DE2654104A1

DE2654104A1 - Elektrooptisches fluid-messystem

Info

Publication number: DE2654104A1
Application number: DE19762654104
Authority: DE
Inventors: John Connelly; Frederick Neuscheler
Original assignee: Grumman Aerospace Corp
Current assignee: Grumman Corp
Priority date: 1976-11-29
Filing date: 1976-11-29
Publication date: 1978-06-01

Description

Elektrooptisches Fluid-Meßsystem
Gegenwärtig bekannte und praktisch verwendete Geräte zum Messen und zum Anzeigen des Standes eines in einem Tank enthaltenden Fluids besitzen die Form mechanischer Geräte, d.h. Geräte, die auf der Lage eines Schwimmers oder eines anderen Anzeigoteils beruhen, und elektrischer kapazitiver Geräte, d.h. Geräte, die auf der Veränderung der Kapazität eines elektrischen Sensors beruhen, die dadurch eintritt, daß entweder Fluid oder Luft als Dielektrikum im Kondensator eines elektrischen Stromkreises dient.
Es ist bekannt, ein passives Meßsystem für eine Flüssigkeit in einem Tank zu bilden, bei dem Elemente eingesetzt werden, die das Licht aufnehmen und durch Reflexion weitereinem vom leiten, wenn sie von einem Medium mit/Brechungsz dex zu messenden Flüssigkeit verschiedenen Brechungsindex umgeben werden. Beispielsweise stellt die US-PS 3 120 125 eine solche Einrichtung vor.
Bei diesen bekannten Einrichtungen war es erforderlich, die Oberfläche des Fluids innerhalb des Tanks längs einer horizontalen Ebene oder mehrerer Ebenen, die horizontal durch den .Tank verlaufen, zu betrachten.
Bei so aufgebauten Geraten hat es sich als auBerordentlich schwierig herausgestellt, die Meßeinrichtungen.so dicht aneinander anzubringen, daß sie kleine Unterschiede in der Stellung der Fluidoberfläche innerhalb des Tankes bemerken, und wegen der Reflexionen an der Oberfläche eines Fluids können sie die Dichte des Fluids beim Auftreten irgendwelcher Störungen nicht genau bestimmen.
Es ist deshalb ein Hauptziel der Erfindung, ein verbessertes Fluidmengen-Meßgerät zu schaffen, welches passiv mißt und so angeordnet ist, daß es von der Seite die Vertikalhöhe des Fluids ansieht und zwar von einer weit größeren Anzahl von Stellen aus, als es mit den seitherigen Geräten auf diesem Gebiet möglich ist.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Fluidniveau-Rnzeigesystem zu schaffen, das weniger anfällig für elektronische Störungen ist, keine bewegten eile besitzt und durch Kriechströme, Streukapazitäten und die Lage des Tanks weniger beeinträchtigt wird Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Fluidniveau-Anzeigesystem zu schaffen, das eine Sonde und Elektronik verwendet, die ein Signal von leicht zu verarbeitender Größen erzeugt, womit Verdrahtungs- und Verbindungsprobleme verkleinert und die Zuverlässigkeit erhöht werden och ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein digitales Fluiddichte-Meßsystem zu schaffen, das die Fluiddichte in beispielsweise Kilogramm pro Liter angibt, womit grundlegende Unterschiede zwischen verschiedenen Flüssigkeitslieferungen und wodurch Temperatureffekte kompensiert werden können, womit die Bestimmung der Masse des in dem Tank enthaltenen fluids möglich ist.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, für ein Warnsignal zu sorgen, falls ein unerwartetes Fluid in dem Tank vorhanden ist, wodurch vor Situationen geschützt wird, bei denen Wasser unaDsichtlich in einen Treibstofftank gelangt oder sich in größerer als normaler Menge in ihm sammelt.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Fluid-Meßsystem zu schaffen, dessen Emefindlichkeit und Genauigkeit verbessert wird, während das Fluid verbraucht wird. Kanazitive Meßsysteme zeigen einen fortwährend zunehmenden Fehler, wenn Flugzeugbrennstoff verbraucht wird, und zwar speziell dann, wenn die Brennstoffmenge auf den kritischen Wert zugeht Bekanntlich ist es bei großvolumigen Flugzeugen zulässig, daß um 1350 kg oder mehr übertankt wird, um Meßsystem-Fehler auszugleichen, was zu Lasten der Frachtzuladung gehte Ein weiteres Ziel d.er Erfindung ist es, ein Fluidstand/Fluiddichte-Anzeigesystem für ein Flugzeug mit einer Vielzahl von Tanks zu schaffen, bei dem Brennstoffsonden benutzt werden können, um ein 3iital-Erfassungsinterface mit einem gemeinsamen oder passenden Skalenfaktor zusammen mit einer Lichtquelle und Dhotodetektoren zu benutzen, um den Brennstoffstand und die Brennstoffdichte zu erfassen und bei dem Einrichtungen benutzt werden, um einfach Signale verschiedener Sonden zu kombinieren, um eine Anzeige für den Fluidstand in den einzelnen Tanks und den Gesamtfluidstand zu erhalten.
Weiter ist es ein Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, bei der der Fluidstand in verschiedenen Tanks zusammen mit einem (gemessenen oder extrpolierten) Dichtewert kombinier-t werden kann, um zusätzlich zum Fluidstand das in jedem Tank oder in allen Tanks verbleibende Fluidgewicht zu ergeben.
Ein weiteres und besonderes Ziel der Erfindung ist es, ein Brennstoff-Meßsystem für Flugzeuge im austausch für die Analog-Kapazitätsmeßsysteme zu schaffen, die zur Zeit verwendet werden und die sich als notorisch ungenau und unzuverlässig erwiesen haben. Besonders wurde beobachtet, daß die gegenwärtig üblichen Treibstoff-Meßsysteme in einem Flugzeug vom Kapazitätstyp zu verschiedenen Allein -Signalabweichungen neigen, die durch Wettereinflüsse, durch die Verdrahtung und die Stecker, aber ebenso auch durch Fehler anderer Bestandteile hervorgerufen werden.
Gewöhnlich findet man bei solchen Systemen Fehler, die 1 r, des Tankinhalts plus 2 % der ablesung erreichen, und das bevor sie die Herstellungsstätte verlassen. Das rührt von dem Skalenfaktor des'kapazitiven Systems her, der üblicherweise 1 pF (1 x 10-12 F) pro 26,9 kg Treibstoff beträgt, wenn die Dichte des Treibstoffs mit 0,839 g/cm3 angenommen wird. Bei einer solchen Abweichung kann ein Flugzeug, das 45 359 kg Treibstoff aufnehmen kann, eine Unter-oder Übermenge von 160 kg beim Start aufweisen. Unter dieser Bedingung ist, wenn eine Rest-Treibstoffmenge von 4536 kg angezeigt wird, eine Abweichung von 544 kg oder 12 % ohne weiteres möglich. Es ist daher leicht einzusehen, daß bei leerwerdendem Tank, wenn die noch verfügbare Treibstoffmenge kritisch wird, der zulässige Fehler des kapazitiven Meßsystems asymptotisch gegen Unendlich geht.
Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch wegen der Einzelnunktanzeige, die mit ihrem Gebrauch möglich wird, die GröSe der Fehler in dem System, falls solche überhaupt vorhanden sind, nicht mit einer festen Abweichung behaftet, wie es bei den gegenwärtig in der Luftfahrt benutzten Kapazitäts-Meßsystemen der Fall ist.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben in dieser zeigt: Fig. 1 eine Anzeigesonde für den Fluidspiegel, bei der die gegenseitige Entfernung der Detektoren übereinstimmend mit den Grundsätzen dieser Erfindung angeordnet wurde, in einem rechteckig geformten Tank, Fig. 2 eine Fluidstandsw nzeigesonde mit unregelmäBigem Abstand der Detektoren gemäß der Erfindung in einem unregelmäßig geformten Tank, Fig. 3 eine Fluidstands-Anzeigesonde, wie sie in Fig. 1 und 2 benutzt wurde, Fig. 4 eine Vorderansicht einer Stützplatte für die Anzeige sonde der Fig. )Y, Fig. 5 eine Seitenansicht der Stützplatte, Fig. 6 einen Xuerschnitt durch die Stützplatte, von oben gesehen, Fig. 7 einen Ouerschnitt durch die Stützplatte, wie in Fig. 6, mit einem Paar von lichtführenden Detektoa mit einer optischen Zwischenfläche zwischen den Elementen des Paares gemäß der Erfindung, Fig. 8 ein elektrisches Schaltschema eines Ynzeigesystems, das mit der Fluidstands-Anzeigesonde verwendet werden kann, Fig. 9 eine schematische Darstellung der- Lichtleitungssteuerung eines Abschnittes des in Fig. 8 gezeigten elektrischen Systems, Fig.10 ein aus mehreren Tanks und Sensoren bestehendes System und die elektrischen Vorrichtungen und Ausgabegeräte für ein vollständiges Fluidstands-Anzeigesystem nach den Grundsätzen der Erfindung, Fig.11 ein Blockschaltbild eines Logikkreises zur Steuerung des .\nzeigegerätes in Fig. 10, und Fig.12 einen ')uerschnitt durch einen kombinierten erfindungsgemäßen Dichtemesser-WasserdetektorO Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept ist das Snellius' sche Gesetz der Lichtreflexion an der Zwischenfläche einer Sonde in Luft und in Filissigkeit (LTichtisbereinstimmung des Brechungsindex). Wie in Fig 1 gezeigt, besteht die Fluidstandssonde 20 aus einem Gehäuse, das eine unzahl von Licht zuführenden faseroptischen Bündeln 22 und eine Anzahl von lichtleitenden faseroptischen Bündeln 24 enthält, die innerhalb einer Leitung- 26 zu dem Gehöuse hin und von ihm weggeführt werden Die erwähnten faserootischen Bündel 22 und 24 werden durch eine Platte 28 an einer Seitenflache des Gehäuses 20 so gehalten, daß sie paarweise, wie später beschrieben9 an einer Vielzahl von Stellen 70 austreten, die sich von der Oberseite bis zum Boden des Tanks 32 erstrecken, in dem die Sonde 20 angebracht ist Bei abnehmendem Fluidinhalt des Tanks wird eine vergrößerte Empfindlichbeit dadurch erreicht, daß der- Abstand zwischen den Faseroptikbündeln, wie am unteren Ende der Platte 28 dargestellt, immer weiter abnimmt Wie in Fig. 2 zu sehen, ist die Sonde 20' an der tiefsten Stelle 34 eines Tanks 36 von unregelmäßiger Gestalt angebracht, und die einzelnen Stellen der Lichtleiterpaare sind in ihrem Abstand so angeordnet, daß sie sich der unregelmäßigen Gestalt des Tanks von seiner Oberseite bis zur größten Vertiefung 34 anpassen.
In Fig. 3 ist die Stützplatte für die Lichtleiterpaare im einzelnen gezeigt. Sie besitzt einen Halteflansch 76 und eine Platte 38 mit einer Vielzahl von Fenstern (optischen Zwischenflchen) 407 42, 44, 46, 48, 50, 52 auf ihrer Vorderseite. Wie gezeigt, tritt die Leitung 26', innerhalb deren die beiden faseroptischen Bündel 22' und 24' gehalten werden, hinter der Platte 38 ein, damit die einzelnen Paare (beispielsweise 54 und 56) der Basero-otik von hinten in die Platte vS eintreten, um in der Nähe der erwähnten Fenster aufzuhoren. Die Platte. 38 ist in Big. 4 mit mehr Einzelheiten zu sehen, und sie umfaßt eine dünnen, länglichen rechteckigen aufbau 5, in dem eine Reihe von Öffnungen 64 und 66 von der Rückseite zur Vorderseite der Platte 38 vorgesehen sind, die einen Winkel zueinander einschließen. Die Öffnungen können auch längliche Schlitze sein, während Abstandsstücke zwischen den Glasfasern singesetzt sind. In Fig. 6 ist die trt der für die optische Erfassung benutzten Zwischenflächen, wie sie bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung benutzt wird, mehr im einzelnen dargestellt.
In Fig. 7 wird dargestellt, daß die Platte 38 Oberflächen 60 und 62 eines dreieckigen Hohlraumes besitzt, die um 450 gegen die Vorderfläche der Platte geneigt sind, während umhüllte faseroptisciie Elemente 63 i-T1d 70 von der Rückseite der Platte zum Hohlraum hin so eingesetzt sind, daß sie in einer zur jeweiligen Oberfläche 60 bzw. 62 parallelen Ebene enden. Auf diese Weise stehen auch die Endflächen der Fasern 68 und 70 in einem Winkel zueinander, der der gleiche ist wie der der Oberflächen 60 und 62. Die Fasern 68 und 70 reichen mit ihren Endflächen im wesentlichen bis zur Ebene der Vorderfläche der Platte 38. Es ist nicht nötig, diesen Winkel genau einzuhalten, es ist nur erforderlich, daß zwischen den Endflchen der Fasern 68 und 70 eine Zwischenfläche oder eine Dbergabefliche 72 gebildet ist. Die optische Zwischenfläche 72 ist ein Glas oder ein durchsichtiger Eunststoff von Drismaförmiger Gestalt. Sie kann nich-t nur zwischen den Endflä.chen der Fasern 68 und 70 angebracht sein, sondern sie kann schon von Ånfang an angebracht sein, um die Fasern auszurichten und getrennt zu halten, wenn statt Bohrungen Schlitze in der Platte 38 ausgeblldet sind.
In Fig. 8 ist ein elektrisches System gezeigt, das zusammen mit den faserontischen Elementen benutz-t werden kann, und das eine Vielzahl von Phototransistoren 74 enthält, die zwischen einer Energiequelle 76 und einer Vielzahl von Invertern 78 angebracht sind, wobei die Inverter 78 durch eine Vielzahl von WideisOtanden 80 mit einem Verstärker verbunden sind, der auf ein/Anzeigeinstrument 84 wirkt. Die Inverter 78 werden dazu benutzt, um die in einem Tank noch enthaltende Fliissigkeit anzuzeigen Wenn die verbrauchte Flüssigkeit angezeigt werden soll, sind sie entbehrlich. Wie in Fig. 9 zu sehen, wird eines der vielen faseroptischen Elemente 70 innerhalb des Bündels einer Lichtquelle 86 ausgesetzt und das andere faseroptische Element 68 in Zusammenarbeit mit dem Phototransistor 74 gebracht, so daß jedesmal, wenn durch das Element 70 geleitetes Licht auf das Element 63 hin reflektiert wird, wie es jedesmal dann auftritt, wenn der Plüssigkeitsstand unter 72 ist, der Phototransistor 74 ein Signal auf den Inverter 78 abgibt, das über einen Widerstand 80 und den Verstärker 82 das .nzeigegerat 84 beeinflußt. In Fig.
10 wird ein Treibstofftank 88 für ein Flugzeug gezeigt, in dem eine Vielzahl von Stützplatten-Detektoren 90 und 92 angeordnet sind, die gleichartig wie der in Fig. 3 gezeigte Detek-tor aufgebaut sind. Die Platten 90 und 92 sind mit Gehäusen 94 und 96 verbunden, die an der Außenwand des oberen Tankabschnitts oder noch weiter entfernt angebracht sind. Innerhalb dieser Gehäuse sind Lichterzeuger und die Photo ransistoren angebracht, die, wie vorher beschrieben, ein elektrisches Signal über Leitungen 98 und 00 jedesmal dann weitergeben, wenn der Brechungsindex an irgendeiner Stelle oder an allen Stellen der einzelnen Standanzeiger in den Halteplatten 90 und 92 nicht miteinander übereinstimmen. Wie in Fig. 10 angezeigt, ist jede Anzahl von Tanks möglich und es wird auf ein Zweitanksystem Bezug genommen mit einem Tank Nr. 2, dessen elektrische Signale über Leitungen 102 und 104 übertragen werden. Die Einrichtung zur Erzeugung des notwendigen Lichtes kann eine einfache Lampe, eine gepulste Lichtquelle oder Tageslicht sein. In einem Flugzeug kann beisnielsweise bei Tage das Tageslicht und bei Nacht eine Fligel-Positions lampe verwendet werden. Die Lichtleitelemente 68 können in ihrer Lage oder in ihrem Winkel gegenüber den lichtübermittelnden Elementen 70 verändert werden, um das System für verschiedene zu messende Fluide zu ontimieren.
Innerhalb der Tanks ist, wie gezeigt, eine Treibstoffdichte/ Verunreinigungssonde 101 vorgesehen, die über die Leitungen 10v bzw. 105 ein Signal an einen Vervielfacherkreis 106 bzw.
108 weitergibt . Damit wird das Aufrechten der elektrischen Signale der Leitungen 98 und 100 in der Summierung der Signale über diese Leitungen bzw. über die Leitung 102 und 104 ermöglicht, damit über die Leitungen 110 und 112 Signale weitergegeben werden, die den Treibstoffvorrat in Gewichtseinheiten anzeigen, der innerhalb des Tanks 88 enthalten ist.
Die Signale werden an Schaltkreise 122 und 424 weitergeleitet sowie auf einen Summierkreis 134 und danach über die Leitungen 126, 127 und 428 an die Einzelanzeigen und die Gesamtanzeigen 130, 132 und 138 weitergeleite-t. Die Anzeigen 1-30, <v2 und 178 sind in einer Anzeigetafel 140 im ,esatzungsraum des Flugzeuges enthalten. Die Anzeigetafel 140 kann auch mit einem Dichteanzeiger 142 und einem Warngerät für Verunreinigungen 144 versehen sein, und es können Eichreglerknöpfe 146 und 148 für die Kraftstoffanzeige vorhanden sein.
Die Gehäuse 94 und 96 können, ohne Rücksicht darauf, ob sie an dem Tank oder weiter entfernt angebracht sind, zusätzlich zur Lichtquelle und den Phototransistor- oder Lichtdioden-Elementen der Detektoren nach dieser Erfindung auch ein logisches Netzwerk enthalten, wie es in Fig. 1@ gezeigt ist. Dieses logische Netzwerk mit EXKLUSIV ODER-Kreisen 150 und 152 ergibt eine Ja-Nein-Logik für die Binärdekoder 154 und 156, deren Ausgänge durch eine Schaltung 458 summiert und einer binären Halbierschaltung 160 zugeführt werden, so daß über eine Leitung 162 ein Ausgangssignal den Multiplizierkreisen 106 und 108 eingegeben werden. Der Halbierkreis 160 kann ebenso gut weiter entfernt bei den Multiplizierkreisen 106 und 108 angebracht sein, wie es in Fig. 10 gezeigt wird.
In Fig. 42 ist ein elektrootischer Dichtemesser/Wassermelder 164 gezeigt, wie er als Sonde 10-1 im Tank 88 anstelle anderer auf dem Markt befindlicher Gerate eingesetzt werden kann, um ähnliche Vorteile wie bei dem bisher beschriebenen Meßsystem zu erreichen. Die Vorteile sind insbesondere: 4. nur passives Meßgerät im Tank.
2 Leichtes Gewicht.
3. Niedere Kosten.
4. Entsprechende Auflösungsgenauigkeit.
5. Verarbeitbare Signalpegel.
6. Einfache Eichung.
7. Keine Probleme durch Einstreuung elektrischer Spannungen bei Aufnahme und Übertragung.
8. Weitere Vorteile bietet der Detektor 164 (101) dadurch, daß er die absolute Dichte messen kann, indem er die Dichte des angelieferten Fluids und Temperaturänderungen des Fluids berücksichtigt.
Der Dichtemesser/Verunreinigungsdetektor 101 besitzt wie die oben angeführten.Geräte ein Gehäuse 180 für die Elektronik, in dem ein fiberoptisches Element 178 von einer Lichtquelle beleuchtet wird und in dem eine Halbleitereinrichtung enthalten ist, die auf von anderen faserontischen Elementen geleitetes Licht anspricht. Es kann sich um die faserontischen Elemente 188, 190, 192, 196, 198, 200 und 202 handeln. Die optisch leitenden Faserelemente können statt als geschützte rohrförmige Einzelbündel auch in Bandanordnung geführt sein.
Wie die Sonde 90 und 92 benutzt auch der Detektor das PrinziD des Snellius'schen Gesetztes der Reflexion und Refraktion von Licht an einer geneigten optischen Oberflache +64 einer durchsichtigen, länglichen Linse -65 mit einem nicht-snhärischen Ende 168 innerhalb eines Gehäuses 170, das vorzugsweise aus durchsichtigem Kunststoff besteht. Die Linse 166 und ihr nicht-sphärisches Ende wirken mit den Wänden des Gehäuses so 170/zusammen, daß eine FMssigkeitskammer 172 von einer Luftkammer 174 getrennt ist Wie gezeigt, ist das Gehäuse an einem Ende durch einen Klotz 176 abgeschlossen, der so ausgestaltet oder gebohrt oder auf andere Weise bearbeitet ist, daß ein Bündel aus optischen Fasern 178 aufgenommen werden kann, Der Block 176 kann auch geschlitzt sein, so daß Sonnenlicht oder das Licht irgendeiner Lichtquelle in die Luftkammer 174 eindringen kann Die Linse -165 ist auch mit einem Block 184 versehen, der mit einem Halterahmen 186 verbuden ist, auf dem Biindel 188, 190, 192 aus ontischen Fasern oder ein Band aus optischen masern angebracht sind. Der Rahmen 186 biegt sich um das andere Ende des Gehäuses 170 und hält dort einen Klotz 494 fest, der wiederum optische Faserbündel 196, 198, 200 und 202 oder eine Bandkonstruktion aus optischen Fasern in der Nähe des Endes 204 des Gehäuses 170 festhält. Auch bei einem Bandaufbau können die freigelegten Enden der optischen Fasern auf der Innenseite der Klötze 184 und 194 liegen, wie es bei den gezeigten 13ündeln der Fall ist.
Das Bündel 178 überträgt, wenn es zur Lichtübertragung benutzt wird, das Licht zur Kammer 174 hin und sendet es dort etwa kugelförmig aus, wie es durch die Pfeile 206 angedeutet wird.
Da das nicht-sphärische Ende 168 einen Krümmungsradius besitzt, der in der Ebene der Fig. 12 liegt und einen anderen Krümmungsradius in der Ebene der Oberfläche 164, wird das von ihr aufgenommene Licht auf einen Brennpunkt in der Nähe der Oberfläche 164 und/oder zu einem Brennpunkt in der Nähe des Endes der Linse 166 geleitet, mit dem der Klotz 184 verbunden ist, sO daß das Licht innerhalb der Linse 166 an der Oberfläche 164 entweder reflektiert und/oder gebrochen wird, so daß die Bündel 188, 190 oder 192 oder eine Kombination aus diesen oder den Bündeln 496, 198, 200 oder 202 oder eine Ixombination aus diesen letzteren beleuchtet wird.
Tatsächlich kann ein Block mit einem Band aus optischen Fasern benutzt werden, die mit vorgewc.'hltm,Wiederholungsabstand gegenüber der achse der Linse 166 und dem Gehäuse 170 angebracht sind.
Damit ist es möglich, den Rechenfehler zu begrenzen, der beim Abstand der einzelnen Fasern gegeneinander auftreten kann.
Das Gehäuse 170 ist jedenfalls mit Öffnungen versehen, die solches es erlauben, daß/Fluid in die Kammer 172 eintritt, das innerhalb des Tanks 88 in einem bestimmten Abstand über dem Boden enthalten ist. Dadurch kann die Probe Verunreinigungen oberhalb einer erwarteten Höhe wirksam anzeigen. .'tuf å jeden Fall ist die von den Bündeln 188, 190, 192, 96, 198, 200 und 202 aufgenommene Lichtmenge einerseits ein ilaß für die Dichte der Flüssigkeit oder andererseits eine Anzeige für die Verunreinigung, so daß eine entsnrechende Summierschaltung es möglich macht, daß die richtigen elektrischen Signale zur Anzeige der Dichte im Anzeiger 142 oder zur Warnung vor Verunreinigungen beispielsweise vor zuviel Wasser im Brennstoff wie bei der Anzeige 144, gegeben werden.
Mit diesem Detektor kann eine Fluiddichte angezeigt werden, ohne daß Licht durch den Brennstoff hindurchtreten muß, wie es auch zum Messen des Tankinhaltes möglich ist. Es können deshalb Schatten der Farbe des Brennstoffes usw. das System nicht beeinflussen.
Dadurch, daß eine Vielzahl von optischen Faserbündeln und einzelnen, lichtempfindlichem Halbleiterbauelementen in der Dichtemesser/Verunreinigungssonde vorgesehen sind, wird nicht nur die Fehlersicherheit der Sonde erzeugt, sondern zusätzlich ist es auch noch möglich, ein .!larnsignal bei nicht mehr zu verarbeitenden Mengen von Verunreinigungen bei einem vorbestimmten Pegel derselben an der Oberfläche ?64 einzuleiten, als auch Ablesewerte in Einheiten zu triggern, und dies dadurch, daß der Winkel der Oberfläche- 164 eine Reflexion verschiedener Ordnung verursacht, wenn die Brennstoffdichte wechselt. Damit werden einige optische Fasern in den Klötzen 484 und 194 beleuchtet bzw. nicht beleuchtet, wenn der Pegel der Verunreininnen in der Kammer 172 sich ändert oder wenn unterschiedliche Brennstoffe mit verschiedener Dichte benutzt erden, oder wenn die Dichte infolge von Temneraturänderungen wechselt.
- Patentanssriiche -

Claims

Patentansprüche 1. -Eine Fluidstandsanzeige-Einrichtung für einen Tank, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Halteeinrichtung, die sich von einer Oberfläche des Tanks durch einen vollen Bereich möglicher, zu messender Fluidstandsänderungen des Tanks erstreckt mit einem Hohlraum von Dreiecksgestalt an einer dem Fluid ausgesetzter Fläche und mit einer Vielzahl vertikal sehr eng aneinander angeordneter Öffnungen zu dem Hohlraum hin, durch eine erste Gruppe von Bündeln aus optischen Fasern, die von der Halteeinrichtung in einer Öffnungsreihe gehalten werden, so daß sie sich bis zum Hohlraum erstrecken und dort enden, durch eine zweite Gruppe von Bündeln aus optischen Fasern, die von der Halteeinrichtung in einer anderen Reihe von Offnungen so gehalten werden, daß sie sich zur anderen Seite des Hohlraums hin erstrecken und bei diesem aufhören, durch eine feste Einrichtung, die den Hohlraum abschließt und eine optische Grenzfläche senkrecht zur IIalteeinrihtung zwischen den Enden der ersten Gruppe und den Enden der zweiten Gruppe schafft, durch eine Einrichtung, um optische Energie durch eine der beiden Gruppen hindurchzusenden, durch Einrichtungen, um als Ergebnis der optischen Energie in der jeweils anderen der beiden Gruppen optische Energie in elektrische Energie zu wandeln, wobei die optische Energie in der anderen der beiden Gruppen durch einen unterschiedlichen Brechungsindex an der durch die feste Einrichtung erzeugten optischen Grenzfläche nach dem Snelluls'schen Gesetz erzeugt wird und darauf beruht, daß Energie von einer Gruppe zur anderen Gruppe reflektiert wird, wenn eine Art von Fluid an der Grenzfläche vorhanden ist, an der die Enden der ersten und zweiten Gruppen angebracht sind, und Energie zerstreut wird, wenn eine zweite Iluidart an der Grenzfläche vorhanden ist.
2. Einrichtung nach anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -net, daß der dreieckförmige Hohlraum so geformt ist, daß die Seiten senkrecht aufeinanderstehen und daß die erste Gruppe und die zweite Gruppe von Bündeln aus optischen lasern in Ebenen endet, die gleichfalls senkrecht aufeinanderstehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die erste Gruppe und die zweite Gruppe von Bündeln aus optischen Fasern dem Hohlraum benachbart so angeordnet sind, daß ihre Endflächen an den Seiten des Hohlraumes innerhalb der Halteeinrichtung so enden, daß die Endflächen in verschiedenen Ebenen liegen, die sich mit einem vorbestimmten Winkel überschneiden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einrichtung zum Umwandeln der elektrischen Energie aus einer Halbleitereinrichtung besteht, die elektrische Energie in Übereinstimmung mit optischer Energie weiterleitet.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Einrichtung zum Messen der Fluiddichte mittels optischer Energie vorhanden ist und die elektrischen Signale dieser Einrichtung zu der Einrichtung geleitet erden, die elektrische Energie empfängt, um in der Anzeige des liluidstandes den Dichtefaktor einzubringen.
6. Einricn-ng nach anspruch 4, dadurch g e k. e n n z e i c h -n e t , daß die Halbleitereinrichtung elektrische Energie auf eine Einrichtung weitergibt, um diese in Signale umzuwandeln, die das noch im Tank enthaltene Fluid kennzeichnen.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einrichtung, die die elektrische Energie aufnimmt, die Keimzeichen des Fluidstandes und der -dichte in Signale umwandelt, die das noch im Tank enthaltene Fluid kennzeichnen.
8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einrichtung Inverter umfaßt, die ein Signal auf einen Verstärker abgeben, um ein kennzeichnendes Signal er Menge des in einen Tank verbliebenen Fluids zu schaffen.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Sinrichtung Inverter umfaßt, die ein Signal auf einen Verstärker abgeben, um ein kennzeichnendes Signal vond»v%rwertbaren Menge des in einem Tank verbliebenen Fluids zu schaffen.
10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einrichtung logische Gatter umfaßt, um eine Ja-Nein-Logik auf eine Dekodereinrichtung zu geben, die ein Digitalsignål für die Ausgabe erzeugt.
11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Einrichtung logische Gatter umfaßt, um eine Ja-Nein-Logik auf eine Dekodereinrichtung zu geben, die ein Digitalsignal für die Ausgabe erzeugt.
12. Einrichtung nach-Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die elektrische Energie und die Signale einer Digital-Umwandlungseinrichtung iibergeben werden, die eine digitale Anzeige ansteuert.
13. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z ei c h -n e t , daß die elektrische Energie und die Signale einer Digital-Umwandlungseinrichtung übergeben werden, die eine digitale Anzeige ansteuert.
14. Meßeinrichtung zur Messung der Menge eines Vorrates in einem Vorratssystem, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein VorratsbhäIter vorhanden ist, daß in dem Vorratsbehälter ein Plattenteil angeordnet ist, das sich von dessen Boden bis zu seiner Oberseite erstreckt und eine Vielzahl von Löchern besitzt, die sich zu einer Fläche der Platte hin öffnen, daß die Löcher mit sehr engen vorgewählten zahlreichen Abständen längs des Plattengliedes von dem Boden bis zur Oberkante angebracht sind, daß jedes Loch bei jedem Abstand paarweise so gebohrt ist, daß die Achsen zweier solcher Löcher einander schneiden, daß eine Vielzahl von lichtübertragenden Elementen von dem Außenraum des Behälters sich in diesen hinein in die Nachbarschaft des Plattenteiles erstrecken, um durch eines der gepaarten Löcher mit dem vorgewählten Vertikalabstand mit einem solchen Winkel auszutreten, daß eine Ebene der Enden der lichtübertragenden Elemente eine Ebene der Fläche des Plattenteiles schneidet, daß eine Vielzahl von lichtleitenden Elementen vom Außenraum des Behälters ,ich in diesen hinein bis in die Nähe des Plattenteiles erstreckt, um durch ein anderes der paarweisen Löcher bei den vorgewählten Abständen mit einem solchen Winkel auszutreten, daß eine Ebene der Enden der lichtleitenden Elemente eine Ebene der Enden der lichtübertragenden Elemente und die Ebene der Fläche der Platte schneidet, um einen durch die Endebenen der lichtübertragenden und lichtleitenden Elemente und der Ebene der Fläche des Plattenteiles definierten Hohlraum zu bilden und daß ein durchsichtiger Einsatz den Raum zwischen dem lichtübertragenden Ende und dem lichtleitenden Ende in der Nähe des Hohlraumes überbrückt und abdichtet, und eine Fläche besitzt, die parallel mit der Fläche des Plattenteiles ist, wodurch, wenn nur Luft an dem klaren Einschluß angrenzt, Licht durch den Einsatz von dem lichtübertragenden Element zu dem lichtleitenden Element an dem Abstand der Paarungsstelle reflektiert wird.
15. Meßeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch die lichtleitenden Elemente gesteuerte elektrische Einrichtungen vorhanden sind, die wirksam mit einer Ausgabeeinrichtung verbunden sind.
16. Meßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Einrichtung zur Dichtheits/ Verunreinigungs-Messung zur Auswertung durch die elektrischen Einrichtungen vorhanden ist, und daß die Meßeinrichtung eine Sonde umschließt, die sich in dem Behälter an einer vorbestimmten Stelle oberhalb seines Bodens befindet, daß die Sonde ein Gehäuse besitzt, das durch eine Linse in getrennte Fluidkammern unterteilt wird und an dem eine Lichtiibertragungs-Einrichtung angebracht ist, um Licht durch eine Fluidkammer zu der Linse hin auszustrahlen und daß Lichtleit-Einrichtungen so angebracht rind, daß sie optische Energie leiten, die durch die Linse in Abhängigkeit vom Inhalt der anderen der getrennten Fluidkammern reflektiert oder gebrochen wird, und daß Einrichtungen zur Umwandlung von optischer Energie in elektrische Energie vorhanden sind, die die elektrische Energie für die elektrischen Einrichtungen liefern, um die Anzeige der Dichte und der Verunreinigung in der Anzeigeeinrichtung zu beeinflussen und um diese als nötigen Zusatz zur engenanzeige anzuzeigen.
17. Flüssigkeitsstand-Meßeinrichtung für Brennstofftanks, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine vertikale Halteeinrichtung für Lichtleitungen in dem Tank angebracht ist, daß die Haltevorrichtung gepaarte Lichtleitungen in allgemeinen senkrecht zueinander in dichter Reihenfolge in Vertikalrichtung hält, damit sie durch einander schneidende Achsen in eine Winkelbeziehung treten und durch einen Hohlraum getrennt sind, der durch eine durchsichtige optische Grenzfläche überbrückt und abgedichtet wird, und auf abweichenden Brechungsindex hin, wenn kein Brennstoff bei der optischen Grenzfläche vorhanden ist, eine Reflexion des Lichtes von einer leitenden Lichtleitung auf der einen Seite der Halteeinrichtung zu einer mit dieser durch die vertikale Halteeinrichtung gepaarten übertragenden Lichtleitung gestattet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch die andere Lichtleitung eine elektrische Einrichtung betreibbar ist, um eine Anzeige des in dem Tank verbliebenen Brennstoffs zu schaffen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die gepaarten Lichtleitungen so angeordnet sind, daß sie sich unregelmäßig geformten Tanks anpassen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die elektrische Einrichtung mit Geräten versehen sind, die sich unregelmäßig geformten Tanks anpassen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die elektrischen Einrichtungen Geräte einschließen, die die elektrischen Signale mit für Dichtheit und Verunreinigung stehenden elektrischen Signalen multiplizieren und eine Anzeige des verbleibenden Brennstoffs in Gewichtseinheiten, eine Anzeige der Brennstoffdichte und eine Warnung vor Brennstoffverunreinigung ergeben.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine oder mehrere Meßvorrichtungen des gleichen Aufbaus mit Einrichtungen verbunden werden, um die Anzeige von Einzelwerten und von Gesamtwerten des Brennstoffs an Bord eines Blugzeuges, von seiner Dichte und von Verunreinigungen oberhalb eines bestimmten Pegels zu ermöglichen.
23. Bluidstandsanzeige-System mit Benutzung von Lichtleitungsverfahren, die auf dem Snellizs'schen Gesetz beruhen, zur Erzeugung von elektrischen Signalen von verarbeitbarem Niveau für elektrische Anzeigeeinrichtungen, dadurch g e k e nn; z e i c h n e t , daß eine Meßfaktoren der Fluiddichte und der Verunreinigung innerhalb- des auszumessenden Behälters vorhanden ist, und daß die Einrichtung umfaßt: ein Gehäuse in dem Behälter, eine Linse in dem Gehäuse zwischen einer ersten Fluidkammer und einer zweiten Fluidkammer, eine Lichtübertragungs-Einrichtung, um in die erste Kammer zur Erleuchtung eines Endes der Linse Licht einzustrahlen, eine Einrichtung, um eine Lichtleiteinrichtung mit vorgewählten, sich lriederholenden Abständen in bezug auf das Gehäuse zu halten, damit diese Einrichtung optische Energie empfängt, die durch die Linse reflektiert und gebrochen wird und von der optischen Energie aus den Lichtleiteinrichtungen gesteuerte elektrische Einrichtungen, die Signale für die elektrische Anzeigeeinrichtung schaffen.
24. System nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die zweite Kammer so gestaltet ist, daß die Linse dem in dem Behälter enthaltenen Fluid ausgestzt ist.
25. System nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Halteeinrichtung einen Klotz in der Nähe der Linse mit einem T«rvTinkel zum Gehäuse einschließt und einen anderen Klotz in der Nähe des Endes des Gehäuses der zweiten Kammer, und daß in den Klötzen Lichtleitungen gehalten sind.
26. System nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Ende der Linse nicht-sphärisch ist.
27. Einrichtung zum Messen der Dichte von Fluid und zur Unterscheidung von Fluiden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein Gehäuse mit einer inneren Kammer vorhanden ist, daß in dem Gehäuse zwischen einem ersten Kammerabschnitt und einem zweiten Kammerabschnitt eine Linse unter einem solchen Winkel eingesetzt ist, daß ein geformtes Ende der Linse in dem ersten Abschnitt freigegeben wird, und eine Seite der Linse in dem zweiten Abschnitt freigegeben wird, daß der erste Abschnitt eine abgedichtete Kammer bildet und der zweite Abschnitt eine Kammer für das Fluid bildet, dessen Dichte und Bestandteile gemessen werden sollen, daß eine Einrichtung Licht zu der Linse durch die Luftkammer hindurch überträgt, wodurch die Linse infolge ihres geformten Endes das Licht zu durch die Formung des Endes bestimmten Brennpunkten hin verdichtet, daß optische Fasern so in bezug auf die Linse und die Fluidkammer angebracht sind, daß sie von der Grenzfläche zwischen Fluid und Linse reflektierte und gebrochene optische Energie aufnehmen und diese zu einer entfernt gelegenen Stelle leiten, und daß elektrische Einrichtungen mit den optischen Fasern verbunden sind, um elektrische Signale in Übereinstimmung mit der optischen Energie zu Anzeigegeräten hin weiterzugeben 9 um die Fluiddichte und die Fluidverunreinigung anzuzeigen
28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Übertragungseinrichtungen faseroptische Lichtleitungen einschließen.
29. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das geformte Ende der Linse nicht-sphärisch ist.
30. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das geformte Ende der Linse nicht-sphärisch ist.
31. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die abgedichtete Kammer eine Luftkammer ist.
32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch g e k e n n z'e i c h -n e t , daß der zweite Abschnitt zu einem das Gehäuse umgebenden Fluid hin offen ist.
33. Einrichtung nach Anspruch 32, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß sich das Gehäuse innerhalb eines Treibstofftankes befindet.
34. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Brennpunkte an der dem Fluid im zweiten,4bschnitt ausgesdzten Seite und an dem dem nicht-sphärischen Ende gegenüberliegenden Ende sind.
35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die optischen Fasern einen Abschnitt umfassen, der dem Brennpunkt an der Seite zugeordnet ist und einen anderen Abschnitt, der dem Brennpunkt an den dem nichtsphärischen Ende gegenüberliegenden Ende zugeordnet ist.