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WO2015127957A1 - Filling level sensor and method for determining a filling level - Google Patents

Filling level sensor and method for determining a filling level Download PDF

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Publication number
WO2015127957A1
WO2015127957A1 PCT/EP2014/053622 EP2014053622W WO2015127957A1 WO 2015127957 A1 WO2015127957 A1 WO 2015127957A1 EP 2014053622 W EP2014053622 W EP 2014053622W WO 2015127957 A1 WO2015127957 A1 WO 2015127957A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
toothing
fluid
signal
teeth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/053622
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Dürr
Herbert Schorb
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2014/053622 priority Critical patent/WO2015127957A1/en
Publication of WO2015127957A1 publication Critical patent/WO2015127957A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • G01F23/292Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels

Definitions

  • the invention relates to a fill level sensor comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement with a light input arranged at a first end of the optical waveguide arrangement and a light exit arranged at a second end of the optical waveguide arrangement, wherein a sensor area between the light entrance and the light exit is designed such that a light signal is changed in its intensity on the way from the light input to the light output as a function of a fluid surrounding the sensor region at least partially.
  • the invention relates to a method for determining the level of a fluid in a container, wherein by means of a signal generator generates a light signal and a light input of a longitudinally extending optical fiber array is supplied, wherein the light signal guided in the optical fiber assembly and along a sensor area on the way to a light output in response to a sensor region at least partially surrounding fluid is changed in intensity.
  • Level measurement using level sensors is a constant problem for level sensor designers, especially in the case of reactive or pressurized fluids.
  • Previously known approaches such. Sight glasses, floats, radioactivity, ultrasound, have the following disadvantages:
  • a method and a device for level measurement in a closed container is known.
  • a disadvantage of the known method is, if in a container with a level sensor once a liquid with a first refractive index is to be measured and on the other a liquid with a second refractive index to be measured, this can not be done without a recalibration.
  • such a container is available for gasoline from different manufacturers, it being known that different manufacturers color their gasolines differently colored.
  • the object of the present invention to provide a level sensor which exhibits an invariance against a refractive index change of the liquid to be measured.
  • the object is achieved for the level sensor mentioned above in that the optical waveguide arrangement has a longitudinally extending support between the light entrance and the light exit, which enables a first signal path for the light signal and the sensor area of the light guide arrangement is designed as a longitudinally extending toothing wherein the toothing has at least one intermediate space into which the fluid can penetrate, wherein a second signal path is formed by means of formations of the toothing and via the fluid which has penetrated into the at least one intermediate space.
  • the additional second signal path preferably runs parallel to the first signal path, at least in sections parallel to the first signal path. It does not mean "parallel" mandatory geometrically parallel, but rather in the sense of a parallel connection of the two signal paths to understand.
  • a measuring principle to be applied to the level sensor is based on a measurement of the intensity attenuation of a
  • Light beam or a light signal over the length of a suitably designed component for example in the form of a comb.
  • the comb would then consist of transparent material, with a support of the comb having a significantly poorer conductivity for the light than the tines of the comb.
  • the fluid collects on the bottom of the container and begins to wet the comb or the level sensor.
  • the light beam or the light signal it is additionally possible for the light beam or the light signal to take a path with less attenuation to the carrier via the wetted tines and their interstices (phase boundaries fixed - liquid - fixed, results in a smaller one) Refractive index difference).
  • the second signal path created in the wetted case increases the light intensity at the lower end of the filling level sensor.
  • the teeth, teeth or prongs are designed like a hammer.
  • the hammer-shaped teeth, teeth or prongs are formed integrally with the carrier, and an array of protruding Stems form, each of the stems having a base in the region of the carrier and a head at the opposite end of the stem to the carrier.
  • a head has a first end face and a second end face, wherein the heads are arranged such that the second end face of a head in each case faces the first face of a head following in the longitudinal direction of the light guide arrangement a transition is formed for the light signal.
  • End face each form two facing wetting surfaces for the fluid, wherein the end faces are designed such that a drainage of the fluid is favored.
  • the wetting surfaces of the teeth, tines or tines may be designed, for example, convex or conical or coated with Teflon or hydrophobin, whereby a drainage of the fluid from the wetting surfaces due to the surface tension is forced, which prevents incorrect measurements.
  • the surface of the toothing can be coated with an opaque layer or an inwardly reflecting layer except for the wetting surfaces, preferably the respective end faces, teeth, teeth or prongs.
  • the first and the last face in the overall structure should preferably also be coated with an opaque layer.
  • Increased absorption or increased attenuation for the light signal in the carrier can be achieved by introducing bubbles into the carrier material. A roughening of the surface or a laser treatment of the carrier material leads to a higher attenuation for the light signal.
  • Bonding the teeth, teeth or prongs of a transparent material with an opaque carrier leads to a similar effect.
  • each quantization step is characterized by several simultaneous wetting processes.
  • a slight axial offset of the tines of this arrangement would further improve the resolution. Therefore, it is a special design, if a further longitudinally extending second toothing is arranged on the carrier, preferably a further third toothing, preferably a fourth toothing.
  • the distances of the teeth are to be chosen to the center smaller than the distances of the teeth, which are arranged more to the ends. It is also advantageous if a further longitudinally extending second toothing is arranged on the carrier, which has an axial offset from the first toothing.
  • Light output is divided into a first output and a second output, wherein the first output is connected to the second end of the second end towards hammer-shaped tooth, tine or prong and the second output at the second end of the longitudinally extending Trä - ger is arranged.
  • the first output is connected to the second end of the second end towards hammer-shaped tooth, tine or prong and the second output at the second end of the longitudinally extending Trä - ger is arranged.
  • discrete measured values are used to determine the filling level, the number of which results from the number of intermediate spaces and thus a measured value is assigned to each intermediate space, as a result of which the filling level is calculated as a function of the spaces filled with fluid.
  • Formula (4) suggests to metrologically determine both ⁇ ⁇ and I L. In principle, however, it is also possible to couple the static intensity ⁇ ⁇ and the fluid-side intensity I L and to determine the total optical intensity via an optical sum output.
  • the invention will be explained in more detail with reference to embodiments and a drawing.
  • the drawings show in detail in a schematic representation:
  • FIG. 1 shows a container with fill level sensor
  • FIG. 1 shows a further alternative embodiment of a fill level sensor with a plurality of teeth
  • FIG 7 shows a step-shaped measured value diagram.
  • a fill level sensor 1 comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement 2 having a light input 10 arranged at a first end 3 of the light waveguide arrangement 2 and a light output 20 arranged at a second end 4 of the light waveguide arrangement 2 is shown.
  • a sensor region 5 between the light input 10 and the light output 20 is designed as a toothing with a first tooth ZI to an eighth tooth Z8.
  • Z1, ..., Z8 are arranged on a support 6.
  • the longitudinally extending support 6 enables a first signal path S 1 (see also FIG. 3) for the light signal S fed in via the signal input 10.
  • the sensor portion 5 of the light guide assembly 2 is designed as a longitudinally extending toothing, the toothing has spaces Z, in which a fluid F can penetrate, via the teeth Z1, ..., Z8 of the teeth and A second signal path S2 (see FIG. 3) arises via the fluid F which has penetrated into the interspaces Z, which extends at least in sections parallel to the first signal path S1.
  • the carrier 6 has a material which, in comparison with the material of the teeth Z1,..., Z8, has a higher attenuation for the light signal S (indicated by a gray hatching).
  • the teeth Z1,..., Z8 are integrally formed with the carrier 6, each tooth having a stem 7, each of the stems 7 having a base 7a in the region of the carrier 6 and a head 7b at the end opposite to the carrier 6 of the stem 7 has.
  • the head 7b of each tooth Z1,..., Z8 has in each case a first end face 8 and a second end face 9, wherein the heads 7b are arranged such that in each case the second face Front side 9 of a head 7b facing the first end face 8 of a following in the longitudinal direction of the light guide assembly 2 head 7b, whereby a transition for the light signal S is formed (see FIG 3).
  • the light guide arrangement 2 according to FIG. 2 has a first output 21 for the light signal S, which has passed the second signal path S2 and a second output 22 for the light signal S
  • the first output 21 is connected to the second end face 9 of the first tooth ZI and the second output 22 is arranged at the second end of the longitudinally extending support 6.
  • FIG. 3 shows a detailed representation of the level sensors 1 previously described in FIG. 1 and FIG. 2. Shown is a section of the level sensor 1 with respect to the teeth Z1, Z2, Z3 with the respective gaps Z.
  • a fluid F is up to a fill level L, which reaches into the middle of the second tooth Z2. With this level L, the gap Z between the first tooth ZI and the second tooth Z2 is completely wetted. Between the first tooth ZI and the second tooth Z2 now phase boundaries set solid-liquid-solid. Since the fluid F has a higher calculation index than air, the light signal S can split from its first signal path Sl and search for a second signal path S2 via the second tooth Z2 via the liquid fluid F in the first tooth ZI.
  • the light signal S could reach the light output 20 only via the first signal path S1 and would accordingly have a lower intensity than if the light signal S were across the first signal path S1 and the second signal path S2 to the light output 20 passes.
  • the ratio of the indices of calculation of the material of the teeth to the fluid is important. Similar calculation indices result in a significantly better liquid-filled gap. transition for the light, as in a transition with the phase boundaries fixed-gaseous-fixed, prevail at which very different indices of calculation. This increase in the additional intensity of the light signal S via the second signal path S2 can be measured and thus represents a measure of the minimum height of the actual fill level L.
  • I 0 is an input light intensity which initially strikes the static attenuation d s of the carrier 6.
  • the static damping d s of the carrier 6 continues through the respective damping boxes d s to the output l s for the static intensity I s .
  • the static intensity I s corresponds to the light intensity which arrives at the light output 20 solely because the light signal S has traveled its way through the carrier 6.
  • d q is in this case the first optical transverse damping, ie the light signal S finds its way through, for example, the second tooth Z2. Then it encounters a fluid-wetted optical attenuation d L.
  • the number of d L boxes for the fluid-wetted optical attenuation d L increases here .
  • a fluid-side intensity I L At the end of the row of teeth, ie at the first tooth ZI, one then obtains a fluid-side intensity I L. If the two intensities I L and I s combined, one obtains an increase in the static intensity I s , which is measurable, and thus represents a measure of the minimum height of the actual liquid level.
  • FIG 5 shows a container 40 in which a fluid F is enclosed.
  • gas-tight filling level sensor 1 is installed.
  • a signal generator 41 generates the light signal S and supplies it to the light input 10. On the Light output 20, the resulting light is returned to an evaluation unit 42 and assigned to a measuring stage.
  • the evaluation unit 42 mentioned in FIG. 5 picks up the measurement curve shown in FIG. 7, depending on the fill level L.
  • the measured curve is represented by the filling level L as intensity I.
  • ⁇ ⁇ which corresponds to the light intensity through the carrier 6
  • a jump in intensity can be recorded at a first stage, namely when the fluid F is between the first tooth ZI and the second tooth Z2.
  • the intensity jumps each time higher as the level L increases and so fills the interdental spaces between the remaining teeth.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

The invention relates to a filling level sensor (1) comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement (2) having a light input (10) arranged at a first end (3) of the optical waveguide arrangement (2) and a light output (20) arranged at a second end (4) of the optical waveguide arrangement (2), wherein a sensor area (5) between the light input (10) and the light output (20) is configured in such a manner that the intensity of a light signal (S) on the way from the light input (10) to the light output (20) is changed on the basis of a fluid (F) at least partially surrounding the sensor area (5), wherein the optical waveguide arrangement (2) has, between the light input (10) and the light output (20), a longitudinally extending carrier (6) which enables a first signal path (S1) for the light signal (S), and the sensor area (5) of the optical waveguide arrangement (2) is in the form of longitudinally extending toothing, wherein the toothing has intermediate spaces (7) which can be entered by the fluid (F), wherein a second signal path (S2) is produced via the forms of the toothing and via the fluid (F) which has entered the intermediate spaces (7), which second signal path runs parallel to the first signal path (S1) at least in sections.

Description

Beschreibung description

Füllstandssensor und Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes Level sensor and method for determining a level

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor umfassend eine sich längs erstreckende Lichtleiteranordnung mit einem an einem ersten Ende der Lichtleiteranordnung angeordnetem Licht- eingang und einem an einem zweiten Ende der Lichtleiteranord- nung angeordnetem Lichtausgang, wobei ein Sensorbereich zwischen dem Lichteingang und dem Lichtausgang derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtsignal auf dem Weg vom Lichteingang zum Lichtausgang in Abhängigkeit von einem den Sensorbereich zumindest teilweise umgebenden Fluid in seiner Intensität verändert wird. The invention relates to a fill level sensor comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement with a light input arranged at a first end of the optical waveguide arrangement and a light exit arranged at a second end of the optical waveguide arrangement, wherein a sensor area between the light entrance and the light exit is designed such that a light signal is changed in its intensity on the way from the light input to the light output as a function of a fluid surrounding the sensor region at least partially.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands eines Fluids in einem Behälter, wobei mittels eines Signalgebers ein Lichtsignal erzeugt und einem Lichteingang einer sich längs erstreckenden Lichtleiteranordnung zugeführt wird, wobei das Lichtsignal in der Lichtleiteranordnung geführt und entlang eines Sensorbereiches auf dem Weg zu einem Lichtausgang in Abhängigkeit von einem den Sensorbereich zumindest teilweise umgebenden Fluid in seiner Intensität verändert wird. Furthermore, the invention relates to a method for determining the level of a fluid in a container, wherein by means of a signal generator generates a light signal and a light input of a longitudinally extending optical fiber array is supplied, wherein the light signal guided in the optical fiber assembly and along a sensor area on the way to a light output in response to a sensor region at least partially surrounding fluid is changed in intensity.

Füllstandsmessungen mit Hilfe von Füllstandssensoren, insbesondere für Flüssigkeiten in geschlossenen Behältern, stellen Konstrukteure von Füllstandssensoren immer wieder vor Proble- me, verschärft werden diese Probleme insbesondere im Fall von reaktionsfreudigen oder druckbeaufschlagten Flüssigkeiten. Bisher bekannte Ansätze wie z.B. Schaugläser, Schwimmer, radioaktive Durchstrahlung, Ultraschall, haben folgende Nachteile : Level measurement using level sensors, especially for liquids in closed containers, is a constant problem for level sensor designers, especially in the case of reactive or pressurized fluids. Previously known approaches such. Sight glasses, floats, radioactivity, ultrasound, have the following disadvantages:

- Bei Schaugläsern besteht immer eine Bruch-/Leckgefahr, bei Schwimmern ist ein erhöhter Verschleiß zu verzeichnen, bei radioaktiver Durchstrahlung besteht eine Belastung für das Personal und es gibt erhöhte Anforderung an das Genehmigungsverfahren, - There is always a risk of breakage / leakage in sightglasses, in floats there is an increased level of wear, in the case of radioactive radiation there is a burden on the personnel and there is an increased requirement for the approval procedure,

bei Radar/Ultraschall ist der Aufwand hoch bzw. ein elekt- rischer Energieeintrag in eine explosive Flüssigkeit ist gefährlich .  With radar / ultrasound the effort is high or an electrical energy input into an explosive liquid is dangerous.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 29 279 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einem ge- schlossenen Behälter bekannt. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist es, wenn in einem Behälter mit einem Füllstandssensor einmal eine Flüssigkeit mit einem ersten Brechungsindex gemessen werden soll und zum anderen eine Flüssigkeit mit einem zweiten Brechungsindex gemessen werden soll, so kann dies nicht ohne eine erneute Kalibrierung geschehen. Beispielsweise steht ein solcher Behälter für Benzin unterschiedlicher Hersteller zur Verfügung, wobei es bekannt ist, dass unterschiedliche Hersteller ihre Benzinsorten unterschiedlich farbig einfärben. From the published patent application DE 199 29 279 AI a method and a device for level measurement in a closed container is known. A disadvantage of the known method is, if in a container with a level sensor once a liquid with a first refractive index is to be measured and on the other a liquid with a second refractive index to be measured, this can not be done without a recalibration. For example, such a container is available for gasoline from different manufacturers, it being known that different manufacturers color their gasolines differently colored.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Füllstandssensor anzugeben, welcher eine Invarianz gegen eine Brechungsindexänderung der zu messenden Flüssigkeit zeigt. Die Aufgabe wird für den eingangs genannten Füllstandssensor dadurch gelöst, dass die Lichtleiteranordnung zwischen dem Lichteingang und dem Lichtausgang einen sich längs erstreckenden Träger aufweist, welcher einen ersten Signalweg für das Lichtsignal ermöglicht und der Sensorbereich der Licht- leiteranordnung als eine sich längs erstreckende Zahnung ausgestaltet ist, wobei die Zahnung zumindest einen Zwischenraum aufweist, in welche das Fluid eindringen kann, wobei über Ausformungen der Zahnung und über das in den zumindest einen Zwischenraum eingedrungene Fluid ein zweiter Signalweg ent- steht. Vorzugsweise verläuft der zusätzliche zweite Signalweg parallel zum ersten Signalweg, zumindest abschnittsweise parallel zum ersten Signalweg. Dabei heißt „parallel" nicht zwingend geometrisch parallel, sondern ist vielmehr im Sinne einer Parallelschaltung der beiden Signalwege zu verstehen. It is therefore the object of the present invention to provide a level sensor which exhibits an invariance against a refractive index change of the liquid to be measured. The object is achieved for the level sensor mentioned above in that the optical waveguide arrangement has a longitudinally extending support between the light entrance and the light exit, which enables a first signal path for the light signal and the sensor area of the light guide arrangement is designed as a longitudinally extending toothing wherein the toothing has at least one intermediate space into which the fluid can penetrate, wherein a second signal path is formed by means of formations of the toothing and via the fluid which has penetrated into the at least one intermediate space. The additional second signal path preferably runs parallel to the first signal path, at least in sections parallel to the first signal path. It does not mean "parallel" mandatory geometrically parallel, but rather in the sense of a parallel connection of the two signal paths to understand.

Ein anzuwendendes Messprinzip auf den Füllstandssensor ba- siert auf einer Messung der Intensitätsabschwächung einesA measuring principle to be applied to the level sensor is based on a measurement of the intensity attenuation of a

Lichtstrahls bzw. eines Lichtsignals über die Länge eines geeignet gestalteten Bauteils, beispielsweise in Form eines Kammes. Der Kamm bestünde dann aus transparentem Material, wobei ein Träger des Kammes eine deutlich schlechtere Leitfä- higkeit für das Licht aufweist als die Zinken des Kammes.Light beam or a light signal over the length of a suitably designed component, for example in the form of a comb. The comb would then consist of transparent material, with a support of the comb having a significantly poorer conductivity for the light than the tines of the comb.

Aufgrund der so gewählten Bauform des Füllstandssensors ergeben sich für das am oberen Ende des Füllstandssensors eingespeiste Licht zwei mögliche Pfade: Zum einen durch den Träger des Kammes und zum anderen durch die Zinken und deren gefüll - ten Zwischenräume des Kammes. Due to the design of the level sensor selected in this way, two possible paths result for the light fed in at the upper end of the level sensor: firstly through the carrier of the comb and secondly through the tines and their filled intermediate spaces of the comb.

Für den Fall, dass kein Fluid den Füllstandssensor umgibt ist eine Dämpfung für einen Übergang von Licht zwischen den Zinken des Kammes aufgrund der großen Unterschiede der Berech- nungsindizes relativ groß, so dass nur eine Lichtleitung über den Träger des Kammes erfolgen kann. Die an einem Lichtausgang des Füllstandssensors angekommene Lichtintensität entspricht in einem „trockenen Fall" einem leeren Behälterzustand . In the event that no fluid surrounds the level sensor, attenuation for a transition of light between the prongs of the comb is relatively large due to the large differences in the indices of calculation, so that only one light pipe can pass over the support of the comb. The light intensity which has arrived at a light output of the filling level sensor corresponds to an empty container state in a "dry case".

Wird der Behälter nun befüllt sammelt sich das Fluid am Behälterboden und beginnt den Kamm bzw. den Füllstandssensor zu benetzen. Sobald die Zwischenräume zwischen den Zinken benetzt werden, ergibt sich für den Lichtstrahl bzw. das Licht- signal zusätzlich die Möglichkeit, einen gegenüber dem Träger dämpfungsärmeren Weg über die benetzten Zinken und deren Zwischenräume zu nehmen (Phasengrenzen fest - flüssig - fest, ergibt einen geringeren Brechungsindexunterschied) . Durch den im benetzten Fall geschaffenen zweiten Signalweg nimmt die Lichtintensität am unteren Ende des Füllstandssensors zu.When the container is filled, the fluid collects on the bottom of the container and begins to wet the comb or the level sensor. As soon as the interspaces between the tines are wetted, it is additionally possible for the light beam or the light signal to take a path with less attenuation to the carrier via the wetted tines and their interstices (phase boundaries fixed - liquid - fixed, results in a smaller one) Refractive index difference). The second signal path created in the wetted case increases the light intensity at the lower end of the filling level sensor.

Diese Zunahme ist messbar und stellt ein Maß für die Mindesthöhe des tatsächlichen Füllstands dar. Daher ist es eine besondere Ausgestaltung der Erfindung, dass an dem Träger eine Vielzahl von Zähnen, Zacken oder Zinken als Zahnung angeordnet sind und das Material des Trägers im Vergleich zu dem Material der Zahnung eine höhere Dämpfung für das Lichtsignal aufweist. This increase is measurable and represents a measure of the minimum level of the actual level. Therefore, it is a particular embodiment of the invention that on the support a plurality of teeth, teeth or prongs are arranged as a toothing and the material of the carrier in comparison to the material of the toothing has a higher attenuation for the light signal.

Vorteilhafter Weise sind die Zähne, Zacken oder Zinken ham- merförmig ausgestaltet. Für einen optimierten Übergangs des Lichtsignals von einen Zahn, Zacke oder Zinken über den Zwischenraum zum anderen Zahn, Zacke oder Zinken, ist es vorteilhaft, wenn die hammer- förmigen Zähne, Zacken oder Zinken mit den Träger einstückig ausgebildet sind, und eine Anordnung von abstehenden Stielen bilden, wobei jeder der Stiele eine Basis im Bereich des Trägers und einen Kopf an dem zu dem Träger entgegengesetzten Ende des Stiels aufweist. Advantageously, the teeth, teeth or prongs are designed like a hammer. For an optimized transition of the light signal from one tooth, tooth or tines over the gap to the other tooth, tooth or prongs, it is advantageous if the hammer-shaped teeth, teeth or prongs are formed integrally with the carrier, and an array of protruding Stems form, each of the stems having a base in the region of the carrier and a head at the opposite end of the stem to the carrier.

Die zuvor genannte Ausgestaltungsvariante wird weiter opti- miert, wenn ein Kopf jeweils eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist, wobei die Köpfe derart angeordnet sind, dass jeweils die zweite Stirnseite eines Kopfes der ersten Stirnseite eines in Längsrichtung der Lichtleiteranordnung folgenden Kopfes gegenübersteht, wodurch ein Übergang für das Lichtsignal gebildet ist. The abovementioned embodiment variant is further optimized if a head has a first end face and a second end face, wherein the heads are arranged such that the second end face of a head in each case faces the first face of a head following in the longitudinal direction of the light guide arrangement a transition is formed for the light signal.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erste und zweite Furthermore, it is advantageous if the first and second

Stirnseite jeweils zwei sich gegenüberstehende Benetzungsflachen für das Fluid bilden, wobei die Stirnseiten derart aus- gestaltet sind, dass ein Ablaufen des Fluids begünstigt wird. Demnach können die Benetzungsflächen der Zähne, Zacken oder Zinken so beispielsweise konvex oder kegelig ausgestaltet sein oder beschichtet mit Teflon oder Hydrophobin sein, wodurch ein Ablaufen des Fluids von den Benetzungsflächen auf- grund der Oberflächenspannung forciert wird, welches Fehlmessungen vorbeugt . Zur Vermeidung von Streueffekten kann die Oberfläche der Zahnung bis auf die Benetzungsflachen, vorzugsweise die jeweiligen Stirnseiten, der Zähne, Zacken oder Zinken mit einer lichtundurchlässigen Schicht oder nach innen spiegelnden Schicht beschichtet sein. Die erste und die letzte Stirnseite im Gesamtaufbau sollten vorzugsweise auch mit einer lichtundurchlässigen Schicht beschichtet sein. Eine erhöhte Absorb- tion bzw. eine erhöhte Dämpfung für das Lichtsignal im Träger kann durch Einbringen von Bläschen in das Trägermaterial er- reicht werden. Auch ein Aufrauen der Oberfläche oder eine Laserbehandlung des Trägermaterials führt zu einer höheren Dämpfung für das Lichtsignal . End face each form two facing wetting surfaces for the fluid, wherein the end faces are designed such that a drainage of the fluid is favored. Accordingly, the wetting surfaces of the teeth, tines or tines may be designed, for example, convex or conical or coated with Teflon or hydrophobin, whereby a drainage of the fluid from the wetting surfaces due to the surface tension is forced, which prevents incorrect measurements. In order to avoid scattering effects, the surface of the toothing can be coated with an opaque layer or an inwardly reflecting layer except for the wetting surfaces, preferably the respective end faces, teeth, teeth or prongs. The first and the last face in the overall structure should preferably also be coated with an opaque layer. Increased absorption or increased attenuation for the light signal in the carrier can be achieved by introducing bubbles into the carrier material. A roughening of the surface or a laser treatment of the carrier material leads to a higher attenuation for the light signal.

Ein Verkleben der Zähne, Zacken oder Zinken aus einem trans- parenten Material mit einem opaken Träger führt zu einem ähnlichen Effekt. Bonding the teeth, teeth or prongs of a transparent material with an opaque carrier leads to a similar effect.

Eine räumliche Mehrfachanordnung von Zähnen, Zacken oder Zinken an dem Träger würde die Messsicherheit erhöhen (eine Draufsicht sähe dann z.B. wie ein Stern oder ein Kreuz aus) . Hierbei wird jeder Quantisierungsschritt durch mehrere simultane Benetzungsvorgänge gekennzeichnet. Ein leichter axialer Versatz der Zinken dieser Anordnung würde dagegen die Auflösung weiter verbessern. Darum ist es eine besondere Ausge- staltung, wenn eine weitere längs erstreckende zweite Zahnung an dem Träger angeordnet ist, vorzugsweise noch eine weitere dritte Zahnung, vorzugsweise eine vierte Zahnung. Spatial pitching of teeth, serrations or tines on the carrier would increase measurement confidence (a top view would then look like a star or a cross, for example). In this case, each quantization step is characterized by several simultaneous wetting processes. A slight axial offset of the tines of this arrangement, however, would further improve the resolution. Therefore, it is a special design, if a further longitudinally extending second toothing is arranged on the carrier, preferably a further third toothing, preferably a fourth toothing.

Um auch eine Aussage über die Füllhöhe in einem beispielswei - se liegenden Zylinder oder einem elliptischen Tank machen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Zähne, Zacken oder Zinken auf dem Träger nicht füllhöhenäquivalent sondern Volumenäquivalent auf dem Träger verteilt angeordnet sind. Hierdurch kann bei einem Anstieg der Füllhöhe bezogen auf das damit nicht linear zunehmende Volumen direkt eine Tankinhaltsinformation durch die Messung gewonnen werden ohne in einer Aus- werteeinheit eine Skalierung oder Anpassung vornehmen zu müssen . Bei einem liegenden Zylinder, bei welchen der Füllstandssensor rechtwinklig zur Symmetrieachse des Zylinders angeordnet ist, wäre eine Verteilung gesehen von dem ersten Ende über die Mitte zu dem zweiten Ende des Füllstandssensors gemäß der nicht linearen Volumenfunktion vorzunehmen. In diesem Falle sind die Abstände der Zähne zur Mitte hin kleiner zu wählen als die Abstände der Zähne, welche mehr zu den Enden angeordnet sind. Auch ist es von Vorteil, wenn eine weitere längserstreckende zweite Zahnung an dem Träger angeordnet ist, welche einen axialen Versatz zu der ersten Verzahnung aufweist. In order to be able to make a statement about the filling level in an exemplary cylinder or an elliptical tank, it is advantageous if the teeth, serrations or prongs on the carrier are not distributed in the same height but rather in a volume equivalent distributed on the carrier. In this way, with an increase in the filling level in relation to the volume which does not increase linearly therewith, a tank contents information can be obtained directly by the measurement without having to carry out a scaling or adaptation in an evaluation unit. For a horizontal cylinder in which the level sensor is arranged perpendicular to the axis of symmetry of the cylinder, a distribution would be made from the first end across the middle to the second end of the level sensor according to the non-linear volume function. In this case, the distances of the teeth are to be chosen to the center smaller than the distances of the teeth, which are arranged more to the ends. It is also advantageous if a further longitudinally extending second toothing is arranged on the carrier, which has an axial offset from the first toothing.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass der A further embodiment variant provides that the

Lichtausgang aufgeteilt ist, in einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang, wobei der erste Ausgang an der zweiten Stirnseite des zum zweiten Ende hin angeordneten hammerförmi- gen Zahn, Zacke oder Zinke angeschlossen ist und der zweite Ausgang an dem zweiten Ende des sich längs erstreckenden Trä- ger angeordnet ist. Zum einen ist es möglich, die beiden Signalwege am unteren Ende der Lichtleiteranordnung zu verkoppeln und über einen optischen Summenausgang die optische Intensität zu ermitteln, es ist aber auch möglich, zwei optische Ausgänge vorzusehen und die erfassten zwei Intensitäten zu einer Auswerteeinheit beispielsweise über zwei Lichtleitfasern weiterzuleiten. Light output is divided into a first output and a second output, wherein the first output is connected to the second end of the second end towards hammer-shaped tooth, tine or prong and the second output at the second end of the longitudinally extending Trä - ger is arranged. On the one hand, it is possible to couple the two signal paths at the lower end of the optical waveguide arrangement and to determine the optical intensity via an optical sum output, but it is also possible to provide two optical outputs and to forward the detected two intensities to an evaluation unit, for example via two optical fibers ,

Die Anfangs gestellte Aufgabe wird ebenso durch das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass das Lichtsignal in der Lichtleiteranordnung zwischen dem Lichteingang und demThe initially stated object is also achieved by the method mentioned in the fact that the light signal in the light guide assembly between the light input and the

Lichtausgang über einen sich längs erstreckenden Träger, welcher einen ersten Signalweg für das Lichtsignal ermöglicht und über den Sensorbereich der Lichtleiteranordnung ausgestaltet als eine sich längs erstreckende Zahnung geführt wird, wobei die Zahnung Zwischenräume aufweist, in welche das Fluid eindringt, wobei über die Ausformungen der Zahnung und über das in die Zwischenräume eingedrungene Fluid ein zweiter Signalweg entsteht, welcher zumindest abschnittsweise paral- lel zum ersten Signalweg verläuft, wobei abhängig von dem Füllstand in dem Behälter mehr oder weniger Zwischenräume ge füllt sind und somit die Intensität des Lichtsignals am Lichtausgang des zusätzlichen parallelen zweiten Signalweges entsprechend beeinflusst wird, wobei die Intensitätsänderung gemessen wird und durch den Messwert auf den Füllstand geschlossen wird. Mit diesem Verfahren erhält man im Gegensatz zu einem analogen Messverfahren eine differenzielle Signalän derung oder eine sprunghafte Signaländerung, welches den Vor teil hat, dass dieses Messverfahren invariant gegenüber Brechungsindexänderungen von verschiedenen Flüssigkeiten ist. Light output via a longitudinally extending support, which allows a first signal path for the light signal and configured over the sensor region of the light guide assembly as a longitudinally extending toothing, wherein the toothing has spaces in which the fluid penetrates, wherein on the formations of the toothing and a second signal path is formed via the fluid which has penetrated into the intermediate spaces, which signal is at least partially parallel. Lel to the first signal path, depending on the level in the container more or less gaps are filled ge and thus the intensity of the light signal at the light output of the additional parallel second signal path is influenced accordingly, the intensity change is measured and the measured value to the level is closed. With this method, in contrast to an analog measuring method, a differential signal change or a sudden signal change is obtained, which has the advantage that this measuring method is invariant with respect to refractive index changes of different liquids.

Demnach werden zur Ermittlung des Füllstandes diskrete Messwerte genutzt, wobei sich deren Anzahl durch die Anzahl der Zwischenräume ergeben und somit jedem Zwischenraum ein Messwert zugeordnet wird, wodurch der Füllstand als Funktion der mit Fluid gefüllten Zwischenräume errechnet wird. Accordingly, discrete measured values are used to determine the filling level, the number of which results from the number of intermediate spaces and thus a measured value is assigned to each intermediate space, as a result of which the filling level is calculated as a function of the spaces filled with fluid.

Für die Berechnung werden bereitgestellt: ds statische optische Dämpfung For the calculation are provided: d s static optical attenuation

dL Fluid-benetzte optische Dämpfung d L Fluid-wetted optical damping

dq optische Quer-Dämpfung (Stiel) d q optical cross-damping (stalk)

I0 Eingangs-Lichtintensität I 0 input light intensity

IL Fluid-seitige Intensität I L Fluid-side intensity

ΙΞ statische Intensität Ι Ξ static intensity

N Anzahl der Stufen gesamt  N number of levels total

L Füllstand = Anzahl von mit Fluid bedeckten  L level = number of fluid-covered

Zwi schenräume  Interim rooms

Basierend auf vereinfachten Annahmen lassen sich IL, ΙΞ und daraus schließlich der Füllstand L berechnen. Based on simplified assumptions I L , Ι Ξ and finally the level L can be calculated.

N N

(1)

Figure imgf000009_0001
(2)
Figure imgf000010_0001
Bei dieser Herleitung wurden alle Querdämpfungen bei untergetauchten Zähnen, Zacken oder Zinken vernachlässigt und des Weiteren wird angenommen, dass über „trockene" Zähne kein Licht angekoppelt wird. Aus Formel (3) ist zu ersehen, dass der erfindungsgemäßen Idee entsprechend dL und ds unter- schiedlich sein müssen, um einen Messeffekt zu erzielen. Dieser Unterschied wird als Sprung in einer Messwertkurve ermittelbar sein. (1)
Figure imgf000009_0001
(2)
Figure imgf000010_0001
In this derivation, all transverse losses in submerged teeth, teeth or prongs have been neglected, and it is further assumed that no light is coupled through "dry" teeth From formula (3) it can be seen that d L and d s correspond to the inventive idea This difference will be determinable as a jump in a measured value curve.

Formel (4) legt nahe, sowohl ΙΞ als auch IL messtechnisch zu ermitteln. Prinzipiell ist es aber auch möglich, die statische Intensität ΙΞ und die fluidseitige Intensität IL zu verkoppeln und über einen optischen Summenausgang die optische Gesamtintensität zu ermitteln. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert . In der Zeichnung zeigen im Einzelnen in schematischer Darstellung: Formula (4) suggests to metrologically determine both Ι Ξ and I L. In principle, however, it is also possible to couple the static intensity Ι Ξ and the fluid-side intensity I L and to determine the total optical intensity via an optical sum output. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and a drawing. The drawings show in detail in a schematic representation:

FIG 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen 1 shows a first embodiment of the invention

Füllstandssensors,  Level sensor,

FIG 2 eine zweite Ausführungsform des Füllstandssensors,2 shows a second embodiment of the filling level sensor,

FIG 3 eine Detaildarstellung eines Ausschnittes aus den 3 shows a detail of a section of the

Füllstandssensor,  Level sensor,

FIG 4 ein Schema zur Darstellung der verketteten optischen Dämpfungen (Ersatzschaltbild) , 4 shows a scheme for representing the concatenated optical attenuations (equivalent circuit diagram),

FIG einen Behälter mit Füllstandssensor, FIG eine weitere alternative Ausgestaltung eines Füllstandssensors mit einer Mehrzahl von Zahnungen und FIG 7 ein stufenförmiges Messwertdiagramm. FIG. 1 shows a container with fill level sensor, FIG. 1 shows a further alternative embodiment of a fill level sensor with a plurality of teeth and FIG 7 shows a step-shaped measured value diagram.

Gemäß der FIG 1 ist ein Füllstandssensor 1 umfassend eine sich längs erstreckende Lichtleiteranordnung 2 mit einem an einem ersten Ende 3 der Lichtleiteranordnung 2 angeordnetem Lichteingang 10 und einem an einem zweiten Ende 4 der Lichtleiteranordnung 2 angeordnetem Lichtausgang 20 dargestellt. Ein Sensorbereich 5 zwischen dem Lichteingang 10 und dem Lichtausgang 20 ist als eine Zahnung mit einem ersten Zahn ZI bis einem achten Zahn Z8 ausgestaltet. Die einzelnen ZähneAccording to FIG. 1, a fill level sensor 1 comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement 2 having a light input 10 arranged at a first end 3 of the light waveguide arrangement 2 and a light output 20 arranged at a second end 4 of the light waveguide arrangement 2 is shown. A sensor region 5 between the light input 10 and the light output 20 is designed as a toothing with a first tooth ZI to an eighth tooth Z8. The individual teeth

Z1,...,Z8 sind an einen Träger 6 angeordnet. Der sich längs erstreckende Träger 6 ermöglicht einen ersten Signalweg Sl (siehe auch FIG 3) für das über den Signaleingang 10 eingespeiste Lichtsignal S. Z1, ..., Z8 are arranged on a support 6. The longitudinally extending support 6 enables a first signal path S 1 (see also FIG. 3) for the light signal S fed in via the signal input 10.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Sensorbereich 5 der Lichtleiteranordnung 2 als eine sich längs erstreckende Zahnung ausgestaltet, wobei die Zahnung Zwischenräume Z aufweist, in welche ein Fluid F eindringen kann, wobei über die Zähne Z1,...,Z8 der Zahnung und über das in die Zwischenräume Z eingedrungene Fluid F ein zweiter Signalweg S2 (siehe FIG 3) entsteht, welcher zumindest abschnittsweise parallel zum ersten Signalweg Sl verläuft. Gegenüber dem Material der Zähne Z1,...,Z8 weist der Träger 6 ein Material auf, welches im Vergleich zu dem Material der Zähne Z1,...,Z8 eine höhere Dämpfung für das Lichtsignal S aufweist (angedeutet durch eine graue Schraffierung) . Die Zähne Z1,...,Z8 sind mit dem Träger 6 einstückig ausgebildet, wobei jeder Zahn einen Stiel 7 aufweist, wobei jeder der Stiele 7 eine Basis 7a im Bereich des Trägers 6 und einen Kopf 7b an dem zu dem Träger 6 entgegengesetzten Ende des Stieles 7 aufweist. In contrast to the prior art, the sensor portion 5 of the light guide assembly 2 is designed as a longitudinally extending toothing, the toothing has spaces Z, in which a fluid F can penetrate, via the teeth Z1, ..., Z8 of the teeth and A second signal path S2 (see FIG. 3) arises via the fluid F which has penetrated into the interspaces Z, which extends at least in sections parallel to the first signal path S1. Compared with the material of the teeth Z1,..., Z8, the carrier 6 has a material which, in comparison with the material of the teeth Z1,..., Z8, has a higher attenuation for the light signal S (indicated by a gray hatching). , The teeth Z1,..., Z8 are integrally formed with the carrier 6, each tooth having a stem 7, each of the stems 7 having a base 7a in the region of the carrier 6 and a head 7b at the end opposite to the carrier 6 of the stem 7 has.

Der Kopf 7b eines jeden Zahnes Z1,...,Z8 weist jeweils eine erste Stirnseite 8 und eine zweite Stirnseite 9 auf, wobei die Köpfe 7b derart angeordnet sind, dass jeweils die zweite Stirnseite 9 eines Kopfes 7b der ersten Stirnseite 8 eines in Längsrichtung der Lichtleiteranordnung 2 folgenden Kopfes 7b gegenübersteht, wodurch ein Übergang für das Lichtsignal S gebildet ist (siehe FIG 3) . The head 7b of each tooth Z1,..., Z8 has in each case a first end face 8 and a second end face 9, wherein the heads 7b are arranged such that in each case the second face Front side 9 of a head 7b facing the first end face 8 of a following in the longitudinal direction of the light guide assembly 2 head 7b, whereby a transition for the light signal S is formed (see FIG 3).

Gemäß FIG 2 ist eine alternative Ausgestaltung des Füllstandssensors aus FIG 1 aufgezeigt. Als wesentlichen Unterschied weist die Lichtleiteranordnung 2 gemäß FIG 2 einen ersten Ausgang 21 für das Lichtsignal S, das den zweiten Sig- nalweg S2 gegangen ist und einen zweiten Ausgang 22 für dasAccording to FIG. 2, an alternative embodiment of the fill level sensor from FIG. 1 is shown. As a significant difference, the light guide arrangement 2 according to FIG. 2 has a first output 21 for the light signal S, which has passed the second signal path S2 and a second output 22 for the light signal S

Lichtsignal S, das den ersten Signalweg Sl gegangen ist, auf. Der erste Ausgang 21 ist dabei an der zweiten Stirnseite 9 des ersten Zahnes ZI angeschlossen und der zweite Ausgang 22 ist an dem zweiten Ende des sich längs erstreckenden Trägers 6 angeordnet. Light signal S, which has gone the first signal path Sl on. The first output 21 is connected to the second end face 9 of the first tooth ZI and the second output 22 is arranged at the second end of the longitudinally extending support 6.

Die FIG 3 zeigt eine Detaildarstellung der zuvor in FIG 1 und FIG 2 beschriebenen Füllstandssensoren 1. Dargestellt ist ein Ausschnitt des Füllstandssensors 1 bezogen auf die Zähne Z1,Z2,Z3 mit den jeweiligen Zwischenräumen Z. Ein Fluid F steht bis zu einem Füllstand L, welcher in die Mitte des zweiten Zahnes Z2 reicht. Mit diesem Füllstand L wird der Zwischenraum Z zwischen dem ersten Zahn ZI und dem zweiten Zahn Z2 vollständig benetzt. Zwischen dem ersten Zahn ZI und dem zweiten Zahn Z2 stellen sich nun Phasengrenzen fest-flüssig-fest ein. Da das Fluid F einen höheren Berechnungsindex als Luft hat, kann sich das Lichtsignal S von seinem ersten Signalweg Sl aufspalten und einen zweiten Signalweg S2 über den zweiten Zahn Z2 über das flüssige Fluid F in den ersten Zahn ZI suchen. Wäre keiner der Zähne Z1,...,Z3 benetzt, so könnte das Lichtsignal S nur über den ersten Signalweg Sl zu dem Lichtausgang 20 gelangen und hätte dementsprechend eine geringere Intensität, als wenn das Lichtsignal S über den ersten Signalweg Sl und den zweiten Signalweg S2 zum Licht- ausgang 20 gelangt. Bei den Phasengrenzen ist das Verhältnis der Berechnungsindizes des Materials der Zähne zu dem Fluid von Bedeutung. Ähnliche Berechnungsindizies ergeben bei einem mit Flüssigkeit gefüllten Zwischenraum einen erheblich besse- ren Übergang für das Licht, als bei einem Übergang mit den Phasengrenzen fest-gasförmig-fest, bei welchen sehr unterschiedliche Berechnungsindizes vorherrschen. Diese Zunahme der zusätzlichen Intensität des Lichtsignals S über den zweiten Signalweg S2 ist messbar und stellt damit ein Maß für die Mindesthöhe des tatsächlichen Füllstandes L dar . Zur überschlägigen Berechnung dient das mit FIG 4 dargestellte Ersatzschaltbild für die optische Dämpfung in den unterschiedlichen Signalwegen. I0 ist eine Eingangs-Lichtintensi- tät welche zunächst auf die statische Dämpfung ds des Trägers 6 trifft. Die statische Dämpfung ds des Trägers 6 setzt sich fort durch die jeweiligen Dämpfungskästchen ds bis zum Ausgang ls für die statische Intensität Is. Die statische Intensität Is entspricht der Lichtintensität die am Lichtausgang 20 ankommt alleine dadurch, dass das Lichtsignal S seinen Weg durch den Träger 6 gewandert ist. dq ist in diesem Fall die erste optische Querdämpfung, d.h. das Lichtsignal S findet seinen Weg durch beispielsweise den zweiten Zahn Z2. Dann trifft es auf eine Fluid-benetzte optische Dämpfung dL. Je nachdem wie viel Zahnzwischenräume be- netzt sind, erhöht sich hier die Anzahl der dL-Kästchen für die Fluid-benetzte optische Dämpfung dL. Am Ende der Zahnreihe, also am ersten Zahn ZI erhält man dann eine fluid- seitige Intensität IL. Werden die beiden Intensitäten IL und Is zusammengeführt, erhält man eine Zunahme der statischen Intensität Is, welche messbar ist, und damit ein Maß für die Mindesthöhe des tatsächlichen Flüssigkeitsspiegels darstellt. FIG. 3 shows a detailed representation of the level sensors 1 previously described in FIG. 1 and FIG. 2. Shown is a section of the level sensor 1 with respect to the teeth Z1, Z2, Z3 with the respective gaps Z. A fluid F is up to a fill level L, which reaches into the middle of the second tooth Z2. With this level L, the gap Z between the first tooth ZI and the second tooth Z2 is completely wetted. Between the first tooth ZI and the second tooth Z2 now phase boundaries set solid-liquid-solid. Since the fluid F has a higher calculation index than air, the light signal S can split from its first signal path Sl and search for a second signal path S2 via the second tooth Z2 via the liquid fluid F in the first tooth ZI. If none of the teeth Z1,..., Z3 wetted, then the light signal S could reach the light output 20 only via the first signal path S1 and would accordingly have a lower intensity than if the light signal S were across the first signal path S1 and the second signal path S2 to the light output 20 passes. In phase boundaries, the ratio of the indices of calculation of the material of the teeth to the fluid is important. Similar calculation indices result in a significantly better liquid-filled gap. transition for the light, as in a transition with the phase boundaries fixed-gaseous-fixed, prevail at which very different indices of calculation. This increase in the additional intensity of the light signal S via the second signal path S2 can be measured and thus represents a measure of the minimum height of the actual fill level L. For an approximate calculation, the equivalent circuit shown in FIG. 4 is used for the optical attenuation in the different signal paths. I 0 is an input light intensity which initially strikes the static attenuation d s of the carrier 6. The static damping d s of the carrier 6 continues through the respective damping boxes d s to the output l s for the static intensity I s . The static intensity I s corresponds to the light intensity which arrives at the light output 20 solely because the light signal S has traveled its way through the carrier 6. d q is in this case the first optical transverse damping, ie the light signal S finds its way through, for example, the second tooth Z2. Then it encounters a fluid-wetted optical attenuation d L. Depending on how many interdental spaces are wetted, the number of d L boxes for the fluid-wetted optical attenuation d L increases here . At the end of the row of teeth, ie at the first tooth ZI, one then obtains a fluid-side intensity I L. If the two intensities I L and I s combined, one obtains an increase in the static intensity I s , which is measurable, and thus represents a measure of the minimum height of the actual liquid level.

FIG 5 zeigt einen Behälter 40 in welchem ein Fluid F eingeschlossen ist. In dem Behälter 40 ist gasdicht der Füll- Standssensor 1 eingebaut. Über einen optischen druckfesten5 shows a container 40 in which a fluid F is enclosed. In the container 40 gas-tight filling level sensor 1 is installed. About an optical flameproof

Anschluss sind in dem Behälter 40 der Lichteingang 10 und der Lichtausgang 20 integriert. Ein Signalgeber 41 generiert das Lichtsignal S und führt es dem Lichteingang 10 zu. Über den Lichtausgang 20 wird das resultierende Licht einer Auswerteeinheit 42 zurückgeführt und darin einer Messstufe zugeordnet . Connection are integrated in the container 40 of the light input 10 and the light output 20. A signal generator 41 generates the light signal S and supplies it to the light input 10. On the Light output 20, the resulting light is returned to an evaluation unit 42 and assigned to a measuring stage.

Die in FIG 5 erwähnte Auswerteeinheit 42 nimmt je nach Füllstand L die in FIG 7 dargestellte Messkurve auf. Die Messkurve ist über den Fülllstand L als Intensität I dargestellt. Es ergeben sich Stufen für die Zahnzwischenräume Z zwischen dem ersten ZI und dem zweiten Zahn Z2, zwischen dem zweiten Zahn Z2 und dem dritten Zahn Z3, zwischen dem dritten Zahn Z3 und dem viertem Zahn Z4 , zwischen dem vierten Zahn Z4 und dem fünften Zahn Z5, zwischen dem sechsten Zahn Z6 und dem siebten Zahn Z7. Ausgehend von der statischen Intensität ΙΞ, welcher der Lichtintensität durch den Träger 6 entspricht, kann bei einer ersten Stufe, nämlich wenn das Fluid F zwischen dem ersten Zahn ZI und dem zweiten Zahn Z2 steht, ein Intensitätssprung verzeichnet werden. Die Intensität springt jeweils höher, wenn der Füllstand L steigt und so die Zahnzwischenräume zwischen den restlichen Zähnen füllt. The evaluation unit 42 mentioned in FIG. 5 picks up the measurement curve shown in FIG. 7, depending on the fill level L. The measured curve is represented by the filling level L as intensity I. There are steps for the interdental spaces Z between the first ZI and the second tooth Z2, between the second tooth Z2 and the third tooth Z3, between the third tooth Z3 and the fourth tooth Z4, between the fourth tooth Z4 and the fifth tooth Z5 , between the sixth tooth Z6 and the seventh tooth Z7. Starting from the static intensity Ι Ξ , which corresponds to the light intensity through the carrier 6, a jump in intensity can be recorded at a first stage, namely when the fluid F is between the first tooth ZI and the second tooth Z2. The intensity jumps each time higher as the level L increases and so fills the interdental spaces between the remaining teeth.

Claims

Patentansprüche claims 1. Füllstandssensor (1) umfassend eine sich längserstreckende Lichtleiteranordnung (2) mit einem an einem ersten Ende (3) der Lichtleiteranordnung (2) angeordnetem Lichteingang (10) und einem an einem zweiten Ende (4) der Lichtleiteranordnung (2) angeordnetem Lichtausgang (20), wobei ein Sensorbereich1. fill level sensor (1) comprising a longitudinally extending optical waveguide arrangement (2) with a light input (10) arranged at a first end (3) of the light waveguide arrangement (2) and a light output disposed at a second end (4) of the light waveguide arrangement (2) 20), wherein a sensor area (5) zwischen dem Lichteingang (10) und dem Lichtausgang (20) derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtsignal (S) auf dem Weg vom Lichteingang (10) zum Lichtausgang (20) in Abhängigkeit von einem den Sensorbereich (5) zumindest teilweise umgebenden Fluid (F) in seiner Intensität verändert wird, (5) between the light input (10) and the light output (20) is configured such that a light signal (S) on the way from the light input (10) to the light output (20) in response to a sensor region (5) at least partially surrounding Fluid (F) is changed in intensity, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lichtleiteranordnung (2) zwischen dem Lichteingang (10) und dem Lichtausgang (20) The light guide arrangement (2) can be arranged between the light input (10) and the light output (20). einen sich längserstreckenden Träger (6) aufweist, welcher einen ersten Signalweg (Sl) für das Lichtsignal (S) ermöglicht und  a longitudinally extending carrier (6), which enables a first signal path (Sl) for the light signal (S) and der Sensorbereich (5) der Lichtleiteranordnung (2) als ei- ne sich längserstreckende Zahnung ausgestaltet ist, wobei die Zahnung vorzugsweise einen Zwischenraum (7) aufweist in welche das Fluid (F) eindringen kann, wobei über Ausformungen der Zahnung und über das in den Zwischenraum (7) eingedrungene Fluid (F) ein zweiter Signalweg (S2) ent- steht.  the sensor region (5) of the optical waveguide arrangement (2) is configured as a longitudinally extending toothing, wherein the toothing preferably has a gap (7) into which the fluid (F) can penetrate, wherein the teeth are formed by toothed formations Interspace (7) penetrated fluid (F) a second signal path (S2) is formed. 2. Füllstandssensor (1) nach Anspruch 1, wobei an dem Träger2. level sensor (1) according to claim 1, wherein on the carrier (6) eine Vielzahl von Zähnen, Zacken oder Zinken (Z1,...,Z8) als Zahnung angeordnet sind und das Material des Trägers (6) im Vergleich zu dem Material der Zahnung eine höhere Dämpfung für das Lichtsignal (S) aufweist. (6) a plurality of teeth, teeth or prongs (Z1, ..., Z8) are arranged as a toothing and the material of the carrier (6) compared to the material of the toothing has a higher attenuation for the light signal (S). 3. Füllstandssensor (1) nach Anspruch 2, wobei die Zähne, Zacken oder Zinken (Z1,...,Z8) hammerförmig ausgestaltet sind. 3. fill level sensor (1) according to claim 2, wherein the teeth, teeth or prongs (Z1, ..., Z8) are designed hammer-shaped. 4. Füllstandssensor (1) nach Anspruch 3, wobei die hammerför- migen Zähne, Zacken oder Zinken (Z1,...,Z8), mit dem Träger (6) einstückig ausgebildet sind, und eine Anordnung von abstehen- den Stielen (7) bilden, wobei jeder der Stiele (7) eine Basis (7a) im Bereich des Trägers (6) und einen Kopf (7b) an dem zu dem Träger (6) entgegengesetzten Ende des Stieles (7) aufweist . 4. Level sensor (1) according to claim 3, wherein the hammer-shaped teeth, teeth or prongs (Z1, ..., Z8) are integrally formed with the carrier (6), and an arrangement of protruding form the stems (7), wherein each of the stems (7) has a base (7a) in the region of the support (6) and a head (7b) at the end of the stem (7) opposite the support (6). 5. Füllstandssensor (1) nach Anspruch 4, wobei ein Kopf (7) jeweils eine erste Stirnseite (8) und eine zweite Stirnseite (9) aufweist, wobei die Köpfe (7) derart angeordnet sind, dass jeweils die zweite Stirnseite (9) eines Kopfes (7) der ersten Stirnseite (8) eines in Längsrichtung der Lichtleiteranordnung (2) folgenden Kopfes (7) gegenübersteht, wodurch ein Übergang für das Lichtsignal (S) gebildet ist. 5. level sensor (1) according to claim 4, wherein a head (7) each have a first end face (8) and a second end face (9), wherein the heads (7) are arranged such that in each case the second end face (9). a head (7) of the first end face (8) of a longitudinal direction of the light guide assembly (2) following head (7) facing, whereby a transition for the light signal (S) is formed. 6. Füllstandssensor (1) nach Anspruch 5, wobei die erste und zweite Stirnseite (8,9) jeweils zwei sich gegenüberstehende6. level sensor (1) according to claim 5, wherein the first and second end face (8,9) each have two opposing Benetzungsflächen für das Fluid (F) bilden, wobei die Stirnseiten (8,9) derart ausgestaltet sind, dass ein Ablaufen des Fluids (F) begünstigt wird. Form wetting surfaces for the fluid (F), wherein the end faces (8,9) are designed such that a drainage of the fluid (F) is favored. 7. Füllstandssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine weitere längserstreckende zweite Zahnung (32) an dem Träger (6) angeordnet ist, vorzugsweise noch eine weitere dritte Zahnung (33), vorzugsweise eine vierte Zahnung (34) . 7. level sensor (1) according to one of claims 1 to 6, wherein a further longitudinally extending second toothing (32) on the carrier (6) is arranged, preferably a further third toothing (33), preferably a fourth toothing (34). 8. Füllstandssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine weitere längserstreckende zweite Zahnung (32) an dem Träger angeordnet ist, welche einen axialen Versatz zu der ersten Verzahnung (31) aufweist. 8. level sensor (1) according to one of claims 1 to 6, wherein a further longitudinally extending second toothing (32) is arranged on the carrier, which has an axial offset from the first toothing (31). 9. Füllstandssensor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Lichtausgang (20) aufgeteilt ist in einen ersten Ausgang (21) und einen zweiten Ausgang (22), wobei der erste Ausgang (21) an der zweiten Stirnseite (9) des zum zweiten Ende hin angeordneten hammerförmigen Zahn, Zacke oder Zinke (Z8) angeschlossen ist und der zweite Ausgang (22) an dem zweiten Ende des sich längserstreckenden Trägers (6) angeordnet ist. 9. Filling level sensor (1) according to one of claims 5 to 8, wherein the light output (20) is divided into a first output (21) and a second output (22), wherein the first output (21) on the second end face (9 ) of the hammer-shaped tooth, tine or prong (Z8) arranged towards the second end, and the second exit (22) is arranged at the second end of the longitudinally extending support (6). 10. Verfahren zur Bestimmung des Füllstands (L) eines Fluids (F) in einem Behälter (40) , wobei mittels eines Signalgebers (41) ein Lichtsignal (S) erzeugt und einem Lichteingang (10) einer sich langserstreckende Lichtleiteranordnung (2) zuge- führt wird, wobei das Lichtsignal (S) in der Lichtleiteranordnung (2) geführt und entlang eines Sensorbereiches (5) auf dem Weg zu einem Lichtausgang (20) in Abhängigkeit vom einem den Sensorbereich (5) zumindest teilweise umgebenden Fluid (F) in seiner Intensität verändert wird, 10. A method for determining the level (L) of a fluid (F) in a container (40), wherein by means of a signal generator (41) generates a light signal (S) and a light input (10) assigned to a long-extending optical fiber assembly (2) leads, wherein the light signal (S) in the light guide assembly (2) and along a sensor region (5) on the way to a light output (20) in response to a sensor region (5) at least partially surrounding fluid (F) in his Intensity is changed, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Lichtsignal (S) in der Lichtleiteranordnung (2) zwischen dem in that the light signal (S) in the optical waveguide arrangement (2) lies between the Lichteingang (10) und dem Lichtausgang (20) über Light input (10) and the light output (20) via einen sich längserstreckenden Träger (6), welcher einen ersten Signalweg (Sl) für das Lichtsignal (S) ermöglicht und über  a longitudinally extending carrier (6), which enables a first signal path (Sl) for the light signal (S) and via den Sensorbereich (5) der Lichtleiteranordnung (2) ausgestaltet als eine sich längserstreckende Zahnung geführt wird, wobei die Zahnung Zwischenräume (Z) aufweist in welche das Fluid (F) eindringt, wobei über die Ausformungen der Zahnung und über das in die Zwischenräume (Z) eingedrungene Fluid (F) ein zweiter Signalweg (S2) entsteht, welcher zumindest abschnittsweise parallel zum ersten Signalweg (Sl) verläuft, wobei  the sensor region (5) of the optical waveguide arrangement (2) is designed as a longitudinally extending toothing, wherein the toothing has intermediate spaces (Z) into which the fluid (F) penetrates, wherein the toothed formations and the spaces (Z ) penetrated fluid (F), a second signal path (S2) is formed, which extends at least partially parallel to the first signal path (Sl), wherein abhängig von dem Füllstand (L) in dem Behälter (40) mehr oder weniger Zwischenräume (Z) gefüllt sind und somit die Depending on the level (L) in the container (40) more or less spaces (Z) are filled and thus the Intensität des Lichtsignals (S) am Lichtausgang (20) aufgrund des zusätzlichen zweiten Signalweges (S2) beein- flusst wird, wobei die Intensitätsänderung gemessen wird und durch den Messwert auf den Füllstand (L) geschlossen wird. Intensity of the light signal (S) at the light output (20) due to the additional second signal path (S2) is influenced, wherein the intensity change is measured and is closed by the measured value on the level (L). 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zur Ermittlung des Füllstands (L) diskrete Messwerte (M1,...,M7) genutzt werden, welche sich durch die Anzahl der Zwischenräume (Z) ergeben und somit jedem Zwischenraum ein Messwert (M1,...,M7) zugeordnet wird, wodurch der Füllstand (L) als Funktion der mit Fluid (F) gefüllten Zwischenräume (Z) errechnet wird. 11. The method according to claim 10, wherein for the determination of the filling level (L) discrete measured values (M1,..., M7) are used which result from the number of spaces (Z) and thus a measured value (M1,. .., M7) is assigned, whereby the level (L) is calculated as a function of filled with fluid (F) spaces (Z).
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