本发明涉及一种用于在装灌液体的容器内，特别是汽车燃料容器内， 光学确定装灌液位(高度)的方法和装置。

用来光学确定装灌液位的装置是已知的。它们与广泛使用的机械和 电气装置相比有这样的优点，即它没有运动构件，因此对磨损和机械故 障不敏感。

在US-A-3,424,004中介绍了一种这一类型的装置。它包括一光导体， 它从上方伸入液体储罐内，并在不同高度具有成对设置的反射面，它们 在水平方向相互错开，并可通过端面观察。如果反射面未浸入液体，它 才反射光线。这样液面便位于发亮和发暗的反射面之间。

DE-A1-3128925公开了一种带有浸入液体的光导体的液体液面传感 器，光导体具有一矩形横截面并在两个窄边上形成台阶，其中台阶的凸 台由第一和第二反射面构成。在光导体的上端面内设一光源和一光接收 器。从光源向下发射的光线在未浸入液体的第一个反射面上全部向第二 反射面方向反射，并由它反射给端面上的光接收器。由光接收器发出的 信号根据反射的反射面数量，亦即根据装灌液位，或大或小，它可以用 来显示装灌液位。

这种装置可以区分断续的装灌液位高度，其中可区分的装灌液位数 由第一和第二反射面的数量确定。为了能够基本连续地显示装灌液位， 可以设置大量具有第一和第二反射面的台阶。但是这样反射面便比较小， 因此存在这样的危险，即在液面下降时，液滴可能挂在它上面。这阻碍 全反射，并出现高液面的假象。

在DE-A1-3243839(图8)中介绍了一种装置，其中在液体容器侧壁 上设置许多分别具有不同高度的反射面的光导体。其光电传感器相互串 联。这种结构复杂，容易出现故障，因为在实施时侧壁上可能出现不密 封性。

DE-C-100 35 263公开一种这一类型的装置，其中在光导体内在窄边 之间存在缺口，使得被第一反射面反射到第二反射面的光线只能穿过在 缺口之间形成的筋。但是如果这种光导体应该具有大量反射面用以基本 连续地显示装灌液位，那么它的制造是困难的。

本发明的目的是，提供一种用来在装灌液体的容器内光学确定装灌 液位的方法，它与已知方法相比更方便和可以更准确地进行；以及提供 一种用来实施这种方法的装置，它结构简单并可经济地制造，并且不容 易出现故障。

这个目的通过按权利要求1的方法和按权利要求7和8的装置来实 现。

优选地，对于每个反射面用至少一个光电传感器进行被各个第二反 射面反射到端面处的光线的强度的单独测量。也就是说对于每个这种反 射面得到至少一个测量信号。在反射面浸入液体内时(“满”)，它具有低 的数值，当液体没有盖过反射面时(“空”)，便具有高的数值。

测量信号，在某些情况下在适当放大后，输送给一显示装置，它向 使用者显示容器的装灌液位，它例如可以是一列发光二极管，它们分别 通过一高的测量值，亦即当相应的反射面传出“空”的信号时，触发。 这样使用者便可以看到发光的二极管的数量，知道容器排空到什么程度。 这时他可以识别在容器空的区域内错误的“满”信号，并可以不予考虑。

但是测量信号最好在显示之前进行处理和测试。在处理时例如可以 对于光导体中光线的削弱、对于散光成分和对于干扰信号(暗的信号) 进行校正。测试可以是一可信度测试(Plausibilittsprüfung，边缘检 查)，其中，在相邻“空”信号之间由于在容器的空的区域内一个反射面 上附着的小液滴造成的假的“满”信号可以被识别，并例如通过相邻反 射面的信号代替，或者通过插值法校正。

本发明还包括按并列独立权利要求7和8的装置。

此装置具有用来测量从反射面向端面反射的光线的测量装置，用它 可以分别测量被每个反射面反射的强度。

测量装置优选与光导体的出口区光学连接。这有利地通过这样的方 式进行，即测量装置装在出口区上，而且对于每个从反射面反射和发出 的光束至少存在一个测量装置。为了避免在界面上由于折射产生不希望 的光损失，测量装置也可以埋入出口区的凹坑内，和/或通过一具有与光 导体匹配的折射率的透光粘合剂与光导体光学连接。

在本发明装置的另一种优良实施形式中，测量装置通过一光缆与出 口区连接。它对于每个由反射面向端面反射的光束必须具有至少一条单 独的光导纤维，它分别与测量装置光学连接。这使得测量装置可以设置 在远离光导体之处。

反射面有利地与入射光束的方向形成一45°的角度。因此光线分别 反射90°，使它在第二次反射后平行于入射光线的反方向分布°在这种 情况下全反射出现在相对于空气的界面上，如果光导体的折射率大于约 1.41的话，这实际上适合于所考虑的所有材料。

当然光导体材料对于欲测量其装灌液位的液体具有耐久性。对于汽 车油箱中的燃料，聚醚砜和聚醚酰亚胺证明是合适的。

在制造光导体时应该注意反光面足够的表面质量，以限制光线散射。 合适的制造方法是注塑。具有圆形横截面的光导体也可以通过机械加工 制造。

光导体的每个反射面对应于容器确定的装灌高度。如果光导体具有 随高度保持不变的横截面，那么在具有反射面的台阶具有相同的高度距 离时，便以相同的容积步距显示装灌液位。对于不规则成形的容器，可 以这样地改变反射面的高度距离，即，使它们相当于同样的容积步距。 但是另一方面对于等距反射面的情形也可以通过储存在处理单元内的校 正曲线或校正表考虑不同的容积步距。

例如可以用发光二极管(LED)作为光源。根据光导体端面大小的不 同可以采用例如市场上常见的具有3、5或8mm直径的发光二极管。也可 以采用具有矩形或正方形发射特征的发光二极管。

作为测量装置优选考虑光电传感器，如光电阻或光电二极管。这里 对于每个反射面必须存在至少一个光电传感器。如果是两个或几个光电 传感器，那么可以通过求出测量信号的平均值，或取消由于损坏的传感 器造成的异常测量值更精确地测量。

光电传感器特别有利地作为预制的直线形结构存在。带有光电二极 管的这种结构作为行扫描传感器(Zeilensensor)是市场上常见的。下 面在一处或多处把光电二极管的概念代表性地用于所有可能类型的光电 传感器，例如象光电阻。这里本发明理解成这样，即一个或多个光源的 每个单独的光束配设一唯一的光电传感器。可以买到具有不同像素数的 光电传感器，因此可以选择一个行扫描传感器，它对于光导体的每个第 二反射面包含至少一个光电二极管。它们可以包括合适的线路或移位寄 存器，使得各个光电二极管的测量信号通过一串接的出口输出，从而便 于输送给处理器。例如具有64或128个光电二极管(像素)的行扫描传 感器是合适的。

按本发明的装置尤其是还包括一处理装置，它处理和检验光电传感 器发出的信号。这种处理例如包括，对于每个由光电二极管提供的测量 信号确定，相应于该光电二极管的反射面是浸在液体里(“满”)、还是没 有(“空”)。其中对于每个反射面可以考虑对于干扰信号、散射光和光削 弱的特别校正，它们通过标定求出并可储存在一程序库内。

处理单元也可以如上所述进行可信度测试。对于所有处理和检验功 能的控制和进行，如测量数据的读入、处理、可信度测试、换算成装灌 液位高度、以及对于输出到显示装置，有利地存在一微型控制器。

本发明可以用来确定装灌液体的容器的装灌液位。特别可以是用于 汽车中的燃料、清洗水、油、液压介质等等。

借助于在附图中所示的实施例较详细地说明本发明。其中表示：

图1光导体及其外围的纵剖视，

图2测量和处理装置的方框图，

图3可信度测试的不同情况，

图4本发明装置一种实际实施形式的剖视图，

图5本发明装置另一个实施例的透视图，

图6图5中所示光导体的底视图，

图7一圆形横截面的光导体的底视图，此光导体按图5和6中所示 原理设计。

具有矩形横截面的光导体1具有一端面2、一第一窄侧面10和一第 二窄侧面20。它这样地装入容器壁3内，使得端面2平行于容器壁3的 外表面或在液体静止状态的液面布置，端面2具有一光线入射区，光源6 装在它上方，还具有一光线出口区，在它上方安装一个行扫描传感器5。 光源6和行扫描传感器5安装在一线路板7的底面上，线路板固定在容 器壁3上，并支承用于控制和处理的电子装置。线路板7还防止干扰光 从外部落到端面2上。侧面10和20具有台阶11、12、13、21、22、23， 它们通过反射面15、16、17、25、26、27连接。另外的反射面位于光导 体1的下端上。反射面与侧面构成一45°角。第二反射面25、26、27、 28中的每一个配于一在行扫描传感器5上的一个光电二极管。在实际上 根据所希望的分辨率的不同设有大量台阶和反射面，例如约70个。光源 6这样地布置，使它基本上发射与侧面10平行的准直光。在实施例中仅 仅第一反射面18浸入液体8内，其余反射面15、16、17与空气接壤。 因此落在它们上面的光束31、32、33被完全反射，而且是反射90°，因 为它们成一45°角出现。它们出现在相应的第二反射面25、26、27上， 同样是90°全反射，亦即朝向端面2的出口区上的行扫描传感器5，由 于第二侧面20的台阶，每个光束出现在行扫描传感器5的一个光电二极 管上，它配设于相应的反射面。这些光电二极管发出一高的测量信号， 它被处理单元识别为“空”。另一方面落在浸入的反射面18上的光束34 未被反射，而在液体中折射，不射入相应的光电二极管内。其信号小， 并被识别为“满”。

图2中举例表示这里例如装在线路板7上的微型控制器201以及光 源6和行扫描传感器5的功能。光源6和行扫描传感器5装在线路板7 的底面上，并完全直接与光导体1邻接。行扫描传感器5包括用于n个 像素210.1至210.n的n个光电二极管。这里数量n不需要等于在光导 体1上存在的反射面数量，而是它也可以更大。但是每个反射面应该配 有至少一个行扫描传感器的像素。

为了对装灌液位测量程序进行时间控制，微型控制器201包括一节 拍发生器(时钟发生器)203，此信号发送给CPU202。它通过I/O激励器 204控制光源6和行扫描传感器5。

在行扫描传感器5内组合一逻辑线路211和X位移位寄存器212，它 们促使来自各个光电二极管的信号串联输送给A/D-转换器。数字化的信 号以光电二极管所属的地址中间储存在RAM206内，并可用于可信度测试。 此外用于测试和将信号换算成装灌液位信号的数据储存在 ROM/EPROM207，并可以被CPU202调出。这些数据例如可以通过标定试验 (Eichversuch)求出。

在由微型控制器201控制装灌液位测量时，也可以考虑在光导体1 中光线的减弱。这在新的光导体中虽然很小，但是由于待测量液体的作 用在装置至少15年的使用寿命期间光线减弱可能越来越大。光线削弱的 校正例如可以通过与光程有关的信号的换算因子或通过接通时间相应的 变化或光源的发射量进行。这种改变也可以对于相互重叠的反射面或与 它相应的并排设置的光电二极管的组成组地进行。校正数据可以储存在 EPROM207中，并按时通过标定试验求出或者根据经验值确定，并在维护 时通过汽车的数据系统输入。

例如由于曲线行驶或爬坡引起的液面运动造成的测量信号的短暂波 动在处理时可以用计算方法补偿。它可以代替、或者如果有的话可以补 充阻尼筒的功能。

相应于装灌液位的信号输送给一模拟或数字显示器230。采用汽车车 用电压作为电源221，它通过电压调节器220稳压，并通过这里未画出的 导线输送给微处理器201和行扫描传感器5。

图3中举例表示对于具有三个光电二极管的系统可信度测试的不同 情况，这三个光电二极管相应于在三个不同高度上的反射面。实心圆表 示，相应的反射面识别为“满”；空心圆表示，是“空”。在左面一栏内 是处理单元显示的状态，在右面一栏内表示在测试后输出的状态。测试 的准则是，在显示“满”的反射面下面不能有反射面显示出“空”。这至 少是不可能的。在情况a)时所有三个反射面都显示是“空的”。这显得 对于所有三个都是可信的，并且也这么显示出来。在情况b)时只有下面 的反射面显示是“满”。这对于所有三个也都是可信的，情况c)对于中 间的反射面显示是“满”，对于上面和下面的显示是“空”。这种显示对 于中间的和下面的反射面是不可信的。测试装置决定，也许中间的反射 面由于液滴错误显示为“满”，并校正成“空”。在情况d)时通过测试没 有什么变化。情况e)对于中间的反射面显示是“空”，其他是“满”。这 里既可能是由于在上反射面上的液滴产生的错误、也可能是在两个中间 的反射面上的气泡造成的错误，但是后一种情况的可能性不大。因此测 试识别在上反射面上有错误，它改正为“空”。最后情况f)同样是可信 的，因为所有三个反射面一致显示是“满”。在情况g)时由于在它下面 显示的是“空”信号所以上面的“满”信号是不可信的。因此上面的信 号改正成“空”。

图4中表示本发明实际结构的一个例子。光导体401具有一圆形横 截面，它垂直装入汽车燃料箱403中，并在其侧面22上具有台阶410， 在它们之间有一个反射面420，它们对于光导体的轴线具有45°倾角。 台阶高度这样选择，使得一个台阶分别相应于油箱的相同的容积增量。 在区域A内油箱具有最小的横截面积，因此一较长的台阶相当于例如2 升的容积增量。在区域C内横截面比较大，因此相同的容积增量相应于 较小的台阶。在区域B内随着高度升高，横截面越来越小，因此台阶向 上越来越大。

在光导体端面402上方装一线路板407，它支承发光二极管406和行 扫描传感器405。现在由发光二极管射入光导体的光线(这里未画出)被 反射面420这样地反射，或在液体中折射，使得光束430落在行扫描传 感器405上，这里光束430的宽度相应于燃料液面408。在油箱装满时没 有光线反射到行扫描传感器上，在空油箱时光束具有最大宽度。也就是 说，依装灌量的不同，光束宽度与相对于最大装灌量缺少的燃料量成正 比地变化。光束射在行扫描传感器405上，顺序读出来自各个光电二极 管的测量信号，并如上所述经受一可信度测试。这时如上所述识别浸入 的最高反射面和未浸入的最深反射面之间的边界，并在适当换算以后， 例如换算成升，作为装灌液位显示出来。

在用这种实施形式试验时发现，行扫描传感器的一个光电二极管的 “空”信号大致是“满”信号的约14倍这么大。这表明，散射光份量、 在浸入的反射面上的剩余反射和干扰信号很小。

如果在具有矩形横截面的光导体1中，如图5中所示，一部分反射 面525、526、527、528做成持久反射的，例如做成镜面，那么光导体1 的功能可靠性可以进一步改善。在这种情况下受到形成的液滴干扰的可 能性较小，因为在每个反射台阶上只有一个反射面515、516、517、518 可能受到污染。此外，由此在与装灌液位有关的全反射时(空的状态时) 在行扫描传感器5上反射更多的光线。

现在为了预先防止用于光导体1的塑料可能的老化，如果至少一些 第一反射面515、516、517、518至少附加地局部做成镜面，是适宜的， 从而可以在每个反射台阶上产生一不受燃料液面影响的基准信号，借助 于它可以产生一可以在信号处理时考虑的关于光导体1导光能力的结论。 因为通常只有设置在最深处的反射面518、528始终浸在燃料液面内，例 如可以仅仅分别对于最上面和最下面的反射台阶产生一基准信号，并且 将它们相互比较。

图7表示一圆形横截面的光导体1的底视图，其反射面720在一270° 的角度范围内完全做成镜面，使得留出一做成饼形楔的区域721，它不做 成镜面。当然，按图7中所示实施例的光导体1也可以具有多个做成楔 形的镜面区。上面所述的角度分配不是强制要求的。

                       附图标记表

1光导体                        2端面

3容器壁                        5行扫描传感器

6光源                          7线路板

8液体                          10窄侧面

11台阶                         12台阶

13台阶                         15第一反射面

16第一反射面                   17第一反射面

18第一反射面                   20窄侧面

21台阶                         22台阶

23台阶                         25第二反射面

26第二反射面                   27第二反射面

28第二反射面                   31光束

32光束                         33光束

34光束                         201微型控制器

202 CPU                        203节拍发生器

204 I/O激励器                  205 A/D转换器

206 RAM                        207 ROM/EPROM

210光电二极管-像素             211逻辑线路

212 X位移位寄存器              220电压调节器

221电源                        230通向显示器

401光导体                      402端面

403燃料箱                      405行扫描传感器

406发光二极管                  408燃料液面

410台阶                        420反射面

430光束                        516第一反射面

517第一反射面                  518第一反射面

525第二反射面                  526第二反射面

527第二反射面                  528第二反射面

720做成镜面的反射面            721未做成镜面的反射面