Optical sensor

Abstract

Abstract Translated from German Der optische Sensor für Meß-, Steuer- und Regelanordnungen besteht aus einem Sensorkörper (12) aus lichtdurchlässigem Material, in welchem Lumineszenzteilchen (14) über das Volumen verteilt angeordnet sind. Die Lumineszenzteilchen werden durch eine geeignete Energieform, vorzugsweise durch Licht, in einen angeregten Zustand gebracht und kehren unter Emission von Licht in ihren Grundzustand zurück. Dieses Licht wird von der Gesamtheit der Lumineszenzteilchen in allen Richtungen gleich-verteilt emittiert. Dieses Licht wird je nach Brechungsindex des anschließenden Vergleiches- oder Meßmediums (L,W) an der Begrenzungsfläche (16) des Sensorkörpers zumindest teilweise reflektiert und tritt gegebenenfalls zum anderen Teil unter Richtungsänderung in das Vergleichs- oder Meßmedium aus. Bei einem optisch dünneren Vergleichs-oder Meßmedium tritt für einen Teil des Lumineszenzlichts an der Begrenzungsfläche (16) Totalreflexion auf. In einem langgestreckten Sensorkörper wird der totalreflektierte Teil zu den stirnseitigen Enden geleitet und dort an einer Meßstelle (26) zu Meß- und Steuerungszwecken ausgekoppelt. Die Intensität des in einem Querschnittsbereich, insbesondere in der Nähe der stirnseitigen Enden des Sondenkörpers auftretenden Lumineszenzlichts bildet eine einfach meßbare Größe, die je nach Anwendungsfall als Maß für verschiedene physikalische Größen verwendet werden kann. Mit dem Sensor können vor allem solche Größen meß- und steuerungstechnisch erfaßt werden, die einen Einfluß auf den Brechungsindex des umgebenden Vergleichs- oder Meßmediums oder des Sensors selbst besitzen. Die Anwendungsmöglichkeiten erstrecken sich von der Füllstandsmessung, der Konzentrationsmessung in Lösungen, der Temperatur- und Druckmessung von Gasen, der Siedepunktsüberwachung z.B. bei sehr tiefen Temperaturen, der Feuchtigkeitsmessung und der Lage- und Längenmessung bis zum Aufbau von Schaltern, Tasten und Tastenfeldem. The optical sensor for measuring, control and regulating arrangements consists of a sensor body (12) made of translucent material, in which luminescent particles (14) are arranged distributed over the volume. The luminescent particles are brought into an excited state by a suitable form of energy, preferably by light, and return to their ground state with the emission of light. This light is emitted by the whole of the luminescent particles in an evenly distributed manner in all directions. Depending on the refractive index of the subsequent comparison or measurement medium (L, W), this light is at least partially reflected on the boundary surface (16) of the sensor body and, if necessary, emerges in part with a change of direction in the comparison or measurement medium. In the case of an optically thinner comparison or measuring medium, total reflection occurs for part of the luminescent light at the boundary surface (16). In an elongated sensor body, the totally reflected part is directed to the front ends and is decoupled there at a measuring point (26) for measurement and control purposes. The intensity of the luminescent light occurring in a cross-sectional area, in particular in the vicinity of the front ends of the probe body, forms an easily measurable quantity which, depending on the application, can be used as a measure for various physical quantities. The sensor can be used to measure and control, in particular, those quantities which have an influence on the refractive index of the surrounding comparison or measuring medium or of the sensor itself. The possible applications range from level measurement, concentration measurement in solutions, temperature and pressure measurement of gases, boiling point monitoring e.g. at very low temperatures, moisture measurement and position and length measurement to the construction of switches, buttons and keypads.

Inventors

• 👤 Wolfgang Dr. Ruhrmann

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