DE3247192C2 - Fiber optic liquid level measuring device - Google Patents

Abstract

Eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung verfügt über einen ersten einer Lichtquelle (2) zugeordneten Lichtwellenleiter (3) und einen zweiten einem Lichtdetektor (1) zugeordneten Lichtwellenleiter (4). Die beiden Enden der Lichtwellenleiter (3, 4) sind über einen transparenten Verbindungskörper (7) verbunden. Der Verbindungskörper koppelt einen Teil des Lichtes vom Lichtwellenleiter (3) in den Lichtwellenleiter (4). Die übergeleitete Lichtintensität hängt vom Reflexionsverhalten des Verbindungskörpers (7) ab. Je nach dem ob der Verbindungskörper (7) in die Flüssigkeit eintaucht oder nicht, wird weniger oder mehr Licht in den Lichtwellenleiter (4) gekoppelt und am Detektor (1) gemessen.A fiber optic liquid level measuring device has a first optical waveguide (3) associated with a light source (2) and a second optical waveguide (4) associated with a light detector (1). The two ends of the optical waveguides (3, 4) are connected via a transparent connecting body (7). The connecting body couples part of the light from the optical waveguide (3) into the optical waveguide (4). The transmitted light intensity depends on the reflection behavior of the connecting body (7). Depending on whether the connecting body (7) is immersed in the liquid or not, less or more light is coupled into the optical waveguide (4) and measured at the detector (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, deren jeweils von der Lichtquelle und dem Lichtdetektor wegweisenden Enden über einen Sensor in Gestalt eines optisch durchlässigen Körpers verbunden sind, der einen Teil des Lichtes vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter überkoppelt.The invention relates to a fiber optic liquid level measuring device with a first optical waveguide assigned to a light source and a second optical waveguide assigned to a light detector, the ends of which pointing away from the light source and the light detector are connected via a sensor in the form of an optically transparent body which couples part of the light from the first optical waveguide into the second optical waveguide.

Bei einer derartigen, aus der DE-AS 11 18 480 bekannten Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung ist der Sensor aus einem V-förmigen Kunststoffkörper hergestellt, an den einstückig zwei starre Lichtwellenleiter angeformt sind. Die mit der Flüssigkeit je nach dem Flüssigkeitsstand in Berührung kommenden V-förmig aufeinander zulaufenden Oberflächen sind bei der bekannten Vorrichtung so ausgerichtet, daß das von der Lichtquelle kommende und in den optisch durchlässigen Körper gelangende Licht nach zweimaliger Reflexion an den Oberflächen zum Lichtdetektor gelangt. Die Ausrichtung der reflektierenden Oberflächen muß dabei so getroffen sein, daß nach den Gesetzen der Strahlenoptik ein Überkoppeln des Lichtes aus dem ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter stattfinden kann.In a liquid level measuring device of this type, known from DE-AS 11 18 480, the sensor is made of a V-shaped plastic body onto which two rigid optical fibers are integrally formed. The V-shaped surfaces that come into contact with the liquid depending on the liquid level are aligned in the known device in such a way that the light coming from the light source and entering the optically transparent body reaches the light detector after being reflected twice by the surfaces. The alignment of the reflecting surfaces must be such that the light can be coupled from the first optical fiber to the second optical fiber according to the laws of ray optics.

In der GB-PS 15 18 492 ist eine Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung beschrieben, deren optisch durchlässiger Körper in seinen Abmessungen ebenfalls so gestaltet ist, daß nach den Gesetzen der Strahlenoptik eine Lichtbündelumlenkung um insgesamt 180 Grad erfolgen kann. Dazu ist der Sensor dieser Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung aus Glas oder Kunststoff mit zwei polierten winklig zueinander zugeordneten Flächen versehen, um für möglichst viele Lichtstrahlen die Reflexionsbedingungen zu erfüllen. Wird der Winkel zwischen den beiden Flächen zu klein oder zu groß, kann jedoch aufgrund der strahlenoptischen Gesetze keine Umlenkung des in den durchlässigen Körper eingestrahlten Lichtes mehr erfolgen.GB-PS 15 18 492 describes a liquid level measuring device whose optically transparent body is also designed in such a way that, according to the laws of ray optics, a light beam can be deflected by a total of 180 degrees. For this purpose, the sensor of this liquid level measuring device made of glass or plastic is provided with two polished surfaces at an angle to one another in order to meet the reflection conditions for as many light rays as possible. If the angle between the two surfaces is too small or too large, however, the light radiated into the transparent body can no longer be deflected due to the laws of ray optics.

Bei einem in dem DE-GM 82 14 766 beschriebenen Niveaufühler für Flüssigkeiten sind die Enden zweier Lichtwellenleiter durch eine abgeknickte Stelle im Lichtwellenleiter selbst miteinander verbunden. Dabei dienen verhältnismäßig kleine Bereiche in der Spitze als Reflexionszonen, um insgesamt eine Lichtumlenkung vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter zu bewirken. Dies führt jedoch dazu, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Lichtes in den zweiten Lichtwellenleiter gelangt und daß die Beeinflussung des Lichtes bzw. dessen Auskopplung nur innerhalb verhältnismäßig kleiner Oberflächenbereiche möglich ist.In a level sensor for liquids described in DE-GM 82 14 766, the ends of two optical fibers are connected to one another by a bent point in the optical fiber itself. Relatively small areas in the tip serve as reflection zones in order to cause an overall deflection of light from the first optical fiber into the second optical fiber. However, this means that only a relatively small part of the light reaches the second optical fiber and that influencing the light or coupling it out is only possible within relatively small surface areas.

Aus dem DE-GM 82 13 878 ist ein Niveaufühler für unter Druck stehende Flüssigkeiten bekannt, bei dem ein einziger Lichtwellenleiter entlang eines U-förmigen Weges in einem Druckbehälter verlegt ist. In den Lichtwellenleiter eingearbeitete Kerben bilden eine Reflexionszone zur Flüssigkeitsniveaumessung, in dem diese eine abgestufte Reflexion und damit die Fixierung mehrerer Schaltpunkte ermöglichen.DE-GM 82 13 878 describes a level sensor for pressurized liquids in which a single optical fiber is laid along a U-shaped path in a pressure vessel. Notches incorporated into the optical fiber form a reflection zone for liquid level measurement, in which they enable a graduated reflection and thus the fixing of several switching points.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung zu schaffen, die es gestattet, als Sensorkörper einen Körper beliebiger Gestalt zu verwenden.The invention is based on the object of creating a fiber optic liquid level measuring device which allows a body of any shape to be used as the sensor body.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der optisch durchlässige Körper ein optischer Streukörper ist, in dem das vom ersten Lichtwellenleiter eingespeiste Lichtbündel in alle Richtungen gestreut wird.This object is achieved according to the invention in that the optically transparent body is an optical scattering body in which the light beam fed in by the first optical waveguide is scattered in all directions.

Dadurch, daß der optisch durchlässige Körper gleichzeitig als optisch streuender Körper ausgebildet ist, wird das aus dem ersten Lichtwellenleiter austretende Licht im Streukörper in alle Richtungen gestreut und gelangt somit zu allen Stellen auf der Oberfläche des Streukörpers. Dies bewirkt eine Gleichverteilung des eingespeisten Lichtes auf alle Oberflächenbereiche, so daß alle Oberflächenbereiche dazu beitragen können, die Lichtüberkopplung in den zweiten Lichtwellenleiter zu beeinflussen. Dabei kann die Form des Streukörpers von der idealen Form eines Prismas mit polierten Stellen abweichen und insbesondere auch kugelförmig oder tropfenförmig sein, ohne daß eine durch die Strahlenoptik vorgegebene kritische Form für den optisch durchlässigen Körper eingehalten werden zu braucht.Because the optically transparent body is also designed as an optically scattering body, the light emerging from the first optical waveguide is scattered in all directions in the scattering body and thus reaches all areas on the surface of the scattering body. This results in an even distribution of the light fed into all surface areas, so that all surface areas can contribute to influencing the light coupling into the second optical waveguide. The shape of the scattering body can deviate from the ideal shape of a prism with polished areas and can in particular be spherical or teardrop-shaped, without a critical shape for the optically transparent body specified by the ray optics having to be maintained.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der eine einzige Figur umfassenden Zeichnung näher erläutert, aus der das Funktionsprinzip eines faseroptischen Koppelsensors ebenfalls entnehmbar ist.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing comprising a single figure, from which the functional principle of a fiber optic coupling sensor can also be taken.

Das Licht einer beliebigen Lichtquelle 2 wird teilweise in einen ersten Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt und durch diesen an den Meßort geleitet. Am Ende des Lichtwellenleiters 3 ist ein optisch durchlässiger Körper 7 angebracht, der den ersten Lichtwellenleiter 3 mit einem zweiten Lichtwellenleiter 4 verbindet. Der Körper 7 hat einerseits die Aufgabe, einen Teil des Lichtes vom Lichtwellenleiter 3 in den Lichtwellenleiter 4 zu übertragen. Dies kann einerseits ohne Umwege durch Reflexion an der Oberfläche des Körpers 7 geschehen. Der Teil des Lichtes, der schließlich in den Lichtwellenleiter 4 reflektiert wird, gelangt zu einem Lichtdetektor 1 und wird dort in ein elektrisches Signal umgesetzt. Die Menge des reflektierten Lichtes hängt bei einer vorgegebenen Anordnung von der Brechzahl des den Körper 7 umgebenden Mediums 6 ab. Da die Brechzahl von Flüssigkeiten stets größer als die von Gasen ist, wird im eingetauchten Zustand weniger Licht in den Lichtwellenleiter 4 gekoppelt als im trockenen Zustand. Zweckmäßigerweise wird die Oberflächenform und der Körper 7 so gestaltet, daß eine große Änderung zwischen eingetauchtem und trockenem Zustand bewirkt wird.The light from any light source 2 is partially coupled into a first optical waveguide 3 and guided through it to the measuring location. At the end of the optical waveguide 3 there is an optically transparent body 7 which connects the first optical waveguide 3 to a second optical waveguide 4. The body 7 has the task of transmitting part of the light from the optical waveguide 3 into the optical waveguide 4. This can be done directly by reflection on the surface of the body 7. The part of the light which is finally reflected into the optical waveguide 4 reaches a light detector 1 and is converted there into an electrical signal. The amount of reflected light depends on the refractive index of the medium 6 surrounding the body 7 in a given arrangement. Since the refractive index of liquids is always greater than that of gases, less light is coupled into the optical waveguide 4 in the immersed state than in the dry state. Advantageously, the surface shape and the body 7 are designed in such a way that a large change is brought about between the immersed and dry states.

Der optisch durchlässige Körper 7 ist nicht volltransparent, sondern ein optisch streuender Körper 7. Aus diesem Grunde wird das über den Lichtwellenleiter 3 in den optisch durchlässigen Körper 7 oder Streukörper eingespeiste Licht in diesem in alle Richtungen gestreut, so daß neben dem in der Zeichnung dargestellten Lichtweg noch viele weitere Lichtwege auftreten, die jedoch zur Vermeidung einer Überlastung der Zeichnung in dieser weggelassen sind. Die Lichtmenge, die nach zahlreichen Streuvorgängen in dem als Streukörper dienenden Körper 7 in den Lichtwellenleiter 4 gelangt, hängt vom Reflexionsgrad der Körperoberfläche ab, der durch die Brechzahl des umgebenden Mediums gegeben ist, das im nichteingetauchten Zustand ein Gas und im eingetauchten Zustand ein flüssiges Medium 6 ist.The optically transparent body 7 is not fully transparent, but an optically scattering body 7 . For this reason, the light fed into the optically transparent body 7 or scattering body via the optical waveguide 3 is scattered in all directions, so that in addition to the light path shown in the drawing, many other light paths occur, which, however, are shown in these are omitted. The amount of light that reaches the optical waveguide 4 after numerous scattering processes in the body 7 serving as a scattering body depends on the degree of reflection of the body surface, which is given by the refractive index of the surrounding medium, which is a gas in the non-immersed state and a liquid medium 6 in the immersed state.

Claims (1)

Faseroptische Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Lichtdetektor zugeordneten Lichtwellenleiter, deren jeweils von der Lichtquelle und dem Lichtdetektor wegweisenden Enden über einen Sensor in Gestalt eines optisch durchlässigen Körpers verbunden sind, der einen Teil des Lichtes vom ersten Lichtwellenleiter in den zweiten Lichtwellenleiter überkoppelt, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch durchlässige Körper (7) ein optischer Streukörper ist, in dem das vom ersten Lichtwellenleiter (3) eingespeiste Lichtbündel in alle Richtungen gestreut wird. Fiber optic liquid level measuring device with a first optical waveguide assigned to a light source and a second optical waveguide assigned to a light detector, the ends of which pointing away from the light source and the light detector are connected via a sensor in the form of an optically transparent body which couples part of the light from the first optical waveguide into the second optical waveguide, characterized in that the optically transparent body ( 7 ) is an optical scattering body in which the light beam fed in by the first optical waveguide ( 3 ) is scattered in all directions.