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Die Erfindung bezieht sich auf optische
Fluidstandssensoren.
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Schaugläser werden benutzt, um eine visuelle Anzeige eines
Fluidstandes zu liefern. Bei einem Schauglas wird die Re
flexion von Licht ausgenutzt, die durch eine Glas/Luft-
Grenzfläche verursacht wird, und das Nichtvorhandensein von
Reflexion, das durch eine Glas/Fluid-Grenzfläche verursacht
wird, um die visuelle Anzeige des Fluidstandes zu liefern.
Einige Fluids wie Getriebeöl können einen sehr schweren
Film auf Schauglasgrenzflächenoberflächen bilden, wodurch
sich eine falsche Fluidstandsablesung ergibt. Das
Nichtvorhandensein von reflektiertem Licht kann einen in einem
solchen Fall veranlassen, irrtümlicherweise anzunehmen, daß
die Fluidstände ausreichend sind. Ausrüstungsausfall kann
die Folge sein.
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Bei der Hubschrauberinspektion vor dem Flug ist es
erforderlich, daß die Fluidstände von verschiedenen
Rotorgetrieben auf normalen Höhen sind. Die Höhen werden geprüft,
indem ein Blitzlicht benutzt wird, um das Aussehen eines
kommerziellen Schauglases zu überprüfen, das auf der Seite
jedes Getriebes montiert ist. Eine solche Prozedur kann
schwierig durchführbar sein aufgrund der Lage der
Schaugläser, kann durch ungünstige Wetter- oder Meeresbedingungen
kompliziert sein und kann zu falschen Ablesungen führen.
Neue Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen von
Fluidständen werden gesucht.
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Die DE-A-3 614 130 beschreibt einen optischen Sensor zum
Erfassen der Höhe eines Fluids. Der Sensor weist einen
ersten Durchlaß (Wellenleiter 1) auf zum Leiten eines
Signalstrahls, einen zweiten Durchlaß (durch den Wellenleiter 3)
zum Leiten des Signalstrahls derart, daß das Signal erfaßt
werden kann, einen dritten Durchlaß (durch die Oberfläche
13c) zum Leiten des Strahls derart, daß er erfaßt werden
kann, eine erste Einrichtung zum Leiten des Strahls von dem
ersten Durchlaß (Reflexion bei 14b) zu dem zweiten
Durchlaß, wenn der Fluidstand zu hoch ist, und eine zweite
Einrichtung (Reflexion an der Oberfläche 13b) zum Leiten
des Strahls von dem ersten Durchlaß zu dem dritten
Durchlaß, wenn der Fluidstand relativ niedrig ist.
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Die US -A-2 240 988 beschreibt einen
Flüssigkeitsstandsanzeiger, der auf dem Prinzip der Totalreflexion von Licht an
der Grenzfläche von zwei transparenten Medien mit
unterschiedlichen Brechungsindizes, wenn ein Lichtstrahl unter
einem Winkel zu dieser Grenzfläche gelangt, der größer als
der kritische Winkel ist, basiert. Die Flüssigkeit ist in
einer Kammer enthalten, die parallele Wände hat, wobei die
Kaimer an der Grenzfläche von zwei Prismen gebildet ist,
welche aus transparentem Material bestehen.
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Die WO-A-86/07446 beschreibt einen optischen
Flüssigkeitsdetektor mit einem ersten transparenten Stab, der an einem
Ende über ein optisches Sammelsystem mit einem Lichtleiter
verbunden ist, und einem zweiten optischen Stab, der an
einem Ende durch einen optischen Lichtexpander init einem
zweiten Lichtleiter verbunden ist. Beide Lichtstäbe sind
mit einer Grenzflächenoberfläche versehen, die unter einem
Winkel gegen ihre gemeinsame Längsachse angeordnet und
entgegengesetzt und parallel zueinander sind. Wenn der
Detektor in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, kann ein
Lichtstrahl durch ihn von dem zweiten zu dem ersten Lichtleiter
hindurchgehen. Wenn der Detektor herausgezogen wird, geht
kein Lichtstrahl zwischen den optischen Leitern hindurch,
sondern wird statt dessen durch die Grenzflächenoberflächen
reflektiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten optischen
Sensor zum Erfassen des Fluidstandes zu schaffen, der auch
anzeigt, wann eine Wartung erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen
optischen Sensor zum Erfassen eines Fluidstandes, mit:
einem ersten Durchlaß zum Leiten eines einfallenden
Lichtstrahls in einer ersten Richtung in den Sensor, einem
zweiten und dritten Durchlaß zum Leiten des Strahls hinaus aus
dem Sensor, um in einer Richtung erfaßt zu werden, die zu
der ersten Richtung entgegengesetzt ist, einer ersten
Grenzfläche, die eine planare Oberfläche hat, um dem
einfallenden Strahl zu gestatten, von dem ersten Durchlaß aus
zu dem dritten Durchlaß durchzugehen, wenn der Fluidstand
über einer gewissen Höhe ist, um an der
Grenzflächenoberfläche zu dem zweiten Durchlaß hin reflektiert zu werden,
wenn der Fluidstand unter der Höhe ist, und einer zweiten
Grenzfläche, die eine planare Oberfläche hat, welche in im
wesentlichen derselben Höhe wie die erste Grenzfläche und
in enger Nähe zu derselben angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Arbeitsseiten der Grenzflächen in
bezug aufeinander so angeordnet sind, daß, wenn nur ein
dünner Film von Fluid beide Oberflächen überzieht, kein Licht
über den zweiten oder dritten Durchlaß erfaßt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Der optische Sensor oder das Schauglas nach der Erfindung
benutzt sowohl das reflektierte Licht an einer Glas/Luft-
Grenzfläche als auch das Licht, welches durch eine
Glas/Fluid/Glas-Grenzfläche durchgelassen wird, um ein
Lichtmuster zu bilden, welches den wahren Fluidstand
anzeigt. Dadurch, daß verlangt wird, daß Licht immer entweder
in einem "Luft"- oder in einem "Fluid"-Kanal erscheint,
wird angenommen, daß jedes Nichtvorhandensein von Licht von
fluidüberzogenen Oberflächen oder von anderen abnormalen
Bedingungen herrührt. Ein Nichtvorhandensein von Licht ist
ein Signal, daß eine Wartung erforderlich ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein
Signalstrahl einen ersten Kanal hinab gerichtet und dann entweder
in einem zweiten oder in einem dritten Kanal erfaßt, je
nachdem, ob der Fluidstand hoch oder niedrig ist. Wenn der
Signalstrahl weder in dem zweiten noch in dem dritten Kanal
erfaßt wird, ist eine Wartung erforderlich, und der
Fluidstand muß durch andere Einrichtungen erfaßt werden.
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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden im Lichte der ausführlichen
Beschreibung einer besten Ausführungsform derselben
deutlicher werden, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
ist, in denen:
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Fig. 1(A-C) eine schematische Ansicht einer Ausführungsform
eines Fluidstandssensors nach der Erfindung ist;
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Fig. 1D eine Draufsicht auf den Sensor nach Fig. 1(A-C)
ist, wobei der Sensor um 90º vorwärts gedreht und innerhalb
einer Fluidmasse angeordnet worden ist;
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Fig. 2(A-C) eine schematische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform eines Fluidstandssensors nach der Erfindung
ist;
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Fig. 2D eine Draufsicht auf den Sensor nach Fig. 2(A-C)
ist, wobei der Sensor um 90 vorwärts gedreht und in einer
Fluidmasse angeordnet worden ist.
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In Fig. 1A, auf die Bezug genommen wird, ist eine
Seitenansicht einer Ausführungsform des Fluidstandssensors 10
gezeigt. Der Sensor hat einen ebenen oberen Teil 12, einen
linken Seitenteil 14 und einen rechten Seitenteil 16, wobei
sich jeder Seitenteil von dem oberen Teil aus unter einem
Winkel von 90 abwärts erstreckt, und einen linken unteren
Teil 18 sowie einen rechten unteren Teil 20. Der linke
untere Teil 18 erstreckt sich unter einem Winkel von etwa
135º von dem linken Seitenteil 14 aus. Der linke untere
Teil schneidet den rechten unteren Teil unter einem Winkel
von 90º. Der rechte untere Teil 20 erstreckt sich unter
einem Winkel von etwa 135º von dem rechten Seitenteil 16
aus. Ein linkes lichtundurchlässiges Teil 22 und ein
rechtes lichtundurchlässiges Teil 24 erstrecken sich
jeweils von dem oberen Teil aus abwärts. Der rechte untere
Teil wird durch einen ersten Kanal 26 und einen zweiten
Kanal 28 unterbrochen, die sich zu dem linken bzw. rechten
Teil 22, 24 erstrecken.
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Der Sensor 10 besteht aus einem transparenten Material wie
Glas. Eine verspiegelte Oberfläche 30 wie z.B. Aluminium
bedeckt jeden unteren Teil. Die beiden verspiegelten
Oberflächen sind mit Glas 32 durch eine herkömmliche Maßnahme
überzogen, um sie vor einer Wechselwirkung mit dem Fluid,
das gemessen wird, zu schützen. Die lichtundurchlässigen
Teile können irgendein kompatibles, undurchlässiges
Material wie z.B. ein Epoxy sein.
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Der Fluidstandssensor ist dafür ausgebildet, sich in eine
Fluidmasse 34 (vgl. die Figuren 1B und 1D) zu erstrecken.
Wenn die Masse voll oder teilweise voll von Fluid ist, wird
sich das Fluid bis hinauf zu den Kanälen 26, 28 erstrecken,
um für den Signalstrahl durchlässige Glas/Fluid/Glas-
Grenzflächen zu bilden, wie es unten erläutert ist.
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Gemäß Fig. 1A wird, wenn der Fluidstand nicht hoch genug
ist, um sich bis hinauf zu den Kanälen zu erstrecken, ein
Signalstrahl 36, wie z.B. Glühlampenlicht, einen mittleren
Durchlaß 38 hinab geleitet, der zwischen den beiden
lichtundurchlässigen Teilen 22, 24 gebildet ist. Das Licht
erreicht eine Glas/Luft-Grenzfläche 40 zwischen dem
Durchlaß und dem Kanal 26 und wird unter einem Winkel von 90 zu
der verspiegelten Oberfläche 30 auf dem rechten unteren
Teil 20 und zurück hinaus aus einem rechten Durchlaß 42
reflektiert. Das Licht wird an der Grenzfläche 40
reflektiert, weil der Fluidstand sich nicht in dem Kanal aufwärts
erstreckt, um eine strahldurchlässige Glas/Fluid/Glas-
Grenzfläche zu bilden.
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Gemäß Fig. 1B wird, wenn der Fluidstand 34 hoch genug ist,
um sich bis hinauf zu den Kanälen zu erstrecken, der
Signalstrahl den mittleren Durchlaß 38 hinab geleitet und
geht durch die Glas/Fluid/Glas-Grenzfläche 44 hindurch. Der
Strahl wird von der rechten unteren Oberfläche 20 zu der
linken unteren Oberfläche 18 und hinaus aus dem linken
Durchlaß 46 reflektiert. Auf diese Weise wird ein wahrer
Fluidstand erzielt.
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Gemäß Fig. 1C kann ein Signalstrahl 36, der den mittleren
Durchlaß 38 hinab geleitet wird, weder zu dem linken
unteren Teil 18 noch zu dem rechten unteren Teil 20 gelangen,
und zwar wegen des Fluidüberzugs 48 innerhalb der Kanäle.
Licht geht in einer Fluid/Glas/Luft-Grenzfläche 50 in dem
ersten Kanal 26 und in einer ähnlichen Fluid/Glas/Luft-
Grenzfläche in dem zweiten Kanal 28 verloren. Wenn kein
Licht durch den linken Durchlaß 46 oder den rechten
Durchlaß 42 hindurchgeleitet wird, wird ein Problem, wie z.B.
niedrige Fluidstände, angezeigt und Wartung verlangt.
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In Fig. 1D ist eine Draufsicht auf den Sensor 10 gezeigt.
Der Sensor wird vorwärts auf seiner Seite innerhalb des
Fluids gedreht. Der Signalstrahl, der den mittleren
Durchlaß 38 hinab geleitet wird, wird einen Teil des linken
Durchlasses 46 hinauf reflektiert, der unter dem Stand 34
angeordnet ist. Der Signalstrahl wird aus einem Teil des
rechten Durchlasses 42 oberhalb des Fluidstandes 34 hinaus
reflektiert.
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In Fig. 2A ist eine zweite Ausführungsform des Sensors
gezeigt. Der Sensor gleicht grundsätzlich dem Sensor der
ersten Ausführungsform. Der Sensor hat jedoch nur einen Kanal
52, der sich von dem rechten unteren Teil 20 aus zu dem
rechten lichtundurchlässigen Teil 24 erstreckt. Eine
rechte, dreieckige Kerbe 54 ist in den linken Seitenteil 14
unter einem Winkel von etwa 45 spanabhebend eingearbeitet
worden. Die unteren Oberflächen sind wie zuvor verspiegelt.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 2A wird, wenn der Fluidstand
34 die Kerbe 54 nicht ausfüllt, ein Signalstrahl, der den
linken Durchlaß 46 hinab geleitet wird, an der Glas/Luft-
Grenzfläche 56 an der Kerbe 54 zu der verspiegelten
Oberfläche 30 an dem rechten unteren Teil 20 und hinaus aus dem
rechten Durchlaß 42 reflektiert.
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Gemäß Fig. 2B geht, wenn der Fluidstand 34 die Kerbe 54
ausfüllt, der Signalstrahl den linken Durchlaß 46 hinab
durch die Glas/öl/Glas-Grenzfläche 58 und wird von dem
linken unteren Teil 16 aus zu dem rechten unteren Teil 20
und hinaus über den mittleren Durchlasser 38 reflektiert.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 2C geht der Signalstrahl,
wenn ein Fluidfilm 48 die Grenzflächen überzieht, in den
linken Durchlaß und geht in den
Glas/Fluid/Luft-Grenzflächen 60 in der Kerbe 54 und in dem Kanal 52 verloren.
Infolgedessen wird der Signalstrahl nicht hinaus aus dem
mittleren oder dem rechten Durchlaß übertragen.
In Fig. 2D ist eine Draufsicht auf den Sensor nach den Fig.
2A-C gezeigt, gedreht nach vorn um 90 und angeordnet in
dem Fluid in der Höhe 34. Der Signalstrahl 36, der in den
linken Durchlaß 46 gerichtet wird, wird aus einem Teil des
mittleren Durchlasses 38 hinaus reflektiert, welcher
unterhalb des Fluidstandes darin angeordnet ist, und wird hinaus
aus einem Teil des rechten Durchlasses 42 oberhalb des
Fluidstandes 36 reflektiert.
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Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf eine beste
Ausführungsform derselben gezeigt und beschrieben worden, dem
Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß die vorstehenden und
verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und
Hinzufügungen hinsichtlich Form und Detail derselben gemacht
werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu
verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.
Insbesondere kann der übliche einschlägige Fachmann andere
Typen von Signalstrahlen wie Laser oder Licht, das von
einer Faseroptik ausgeht, benutzen. Man kann optische
Aufnehmer
benutzen, so daß die gesamte Fluidstandsprüfung
automatisch ausgeführt werden kann. Durch automatisches Prüfen
des Fluidstandes können die Probleme, die mit unzweckmäßig
plazierten Schaugläsern und schlechten Wetter- oder
Meeresbedingungen verbunden sind, minimiert werden.