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Vorrichtung zum Erkennen von Eis- und/oder Reifbildung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erkennen von
Eis- und/oder Reifbilaung an einer Beobachtungsstelle, insbesondere auf Wärmetauscherflächen
von Kühlvorrichtungen, Wärmepumpenanlagen und dergleichen.
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Vorrichtungen dieser Art kommen beispielsweise bei Wärmepumpenanlagen
oder Kühlvorrichtungen zum Einsatz und dienen dem Zweck, eine zu starke Vereisung
von beispielsweise luftdurchströmten Wärmeaustauschern weitestgehend zu vermeiden.
Nachdem eine bis zu einem gewissen Grad erfolgte Vereisung erfolgt ist, wird das
Eis durch Aufheizen abgetaut. Um hierzu möglichst wenig Energie aufwenden zu müssen,
ist es wünschenswert, den Abtauvorgang genau dann zu beenden, wenn das Eis gerade
restlos abgetaut ist.
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Bei einem Wärmetauscher beispielsweise, der aus auf Kuperrohren sitzenden,
einen geringen Abstand voneinander aufweisenden Aluminiumlamellen besteht, kondensiert
aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen Luft und Oberfläche des Wärmetauschers
Wasser, welches unter bestimmten Bedingungen zu Reif und Eis gefriert.
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Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit der WErmetauscheroberfläche
herabgesetzt, so daß der Wirkungsgrad des Wärmetauschers abnimmt. Die Vereisung
kann soweit fortschreiten, daß sich die Lamellenzwischenräume vollständig zusetzen,
so daß der Wärmetauscher nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet. Es ist daher erforderlich,
das Eis abzubauen. Dies geschah bisher entweder in bestimmten, vorab festgelegten
Zeitabständen oder bei Erkennung einer Eisbildung an der Wärmetauscheroberfläche.
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Eine Möglichkeit zum Erkennen von Eis- und Reifbildung und dessen
Stärke besteht zum Beispiel darin, die Temperatur an einer interessierenden Stelle
(Beobachtungsstelle), bei einem Wärmetauscher der oben erläuterten Art beispielsweise
auf der Oberfläche einer Lamelle, zu beobachten, um einen Abtauvorgang einzuleiten,
nachdem das Eis eine Höchststärke erreicht hat. Allerdings ist eine solche Temperaturüberwachung
insoweit unvoI1-kommen, als bei Temperaturen der Umgebungsluft unterhalb von OOC
aufgrund der extrem geringen Luftfeuchtigkeit keine Vereisung eintritt. Kritisch
ist insbesondere der Fall, daß die Außenluft beispielsweise zwischen OOC und +5°C
liegt, die Oberfläche des Wärmeaustauschers jedoch eine Temperatur unterhalb von
OOC besitzt. In diesem Fall erfolgt eine Vereisung. Man müßte theoretisch also sowohl
die Temperatur direkt an der Oberfläche des Wärmeaustauschers als auch die Temperatur
in der Umgebungsluft messen, um durch Auswertung der Meßergebnisse eine Aussage
darüber zu erhalten, ob eine Vereisung vorliegt. Allerdings wäre eine derartig gewonnene
Aussage noch mit einem erheblichen Unsicherheitsfaktor behaftet. Um hier eine weitere
Verbesserung zu erzielen, könnte man noch die Luftfeuchtigkeit messen, um diesen
Meßwert zur Gewinnung der Aussage "Eisbildung/keine Eisbildung heranz-uziehen. Eine
entsprechende Vorrichtung wäre aber.
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sowohl hinsichtlich der Meßfühler als auch hinsichtlich der Verarbeitung
der Meßwerte relativ aufwendig.
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Die oben geschilderten für Wärmetauscher spezifischen Probleme treten
in gleicher oder ähnlicher Weise auch in anderen Bereichen auf, beispielsweise tritt
eine unerwünschte Vereisung auf bei Kühlvorrichtungen allgemein, an Oberflächen
von Flugkörpern, an unbemannten Überwachungs- und Meßstationen, auf Verkehrswegen,
insbesondere auf Fahrdecken für Kraft fahrzeuge, und dergleichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art anzugehen, die trotz relativ einfachen Aufbaus eine sichere Anzeige
darüber zu liefern vermag, ob an der Beobachtungsstelle eine Eis- oder Reifbildung
eingetreten ist oder nicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Lichtq-uelle
zum Bestrahlen der Beobachtungsstelle und eine Lichtempfangseinrichtung mit einem
Detektor, der auf eine signifikante Änderung der pro Zeiteinheit empfangenen Menge
des von der Lichtquelle stammenden Lichts anspricht.
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Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, unterschiedliche physikalische
Eigenschaften von Wasser einerseits und Reif beziehungsweise Eis andererseits für
die Erkennung einer Reif- beziehungsweise Eisbildung auszunutzen. Die Bildung von
Reif ist durch das menschliche Auge mühelos erkennbar, sofern die Reifbildung einigermaßen
weit fortgeschritten ist. Die Erfindung macht sich die Beeinflussung des auf eine
vereiste beziehungsweise bereifte Fläche fallenden Lichts zunutze, indem sie die
"künstliche" " die Lichtempfangseinrichtung mit dem Detektor vorsieht. Die Erfindung
ermöglicht die sichere Feststellung, ob eine Eis- beziehungsweise Reifbildung vorliegt
oder nicht; darüber hinaus kann die Stärke der Vereisung beziehungsweise Reifbildung
erkannt werden, da die Menge des empfangenen Lichts von dem Ausmaß der Vereisung
abhängt.
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Speziell für die Erkennung von Reifbildung sieht die Erfindung vor,
daß die Lichtempfangseinrichtung bezüglich Lichtquelle und Beobachtungsstelle an
einem Ort angeordnet ist, der nicht dem Reflexionswinkel entspricht, und daß der
Detektor bei Eis- beziehungsweise Reifbildung auf die durch Streuung bewirkte
Erhöhung
der Menge des von der Lichtvempfangseinrichtung empfangenen Lichts anspricht. Als
Beispiel soll nochmals die oben erwähnte Wärmetauscheranordnung herangezogen werden.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Lichtquelle direkt auf die Licht empfangseinrichtung
zu lenken, und zwar derart, daß der Lichtstrahl beispielsweise zwischen zwei Lamellen
hindurch verläuft, so daß bei einer Eisbildung auf den Lemellenoberflächen der Lichtstrahl
verkleinert beziehungsweise schließlich ganz unter brochen wird. Vorzugsweise wird
jedoch die Lichtquelle so eingestellt, daß der Lichtstrahl auf einen Oberflächenbereich
des Wärmetauschers fällt, um von der Oberfläche entsprechend dem Reflexionswinkel
abgelenkt zu werden.
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Nach der oben angegebenen Weiterbildung der Erfindung jedoch ist die
Lichtempfangseinrichtung nicht auf der durch den Reflexionswinkel vorgegebenen Linie
angeordnet, sondern außerhalb dieser Linie. Solange keine Eis- beziehungsweise Reifbildung
auf der angestrahlten Oberfläche vorliegt, wird der zweckmäßigerweise möglichst
scharf gebündelte Lichtstrahl also entsprechend dem Reflexionswinkel an der Lichtempfangseinrichtung
vorbeigelenkt. Sobald eine Vereisung, insbesondere eine Reifbildung erfolgt, wird
das Licht an der Beobachtungsstelle gestreut, so daß nunmehr auch Lichtstrahlen
auf die Lichtempfangseinrichtung fallen. Eine derartige Änderung - der empfangenen
Lichtmenge kann durch den Detektor ausgewertet werden, so daß man eine zuverlässige
Anzeige darüber behält, daß eine Reifbildung eingesetzt hat und wie stark diese
ist.
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Häufig ist jedoch bei der Eisbildung zu beobachten, daß sich zunächst
Kondenswasser und dann Wassereis bildet, das heißt Eis, dessen äußere Oberfläche
von einem dünnen Wasserfilm überzogen ist. Eine Anordnung, die gemäß der oben angegebenen
Weiterbildung vornehmlich die Streuung aufgrund von Reifbildung ausnutzt, ist also
möglicherweise nur bedingt einsetzbar, das heiße es müssen zweckmäßigerweise noch
Maßnahmen getroffen werden, um die Bildung von Wassereis zu erkennen.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß
gefrorenes Wasser im Gegensatz zu flüssigem Wasser auf polarisiertes Licht eine
depolarisierende Wirkung St. Diese depolarisierende Wirkung von Eis wird erfindungsgemäß
zum Erkennen von Eis- und/oder Reifbildung dadurch ausgenutzt, daß die Lichtquelle
ein erstes Polarisationsfilter aufweist, und daß der Lichtempfangseinrichtung ein
zweites Polarisationsfilter
vorgeschaltet ist, dessen Winkelstellung
bezüglich derjenigen des ersten Polarisationsfilters derart eingestellt'ist, daß
es im wesentlichen nur bei Eis- beziehungsweise Reifbildung an der Beobachtungsstelle
aufgrund der dadurch bewirkten Depolari sation das Licht durchläßt. In einer speziellen
Ausgestaltung kann hierbei vorgesehen sein, daß die Lichtempfangseinrichtung im
Reflexionswinkel bezüglich Lichtquelle und Beobachtungsstelle angeordnet ist. Das
erste Polarisationsfilter bewirkt, daß das Licht linear polarisiert auf die Beobachtungsstelle
fällt, um dort in trockenem oder nassem Zustand der Becbachtungsstelle polarisiert
reflektiert zu werden, so daß bei entsprechend eingestelltem zweiten Polarisationsfilter
(gekreuzte Stellung) praktisch kein Licht auf die Lichtempfangseinrichtung trifft.
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Bildet sich dann beispielsweise Wassereis, so wird das Licht an der
Beobachtungsstelle dopolarisiert, so daß das zweite Polarisationsfilter das Restlicht
nicht vollständig sperrt, sondern einen Teil des Rßtlichts durchläßt, so daß dieses
Licht auf die Lichtempfangseinrichtung fällt. Diese Änderung der empfangenen Lichtmenge
kann durch den Detektor ausgewertet werden.
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Andererseits ist die Anordnung der beiden Polarisationsfilter aber
auch dann sinnvoll, wenn die Lichtempfangseinrichtung gemäß der oben angegebenen
Weiterbildung der Erfindung nicht in der dem Reflexionswinkel entsprechenden Linie
liegt, sondern außerhalb dieser Linie. Wenn man nur die durch die Bereifung hervorgerufene
Lichtstreuung ausnutzt, so kann es unter Umständen zu Fehlmeldungen kommen, nämlich
dann, wenn sich an der Beobachtungsstelle Kondenswasser gebildet hat, welches ebenfalls
eine Lichtstreuung bewirkt. Durch Hinzufügen der Polarisationsfilter bleibt die
durch Kondenswasser erfolgende Streuung des Lichts unberücksichtigt.
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Um mit großer Sicherheit sowohl Wassereis als auch Reif erkennen
zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Lichtempfangseinrichtung mit
dem zweiten Polarisationsfi lt er als zusätzliche Lichtempfangseinrichtung zu derjenigen
außerhalb des Reflexionswinkels vorgesehen ist. Man erhält also eine Anordnung mit
einer Lichtquelle und zwei Lichtempfangseinrichtungen, wobei die Lichtquelle mit
dem ersten Polarisationsfilter ausgestattet ist, und mindestens die im Reflexionswinkei
liegende Lichtempfangseinrichtung mit dem zweiten Polarisationsfilter ausgestattet
ist. Letztgenannte Lichtempfangseinrichtung spricht dann auf die Bildung von Wassereis
an. Die außerhalb des Reflexionswinkels liegende Lichtempfangseinrichtung spricht
bei Reifbildung auf die dann erfolgenae Lichtstreuung an. Diese außerhalb des Reflexionswinkels
liegende Lichtempfangseinrichtung kann, muß jedoch nicht unbedingt mit einem Polarisationsfilter
ausgestattet sein.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, als Lichtquelle eine Glühlampe
vorzusehen. In einem solchen Fall ist es zweckmäßig, beispielsweise mittels einer
Linsenanordnung einen relativ scharf gebündelten Lichtstrahl zu erzeugen, der eine
sichere Erkennung der Eis- beziehungsweise Reifbildung gestattet. GUnstiger ist
es jedoch, daß erfindungsgemäß die Lichtquelle eine - insbesondere im sichtbaren
Spektrum arbeitende - Leucht- oder Laserdiode ist, daß die Lichtempfangseinrichtung
ein Fotoelement, zum Beispiel eine Fotodiode oder einen Fototransistor aufweist,
und daß der Detektor als Schwellenwertdetektor ausgebildet ist, der auf eine signifikante
Änderung der empfangenen Lichtmenge anspricht und ein für die Eisbildung beziehungsweise
das Ende des Abtauvorgangs kennzeichnendes Signal liefert. Wenn man im sichbaren
Spektrum arbeitet, bietet sich der Vorteil, daß die für diesen Wellenlängenbereich
verfügbaren
Polarisationsfilter relativ billig sind. Ein besonde-
-rer Vorteil von Leucht- und Laserdioden (letztere dürften in absehbarer Zeit im
Preis so stark sinken, daß ihr Einsatz wirtschaftlich zu vertreten ist) besteht-darin,
daß die Lichtabgabe aufgrund der geringen Trägheit im Gegensatz beispielsweise zu
Glühbirnen mit relativ hoher Frquenz gepulst werden kann.
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Speziell für die Eliminierung von Fremdlichtstörungen ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß die Lichtquelle für Pulsbetrieb ausgelegt ist, und daß die Lichtempfangseinrichtung
auf die Pulsfrequenz der Lichtquelle abgestimmt ist. Um Störungen durch die übliche
Netzfrequenz auszuschalten, liegt die gewählte Pulsfrequenz bei einem nicht ganzzahligen
Vielfachen von 50, beispielsweise bei 220 Hertz. Durch ein kleines Tastverhältnis
(Impulsdauer: Impulsperiode) kommt man mit einer geringen "Sender"-Leistung aus.
Durch Abstimmen der Lichtempfangseinrichtung auf die Pulsfrequenz wird erreicht,
daß die Lichtempfangseinrichtung nur auf den "Wechselstromanteil" anspricht, eine
mehr oder weniger gleichmäßige Fremdlichteinstrahlung bleibt durch Ausfiltern unberücksichtigt.
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Je nach Einsatzart der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es zweckmäßig
sein, daß die Lichtquelle und/oder Lichtempfangseinrichtung gegen Staub- und Schmutzeinwirkung
durch ein Schutzrohr geschützt sind, welche den Strahlengang des Lichts teilweise
umgibt. Die Lichtquelle beziehungsweise die Lichtempfangseinrichtung befindet sich
dann zweckmäßig am Ende des luftdicht abgeschlossenen Endes des Schutzrohres, so
daß das Eindringen von Staub aufgrund des Luftstaus in dem Schutzrohr unmöglich
ist.
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Um ein möglichst kompaktes und einfach zu handhabendes Gerät zu erhalten,
ist-vorgesehen, daß Lichtquelle und Lichtempfangseinrichtung in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet, zum Beispiel eingegossen sind. Eine solche Anordnung läßt sich
mühelos und rasch montieren, und gleichzeitig sind die Einzelheiten der Anordnung
vor Beschädigungen weitestgehend geschützt.
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Die Schutzrohre, die ein Verstauben beziehungsweise Verschmutzen der
Lichtquelle beziehungsweise Lichtempfangseinrichtung verhindern sollen, sind bei
einem solchen gegossenen Gehäuse beispielsweise als Bohrungen ausgebildet.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Skizze einer Vorrichtung
zum Erkennen von Eis- beziehungsweise Reifbildung, Fig. 2 die Vorrichtung gemäß
Fig. Fig. 1, wobei sich an der Beobachtungsstelle Eis beziehungsweise Reif gebildet
hat, Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Erkennen von Eis-
beziehungsweise Reifbildung, und Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum
Erkennen von Eis- beziehungsweise Reifbildung.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Erkennen von Eis- und/oder
Reifbildung an einer Beobachtungsstelle B.
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Die Beobachtungsstelle B ist beispielsweise Teil einer Oberfläche
1
einer Aluminiumlamelle 2 eines Wärmeaustauschers einer Wärmepumpe. Selbstverständlich
kann sich die Beobachtungsstelle an irgendeinem anderen Ort befinden, wo die Bildung
von Eis beziehungsweise Reif festgestellt werden soll.
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Die Beobachtungsstelle B wird mittels einer Lichtquelle 3 durch einen
"einfallenden" Lichtstrahl E bestrahlt. Der einfallende Lichtstrahl E wird von der
Oberfläche 1 an der Beobachtungsstelle B, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 als
glatte, trockene Oberfläche vorliegt, im Reflexionswinkel als "reflektiertef'Lichtstrahl
R reflektiert.
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Die Lichtquelle 3 weist eine Treiberschaltung 4 zum Betreiben einer
in einem Schutzrohr 5 angeordneten Leuchtdiode 6 auf. Im Strahlengang des "einfallenden"
Lichtstrahls E befindet sich ein erstes Polarisationsfilter 7, so daß die Wellenebenen
der im Lichtstrahl E enthaltenen Einzellichtstrahlen linear polarisiert sind. Dies
ist in der Zeichnung durch das Symbol "n" markiert.
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Wie in Fig. 1 angedeutet, ist das an der glatten Aluminium oberfläche
1 reflektierte Licht des Lichtstrahls R immer noch polarisiert. Das von der glatten
Oberfläche reflektierte Licht ist noch relativ stark gebündelt, so daß praktisch
kein Licht auf die Lichtempfangseinrichtung 8 fällt.
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Die Lichtempfangseinrichtunff ewht~aus-eruem einem Schutzehr 9 an
dessen Ende angeordneten Lichtempfangselement--10, das hier als Fotodiode ausgebildet
ist, einem Detekbr 11, sowie einem dem Lichtempfangselement 10 vorgeschalteten zweiten
Polarisationsfilter 12.
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Fig. 2 zeigt die Fig. 1 entsprechende Anordnung, nur daß nunmehr
an der Oberfläche 1 der Aluminiumlamelle 2 eine Eis- beziehungsweise Reifschicht
S vorhanden ist, die bewirkt, daß an der Beobachtungsstelle B das polarisierte Licht
des Lichtstrahls E gestreut und depolarisiert wird. Die Tatsache, daß das Licht
nach der Reflexion an der Beobachtungsstelle B depolarisiert ist, ist in Fig. 2
durch die Doppelpfeile P angedeutet.
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Aufgrund der Streuung, hervorgerufen durch die Reifbildung, gelangt
nunmehr auch Licht zur Lichtempfangseinrichtung 8. Bei Reif- beziehungsweise Eisbildung
an der Oberfläche 1 wird also pro Zeiteinheit in der Lichtempfangseinrichtung 8
eine andere Lichtmenge empfangen, als wenn die Oberfläche 1 trocken ist.
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Diese Änderung der empfangenen Lichtmenge wird durch den Detektor
11 erfaßt und in ein entsprechendes Signal umgewanaelt, welches beispielaweise ein
Anzeigelämpchen ansteuert, das dann bei Aufleuchten die Vereisung beziehungsweise
Reifbildung an der Beobachtungsstelle B anzeigt. Das Signal kann außerdem dazu herangezogen
werden, einen Abtauvorgang einzuleiten, durch den die Vereisung beziehungsweise
Reifbildung an der Oberfläche 1 beseitigt wira. Dieses Abtauen kann je nach Anwendungsfall
durch eine Heizeinrichtung erfolgen, oder durch Abschalten des Kühlmittelkreislaufs.
Ist die gesamte Eis- beziehungsweise Reifschicht abgetaut, so sinkt die Lichtintensität
bei der Lichtempfangseinrichtung 8 entsprechend. Das entsprechende Signal wird dazu
herangezogen, den Abtauvorgang zu beenden, das heißt, durch das Signal wird die
Heizeihrichtung ausgeschaltet.
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Grundsätzlich ist es also möglich, durch die Lichtquelle 3 und die
Lichtempfangseinrichtung 8 gemäß der Anordnung, wie sie in den Fig. 1 und 2 aargestellt
ist, eine Eisbildung beziehungsweise Reifbildung an der Beobachtungsstelle B zu
erkennen, und zwar auch ohne die Polarisationsfilter 7 beziehungsweise 12.
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Nun kommt es aber häufig vor, daß an der Beobachtungsstelle vor einer
Eis- oder Reifbildung eine Kondensierung von Wasser erfolgt,
die
bewirkt, daß der einfallende Lichtstrahl E gestreut wird, so daß etwas Streulicht
in die Lichtempfangseinrichtung 8 gelangt. Dies könnte insbesondere bei unzulänglicher
Justierung der Lichtempfangseinrichtung dazu führen, daß irrtümlich eine Eis- oder
Reifbildung an der Beobachtungsstelle B signalisiert wird. Das in einem solchen
Fall auf die Lichtempfangseinrichtung 8 treffende Licht ist dann jedoch polarisiert.
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Um dieser fälschlichen Anzeige einer Eis- oder Reifbildung vorzubeugen,
werden die Polarisationsfilter 7 und 12 vorgesehen. Wenn das zweite Polarisationsfilter
12 so in seinem Winkel eingestellt ist, daß bei Einfall polarisierten Lichts entsprechend
dem trockenen Zustand der Oberfläche 1 an der Beobachtungsstelle B kein Licht auf
die Lichtempfangseinrichtung 8 fällt, so wird auch bei der Bildung von Kondenswasser
praktisch kein Licht auf die Lichtempfangseinrichtung 8 fallen. Nur im Fall der
Reifbildung, also bei gleichzeitiger Streuung und Depolarisation an der Beobachtungsstelle
B stellt sich eine Erhöhung der einfallenden Lichtmenge an der Lichtempfangseinrichtung
8 ein. Auf diese Weise kann zuverlässig die Reifbildung an der Beobachtungsstelle
B erkannt werden.
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Um eine optimale Erkennung sowohl von Eiswasser als auch von Reifbildung
an der Beobachtungsstelle B der Oberfläche 1 zu erkennen, kann zusätzlich zu der
Lichtempfangseinrichtung eine zusätzliche Lichtempfangseinrichtung vorgesehen werden,
die sich auf der dem Reflexionswinkel des einfallenden" Lichtstrahls E entsprechenden
Linie, also im "reflektieren Lichtstrahl R befindet. Je nach Anwendungsfall braucht
auch nur eine einzige solche Lichtempfangseinrichtung vorgesehen zu sein, wobei
auf die außerhalb des Reflexionswinkels
angeordnete Lichtempfangseinrichtung
verzichtet wird. Eine solche Anordnung ist vorzugsweise dann zu wählen, wenn in
erster Linie die Bildung von Wassereis erkannt werden soll.
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Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung mit zwei Lichtempfangseinrichtungen
8' und 13. Die Lichtempfangseinrichtung 8' entspricht in etwa der Lichtempfangseinrichtung
8 gemäß den Fig. 1 und 2, jedoch ist bei der Lichtempfangseinrichtung 8' kein Polarisationsfilter
vorgesehen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird der Strahl E polarisierten Lichts an
der Eis- beziehungsweise Reifschicht S gestreut und reflektiert. Hierbei erfolgt
eine Depolarisation, was in Fig. 3 durch die beiden Doppelpfeile P angedeutet ist.
Bei Reifbildung erfolgt eine entsprechende Anzeige durch die Lichtempfangseinrichtung
8' in der bereits erläuterten Weise. Bei der Bildung von Wassereis wird der einfallende"
polarsierte Lichtstrahl E an der Beobachtungsstelle B reflektiert, und der depolarisierte
"reflektierte" Lichtstrahl R trifft auf die Lichtempfangseinrichtung 13, die ähnlich
wie die anderen Lichtempfangseinrichtungen ein Schutzrohr 14, einen Detektor 15,
ein beispielsweise als Foto diode ausgebildetes Lichtempfangselement 16 und ein
Polarisationsfilter 17 aufweist.
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Die Winkelstellung des Polarisationsfilters (Analysators) 17 ist
so gewählt, daß bei trockener Oberfläche 1, das heißt ohne Eis- beziehungsweise
Reifbildung kein Licht auf das Lichtempfange element 16 fällt. Bei Bildung von Wassereis
jedoch wird das Licht depolarisiert und gelangt teilweise durch den Polarisationsfilter
17 auf das Lichtempfangselement 16.
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Wenn bei einer solchen Anordnung eine Licht streuung an
der
Beobachtungsstelle B beispielsweise durch Kondenswasser erfolgt, so würde - wie
oben erwähnt - möglicherweise die Lichtempfangseinrichtung 8' fälschlicherweise
eine Eis- oder Reifbildung anzeigen. Da in diesem Fall jedoch kein Licht auf das
Lichtempfangselement 16 der Lichtempfangseinrichtung 13 fällt, kann die Zustandskombination
"Licht bei 8' und kein Licht bei 13" dahingehend ausgewertet werden, daß keine Reif-beziehungsweise
Eisbildung an der Oberfläche 1 vorliegt.
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Als Lichtquelle wird beispielsweise eine Leuchtdiode verwendet, die
im sichtbaren Spektrum arbeitet0 Dies bietet -die Möglichkeit, relativ billige Polarisationsfilter
zu verwenden. Eine besonders gute Bündelung des Lichts wird bei Verwendung von Laserdioden
als Lichtquellen erzielt. Als Lichtempfangselemente kommen beispielsweise Fotodioden
und Fototransistoren in Betracht. Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, als
Lichtquelle eine Glühlampe zu verwenden, jedoch sind derartige Lichtquellen für
Pulsbetrieb zu träge, so daß Leuchtdioden und Laserdioden vorzuziehen sind. Der
Vorteil der Verwendung von Leuchtdioden beziehungsweise Laserdioden soll im folgenden
anhand von Fig. 4, die ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erkennen einer Vereisung
beziehungsweise Reifbildung an einer Beobachtungsstelle darstellt, erläutert werden
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Gemäß Fig. 4 liefert eine Treiberschaltung 20 an eine Leuchtdiode
21 entweder ein Gleichsignal oder ein Rechtecksignal, so daß die Leuchtdiode 21
im Dauerstrichbetrieb oder gepulst arbeitet. Der von der Leuchtdiode 21 abgegebene
Lichtstrahl wird durch ein Polfilter 22 linear polarisiert, so daß von der Oberfläche
1 der Aluminiumlamelle 2, die mit einer
Eis- beziehungsweise Reifschicht
S bedeckt sein kann, das linear polarisierte Licht polarisiert beziehungsweise depolarisiert
reflektiert (und möglicherweise gestreut) wird. Das reflektierte Licht gelangt durch
einen weiteren Polfilter 23 zu einer Fotodiode 24, die, falls das reflektierte Licht
depolarisiert ist, auf das empfangene Licht anspricht und ein Signal an einen Vorverstärker
25 gibt, dessen Ausgangssignal im Fall von Pulsbetrieb von einem Bandpaßfilter 25
gefiltert, geglättet und von einem"hysteresebehafteten Schwellenwertschalter 26
weiterverarbeitet wrd.
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Die Ansprechschwelle des Schwellenwertschalters oder -detektors 26
läßt sich mittels eines veränderlichen Widerstands 27 justieren.
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Wenn die Treiberschaltung 20 die Leuchtdiode 21 mit Gleichstrom betreibt,
gelangt bei eis- und reiffreier Oberfläche 1 praktisch kein Licht zur Fotodiode
24, so daß das Ausgangssignal des Schwellenwert schalters 26 beispielsweise niedrigen
Pegel aufweist. Bei Eis- und/oder Reifbildung an der Oberfläche 1 erfolgt eine Depolarisierung
des Lichts, so daß die Leuchtdiode 24 Licht empfängt. Folglich liefert die Fotodiode
24 ein Ausgangssignal, das von dem Vorverstärker 25 verstärkt und unter Umgehung
des Bandpaßfilters 25 an den Schwellenwertschalter 26 weitergegeben wird. Der Schwellenwertschalter
spricht auf dieses Signal an und liefert gn seinem Ausgang dann ein Signal hohen
Pegels, welches für eine Anzeige oder zum Einleiten eines Abtauvorgangs verwertet
werden kann.
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Der Schwellenwertschalter kann derart eingestellt sein,-daß der'Abtauvorgang
bereits bei Einsetzen der Vereisung eingeleitet wird, das heißt, der Schwellenwertschalter
26 liefert ein Signal hohen Pegels, sobald eine Reif- beziehungsweise Eisbilaung
einsetzt. Nach Abfallen des Signals auf niedrigen Pegel
wird der
Abtauvorgang beendet. Der Schwellenwertschalter 26 kann aber für zwei verschiedene
Schwellenwerte ausgebildet sein.
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Ein erster, hoher Schwellenwert entspricht einer bereits bis zu einem
gewissen Stadium fortgeschrittenen Vereisung, so daR der Abtauvorgang erst dann
eingeleitet wird, wenn die Vereisung eine gewisse Stärke erreicht hat. Der Abtauvorgang
wird jedoch nicht bei Unterschreiten dieses hohen Schwellenwertes beendet, sondern
erst bei Unterschreitung eines zweiten, relativ niedrigen Schwellenwertes, wobei
dieser niedrige Schwellenwert dann so eingestellt ist, daß er einer eis- und reiffreien
Beobachtungsstelle entspricht.
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In bestimmten Anwendungsfällen muß damit gerechnet weraen, daß Fremdlicht
durch das Polarisationsfilter 23 auf die Leuchtdiode 24 gelangt, was dann möglicherweise
zu einem fälschlichen Ausgangssignal am Ausgang des Schwellenwertschalters 26 führt.
Um derartige Störeinflüsse auszuschalten, liefert die Treiberschaltung vorzugsweise
als Ausgangs signal ein Recht ecksignal an die Leuchtdiode 21, das heißt, die Leuchtdiode
21 arbeitet im Pulsbetrieb. Ein der Pulsfrequenz entsprechendes Signal wird als
Taktsignal von der Treiberschaltung 20 an das Bandpaßfilter 254 welches beispielsweise
als sogenannter LOK-IN-ci, Verstärker ausgebildet ist, gegeben. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß praktisch nur der t'Wechselanteil't der von der Leuchtdiode 21
abgegebenen Signale in der Empfängerschaltung berücksichtigt wird, von Fremdlicht
verursachte Störungen werden durch die Filterschaltung 25 ausgefiltert. Die Filterschaltung
25 liefert nach Integration am Ausgang einen Gleichpegel, und entsprechend diesem
Pegel gibt der Schwellenwertschalter 26 an seinem Ausgang ein Signal niedrigen oder
hohen Pegels ab.
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Möglicherweise muß mit weiteren Störeinflüssen gerechnet werden,
beispielsweise mit Störungen aufgrund von Staub und Schmutz, die den Betrieb sowohl
der Lichtquelle als auch der Lichtempfangs-einrichtung beeinträchtigen können. Werden
sowohl Lichtquelle als auch Lichtempfangseinrichtung jeweils am Ende der Schutzrohre
5 beziehungsweise 9 oder 14 angeordnet, wobei das Rohrende dann jeweils im unteren
Bereich, das heißt im Bereich von Lichtquelle beziehungsweise Lichtempfangseinrichtung,
luftaicht abgeschlossen ist, so kann praktisch kein &aub oder Schmutz auf die
Oberfläche von Polarisationsfilter, Leuchtdiode oder Fotodiode gelangen, weil sich
in dem Schutzrohr ein Luftstau bildet.
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Durch Anordnen von Lichtquelle und Lichtempfangseinrichtung(en) in
ein einziges Gehäuse erhält man eine kompakte Vorrichtung, die sich leicht montieren
läßt. Unter Aussparung der Schutzrohre läßt sich die gesamte Anordnung beispielsweise
in Epoxyharz eingießen, so daß die Elemente sowie die dazugehörigen Anschlüsse gut
geschützt sind.
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