CH620771A5

CH620771A5 -

Info

Publication number: CH620771A5
Application number: CH1216477A
Authority: CH
Inventors: Roland Menningen; Kurt Ehrsam; Juerg Oberhaensli; Kurt Gruenig
Original assignee: Hectronic Ag
Priority date: 1977-10-05
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1980-12-15
Also published as: US4275295A; SE7904846L; DE2857095D2; NL7809941A; ZA785324B; FR2405463A1; IT7828444A0; JPS54500013A; WO1979000180A1; IT1099237B; GB2023813A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Übertragung von Signalen, die eine zu überwachende physikalische Eigenschaft eines Stoffes wiederspiegeln, bei welchem Verfahren ein Messlichtstrom zwischen einem

2

5

Ii)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

fi()

fi 5

3

620 771

Lichtsender und einem optoelektrischen Lichtempfänger mittels eines Fühler-Wandlers in Abhängigkeit von der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft verändert wird, wobei von diesem Messlichtstrom ein entsprechendes elektrisches Signal abgeleitet wird. 5

Die Erfindung betrifft ferner eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Einrichtung mit einem Lichtsender zum Erzeugen eines Messlichtstromes in Abhängigkeit von der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft und einem optoelektrischen Lichtempfänger zum Empfangen des Messlicht- i, > stromes und zum Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Signals.

Verfahren und Einrichtungen der genannten Art gehören zum bekannten Stand der Technik. Bei den bekannten Einrichtungen sind der Lichtsender, der Lichtempfänger und der Füh- i ? ler-Wandler verhältnismässig nahe beisammen angeordnet und in der Regel zu einer baulichen Einheit vereinigt, in welcher der optische Weg des Messlichtstromes relativ kurz ist. Wenn es sich bei der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft z.B. um das Niveau, d.h. den Füllstand einer Flüssigkeit in einem Tank 2» handelt, müssen zum Lichtsender und zum optoelektrischen Lichtempfänger führende elektrische Leiter in den Tank hinein geführt werden. Dies bedingt spezielle Schutzvorkehrungen,

falls die Flüssigkeit leicht entflammbar ist und die Flüssigkeitsdämpfe zusammen mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bil-den können. Es sind zwar auch Lösungen bekannt, bei denen der Lichtsender und der photoelektrische Lichtempfänger unmittelbar ausserhalb des Tankes angeordnet sind und der Messlichtstrom durch starre Lichtleiterstäbe zum Fühler-Wand-ler und von diesem zurück geleitet wird. Bei diesen Lösungen ,l) sind zwar etwas einfachere Schutzvorkehrungen gegen Brand-und Explosionsgefahr zulässig, aber die betreffenden Einrichtungen sind jeweils spezifisch auf eine bestimmte Verwendung zugeschnitten und daher nicht für verschiedene Zwecke und in verschiedenen Situationen verwendbar.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der elektrische Lichtsender und der opto-elektrische Lichtempfänger einerseits und der Fühler-Wandler anderseits weder an eine vorbestimmte Lage in bezug aufeinan- 411 der noch an eine feste Entfernung voneinander gebunden sind, so dass eine bisher unbekannt hohe Anpassungsfähigkeit der Cberwachungs- und Übertragungseinrichtung an die verschiedensten Fälle der Praxis möglich ist und - falls gewünscht - zur Verminderung der Brand- und Explosionsgefahr der Lichtsen- 45 der und der Lichtempfänger in relativ grosser Entfernung vom Fühler-Wandler und somit deutlich ausserhalb der Gefahrenzone angeordnet werden können, ohne dass hierdurch eine Einbusse der Funktionstätigkeit der Einrichtung verursacht wird. 50

Das die Lösung dieser Aufgabe ermöglichende Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich zu dem mittels des Fühler-Wandlers veränderbaren Messlichtstrom einen zu diesem parallel verlaufenden, jedoch vom Fühler-Wandler unbeeinflussten Referenzlichtstrom 55 erzeugt, dass der Unterschied zwischen dem vom Messlichtstrom abgeleiteten elektrischen Signal und einem vom Referenzlichstroms abgeleiteten zweiten elektrischen Signal zu einem elektrischen Informationssignal verarbeitet wird, und dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom durch 6H Lichtleiter eines und desselben Lichtleiterbündels zum Fühler-Wandler hin und von diesem zurück geführt werden.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messlicht- *5 ström durch zueinander parallele Lichtleiter vom Lichtsender zum Fühler-Wandler hin und von diesem zum Lichtempfänger geführt ist, dass ein vom Fühler-Wandler unbeeinflusster Referenzlichtstrom parallel zum Messlichtstrom ebenfalls durch Lichtleiter geführt ist, dass die Lichtleiter für den Messlichtstrom und für den Referenzlichtstrom Teile eines und desselben Lichtleiterbündels sind, und dass optoelektrische Mittel vorhanden sind, um ein erstes elektrisches Signal vom Messlichtstrom und ein zweites elektrisches Signal vom Referenzlichtstrom abzuleiten, und dass weitere Mittel vorhanden sind, um das erste und das zweite elektrische Signal zu vergleichen und aus einem Unterschied dieser Signale ein elektrisches Informationssignal zu bilden.

Durch die Erfindung ist ermöglicht, das Lichtleiterbündel mit den Lichtleitern für den Messlichtstrom und für den Referenzlichtstrom in weiten Grenzen zu verändern, z.B. zu verlängern oder räumlich anders zu verlegen, ohne dass deswegen die Funktionsfähigkeit der Einrichtung beeinträchtigt wird oder zu ihrer Erhaltung spezielle Abgleicharbeiten erforderlich sind.

Um das richtige Funktionieren der Signalgewinnung und -Übertragung laufend zu kontrollieren, ist in zweckmässiger weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass periodisch eine vorübergehende Änderung des einen der zwei Lichtströme oder des von einem derselben abgeleiteten elektrischen Signales herbeigeführt wird zur periodischen Simulation einer bestimmten Mindeständerung der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft, so dass jeweils ein entsprechendes Informationssignal erzeugt wird, das zur Anzeige des korrekten Funktionierens der Signalgewinnung bzw. Signalübertragung benutzt wird.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung und aus den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung zur Gewinnung und Übertragung von Signalen;

Fig. 2 stellt mehrere Zeit/Strom- bzw. Zeit/Spannungsdiagramme dar zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ;

Fig. 3 zeigt eine Teilvariante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ;

Fig. 4 veranschaulicht eine andere Teilvariante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ;

Fig. 5 stellt nochmals eine andere Teilvariante der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dar;

Fig. 6 zeigt die Schaltungsanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Einrichtung;

Fig. 7 stellt mehrere Zeit/Strom- bzw. Zeit/Spannungsdiagramme dar zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 6;

Fig. 8 zeigt die Schaltungsanordnung eines dritten Ausführungsbeispieles der Einrichtung;

Fig. 9 stellt mehrere Zeit/Strom- bzw. Zeit/Spannungsdiagramme dar zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 8 ;

Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch einen Fühler-Wand-ler zur Ermittlung eines Maximalfüllstandes einer Flüssigkeit ;

Fig. 11 ist eine analoge Längsschnittdarstellung eines Füh-ler-Wandlers zur Ermittlung eines Minimalfüllstandes einer Flüssigkeit;

Fig. 12 zeigt eine analoge Längsschnittdarstellung eines Fühler-Wandlers mit einem optisch aktiven Kristall zur Ermittlung einer Temperatur, eines mechanischen Druckes, einer magnetischen Feldstärke oder einer elektrischen Feldstärke, je nach der Art des im Fühler-Wandler vorhandenen opitsch aktiven Kristalles;

Fig. 13 stellt einen analogen Längsschnitt durch einen Fühler-Wandler zur Ermittlung der Transparenz eines mindestens teilweise lichtdurchlässigen Stoffes oder der Anwesenheit oder Abwesenheit eines lichtundurchlässigen Stoffes dar.

I

620 771

4

Es wird nun im einzelnen zunächst auf Fig. 1 verwiesen, in welcher mit 11 ein Oszillator zur Erzeugung eines Wechselstromes mit der Freuqenz f 1 bezeichnet ist. Der Ausgang des Oszillators 11 ist über einen steuerbaren Stromregler 12 mit einer elektrisch gespeicherten Lichtquelle 13 verbunden, die 5 zweckmässig eine Leuchtdiode ist und ein im Rythmus des vom Oszillator 11 gelieferten Wechselstromes pulsierendes Licht erzeugt, dessen Intensität proportional der Stromstärke am Ausgang 14 des Stromreglers 12 ist. Der von der Lichtquelle 13 ausgesandte Lichtstrom ist mittels eines ersten Lichtleiters 15 10 einem optisch wirksamen Fühler-Wandler 16 zugeleitet, der imstande ist, den Lichtstrom in Abhängigkeit von einer zu überwachenden physikalischen Eigenschaft eines Stoffes zu verändern. Die Ausbildung des Fühler-Wandlers 16 wird später unter Bezugnahme auf eine der Fig. 10 bis 13 näher erläutert. 15 Ein zweiter Lichtleiter 17 führt vom Fühler-Wandler 16 zu einem optoelektrischen Lichtempfänger 18, der ein dem ankommenden Lichtstrom, der durch den Lichtleiter 17 zugeführt wird, entsprechendes erstes elektrisches Signal erzeugt, welches in einem Verstärker 19 verstärkt wird. Der von der 20 Lichtquelle 13 ausgehende, vom Lichtempfänger 18 empfangene und mittels des Fühler-Wandlers 16 veränderbare Lichtstrom durch die Lichtleiter 15 und 17 wird im folgenden als Messlichtstrom bezeichnet.

Parallel zum beschriebenen Messlichtstrom ist ein Referenz- 25 lichtstrom angeordnet, der von einer zweiten Lichtquelle 20 durch einen Lichtleiter 21 in die unmittelbare Nähe des Fühler-Wandlers 16, durch eine Lichtleiterbrücke 22 am Fühler-Wand-ler 16 vorbei und durch einen weiteren Lichtleiter 23 zu einem optoelektrischen Lichtempfänger 24 geführt ist. Zur Speisung 30 der Lichtquelle 20, die zweckmässig ebenfalls eine Leuchtdiode ist, ist ein zweiter Oszillator 25 vorhanden, der einen Wechselstrom mit der Frequenz f2 erzeugt, wobei die Frequenz f2 gleich der Frequenz fl oder von derselben verschieden sein kann. Vorzugsweise liegen die Frequenzen fl und f2 im Bereich von 35 10 bis 30kHz. Der Ausgang des Oszillators 25 ist mit der Lichtquelle 20 über einen Stromregler 26 verbunden, dessen Ausgang 27 die Lichtquelle 20 mit einer vorbestimmten Stromstärke speist. Der Lichtempfänger 24 erzeugt ein dem Referenzlichtstrom entsprechendes zweites elektrisches Signal, das in -tn einem Verstärker 28 verstärkt wird.

Die vier Lichtleiter 15,17,21 und 23 sind Bestandteile eines gemeinsamen Lichtleiterbündesls oder Lichtleiterkabels 29, das zwischen einer den Fühler-Wandler 16 und die Lichtleiterbrücke 22 enthaltenden baulichen Einheit 30 einerseits und 45 einem die übrigen beschriebenen Bauteile enthaltenden Apparateteil 31 anderseits angeordnet ist. Zweckmässig sind Steck- 1 Verbindungen vorgesehen, um das Lichtleiterbündel oder Lichtleiterkabel 29 mit der baulichen Einheit 30 und mit dem Apparateteil 31 lösbar zu verbinden, so dass es möglich ist, im ?» Bedarfsfall ein Verlängerungs-Lichtleiterbündel oder -Lichtlei-terkabel einzufügen.

Lichtleiter der vorstehend erwähnten Art gehören zum bekannten Stand der Technik und brauchen deshalb hier nicht näher beschrieben zu werden. Es sei lediglich erwähnt, dass 55 jeder einzelne der Lichtleiter 15,17,21 und 23 entweder eine einzige Glasfaser von z.B. etwa 0,5 mm Durchmesser oder eine Vielzal von erheblich dünneren Glasfasern aufweisen kann, die zusammen eine Litze bilden, deren Durchmesser ebenfalls etwa 0,5 mm beträgt. Im einen wie im andern Fall sorgt eine dünner mi Oberflächenschicht der Glasfaser bzw. Glasfasern dafür, dass das den Lichtleiter durchströmende Licht nicht seitlich austritt. Jeder Lichtleiter weist schliesslich einen Schutzmantel z.B. aus Tetrafluoräthylen auf. Das oben erwähnte Lichtleiterbündel oder Lichtleiterkabel 29 ist vorzugweise flexibel.

Gemäss Fig. 1 ist der Apparateteil 31 mit einem weiteren Apparateteil 32 verbunden. Dieser enthält eine Analog-Divi-

dierschaltung 33 mit zwei Eingängen 34 und 35, die je mit einem Ausgang der Verstärker 19 und 28 in Verbindung stehen. Der Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 liefert ein elektrisches Informationssignal, welches dem Quotienten der beiden Spannungen an den Eingängen 34 und 35 proportional ist und mittels eines Anzeigeinstrumentes 37 visuell angezeigt wird. Mit dem Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 ist auch eine Anschlussklemme 38 zum Anschliessen eines externen optischen oder akustischen Signalgebers 39 verbunden, der zweckmässig derart ausgebildet ist, dass er anspricht, wenn das am Ausgang 36 auftretende elektrische Informationssignal um mehr als ein vorbestimmtes Mass von einem Normalwert abweicht, z.B. einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

An den Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 ist auch ein Eingang eines Spannungskomparators 40 angeschlossen, der ferner mit einer konstanten Referenzspannungsquelle 41 in Verbindung steht. Der Ausgang 42 des Komparators 40 ist mit einem Zeitverzögerungsglied 43 verbunden, an dessen Aufgang 44 ein Inverter 45 angeschlossen ist. Der Ausgang 46 des Inverters 45 liefert eine Steuerspannung zum Steuern des Stromreglers 12.

Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist wie folgt:

Es ist angenommen, dass der Fühler-Wandler 16 eine Flüssigkeitssonde ist, die den Messlichtstrom erheblich abschwächt oder gänzlich unterbricht, wenn sie in die Flüssigkeit eintaucht. Solange das Flüssigkeitsniveau unterhalb des Fühler-Wandlers 16 liegt, gelangt der Referenzlichtstrom praktisch vollständig zum Lichtempfänger 18, während gleichzeitig der Referenzlichtstrom zum Lichtempfänger 24 gelangt. Die Stromregler 12 und 26 sind derart eingestellt, dass ihre Ausgänge 14 und 27 praktisch gleich starke Wechselströme an die Lichtquellen 13 und 20 liefern und somit der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom gleiche Intensitäten aufweisen. Demzufolge sind die den zwei Eingängen 34 und 35 der Analog-Dividierschaltung zugeführten elektrischen Signale praktisch gleich gross, weshalb am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 ein dem Quotienten 1 entsprechendes Informationssignal erscheint, das am Anzeigeinstrument 37 erkennbar ist.

Wenn der Fühler-Wandler 16 von Flüssigkeit beaufschlagt wird, d.h. wenn der Füllstand der Flüssigkeit einen oberen Grenzwert erreicht, wird der Messlichtstrom verändert, indem er ganz oder zumindest teilweise derart abgelenkt wird, dass die Lichtintensität im Leichtleiter 17 und am Lichtempfänger 18 erheblich abgeschwächt oder praktisch null wird, wie später noch unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert werden wird. Als Folge davon sinkt das elektrische Signal am einen Eingang 34 der Analog-Dividierschaltung 33, während gleichzeitig das elektrische Signal am andern Eingang 35 konstant bleibt. Dem-gemäss ändert sich der Quotient der beiden erwähnten elektrischen Signale und das diesem Quotient proportionale Informationssignal am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33. Im vorliegenden Fall ist angenommen, dass der erwähnte Quotient kleiner als 1 wird und somit das Informationssignal sinkt, d.h. praktisch null wird. Die Verminderung des Informationssignals wird durch das Anzeigeinstrument 37 visuell angezeigt. Gleichzeitig spricht der externe Signalgeber 39 an und gibt Alarm. Das Informationssignal kann zweckmässig zugleich auch zur automatischen Steuerung eines Absperrhahns od.dg. benutzt werden, mit welchem der weitere Zufluss von Flüssigkeit unterbunden wird.

Wenn das Flüssigkeitsniveau soweit sinkt, dass der Fühler-Wandler 16 nicht mehr überflutet ist, wird dem Messlichtstrom ermöglicht, wieder voll zum Lichtempfänger 18 zu gelangen, wodurch die ursprünglichen Verhältnisse wieder hergestellt werden.

Für die weitere Erläuterung der Wirkungsweise wird auf Fig. 2 verwiesen, in welcher der zeitliche Verlauf verschiedener

5

620 771

elektrischer Ströme bzw. Spannungen dargestellt ist. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, sind die einzelnen Diagramme in Fig. 2 mit den gleichen Zahlen bezeichnet wie die entsprechenden Eingänge oder Ausgänge in Fig. 1, an denen die betreffenden Ströme oder Spannungen auftreten. 5

Damit die Funktionstüchtigkeit der Einrichtung fortlaufend überprüft werden kann, wird der Messlichtstrom periodisch jeweils vorübergehend etwas vermindert, um eine bestimmte Mindeständerung zu simulieren, die durch den Fühler-Wandler 16 hervorgerufen werden könnte. Die periodische vorüberge- i o hende Reduktion des Messlichtstromes wird durch eine entsprechende Steuerung des Stromreglers 12 bewirkt, so dass der zur Speisung der Lichtquelle 13 dienende Wechselstrom am Ausgang 14 des Stromreglers 12 den im obersten Diagramm der Fig. 2 im Zeitraum A-B dargestellten Verlauf hat. Die Intensi- 15 tät des von der Lichtquelle 13 ausgesendeten Messlichtstromes ist der Hüllkurve des Wechselstrom verlauf es im Punkt 4 proportional. Im zweiten Diagramm der Fig. 2 ist der zeitlich konstante Wechselstrom am Ausgang 27 des Stromreglers 26 veranschaulicht. Dementsprechend ist die Intensität des von der Licht- 20 quelle 20 ausgesendeten Referenzlichtstromes konstant. Die auf die beschriebene Weise periodisch herbeigeführte Reduktion der Intensität des Messlichtstromes ist deutlich geringer als die weiter oben erläuterte Reduktion, die im Falle einer Überflutung des Fühler-Wandlers 16 mit einer Flüssigkeit eintritt. Im 25 dritten und vierten Diagramm der Fig. 2 sind die elektrischen Signale am Eingang 34 bzw. am Eingang 35 der Analog-Dividierschaltung 33 dargestellt. Man erkennt, dass diese elektrischen Signale den Intensitäten des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes proportional sind, solange der Zeitab- 30 schnitt A-B betrachtet wird. Das fünfte Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf des am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 auftretenden elektrischen Informationssignals, das mittels des Anzeigeinstrumentes 37 visuell angezeigt wird. Die periodischen Änderungen des Informationssignals 35 haben jedoch keinen Einfluss auf den Signalgeber 39, da die Änderungen zu gering sind, um den Signalgeber zum Ansprechen zu bringen.

Im Komparator 40 wird das am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 auftretende Informationssignal fortlaufend mit 40 einer konstanten Referenzspannung aus der Quelle 41 verglichen. Solange das Informationssignal die Referenzspannung der Quelle 41 übersteigt, liegt am Ausgang 42 des Komparators 40 keine Spannung. Wenn jeweils das Informationssignal die Referenzspannung aus der Quelle 41 unterschreitet, erscheint am 45 Ausgang 42 des Komparators eine Gleichspannung, die im sechsten Diagramm der Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Gleichspannung wird mittels des Zeitverzögerungsgliedes 43 um die Zeitspanne At verzögert dem Inverter 45 zugeleitet. Im siebenten Diagramm der Fig. 2 ist die am Ausgang 44 des Zeitverzö- 50 gerungsliedes 43 auftretende verzögerte Gleichspannung dargestellt. Am Ausgang 46 des Inverters 45 erscheint jeweils dann, wenn der Ausgang 44 des Zeitverzögerungsliedes 43 spannungslos ist, eine Gleichspannung, die als Steuerspannung dem Stromregler 12 zugeleitet wird und im achten Diagramm der 55 Fig. 2 veranschaulicht ist. Die erwähnte Steuerspannung bewirkt jeweils die oben erwähnte Reduktion des zur Speisung der Lichtquelle 13 dienenden Wechselstromes (vgl. das erste Diagramm der Fig. 2). Die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich selbsttätig periodisch, wobei die Periode durch die M Zeitverzögerung At im Zeitverzögerungsglied 45 bestimmt wird. Die Zeitverzögerung At kann zweckmässig zwischen '/ m Sekunde und mehreren Sekunden liegen ; sie ist in jedem Fall ein Vielfaches einer Schwingungsperiode der Oszillatoren 11 und 25. h?

Wenn z.B. im Zeitpunkt B der Fühler-Wandler 16 mit Flüssigkeit überflutet wird, sinkt das am Ausgang der Dividierschaltung 33 auftretende Informationssignal auf praktisch null,

wie oben beschrieben worden ist, wobei der Ausgang 42 des Komparators 40 eine Gleichspannung liefert, die solange aufrecht erhalten wird als der Fühler-Wandler 16 mit Flüssigkeit überflutet ist. Während die genannte Gleichspannung andauert, ist die am Ausgang 46 des Inverters 45 liegende Steuerspannung gleich null, so dass die Lichtquelle 13 mit der vollen Stromstärke gespeist wird. Erst wenn der Fühler-Wandler 15 im Zeitpunkt C aus der Flüssigkeit austaucht, nimmt das Informationssignal am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 wieder den dem Quotienten 1 entsprechenden Normalwert an, wonach selbsttätig wieder die periodische Prüfung der Einrichtung durch periodische vorübergehende Reduktion des Speisestromes der Lichtquelle 13 einsetzt.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante der Schaltunganordnung nach Fig. 1 veranschaulicht. Der Apparateteil 32 ist gegenüber Fig. 1 unverändert, und daher nur noch als Block dargestellt. Anstelle des Apparateteiles 31 nach Fig. 1 ist jetzt ein teilweise geänderter Apparateteil 31a vorhanden, wobei der Unterschied im wesentlichen darin besteht, dass anstelle der zwei Lichtempfänger 18 und 24 nur noch ein einziger Lichtempfänger 50 vorhanden ist, dem sowohl der Messlichtstrom als auch der Referenzlichtstrom durch einen diesen beiden Lichtströmen gemeinsamen Lichtleiter 51 zugeführt ist. Der elektrische Ausgang des Lichtempfängers 50 ist über ein erstes Bandfilter 52, welches auf die Frequenz fl des Oszillators 11 abgestimmt ist, mit dem Eingang des Verstärkers 19 und über ein zweites Bandfilter 53, das auf die von f 1 verschiedene Frequenz f2 des Oszillators 25 abgestimmt ist, mit dem Eingang des Verstärkers 28 verbunden. Das Lichtleiterbündel oder Lichtleiterkabel 29a zwischen dem Apparateteil 31a und der baulichen Einheit 30 weist in diesem Fall lediglich drei parallel verlaufende Lichtleiter auf. In der baulichen Einheit 30 sind sowohl der optissche Ausgang des Fühler-Wandlers 16 als auch die Lichtleiterbrücke 22 mit dem Lichtleiter 51 optisch leitend verbunden.

Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Ausführungsvariante nach Fig. 3 ist grundsätzlich gleich wie jene der Einrichtung gemäss Fig. 1, mit der einzigen Ausnahme, dass sowohl der Messlichtstrom als auch der Referenzlichtstrom durch den gemeinsamen Lichtleiter 51 geführt werden und die Trennung der von den beiden Lichtströmen abgeleiteten elektrischen Signale mit Hilfe der zwei Bandfilter 52 und 53 am Ausgang des gemeinsamen optoelektrischen Lichtempfängers 50 erfolgt.

Eine andere Ausführungsvariante der Einrichtung nach Fig. 1 ist in Fig. 4 gezeigt, in welcher der Apparateteil 32 wieder nur als Block dargestellt ist, weil er mit dem entsprechenden Teil von Fig. 1 völlig übereinstimmt. Der andere Apparateteil 31b unterscheidet sich vom entsprechenden Teil 31 nach Fig. 1 hauptsächlich dadurch, dass die zwei Lichtquellen 13 und 20 Licht mit verschiedenen Wellenlängen X,1 und 12 aussenden, z.B. so, dass ein roter Messlichtstrom und ein grüner Referenzlichtstrom entstehen. Diese beiden Lichtströme sind mittels Lichtleitern 15a und 21a vereinigt und durch einen gemeinsamen Lichtleiter 55 dem Fühler-Wandler 16 und der Lichtleiterbrücke 22 zugeführt. Dem optoelektrischen Lichtempfänger 18 ist ein Lichtfilter 56 vorgeschaltet, welches nur die von der Messlichtquelle 13 ausgesendeten Lichtstrahlen durchlässt, für die von der Referenzlichttquelle 20 ausgesendeten Lichtstrahlen jedoch undurchlässig ist. In analoger Weise ist dem andern Lichtempfänger 24 ein Lichtfilter 57 vorgeschaltet, das nur die von der Referenzlichtquelle 20 ausgesendeten Lichtstrahlen durchlässt, jedoch undurchlässig ist für die Lichtstrahlen der Messlichtquelle 13. Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsvariante das Lichtleiterbündel oder Lichtleiterkabel 29b zwischen dem Apparateteil 31b und der baulichen Einheit 30 nur drei parallel verlaufende Lichtleiter 17,23 und 55 aufweist, von denen der eine 55 dem Messlichtstrom und dem Referenz-

620 771

6

Iichtstrom gemeinsam ist. Die Wirkungsweise der Ausführungsvariante nach Fig. 4 ist grundsätzlich gleich wie jene der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsvariante der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dargestellt. Der Apparateteil 32 ist ledig- ? lieh als Block gezeichnet, da er mit dem entsprechenden Teil von Fig. 1 völlig übereinstimmt. Der andere Apparateteil 31c enthält eine Kombination der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsvarianten. Die beiden Lichtquellen 13 und 20 sind zum Aussenden von Licht mit verschiedenen Wellenlängen X.1 io und k2 ausgebildet, und die von den beiden Lichtquellen ausgehenden Lichtströme sind mittels Lichtleitern 15a und 21a vereinigt und einem gemeinsamen Lichtleiter 55 zugeführt. Es ist ein einziger optoelektrischer Lichtempfänger 50 vorhanden, zu welchem ein Lichtleiter 51 führt, der dem Messlichtstrom und dem 15 Referenzlichtstrom gemeinsam ist. Der elektrische Ausgang des Lichtempfängers ist über ein erstes Bandfilter 52, das auf die Frequenz f 1 des Oszillators 11 abgestimmt ist, mit dem Eingang des Verstärkers 19 und über ein zweites Bandfilter 53, das auf die Frequenz f2 des Oszillators 25 abgestimmt ist, mit dem 20 Eingang des Verstärkers 28 verbunden. In diesem Fall weist das zwischen dem Apparateteil 31c und der baulichen Einheit 30 angeordnete Lichtleiterbündel oder Lichtleiterkabel 29c nur die zwei parallel verlaufenden Lichtleiter 51 und 55 auf. Innerhalb der baulichen Einheit 30 ist der Lichtleiter 55 aufgespalten und 25 sowohl zum Fühler-Wandler 16 als auch zur Lichtleiterbrücke 22 geführt. Dem Fühler-Wandler 16 ist ein Lichtfilter 56 zugeordnet, das nur Licht von der Messlichtquelle 13 durchlässt. In analoger Weise ist in der Lichtleiterbrücke 22 ein Lichtfilter 57 eingeschaltet, das nur Licht von der Referenzlichtquelle 20 30 durchlässt. Der Lichtleiter 51 ist sowohl an den optischen Ausgang des Fühler-Wandlers 16 als auch der Lichtleiterbrücke 22 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsva- 35 riante ist grundsätzlich gleich wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom sind zum Teil gemeinsam durch die Lichtleiter 55 und 51 geführt. Dennoch entspricht das dem Verstärker 19 zugeleitete elektrische Signal ausschliesslich der Intensität des Messlichtstromes, 40 während das dem Verstärker 28 zugeleitete elektrische Signal ausschliesslich der Intensität des Referenzlichtstromes entspricht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung ist in Fig. 6 schematisch veranschaulicht. In einem 45 ersten Apparateteil 31d ist ein einziger Oszillator 61 zur Erzeugung eines Wechselstromes mit der Frequenz f vorhanden. Mit diesem Wechselstrom wird über einen Stromregler 62 eine einzige Lichtquelle 63 zur Erzeugung des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes gespeist. Diese beiden Lichtströme 50 sind durch einen gemeinsamen Lichtleiter 65 sowohl dem Füh-ler-Wandler 16 als auch der Lichtleiterbrücke 22 zugeführt, die sich beide in der baulichen Einheit 30 befinden. Anstelle des gemeinsamen Lichtleiters 65 könnten ebenso gut auch zwei getrennte Lichtleiter vorhanden sein (nicht dargestellt). Vom 55 optischen Ausgang des Fühler-Wandlers 16 führt ein Lichtleiter 17 zu einem ersten optoelektrischen Lichtempfänger 18 im Apparateteil 31d. Dieser Lichtempfänger 18 ist an den Eingang eines Verstärkers 19 angeschlossen. Zwischen dem Lichtleiter 17 und dem Lichtempfänger 18 befindet sich ein elektroopti- fi0 sches Filter 66, dessen Lichtdurchlässigkeit durch eine elektrische Steuerspannung beeinflussbar ist. Das Filter 66 ist z.B. ein Flüssigkristall. Vom optischen Ausgang der Lichtleiterbrücke 22 führt ein Lichtleiter 23 zu einem zweiten optoelektrischen Lichtempfänger 24, der mit dem Eingang eines Verstärkers 28 fi5 verbunden ist. Die Lichtleiter 17, 23 und 65 bilden Bestandteile eines und desselben Lichtleiterbündels oder Lichtleiterkabels 29d.

In einem zweiten Apparateteil 32 befinden sich die gleichen Teile und die gleiche Schaltungsanordnung wie in dem ebenfalls mit 32 bezeichneten Apparateteil von Fig. 1, weshalb sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt. Die am Ausgang 46 des Inverters 45 auftretende Spannung ist als Steuerspannung dem elektrooptisschen Filter 66 zugeführt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 6 dargestellten Einrichtung ist im wesentlichen wie folgt:

Der vom Oszillator 61 erzeugte und der Lichtquelle 63 zugeführte Wechselstrom wird mittels des Stromreglers 62 stabilisiert, so dass am Ausgang 64 des Stromreglers ein konstanter Strom fliesst und die Lichtquelle 63 eine konstante Lichtemission aufweist. Im ersten Diagramm der Fig. 7 ist der konstante Strom am Ausgang 64 des Stromreglers 62 dargestellt. Durch den Lichtleiter 65 wird ein Teil des von der Lichtquelle 63 ausgesendeten Lichtes dem Fühler-Wandler 16 zugeführt und von diesem, wenn er nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, durch den Lichtleiter 17 und das Filter 66 dem Lichtempfänger 18 zugeleitet. Es handelt sich dabei um den Messlichtstrom. Ein anderer Teil des von der Lichtquelle 63 stammenden Lichtes wird durch den Lichtleiter 65 der Lichtleiterbrücke 22 zugeführt, durch diese am Fühler-Wandler 16 vorbei geleitet und schliesslich durch den Lichtleiter 23 dem Lichtempfänger 24 zugeführt. Hierbei handelt es sich um den Referenzlichtstrom. Der Verstärker 19 liefert an den einen Eingang 34 der Analog-Dividierschaltung 33 ein erstes elektrisches Signal, das der Intensität des auf den Lichtempfänger 18 fallenden Messlichtstromes entspricht.

Mit Hilfe des elektrooptischen Filters 66 wird der Messlichtstrom auf eine später noch zu beschreibende Weise periodisch vorübergehend abgeschwächt, so dass das an den einen Eingang 34 der Dividierschaltung 33 gelieferte erste elektrische Signal den im zweiten Diagramm der Fig. 7 im Zeitraum A—B gezeigten Verlauf annimmt. Im Gegensatz hierzu bleibt der dem Lichtempfänger 24 zugeleitete Referenzlichtstrom in seiner Intensität konstant, weshalb am zweiten Eingang 35 der Dividierschaltung 33 ein konstantes elektrisches Signal liegt,wie das dritte Diagramm der Fig. 7 veranschaulicht. Am Ausgang 36 der Dividierschaltung 33 erscheint ein dem Quotienten der beiden Signale an den Eingängen 34 und 35 proportionales elektrisches Informationssignal, dessen Verlauf im vierten Diagramm der Fig. 7 dargestellt ist. Im Komparator 40 wird das genannte Informationssignal fortlaufend mit einer konstanten Referenzspannung aus der Quelle 41 verglichen, wobei am Ausgang 42 des Komparators jeweils dann eine Gleichspannung auftritt, wenn das Informationssignal kleiner als die konstante Referenzspannung ist. Hingegen ist die Spannung am Ausgang 42 des Komparators gleich null, wenn das Informationssignal die konstante Referenzspannung übersteigt. Im fünften Diagramm der Fig. 7 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangspannung des Komparators 40 aufgezeichnet. Diese Ausgangspannung wird im Zeitverzögerungsglied 43 um eine vorbestimmte Zeitspanne At verzögert, so dass am Ausgang 44 des Verzögerungsgliedes 43 der im sechsten Diagramm der Fig. 7 dargestellte Spannungsverlauf resultiert, welcher mittels des Inverters 45 invertiert wird. Die am Ausgang 46 des Inverters 45 auftretende Spannung wird als Steuerspannung dem elektrooptischen Filter 66 zugeführt, wodurch die erwähnte periodische vorübergehende Abschwächung des auf den Lichtempfänger 18 fallenden Messlichtstromes herbeigeführt wird. Mittels des Anzeigeinstrumentes 37 wird das korrekte Arbeiten der Einrichtung angezeigt.

Wenn im Zeitpunkt B der Fühler-Wandler 16 von Flüssigkeit überflutet wird, d.h. wenn der Füllstand der Flüssigkeit einen vorbestimmten Höchststand erreicht, wird der zum Füh-ler-Wandler 16 gelangende Lichtstrom abgelenkt, so dass praktisch kein Licht mehr auf den Fühler 18 fällt und das elektrische

I

7

620 771

Signal am Eingang 34 der Dividierschaltung 33 sehr stark reduziert oder praktisch gleich null wird. Dies hat eine entsprechende Reduktion des Informationssignales am Ausgang 36 der Dividierschaltung zur Folge, wodurch der Signal- oder Alarmgeber 39 in Betrieb gesetzt wird und gegebenenfalls ein 5 Absperrventil od.dgl. selbsttätig betätigt, um den weiteren Zufluss von Flüssigkeit zu verhindern. Solange der Fühler-Wandler 16 überflutet ist, bleibt der Ausgang 46 des Inverters 45 spannungslos und das elektrooptische Filter 66 auf seine höchstmögliche Transparenz gesteuert. Sobald der Fühler- 1 » Wandler 16 im Zeitpunkt C aus der Flüssigkeit austaucht,

gelangt wieder der volle Messlichtstrom zum Lichtempfänger 18, wonach sich der oben beschriebene Vorgang der periodischen vorübergehenden Abschwächung des Messlichtstromes mittels des elektrooptischen Filters 66 einstellt. 15

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin-dungsgemässen Einrichtung schematisch dargestellt. In einem ersten Apparateteil 70 befinden sich zwei Lichtquellen 13 und 20, z.B. Leuchtdioden, zur Erzeugung eines Messlichtstromes und eines Referenzlichtstromes. Der Messlichtstrom ist von der 20 Lichtquelle 13 durch einen Lichtleiter 15 dem Fühler-Wandler 16 und von dort durch einen Lichtleiter 17 einem optoelektrischen Lichtempfänger 50 zugeführt, der zusammen mit einem zugehörigen Verstärker 71 im Apparateteil 70 angeordnet ist. Der Referenzlichtstrom ist durch einen Lichtleiter 21 von der 25 Lichtquelle 20 zu einer Lichtleiterbrücke 22, die neben dem Fühler-Wandler 16 vorbei führt, und von dort durch einen Lichtleiter 23 ebenfalls zum Lichtempfänger 50 geleitet. Der Fühler-Wandler 16 und die Lichtleiterbrücke 22 befinden sich in einer baulichen Einheit 30, die vom Apparateteil 70 räumlich 30 getrennt angeordnet und mit diesem nur durch die Lichtleiter 15,17,21 und 23 verbunden ist. Diese Lichtleiter verlaufen parallel zueinander und sind Bestandteile eines und desselben Lichtleiterbündels oder Lichtleiterkabels 29, welches mit dem Apparteteil 70 und der Einheit 30 zweckmässig durch lösbare 35 Steckverbinder verbunden ist.

Die Lichtquelle 13 für den Messlichtstrom ist zu ihrer Speisung an eine elektrische Stromquelle 72 angeschlossen, die durch eine elektrische Steuerspannung 72 variabel ist. Im Speisestromkreis der Lichtquelle 13 liegt ein elektronischer Schalter 40 73, mit dessen Hilfe die Lichtquelle 13 ein- und ausgeschaltet werden kann. Ein Taktimpulsgenerator 74 liefert an seinem Ausgang 75 eine regelmässige Folge elektrischer Taktimpulse zur Steuerung des elektronischen Schalters 73 zwecks periodischer Ein- und Ausschaltung der Lichtquelle 13. Zur Speisung 45 der andern Lichtquelle 20 für den Referenzlichtstrom ist eine konstante Stromquelle 76 vorhanden. Im Speisestromkreis der Lichtquelle 20 liegt ebenfalls ein elektronischer Schalter 77. Der Ausgang 75 des Generators 74 ist mit einem Phasenum-kehrglied 78 verbunden, an dessen Ausgang 79 eine regelmäs- 50 sige Folge von Taktimpulsen zur Steuerung des elektronischen Schalters 76 erscheint. Da die Impulse zur Steuerung der beiden Schalter 73 und 77 um 180° gegeneinander verschoben sind, werden die Lichtquellen 13 und 20 wechselweise ein- und ausgeschaltet. 55

In einem weiteren Apparateteil 80 ist ein Phasenumkehrde-tektor 81 mit zwei Eingängen 82 und 83 vorhanden. Der eine Eingang 82 steht mit dem Ausgang des Verstärkers 71 in Verbindung, während der andere Eingang 83 an den Ausgang M des Phasenumkehrgliedes 78 angeschlossen ist. Der Phasenum-kehrdetektor 81 weist ferner einen Ausgang 84 auf, an welchem ein aus den beiden Signalen an den Eingängen 82 und 83 gebildetes Informationssignal auftritt, wie weiter unten näher erläutert werden wird. Mit dem Ausgang 84 des Phasenumkehr- ft5 detektors 81 ist ein Monoflop 85 verbunden, dessen Ausgang 86 jeweils einen Gleichspannungsimpuls vorgegebener Dauer liefert, wenn das Informationssignal vom Phasenumkehrdetektor

81 eine ansteigende Flanke aufweist. Die erwähnten Gleichspannungsimpulse vom Ausgang 86 des Monoflops 85 steuern einen Funktionsgenerator 87, an dessen Ausgang eine elektrische Steuerspannung zum Verändern der Stromstärke der Stromquelle 72 erscheint.

Der Apparateteil 80 enthält weiter eine Dividierschaltung 90 mit zwei Eingängen 91 und 92, von denen der eine 91 mit dem Ausgang 84 des Phasenumkehrdetektors 81 verbunden ist. An den andern Eingang 92 der Dividierschaltung 90 ist der Ausgang einer logischen Verknüpfungsschaltung 93 angeschlossen, die ihrerseits zwei Eingänge 94 und 95 aufweist. Der eine Eingang 94 ist an den Ausgang 84 des Phasenumkehrdetektors 81 und der andere Eingang 95 an den Ausgang 86 des Monoflops 85 angeschlossen. Der Ausgang 96 der Dividierschaltung 90 ist mit einer Integrierschaltung 97 verbunden, deren Ausgang 98 ein elektrisches Signal an ein Anzzeigeinstrument 99 mit Grenzwertschaltkontakten liefert. Der Schaltkontakt für den oberen Grenzwert ist mit einer Anschlussklemme 100 zum Anschliessen eines externen (nicht dargestellten) Signal- bzw. Alarmgebers verbunden.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der mit Bezug auf Fig.

8 beschriebenen Einrichtung wird nun auch auf die Fig. 9 verwiesen, in welcher verschiedene Impulsdiagramme gezeigt sind. Zum leichteren Verständnis sind die Impulskurven mit den gleichen Bezugszahlen versehen wie die entsprechenden Ausgänge bzw. Eingänge, an denen die Impulse auftreten, in der Schaltungsanordnung nach Fig. 8. Das erste Diagramm der Fig.

9 stellt den zeitlichen Verlauf der am Ausgang 75 des Generators 74 erscheinenden Taktimpulse dar, während das zweite Diagramm den zeitlichen Verlauf der am Ausgang 79 des Phasenumkehrgliedes 78 auftretenden Taktimpulse zeigt. Man erkennt, dass die Impulse des zweiten Diagrammes jeweils genau in den Pausen zwischen den Impulsen des ersten Diagrammes liegen. Die Frequenz der Taktimpulse liegt z.B. zwischen 10 und 100 kHz.

Das dritte Diagramm der Fig. 9 stellt den Verlauf der am Ausgang 86 des Monoflops 85 erscheinenden Steuerimpulse zum Steuern des Funktionsgebers 87 dar, während das vierte Diagramm die Ausgangsspannung des Funktionsgebers 87 zeigt. Jeweils während der Dauer tl eines vom Monoflop gelieferten Steuerimpulses bleibt die Ausgangsspannung des Funktionsgenerators 87 konstant auf einem Maximum. Am Ende eines jeden Steuerimpulses fängt die Ausgangsspannung des Funktionsgenerators an kontinuierlich abzunehmen, und zwar während einer bestimmten Zeitdauer t2, wonach die Ausgangsspannung selbsttätig wieder auf ihren ursprünglichen Maximalwert springt. Die Ausgangspannung des Funktionsgenerators 87 steuert die Stromstärke der Stromquelle 72 und damit auch die Leuchtintensität der Lichtquelle 13 für den Messlichtstrom. Folglich variiert die Stromstärke der Stromquelle 72 entsprechend der Ausgangsspannung des Funktionsgebers 87 (Diagramm 4), wogegen die Stromstärke der Stromquelle 76 konstant bleibt. Mittels des elektronischen Schalters 73 wird in Abhängigkeit von den Taktimpulsen des Generators 74 (Diagramm 1) die Lichtquelle 13 für den Messlichtstrom periodisch ein- und ausgeschaltet. Daher sendet die Lichtquelle 13 Mess-lichtstromimpulse gemäss dem fünften Diagramm der Fig. 9 aus. Mittels des elektronischen Schalters 77 wird die Messlichtquelle 20 für den Referenzlichtstrom in Abhängigkeit von den am Ausgang 79 des Phasenumkehrgliedes auftretenden Taktimpulsen periodisch ein- und ausgeschaltet, weshalb die Lichtquelle 20 Referenzlichtstromimpulse gemäss dem Diagramm 7 der Fig. 9 aussendet.

Solange der Fühler-Wandler 16 somit Transparenz aufweist, z.B. nicht von einer Flüssigkeit beaufschlagt ist, gelangen die von den Lichtquellen 13 und 20 ausgesendeten Lichtströme praktisch unabgeschwächt zum optoelektrischen Lichtempfän-

I

620 771

8

ger 50. Das vom Lichtempfänger 50 erzeugte und im Verstärker 71 verstärkte elektrische Signal entspricht daher einer Superposition der Messlichtimpulse und der Referenzlichtimpulse. Das resultierende an den Eingang 82 des Phasenumkehrdetektors 81 gelieferte elektrische Signal ist im Diagramm 8 der Fig. 9 veranschaulicht. Man sieht, dass dieses getaktete Signal im Zeitpunkt PI eine Phasenumkehr erfährt, nämlich dann, wenn die Intensität der Lichtimpulse des Messlichtstromes gleich der Intensität der Lichtimpulse des Referenzlichtstromes wird. Im Moment dieser Phasenumkehr ändert am Ausgang 84 des Phasenumkehrdetektors 81 der Spannungszustand von «hoch» auf null. Wenn im Zeitpunkt P2 die Steuerspannung am Ausgang 88 des Funktionsgebers 87 von ihrem Minimalwert auf den Maximalwert springt, erfährt das Signal am Eingang 82 des Phasenumkehrdetektors 81 wieder eine Phasenumkehr in entgegengesetztem Sinn, wodurch der Spannungszustand am Ausgang 84 des Detektors 81 von null auf «hoch» ändert, wodurch das Monoflop 85 angestossen wird und an seinem Ausgang 86 einen Gleichspannungsimpuls gemäss dem Diagramm 3 der Fig. 9 an den Funktionsgenerator 87 liefert, wonach der Arbeitszyklus des Funktionsgebers 87 sich wiederholt, wobei die Periode 0,1 bis 10 Sekunden beträgt.

Wenn die Transparenz des Fühler-Wandlers 16 z.B. durch Eintauchen in eine Flüssigkeit vermindert wird, nimmt natürlich dementsprechend die Intensität des durch den Lichtleiter 17 dem Lichtempfänger 50 zugeführten Messlichtstromes ab. Dies ist im Diagramm 6 der Fig. 9 dargestellt, wo ersichtlich ist, dass vom Zeitpunkt B an die Amplituden der Lichtimpulse im Lichtleiter 17 reduziert sind gegenüber dem Zeitabschnitt vor dem Zeitpunkt B. Diese Reduktion der Intensität des Messüchtstro-mes hat zur Folge, dass die nächstfolgende Phasenumkehr des dem Eingang 82 des Phasenumkehrdetektors 81 zugeführten Signales in einem früher liegenden Zeitpunkt PI ' erfolgt als es bei ungeschwächtem Messlichtstrom der Fall wäre. Die zeitliche Vorverlegung des Phasenumkehrzeitpunktes PI' gegenüber dem Zeitpunkt PI ist ein Mass für die Verminderung der Transparenz des Fühler-Wandlers 16. Dieses Mass wird mit Hilfe der Dividierschaltung 90 und des logischen Verknüpfungsgliedes 93 ausgewertet. Durch die zeitliche Vorverschiebung des Phasenumkehrzeitpunktes PI ' wird das Verhältnis von Impulsdauer t3 zu Impulspause t4 des Potentials am Ausgang 84 des Phasenumkehrdetektors 81 verändert, d.h. die Impulsdauer wird verkleinert auf t3 ' und die Impulspause wird ver-grössert auf t4', wie das Diagramm 9 der Fig. 9 erkennen lässt. In der Dividierschaltung 90 wird der Quotient gebildet aus den vom Ausgang 84 des Phasenumkehrdetektors 81 an den Eingang 91 gelieferten Spannungsimpulsen und den von dem Verknüpfungsglied 93 an den zweiten Eingang 92 gelieferten Spannungsimpulsen gemäss dem Diagramm 10 in Fig. 9, die ihrerseits aus den Ausgangsimpulsen des Monoflops 85 (Diagramm 3 der Fig. 9) und den Impulspausen des Ausgangssignals vom Phasenumkehrdetektor 81 (Diagramm 9) gebildet sind. Am Ausgang 96 der Dividierschaltung 90 erscheint das im Diagramm 11 der Fig. 9 dargestellte Signal in Form von Spannungsimpulsen, deren Dauer jeweils mit der Dauer tl der Monoflop-impulse übereinstimmt, während deren Amplitude abhängig ist von der Lage des Phasenumkehrpunktes PI bzw. PI ' und mithin auch von der Transparenz des Fühler-Wandlers 16. Durch die Integrierschaltung 97 wird das im Diagramm 12 der Fig. 9 gezeigte elektrische Gleichspannurxgssignal gebildet, dessen Höhe stets von der Amplitude des jeweils vorliegenden oder vorhergegangenen Impulses des Ausgangssignals (Diagramm 11) der Dividierschaltung 90 abhängig ist. Das gebildete Gleichspannungssignal wird mittels des Anzeigeinstrumentes 99 visuell angezeigt. Wenn das Gleichspannungssignal einen bestimmten Grenzwert erreicht, macht der betreffende Grenzwertschalter Kontackt, wodurch der an die Klemme 100 angeschlossene externe Signal- bzw. Alarmgeber in Betrieb gesetzt wird (Diagramm 13 der Fig. 9).

Sämtliche beschriebenen Ausführungsbeispiele könnten dahingehend modifiziert werden, dass anstelle des Messlichtstromes der Referenzlichtstrom periodisch verändert wird zur Simulation einer Transparenzänderung des Fühler-Wandlers 16.

Je nach dem Verwendungszweck der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Fühler-Wandler 16 verschieden ausgebildet sein. Mehrere für die Praxis geeignete Ausführungsbeispiele des Fühler-Wandlers 16 sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 13 beschrieben.

Gemäss Fig. 10 ist ein stabförmiges Gehäuse 110 in seiner Mittelpartie mit einer V-förmigen Ausnehmung 111 versehen, in deren Flanken je ein lichtdurchlässiger Körper 112 bzw. 113 mit planparallelen Flächen eingesetzt ist. In einer an den optischen Körper 112 angrenzenden Längsbohrung 114 des Gehäuses 110 befinden sich eine nach Art einer Stopfbuchse ausgebildete Kupplungsvorrichtung 115 für einen Lichtleiter 116 sowie ein Linsenkörper 117, der mit dem Lichtleiter 116 optisch leitend verbunden ist. Ein zweiter Lichtleiter 118 ist durch eine durchgehende Längsbohrung 119 des Gehäuses 110 hindurch zum entgegengesetzten Ende desselben geführt und dort mittels einer Kupplungsvorrichtung 120 mit einem Linsenkörper 121 optisch leitend verbunden. Die Kupplungsvorrichtung 120 und der Linsenkörper 121 befinden sich in einer weiteren Längsbohrung 122, welche an den lichtdurchlässigen Körper 113 angrenzt. Die beiden Lichtleiter 116 und 118 verlaufen parallel zueinander in einem Schutzrohr 123, welches mit dem einen Ende des Gehäuses 110 verschraubt ist. Das andere Ende des Gehäuses 110 trägt einen eingeschraubten Schutzdeckel 124, der die Umkehrschleife des Lichtleitersl 18 überdeckt. Das in Fig. 10 obere Ende des Schutzrohres 123 weist einen (nicht dargestellten) Steckverbinder auf, mit dessen Hilfe die Lichtleiter 116 und 118 mechanisch und optisch mit weiteren Lichtleitern wie 15 und 17 in Fig. 1, lösbar verbunden werden können, die Bestandteile eines Lichtleiterbündels oder Lichtleiterkabels, wie 29 in Fig. 1, sind.

Die Gebrauchs- und Wirkungsweise des Fühler-Wandlers gemäss Fig. 10 ist kurz wie folgt:

Durch den Lichtleiter 116 wird ein Messlichtstrom zugeführt, der z.B. von der Lichtquelle 13 in Fig. 1 erzeugt wird. Dieser Lichtstrom verlässt den Linsenkörper 117 parallel gebündelt, durchsetzt den Körper 112 und tritt dann in die Atmosphäre aus, wobei die Lichtstrahlen 112 die V-förmige Ausnehmung 111 quer durchlaufen und dann auf den Körper 113 auftreffen, wenn sich in der Ausnehmung 111 lediglich ein gasförmiges Medium, wie z.B. Luft, befindet. Die Lichtstrahlen durchsetzen hernach den Körper 113, werden durch den Linsenkörper 121 aufgefangen und in den Lichtleiter 118 konzentriert. Durch letzteren wird der Lichstrom einem optoelektrischen Lichtempfänger, wie z.B. 18 in Fig. 1, zugeleitet. Auf dem beschriebenen Weg erleidet der Messlichtstrom praktisch keine nennenswerte Dämpfung. Wenn das Gehäuse 110 und der Verschlussdeckel 124 in eine Flüssigkeit eingetaucht oder von einer Flüssigkeit überflutet werden, wird das Lichtstrahlenbündel bei seinem Austritt aus dem Körper 112 nicht mehr in der oben beschriebenen Weise zum Körper 113 hin gebrochen, sondern er tritt frei in die Flüssigkeit aus. wie in Fig. 10 durch einen Pfeil angedeutet ist, weil der Unterschied der optischen Brechungskoeffizienten des Körpers 112 und der an diesen angrenzenden Flüssigkeit wesentlich geringer ist als der Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Körpers 112 und jenem eines gasförmigen Mediums. Die Folge davon ist, dass praktisch keine Lichtstrahlen mehr dem Lichtleiter 118 zugeführt werden und der Fühler-Wandler als Lichtsperre wirkt. Wenn das Gehäuse 110 aus der Flüssigkeit austaucht, wird dem

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

fi«)

(•5

9

620 771

Lichtstrom wieder erlaubt, zum Lichtleiter 118 zu gelangen, und der Fühler-Wandler nimmt wieder seine ursprüngliche Transparenz für den Messlichtstrom an.

Der in Fig. 10 gezeigte und vorstehend beschriebene Füh-ler-Wandler ist insbesondere für die Überwachung eines höchst- ? zulässigen Flüssigkeitsstandes geeignet.

Demgegenüber zeigt Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform, die speziell für die Überwachung eines Minimalfüllstandes eines Flüssigkeitsbehälters geeignet ist. Der Unterschied zum Beispiel nach Fig. 10 besteht lediglich darin, dass 1(1 anstelle der Körper 112 und 113 mit planparallelen Flächen zwei prismatische lichtdurchlässige Körper 126 und 127 vorhanden sind, wobei die Eintritts- und Austrittsflächen für die Lichtstrahlen nicht mehr parallel, sondern unter einem Winkel zueinander stehen. Der optische Brechungsindex des Materials für 15 die beiden Körper 126 und 127 ist möglichst gleich dem Brechungsindex der zu überwachenden Flüssigkeit. Damit wird erreicht, dass bei Anwesenheit der Flüssigkeit in der V-förmi-gen Ausnehmung 11 das den Körper 126 durchsetzende Lichtstrahlenbündel sich geradlinig durch die Flüssigkeit hindurch 20 fortsetzt, auf den andern Körper 127 auftrifft und mittels des Linsenkörpers 121 in den Lichtleiter 118 hineingeleitet wird. Wenn hingegen der Fühler-Wandler aus der Flüssigkeit ausgetaucht ist und in der Ausnehmung 11 sich Luft oder ein anderes gasförmiges Medium befindet, erfährt das Lichtstrahlenbündel 25 an der schräg verlaufenden Endfläche des Körpers 126 eine Ablenkung, wie in Fig. 11 mit einem Pfeil angedeutet ist, so dass praktisch kein Licht mehr zum Lichtleiter 118 gelangt und der Fühler-Wandler lichtundurchlässig erscheint.

Das in Fig. 12 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel eines optischen Fühler-Wandlers unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Beispielen dadurch, dass das Gehäuse 110 anstelle der V-förmigen Ausnehmung 111 eine

35

parallelepipedische Ausnehmung 130 aufweist, in welcher sich angrenzend an die Linsenkörper 117 und 121 zwei optische Plarisationsfilter 131 und 132 mit planparallelen Flächen und dazwischen eine optisch aktive Substanz 133 befinden. Die Substanz 133 ist je nach der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft oder Grösse verschieden, wobei sie in allen Fällen imstande ist, die Schwingungsebene des Lichtes in Abhängigkeit von der zu überwachenden Eigenschaft zu drehen. Für die Überwachung oder Messung eines mechanischen Druckes ist ein elastooptischer Körper, z.B. aus Acrylglas, geeignet. Für die Überwachung oder Messung einer Temperatur ist die Substanz 133 ein Flüssigkristall. Für die Überwachung oder Messung einer magnetischen Feldstärke ist als Substanz 133 ein magnetooptischer Kristall, z.B. Eisengranat, und für die Überwachung oder Messung einer elektrischen Feldstärke ein elektrooptischer Kristall, z.B. Bariumtitanat, geeignet. In allen diesen Fällen ist die Wirkungsweise derart, dass in Abhängigkeit von der zu überwachenden oder zu messenden physikalischen Eigenschaft eine mehr oder weniger starke Drehung der Schwingungsebene des Lichtes in der Substanz 133 herbeigeführt wird, was eine entsprechende Abschwächung des Lichtstromes zum Lichtleiter 118 zur Folge hat.

Das in Fig. 13 gezeigte letzte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen dadurch, dass anstelle der zwei Polarisationsfilter 131 und 132 lediglich lichtdurchlässige Schutzgläser 134 und 135 angeordnet sind und dazwischen ein freier Raum vorhanden ist. Mit diesem Fühler-Wandler kann die Transparenz eines beliebigen Stoffes gemessen werden, der zwischen die Platten 134 und 135 eingeführt wird. Ebenso ist es möglich, diesen Fühler-Wandler als Lichtschranke zu verwenden, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von opaken oder lichtschwächenden Körpern zu überwachen oder solche Körper zu zählen, wenn sie durch die Ausnehmung 130 hindurchbewegt werden.

C

8 Blatt Zeichnungen

Claims

620 771 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Gewinnung und Übertragung von Signalen, die eine zu überwachende physikalische Eigenschaft eines Stoffes wiederspiegeln, bei welchem Verfahren ein Messlichtstrom zwischen einem Lichtsender und einem optoelektrischen Lichtempfänger mittels eines Fühler-Wandlers in Abhängigkeit von der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft verändert wird, wobei von diesem Messlichtstrom ein entsprechendes elektrisches Signal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich zu dem mittels des Fühler-Wandlers veränderbaren Messlichtstrom einen zu diesem parallel verlaufenden, jedoch vom Fühler-Wandler unbeeinflussten Referenzlichtstrom erzeugt, dass der Unterschied zwischen dem vom Messlichtstrom abgeleiteten elektrischen Signal und einem vom Referenzlichtstrom abgeleiteten zweiten elektrischen Signal zu einem elektrischen Informationssignal verarbeitet wird, und dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom durch Lichtleiter eines und desselben Lichtleiterbündels zum Fühler-Wandler hin und von diesem zurück geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom durch vollständig getrennte Lichtleiter geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom auf einem Teil ihrer Wege zur gleichen Zeit durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt werden und dass für den Messlichtstrom und den Referenzlichtstrom voneinander trennbare Lichtarten verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom auf einem Teil ihrer Wege zeitlich abwechselnd durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man periodisch eine vorübergehende Änderung des von einem der zwei Lichtströme abgeleiteten elektrischen Signales herbeiführt zur periodischen Simulation einer bestimmten Mindeständerung der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft, so dass jeweils ein entsprechendes Informationssignal erzeugt wird, das zur Anzeige des korrekten Funktionierens der Übertragung benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man einen der zwei Lichtströme periodisch verändert, z.B. durch Änderung der Intensität des Lichtsenders oder durch Ein-und Ausschalten oder Veränderung mindestens eines Filters.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man periodisch die Empfindlichkeit des Lichtempfängers für einen der zwei Lichtströme verändert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die vorübergehende Änderung stetig oder stufenweise zunehmend vornimmt bis zu einer maximalen Änderung, wonach die gesamte erfolgte Änderung rückgängig gemacht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrom und der Referenzlichtstrom auf einem Teil ihrer Wege zeitlich abwechselnd durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt werden und das zeitliche Alternieren des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes in dem gemeinsamen Lichtleiter je Zeiteinheit mehrfach öfter vorgenommen wird als die periodisch vorübergehende Änderung zur Simulation einer Mindeständerung der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft.

10. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Lichtsender zum Erzeugen eines Messlichtstromes, einem Fühler-Wandler zum Verändern des Messlichtstromes in Abhängigkeit von der zu überwachenden physikalischen Eigenschaft und einem optoelektrischen Lichtempfänger zum Empfangen des Messlichtstromes und zum Erzeugen eines entsprechenden elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass der Messlichtstrom durch zueinander parallele Lichtleiter vom Lichtsender zum Fühler-Wandler hin und von diesem zum Lichtempfänger geführt ist, dass ein vom Fühler-Wandler unbeeinflusster Referenzlichtstrom parallel zum Messlichtstrom ebenfalls durch Lichtleiter geführt ist, dass die Lichtleiter für den Messlichtstrom und für den Referenzlichtstrom Teile eines und desselben Lichtleiterbündels sind, und dass optoelektrische Mittel vorhanden sind, um ein erstes elektrisches Signal vom Messlichtstrom und ein zweites elektrisches Signal vom Referenzlichtstrom abzuleiten, und dass weitere Mittel vorhanden sind, um das erste und das zweite Signal zu vergleichen und aus einem Unterschied dieser Signale ein elektrisches Informationssignal zu bilden.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleiterbündel zumindest auf einem Teil seiner Länge flexibel ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleiterbündel verlängerbar ist durch Einfügen eines Verlängerungs-Lichtleiterkabels.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für den Messlichtstrom und den Referenzlichtstrom getrennte Lichtsender und Lichtempfänger sowie separate Lichtleiter vorhanden sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes zwei getrennte Lichtsender und zum Empfangen der beiden Lichtströme ein gemeinsamer Lichtempfänger vorhanden sind, dass die beiden Lichtströme auf einem Teil ihres Weges zwischen dem Fühler-Wandler und dem Lichtempfänger durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt sind und dass dem Lichtempfänger optische oder elektrische Mittel zugeordnet sind zum getrennten Erfassen der beiden Lichtströme oder der von ihnen abgeleiteten elektrischen Signale.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lichtsender voneinander unterscheidbare Lichtarten erzeugen und dem Lichtempfänger Mittel zum Unterscheiden der beiden Lichtarten voneinander zugeordnet sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lichtsender zeitlich alternierend in Betrieb sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes ein gemeinsamer Lichtsender und zum Empfang der beiden Lichtströme zwei getrennte Lichtempfänger vorhanden sind, und dass die beiden Lichtströme auf einem Teil ihres Weges zwischen dem Lichtsender und dem Fühler-Wandler durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des Messlichtstromes und des Referenzlichtstromes ein gemeinsamer Lichtsender und zum Empfang der beiden Lichtströme ein gemeinsamer Lichtempfänger vorhanden sind, dass die beiden Lichtströme vom Lichtsender zum Fühler-Wandler durch einen gemeinsamen Lichtleiter und vom Fühler-Wandler zum Lichtempfänger ebenfalls durch einen gemeinsamen Lichtleiter geführt sind, und dass dem Lichtempfänger optische oder elektrische Mittel zugeordnet sind zum getrennten Erfassen der beiden Lichtströme oder der von ihnen abgeleiteten elektrischen Signale.