DE3247192C2 - Faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung verfügt über einen ersten einer Lichtquelle (2) zugeordneten Lichtwellenleiter (3) und einen zweiten einem Lichtdetektor (1) zugeordneten Lichtwellenleiter (4). Die beiden Enden der Lichtwellenleiter (3, 4) sind über einen transparenten Verbindungskörper (7) verbunden. Der Verbindungskörper koppelt einen Teil des Lichtes vom Lichtwellenleiter (3) in den Lichtwellenleiter (4). Die übergeleitete Lichtintensität hängt vom Reflexionsverhalten des Verbindungskörpers (7) ab. Je nach dem ob der Verbindungskörper (7) in die Flüssigkeit eintaucht oder nicht, wird weniger oder mehr Licht in den Lichtwellenleiter (4) gekoppelt und am Detektor (1) gemessen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, deren jeweils von der Lichtquelle und dem Lichtdetektor wegweisenden Enden über einen Sensor in Gestalt eines optisch durchlässigen Körpers verbunden sind, der einen Teil des Lichtes vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter überkoppelt.
• Bei einer derartigen, aus der DE-AS 11 18 480 bekannten Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung ist der Sensor aus einem V-förmigen Kunststoffkörper hergestellt, an den einstückig zwei starre Lichtwellenleiter angeformt sind. Die mit der Flüssigkeit je nach dem Flüssigkeitsstand in Berührung kommenden V-förmig aufeinander zulaufenden Oberflächen sind bei der bekannten Vorrichtung so ausgerichtet, daß das von der Lichtquelle kommende und in den optisch durchlässigen Körper gelangende Licht nach zweimaliger Reflexion an den Oberflächen zum Lichtdetektor gelangt. Die Ausrichtung der reflektierenden Oberflächen muß dabei so getroffen sein, daß nach den Gesetzen der Strahlenoptik ein Überkoppeln des Lichtes aus dem ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter stattfinden kann.
• In der GB-PS 15 18 492 ist eine Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung beschrieben, deren optisch durchlässiger Körper in seinen Abmessungen ebenfalls so gestaltet ist, daß nach den Gesetzen der Strahlenoptik eine Lichtbündelumlenkung um insgesamt 180 Grad erfolgen kann. Dazu ist der Sensor dieser Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung aus Glas oder Kunststoff mit zwei polierten winklig zueinander zugeordneten Flächen versehen, um für möglichst viele Lichtstrahlen die Reflexionsbedingungen zu erfüllen. Wird der Winkel zwischen den beiden Flächen zu klein oder zu groß, kann jedoch aufgrund der strahlenoptischen Gesetze keine Umlenkung des in den durchlässigen Körper eingestrahlten Lichtes mehr erfolgen.
• Bei einem in dem DE-GM 82 14 766 beschriebenen Niveaufühler für Flüssigkeiten sind die Enden zweier Lichtwellenleiter durch eine abgeknickte Stelle im Lichtwellenleiter selbst miteinander verbunden. Dabei dienen verhältnismäßig kleine Bereiche in der Spitze als Reflexionszonen, um insgesamt eine Lichtumlenkung vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter zu bewirken. Dies führt jedoch dazu, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Lichtes in den zweiten Lichtwellenleiter gelangt und daß die Beeinflussung des Lichtes bzw. dessen Auskopplung nur innerhalb verhältnismäßig kleiner Oberflächenbereiche möglich ist.
• Aus dem DE-GM 82 13 878 ist ein Niveaufühler für unter Druck stehende Flüssigkeiten bekannt, bei dem ein einziger Lichtwellenleiter entlang eines U-förmigen Weges in einem Druckbehälter verlegt ist. In den Lichtwellenleiter eingearbeitete Kerben bilden eine Reflexionszone zur Flüssigkeitsniveaumessung, in dem diese eine abgestufte Reflexion und damit die Fixierung mehrerer Schaltpunkte ermöglichen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung zu schaffen, die es gestattet, als Sensorkörper einen Körper beliebiger Gestalt zu verwenden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der optisch durchlässige Körper ein optischer Streukörper ist, in dem das vom ersten Lichtwellenleiter eingespeiste Lichtbündel in alle Richtungen gestreut wird.
• Dadurch, daß der optisch durchlässige Körper gleichzeitig als optisch streuender Körper ausgebildet ist, wird das aus dem ersten Lichtwellenleiter austretende Licht im Streukörper in alle Richtungen gestreut und gelangt somit zu allen Stellen auf der Oberfläche des Streukörpers. Dies bewirkt eine Gleichverteilung des eingespeisten Lichtes auf alle Oberflächenbereiche, so daß alle Oberflächenbereiche dazu beitragen können, die Lichtüberkopplung in den zweiten Lichtwellenleiter zu beeinflussen. Dabei kann die Form des Streukörpers von der idealen Form eines Prismas mit polierten Stellen abweichen und insbesondere auch kugelförmig oder tropfenförmig sein, ohne daß eine durch die Strahlenoptik vorgegebene kritische Form für den optisch durchlässigen Körper eingehalten werden zu braucht.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der eine einzige Figur umfassenden Zeichnung näher erläutert, aus der das Funktionsprinzip eines faseroptischen Koppelsensors ebenfalls entnehmbar ist.
• Das Licht einer beliebigen Lichtquelle 2 wird teilweise in einen ersten Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt und durch diesen an den Meßort geleitet. Am Ende des Lichtwellenleiters 3 ist ein optisch durchlässiger Körper 7 angebracht, der den ersten Lichtwellenleiter 3 mit einem zweiten Lichtwellenleiter 4 verbindet. Der Körper 7 hat einerseits die Aufgabe, einen Teil des Lichtes vom Lichtwellenleiter 3 in den Lichtwellenleiter 4 zu übertragen. Dies kann einerseits ohne Umwege durch Reflexion an der Oberfläche des Körpers 7 geschehen. Der Teil des Lichtes, der schließlich in den Lichtwellenleiter 4 reflektiert wird, gelangt zu einem Lichtdetektor 1 und wird dort in ein elektrisches Signal umgesetzt. Die Menge des reflektierten Lichtes hängt bei einer vorgegebenen Anordnung von der Brechzahl des den Körper 7 umgebenden Mediums 6 ab. Da die Brechzahl von Flüssigkeiten stets größer als die von Gasen ist, wird im eingetauchten Zustand weniger Licht in den Lichtwellenleiter 4 gekoppelt als im trockenen Zustand. Zweckmäßigerweise wird die Oberflächenform und der Körper 7 so gestaltet, daß eine große Änderung zwischen eingetauchtem und trockenem Zustand bewirkt wird.
• Der optisch durchlässige Körper 7 ist nicht volltransparent, sondern ein optisch streuender Körper 7. Aus diesem Grunde wird das über den Lichtwellenleiter 3 in den optisch durchlässigen Körper 7 oder Streukörper eingespeiste Licht in diesem in alle Richtungen gestreut, so daß neben dem in der Zeichnung dargestellten Lichtweg noch viele weitere Lichtwege auftreten, die jedoch zur Vermeidung einer Überlastung der Zeichnung in dieser weggelassen sind. Die Lichtmenge, die nach zahlreichen Streuvorgängen in dem als Streukörper dienenden Körper 7 in den Lichtwellenleiter 4 gelangt, hängt vom Reflexionsgrad der Körperoberfläche ab, der durch die Brechzahl des umgebenden Mediums gegeben ist, das im nichteingetauchten Zustand ein Gas und im eingetauchten Zustand ein flüssiges Medium 6 ist.

Claims (1)

1. Faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, deren jeweils von der Lichtquelle und dem Lichtdetektor wegweisenden Enden über einen Sensor in Gestalt eines optisch durchlässigen Körpers verbunden sind, der einen Teil des Lichtes vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter überkoppelt, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch durchlässige Körper (7) ein optischer Streukörper ist, in dem das vom ersten Lichtwellenleiter (3) eingespeiste Lichtbündel in alle Richtungen gestreut wird.