichtung 60 der Luft/Treibstoff-Sensor 12' axial und geringfügig kürzer als der Wasser/Treibstoff-Sensor 62, so daß er Luft vor dem zweiten Sensor 62 erkennt. Dies dient der Vermeidung von Ambiguitäten an einer Luft/Treibstoff-Grenzfläche, da der zweite Sensor 62 auf die gleiche Weise Luft erkennt, wie er Wasser erkennt, d. h. es tritt TIR auf, wenn der Kegelstumpf Luft oder Wasser ausgesetzt ist. Somit kann die Doppelprismavorrichtung zum Unterscheiden zwischen Wasser/Treibstoff/Luft-Grenzflächen an den Prismenspitzen verwendet werden. Wenn die Vorrichtung an der Unterseite angebracht wird, ist der Sensor 12' vorzugsweise etwas länger als der Sensor 62, um die Ambiguität zu vermeiden.
Das kegelstumpfförmige Prisma 62 kann ebenfalls aus Polyethersulfon bestehen. Die konische Fläche ist mit einem Winkel von 55° (bezogen auf die horizontale Achse gemäß 4) ausgebildet. Dies ergibt einen Einfallswinkel in Bezug auf den Mittelstrahl 72 von 55°, der größer als der kritische Winkel des Prismas ist, wenn dieses Wasser ausgesetzt ist. Daher tritt eine TIR auf, wenn der Kegelstumpf Wasser (oder Luft) ausgesetzt ist, und Licht wird zum Phototransistor 68 zurück reflektiert. Wenn der Kegelstumpf Treibstoff ausgesetzt ist, tritt im wesentlichen sämtliches Licht aus dem Prisma 62 in den Treibstoff aus. Die flache Fläche 64b kann beispielsweise mit Nass/Trocken-Papier mit einer Körnung von 400 geschnitten und anschließend mit 15 Mikrometer und 3 Mikrometer Polierscheiben poliert werden. Die konische Fläche 64a/c kann auf bekannte Weise maschinell bearbeitet und dampfpoliert werden. Für eine optimale Leistung sollte die Fläche 64b parallel zur Fläche 65 verlaufen. Der an dem Übergang zwischen der Fläche 64b und der konischen Fläche 64a,c gebildete Winkel sollte ebenfalls sehr spitz mit minimaler Rundung sein.
Der Sensor 62 erkennt nicht nur flüssiges Wasser, sondern zeigt auch TIR, wenn das Wasser am Boden des Treibstofftanks gefroren ist. Die Verwendung eines weiten Lichtstrahls, beispielsweise der zuvor beschriebenen 20° Lichtaufweitung, verringert die Empfindlichkeit des Sensors 62 für Eisansammlung und Resttreibstoff an der Sensorspitze 64. wenn sich glattes Eis auf der Fläche bildet, wird Licht von der Außenfläche des Eises zurück zum Phototransistor reflektiert. Jedoch ist die Bildung von rauhem Eis bei einer Treibstofftankanwendung häufiger und führt zu wesentlich weniger Reflexion. Die breite Strahlaufweitung unterstützt die Verringerung der Empfindlichkeit für diese Eisbildung. Der kegelstumpfförmige Sensor unterscheidet daher genau Wasser und Eis von Treibstoff.
Obwohl der kegelstumpfförmige Sensor 62 Wasser von Treibstoff unterscheiden kann, bewirkt er für Luft auch TIR. Der konische Sensor 12' dient daher zur Bestimmung, ob der Sensor 62 TIR aufgrund von Wasser oder Luft aufweist.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensorschaltung 74 für die Doppelprismavorrichtung. Diese Schaltung weist dahingehend ähnliche Merkmale auf wie die Schaltung 36 der 1, daß ein Zugriff über eine Verbindung aus lediglich zwei Kabeln erfolgen kann und daß der Zustand des Sensors als Funktion des von der Schaltung 74 abgezogenen Laststroms erkannt wird. Gleiche Teile sind mit dem selben Bezugszeichen gefolgt von einem Index (') bezeichnet.
Die Schaltung 74 weist somit zwei Anschlußknoten 38' und 40' auf. Die LED 66 und 24' sind in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 76 verbunden. Wenn keiner der Sensoren 12', 62 TIR zeigt, ziehen die Dioden 66, 24' ungefähr 9,5 mA Strom ab (ausgehend von einer Versorgungsspannung von ungefähr 7,5 VDC).
Die Kegelstumpfsensorschaltung 74a weist einen Phototransistor 68 auf, der wie dargestellt über die Eingangsknoten 38', 40' in Reihe mit zwei Vorspannungswiderständen 78, 80 verbunden ist. Ein erster MOSFET 81 ist mit seinem Gate am Emitter des Phototransistors 68 angeschlossen. Der Emittervorspannungswiderstand 80 ist derart gewählt, daß der FET 81 nicht aktiv werden kann, wenn der Phototransistor 68 inaktiv ist. Ein Strombegrenzungswiderstand 82 ist in Reihe zwischen dem Drain und dem positiven Knoten 38' verbunden. Die Source des FET 81 ist mit dem Rückführknoten 40' verbunden.
Der optische Ausgang des Phototransistors 26' wird von einer Schaltung 74b erkannt, die im wesentlichen gleich der Sensorschaltung 36 in 1 ist. Der Phototransistor 26' ist mit einem Kollektorwiderstand 83 und einem Emitterwiderstand 84 verbunden. Der Phototransistoremitter ist ferner mit dem Gate eines zweiten MOSFET 85 verbunden. Der MOSFET Drain 85 ist mit dem positiven Eingangsknoten 38' durch einen Widerstand 86 verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Kegelsensorschaltung 74b einen Drainwiderstand 86 von 1 kOhm verwendet, während die Schaltung 74a einen Widerstand von 2 kOhm verwendet (wie dies die der entsprechenden Schaltung in 1 der Fall ist). Dies erfolgt derart, daß die durch das Einschalten des zweiten FET Schalters 85 bewirkte Veränderung des Laststroms das Doppelte der Veränderung des Laststroms beträgt, welche das Einschalten des ersten FET Schalters 81 bewirkt.
Die Schaltungen 74a und 74b arbeiten im wesentlichen auf die selbe Weise wie die Schaltung 36 in 1, mit Ausnahme der tatsächlichen Laststromwerte. Somit bewirken die FET Schalter 81, 85 eine Laststromveränderung, die den Ausgangszustand der jeweiligen Phototransistoren 68, 26' wiedergeben.
Ein verdrilltes Kabelpaar 18', 20' kann zum Verbinden der Schaltung 74 mit einer in 6 dargestellten und im folgenden beschriebenen Detektorschaltung verwendet werden.
Die Schaltung der 5 arbeitet derart, daß vier verschiedene Laststrompegel in Abhängigkeit von den Ausgangszuständen der optischen Sensoren 12' und 62 erzeugt werden. Die Schaltung 74 ist eine Schaltung mit zwei Anschlüssen, die nur zwei Kabel zur Verbindung erfordert und durch eine Detektorschaltung der in Zusammenhang mit 6 dargestellten und beschriebenen Ausbildung aktiviert werden kann. Dementsprechend ist eine Spannungsquelle von beispielsweise ungefähr 7,5 Volt über die Eingangsknoten 38' und 40' angeschlossen.
Wie in den 5 und 7 dargestellt weisen, wenn beide Sensoren 12' und 62 Luft ausgesetzt sind (wie in 7A dargestellt), beide Sensoren TIR auf und bewirken einen Maximalen Laststrom von der Schaltung 74. Die FET Schalter 81, 85 werden beide eingeschaltet, so daß der gesamte Laststrom ungefähr der Summe aus dem von den LED 24', 66 abgezogenen Strom (etwa 9,5 mA), dem vom ersten FET 81 abgezogenen Strom (etwa 3 mA) und dem vom zweiten FET 85 abgezogenen Strom (ungefähr 6 mA) entspricht. Wie in 7A angemerkt, ist der Laststrom für beide Sensoren, wenn sie Luft ausgesetzt sind, ungefähr 18,6 mA.
Wenn der konische Sensor 12' Luft ausgesetzt ist, der kegelstumpfförmige Sensor 62 jedoch Treibstoff ausgesetzt ist (7B), ist der erste FET Schalter 81 aus und der zweite FET Schalter 85 ist ein, wodurch ein Gesamtlaststrom von ungefähr 15,6 mA erzeugt wird.
Wenn beide Sensoren 12', 62 Treibstoff ausgesetzt sind (7C), sind beide FET Schalter 81, 85 aus, so daß der Laststrom minimal oder ungefähr 9,5 mA ist, wobei die LED 66, 24' eingeschaltet sind.
Wenn der konische Sensor 12' Treibstoff ausgesetzt ist, die Spitze des kegelstumpfförmigen Sensors 62 jedoch Wasser ausgesetzt ist (7D), ist der erste FET Schalter 81 ein, da der Sensor 62 TIR zeigt. Der zweite FET Schalter 85 ist aus, da Wasser eine Lichtbrechung durch den Sensor verursacht und TIR verhindert. Der Gesamtlaststrom beträgt somit ungefähr 12,6 mA.
Wenn beide Sensoren 12', 62 Wasser ausgesetzt sind (7E), beträgt der Laststrom ebenfalls 12,6 mA.
Die Doppelsensoranordnung nach 5 liefert vier Laststrompegel, von denen jeder einer einzigartigen Bedingung entspricht, so daß festgestellt werden kann, ob die Sensoren Luft, Treibstoff oder Wasser ausgesetzt sind.
6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Detektorschaltung 90 zum Erkennen der verschiedenen Lastströme der Schaltung 74. Diese Detektorschaltung 90 erkennt die verschiedenen Lastströme der Sensorschaltung 74 (5) auf eine der Detektorschaltung 14 der 1 in etwa ähnliche Weise. Daher dienen gleiche Bezugszeichen zuzüglich eines Index (') zur Bezeichnung gleicher Teile.
Die Schaltung 90 weist eine Konstantspannungsquelle 46' auf, die in diesem Fall zum Erzeugen eines festen Ausgangs von 7,5 VDC an einem Referenzknoten 91 ausgebildet ist. Diese Referenzspannung ist mit dem Eingangsknoten 38' der Sensoranordnungsschaltung 74 (5) verbunden.
Ein Laststromertassungswiderstand 48' ist zwischen dem Ausgang 97b der Spannungsquellenverstärker 46' und dem Referenzknoten 91 angeordnet.
Die Referenzspannung am Knoten 91 wird in den nicht-invertierenden Eingang (+) eines Luft/Flüssigkeit-Komparators 92 und den invertierenden Eingang (–) eines Treibstoff/Wasser-Komparators 94 eingegeben.
Der invertierende Eingang (–) des Komparators 92 ist mit einem Verbindungsknoten 95 eines Widerstandsteilernetzwerks verbunden, das einen ersten Widerstand 96, der mit dem Laststromsensorwiderstand 48' am Knoten 97 verbunden ist, und einen zweiten Widerstand 98 aufweist, der mit der Rückführung verbunden ist. Auf diese Weise variiert der invertierende Eingang des Komparators 92 in Abhängigkeit vom Laststrom.
Auf ähnliche Weise ist der nicht-invertierende Eingang des Komparators 94 mit einem Verbindungsknoten 100 eines anderen Widerstandsteilernetzwerks verbunden, das einen Widerstand 102 aufweist, der mit dem Laststromerfassungswiderstandsknoten 97 und einem anderen, mit der Rückführung verbundenen Widerstand 104 verbunden ist. Der nicht-invertierende Eingang des Komparators 94 variiert somit in Abhängigkeit vom Laststrom.
Die Widerstandswerte für das Teilernetzwerk 96, 98 sind derart gewählt, daß der Komparator 92 den Ausgangszustand von high nach low ändert, wenn der Laststrom ungefähr 14 mA übersteigt, was beispielsweise der Fall ist; wenn der konische Sensor 12' Luft ausgesetzt ist, der kegelstumpfförmige Sensor 62 jedoch Treibstoff ausgesetzt ist. Wenn der Ausgang des Komparators 92 sinkt, schaltet er eine Lampe 106 ein, die angibt, daß der konische Sensor Luft ausgesetzt ist.
Die Widerstandswerte für das Teilernetzwerk 102, 104 sind derart gewählt, daß der Komparator 94 den Ausgangszustand von high nach low ändert, wenn der Laststrom geringer als ungefähr 11 mA ist, was beispielsweise auftritt, wenn beide Sensoren Treibstoff ausgesetzt sind. Wenn der Ausgang des Komparators 94 low ist, wird eine Lampe 110 eingeschaltet, die das Vorhandensein von Treibstoff angibt.
Die Ausgänge der Komparatoren 92, 94 werden von einem weiteren Komparator 108 logisch kombiniert, der einen Ausgang erzeugt, der das Vorhan densein von Wasser angibt. Wenn der Komparatorausgang low ist, wird eine WASSER-Lampe 112 eingeschaltet.
Der Betrieb der Schaltung nach 6 ist am besten in Zusammenhang mit der 7 zu verstehen. Wenn beide optischen Sensoren 12', 62 Luft ausgesetzt sind (7A), beträgt der Laststrom ungefähr 18,6 mA, so daß der Ausgang des Komparators 92 low (LUFT-Lampe 106 ist eingeschaltet) und der Ausgang des Komparators 94 high ist (TREIBSTOFF-Lampe ist ausgeschaltet). Der Ausgang des Komparators 108 ist ebenfalls high und die WASSER-Lampe 112 ist ausgeschaltet.
Wenn der konische Sensor Luft ausgesetzt ist, der kegelstumpfförmige Sensor jedoch Treibstoff ausgesetzt ist (7B), beträgt der Laststrom ungefähr 15,6 mA. In diesem Fall ist der Ausgang des Komparators 92 low (die LUFT-Lampe 106 ist eingeschaltet) und der Ausgang des Komparators 94 ist high (TREIBSTOFF-Lampe 110 ist ausgeschaltet). Somit ist der Ausgang des Komparators 108 high und die WASSER-Lampe 112 ist ausgeschaltet.
Wenn beide Sensoren Treibstoff ausgesetzt sind (7C), beträgt der Laststrom ungefähr 9,5 mA und der Ausgang des Komparators 92 ist high (LUFT-Lampe 106 ist ausgeschaltet) und der Ausgang des Komparators 94 ist low (TREIBSTOFF-Lampe 110 ist eingeschaltet). Der Ausgang des Komparators 108 ist high.
Wenn die kegelstumpfförmige Sensor 62 Wasser ausgesetzt ist und der konische Sensor Wasser oder Treibstoff ausgesetzt ist (7D und 7E), beträgt der Laststrom ungefähr 12,6 mA, so daß der Ausgang des Komparators 92 high ist (die LUFT-Lampe 106 ist ausgeschaltet) und der Ausgang des Komparators 94 ist high (TREIBSTOFF-Lampe 110 ist ausgeschaltet). In diesem Fall ist der Ausgang des Komparators 108 low, so daß die WASSER-Lampe 112 eingeschaltet ist.
Zwar ist dies nicht in 6 dargestellt, jedoch kann die Detektorschaltung 90 ferner mit Selbsttestfähigkeit durch die Verwendung zusätzlicher Komparatoren ausgestattet sein, wie zuvor in Bezug auf 1 beschrieben. Beispielsweise könnte ein Ausschaltzustandsselbsttest durch Verwendung eines Komparators umgesetzt werden, der basierend auf dem erwarteten schlechtesten Fall des von den LED abgezogenen Stroms erkennt, wenn der Laststrom unter einen Mindestpegel fällt. Ein Kurzschlusstest könnte durch Verwenden eines anderen Komparators realisiert werden, der einen exzessiven Laststrom erkennt, basierend auf dem erwarteten schlechtesten Fall des Laststroms, wenn sämtliche LED und FET Schalter eingeschaltet sind.
Dem Fachmann ist des weiteren ersichtlich, daß die optischen Sensoren ebenfalls in einem visuellen Sensormodus verwendet werden können. Beispielsweise kann die Basis des Kegelstumpfs visuell überwacht werden, um das Vorhandensein von Wasser zu erkennen. Umgebungslicht, das auf die Basis des Kegels fällt, wird an den Betrachter zurück reflektiert, wenn der Kegel von Luft oder Wasser umgeben ist, und wird gestreut, wenn der Kegel von Treibstoff umgeben ist. Das Licht an der Basis kann entweder natürliches Licht während Tageslichtstunden oder bei Dunkelheit Licht einer Quelle, beispielsweise eines Blitzlichts, sein. Die Differenz des Lichtkontrasts von Wasser und Treibstoff, wie vom Betrachter gesehen, beträgt ungefähr 100 zu 1. Die Basis des Kegels bei Vorhandensein von Wasser erscheint als Ringform, wobei die Seitenwände doppelt so hell sind wie die flache Oberseite, da Licht von der kegelstumpfförmigen Fläche zwei mal reflektiert wird. Der Kegel kann direkt in die Basis oder Seite des Tanks geschraubt werden. Kommerzielle Flugzeuge weisen ein umschlossenes Ablassventil im tiefsten Teil des Treibstofftanks auf. Der Kegel kann neben dem Ventil angebracht sein. Das optimale Prisma für die visuelle Beobachtung hat einen Winkel von 55° bei Polyethersulfon und einen Oberseitendurchmesser von 0,25 Inch. Die Höhe ist durch die zu erfassende Wassertiefe bestimmt. Bei der optimalen Ausführung umfaßt die Ringform die gesamte Seitenwand.
Der Sensor 12 und die Sensorschaltung 14 können beispielsweise auch als direkter, zwei Anschlüsse aufweisender Ersatz für einen Thermistorwulst-Treibstoffpegeldetektor verwendet werden. Die Mehrzahl der gegenwärtig verwendeten Treibstoffpegelsensoren sind Thermistorwülste, die üblicherweise auf ungefähr 50 mA vorgespannt sind und im trockenen Zustand eine Oberflächentemperatur von ungefähr 175° C bei einer Betriebsumgebung von 70° haben. Der Widerstand des Thermistorwulsts beträgt üblicherweise 90 Ohm im nassen Zustand und 60 Ohm im trockenen Zustand. Die hier für die Interfaceelektronik zum konischen Punktsensor beschriebenen Schaltungen können den Thermistorwulst simulieren und sind mit bestehenden Thermistorwulstsensoren austauschbar.
Das Sensorinterface mit zwei Anschlüssen ist mit einer Anzahl von Detektorinterfaces kompatibel. Ein wesentlicher Vorteil des optischen Sensors ist die Betriebstemperatur, die maximal 10°C über der Betriebsumgebung liegt. Thermistorwülste haben andere Probleme außer einer Betriebstemperatur nahe dem Treibstoffzündpunkt, beispielsweise langsame Reaktionszeiten, Beschaffungsschwierigkeiten, da sie für die jeweilige Anwendung speziell in geringen Zahlen hergestellt werden, wodurch sie kostspielig sind, und niedrige EMI-Pegel.
Die Erfindung wurde unter besonderer Bezugnahme auf ihre Verwendung in Flugzeugtreibstofftanks beschrieben, jedoch ist diese Beschreibung beispielhaft und sollte nicht einschränkend verstanden werden. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß die Vorteile und der Nutzen der Erfindung auch bei anderen Anwendungen erreicht werden können.
Die Erfindung wurde in Bezug auf die Verwendung der Detektorschaltung in Kombination mit zwei optischen Fluidpegeldetektoren (5) beschrieben, jedoch ist dem Fachmann ersichtlich, daß jede Anzahl optischer Detektoren in Kombination mit der Detektorschaltung verwendet werden kann. Die einfache Verwendung zusätzlicher Komparatorschaltungen, die zum Erkennen unterschiedlicher Laststromveränderungen ausgelegt sind, ermöglicht die Verwendung des Zwei-Kabel-Interface für eine große Anzahl von optischen Fluidpegeldetektoren, wobei jeder optische Detektor eine erkennbare Laststromveränderung basierend auf seinen Ausgangsbedingungen verursacht. Es kann beispielsweise eine Anzahl optischer Detektoren zum Erkennen von Fluidpegeln bei verschiedenen Höhen in einem Tank verwendet werden.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben und dargestellt, jedoch dient dies Illustrationszwecken, nicht jedoch der Eingrenzung, und andere Varianten und Modifikationen der gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann im durch die Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung ersichtlich.

Claims

Vorrichtung zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Treibstofftank, mit: – einem ersten Prisma (28') zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle (24') zu einem Lichtdetektor (26'), wenn das erste Prisma (28') Luft ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor (26') weg, wenn das erste Prisma (28') Treibstoff oder Wasser ausgesetzt ist; und – einem zweiten Prisma (64) zum internen Reflektieren von. Licht von einer Lichtquelle (66) zu einem Lichtdetektor (68), wenn das zweite Prisma (64) Wasser ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor (68) weg, wenn das zweite Prisma (64) Treibstoff ausgesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: – einer ersten Lichtquelle (24') und einem ersten Lichtdetektor (26'), die derart positioniert sind, daß von der ersten Lichtquelle (24') kommendes Licht vom ersten Prisma (28') intern zum ersten Lichtdetektor (26') reflektiert wird, wenn das erste Prisma (28') Luft ausgesetzt ist, und daß von der ersten Lichtquelle (24') kommendes Licht vom ersten Lichtdetektor (26') weg gebrochen wird, wenn das erste Prisma (28') Treibstoff oder Wasser ausgesetzt ist; – einer zweiten Lichtquelle (60) und einem zweiten Lichtdetektor (68), die derart positioniert sind, daß von der zweiten Lichtquelle (66) kommendes Licht vom zweiten Prisma (64) intern zum zweiten Lichtdetektor (68) reflektiert wird, wenn das erste Prisma Wasser ausgesetzt ist, und daß von der zweiten Lichtquelle (66) kommendes Licht vom zweiten Lichtdetektor (68) weg gebrochen wird, wenn das zweite Prisma (64) Treibstoff ausgesetzt ist; und – einer Schaltungseinrichtung (74, 90) zum Feststellen, ob jedes, das erste und das zweite Prisma (28', 64) eine Reflexion oder eine Refraktion ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das zweite Prisma (64) innere Totalreflexion zeigt, wenn das zweite Prisma einer Eisbildung auf dem Prisma ausgesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der Licht in das zweite Prisma (64) mit einem Weitwinkelstrahl geleitet wird, um die innere Totalreflexion zu vereinfachen, wenn Eisbildung auf dem Prisma auftritt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Strahlaufweitungswinkel ungefähr 20° und mehr beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das erste Prisma (28') in einem Treibstofftank angeordnet ist, um eine Luft/Treibstoff-Grenzfläche zu erkennen, bevor das zweite Prisma (64) eine Luft/Treibstoff-Grenzfläche erkennt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das erste Prisma (28') eine konische Kontur und das zweite Prisma (64) eine kegelstumpfförmige Kontur hat.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Prismen (28', 64) Polyethersulfon aufweisen.
Verfahren zum Erkennen von Flüssigkeit in einem Treibstofftank mit den folgenden Schritten: a. Verwenden eines ersten Prismas (28') zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle (24') zu einem Lichtdetektor (26'), wenn das Prisma (28') Luft ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor (26') weg, wenn das Prisma (28') Treibstoff oder Wasser ausgesetzt ist; und b. Verwenden eines zweiten Prismas (64) zum internen Reflektieren von Licht von einer Lichtquelle (66) zu einem Lichtdetektor (68), wenn das zweite Prisma (64) Wasser ausgesetzt ist, und zum Brechen von Licht vom Detektor (68) weg, wenn das zweite Prisma (64) Treibstoff ausgesetzt ist.