ITTO20000520A1

ITTO20000520A1 - Dispositivo ottico di rilevamento del livello di un fluido in un contenitore.

Info

Publication number: ITTO20000520A1
Application number: IT2000TO000520A
Authority: IT
Inventors: Ryan Lindsay; David R Nowark
Original assignee: Illinois Tool Works
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-02
Also published as: DE10035263C2; ITTO20000520A0; US6429447B1; IT1320357B1; DE10035263A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale

SFONDO DELL'INVENZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ottico per rilevare il livello di un fluido in un contenitore.

Descrizione della tecnica precedente

I sensori del livello di fluido, in particolare per applicazioni a serbatoi per benzina, sono suscettibili di contaminazione derivante dall'immersione nel fluido, interferenza dallo sbattimento del fluido che influenza negativamente la precisione del segnale, malfunzionamento derivante da un eccesso di parti in movimento e altri potenziali malfunzionamenti e/oppure letture errate.

I sensori del livello di fluido per l'uso in serbatoi per carburante, come nelle automobili, sono tipicamente basati su un braccio galleggiante collegato ad una scheda incisa a laser che porta ad una resistenza variabile fornita ad un sensore di uscita che dipende dalla posizione relativa del braccio galleggiante nel carburante. Questo metodo a braccio galleggiante viene largamente usato ed accettato sebbene sia basato su parti in movimento ed un sensore inciso con precisione che è difficile da fabbricare in modo accurato.

Altri metodi della tecnica precedente per la rilevazione del livello di un fluido che si è cercato di utilizzare in connessione con serbatoi per carburante, comprendono un elettrodo usato per misurare il livello del fluido in base alla variazione di capacità attorno all'elettrodo; un diaframma di misurazione sensibile per misurare la pressione creata mediante il peso del fluido; un trasmettitore ad ultrasuoni per generare onde di pressione sonora riflesse dalla superficie del fluido; un trasmettitore ed un ricevitore a microonde che si basano su un segnale di energia smorzato in base alla variazione del livello del fluido; un peso sospeso da un tratto di un cavo misurabile ripetutamente abbassato nel fluido per determinare il livello del fluido; e una serie di circuiti semplici formati mediante il livello del fluido ed una sonda di rilevazione dotata di una bassa tensione in CA. I dispositivi ed i metodi precedenti per determinare il livello di un fluido in un serbatoio del carburante si basano tutti su parti in movimento, circuiti elettronici o dispositivi costosi che non sono adattabili alle ampie variazioni delle dimensioni e configurazioni del serbatoio del carburante.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ottico in cui la luminosità visualizzata in una superficie superiore del dispositivo ottico è inversamente proporzionale alla percentuale del dispositivo immersa nel liquido. Maggiore è il livello del liquido, più scuro appare il dispositivo ottico.

Il dispositivo ottico funzione mediante riflessione della luce. Quando una superficie angolata entro un campo specifico di angoli è sotto il liquido, essa non riflette la luce, rifrange la luce. Il dispositivo ottico secondo la presente invenzione si basa sui principi della riflessione interna totale. Un dispositivo ottico, come una guida di luce, avente una superficie angolata fra approssimativamente 40° e 60° rispetto alla normale, permetterà a tutta la luce di riflettersi internamente. In una guida di luce tipica avente un indice di rifrazione di 1,5, se l'indice di rifrazione del materiale sull'altro lato della superficie angolata è minore di 1,5, come l'indice di rifrazione della maggior parte dei gas compresa l'aria, vi sarà riflessione interna totale. Siccome l'indice di rifrazione del materiale sull'al-' tro lato della superficie angolata si avvicina a 1,5, come in molti liquidi compresa l'acqua e la benzina, la luce passerà attraverso la superficie angolata e verrà rifratta. Quindi, se il dispositivo ottico secondo la presente invenzione è immersione nel liquido, come benzina, la luce non verrà riflessa da una superficie angolata all'altra, ma invece verrà assorbita nel liquido.

Aumentando il numero di superfici sommerse, la quantità di luce riflessa diminuisce. Aumentando il numero totale di superfici riflettenti la risoluzione del dispositivo può venire aumentata. La lunghezza totale può venire variata per la specifica profondità dei serbatoi. Variando questi due parametri, il dispositivo può venire configurato in modo ottimale per ciascun tipo di applicazione per la rilevazione del livello .

La luminosità del dispositivo ottico può venire osservata ad occhio, oppure può venire rilevata elettronicamente per una lettura più precisa. Colorando le superfici riflettenti, si può osservare nel dispositivo un cambiamento di colore invece di un cambiamento di intensità. Il dispositivo ottico può venire collegato ad una fibra ottica ed osservato a distanza sia mediante ispezione visiva che conversione elettronica.

Uno scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo ottico per la misurazione del livello di un fluido, che non è basato su parti in movimento o circuiti elettronici complessi.

Un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo ottico per la misurazione del livello di un fluido che fornisca una uscita istantanea del livello di fluido attuale.

Un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo ottico per la misurazione del livello di un fluido che fornisca letture precise incrementali del livello di un fluido, senza interferenza apprezzabile derivante dallo sbattimento.

Ancora un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo per l'uso insieme ad una varietà di dimensioni e configurazioni del serbatoio di carburante.

Un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo per la misurazione del livello di un fluido in grado di visualizzare il livello del fluido direttamente oppure in un ricevitore elettronico.

Ancora un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire un dispositivo per la misurazione del livello di un fluido in serbatoi per carburan-te, che sia durevole e non costoso.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le summenzionate ed altre caratteristiche e sco-pi della presente invenzione verranno compresi meglio dalla seguente descrizione dettagliata presa in congiunzione con i disegni, in cui:

la Fig. 1 è una vista prospettica schematica di un dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la Fig. 2 è una rappresentazione schematica semplificata di un sistema che impiega un dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la Fig. 3 è una vista laterale schematica del dispositivo ottico mostrato nella Fig. 1;

la Fig. 4 è una vista laterale schematica del dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la Fig. 5 è una vista dettagliata di intaglio angolato secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la Fig. 6 è una rappresentazione schematica sem-plificata di un dispositivo ottico non immerso nel fluido;

la Fig. 7 è una rappresentazione schematica semplificata di un dispositivo ottico parzialmente immerso nel fluido;

la Fig. 8 è una rappresentazione schematica sem-plificata di un dispositivo ottico parzialmente immerso nel fluido;

la Fig. 9 è una vista frontale di un dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la Fig. 10 è una vista frontale di un dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione; e

la Fig. 11 è una vista frontale di un dispositivo ottico secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione.

DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

La Fig. 1 mostra un dispositivo ottico 10 per misurare il livello di un fluido in un contenitore, secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione. Il contenitore 70, come mostrato nella Fig. 2, è preferibilmente, sebbene non necessariamente, un serbatoio per carburante per l'uso in un veicolo. Tuttavia, il dispositivo ottico 10 è destinato ad una varietà di usi che richiedono la rilevazione del livello di un fluido e un serbatoio per carburante, come descritto nella descrizione seguente, viene usato solo a scopo di esempio.

Il dispósitivo ottico 10 comprende preferibilmente un corpo fotoconduttore 15 avente una superficie superiore 20, una superficie inferiore 25, una prima estremità 30 ed una seconda estremità 35. Il corpo fotoconduttore 15 viene preferibilmente stampato da nylon 12, stirene-acrilonitrile (SAN) per liquidi diversi dal carburante, o materiali fotoconduttori lavorabili simili noti a chi ha una ordinaria esperienza nella tecnica. Come mostrato nella Fig. 1, secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, la superficie superiore 20 e la superficie inferiore 25 sono generalmente superfici planari.

Una pluralità di superfici terminali scalinate 40, è preferibilmente formata su ciascuna prima estremità 30 e seconda estremità 35. Una vista laterale di una forma di realizzazione preferita delle superfici terminali scalinate 40 è mostrata nella Fig. 3. Le superfici terminali scalinate 40 sono preferibilmente formate ad un angolo fra approssimativamente 40° e 60° rispetto alla normale della luce in ingresso, in questo caso dalla superficie superiore 20. L'angolo minimo alla normale in cui tutta la luce verrà riflessa è approssimativamente 40° per l'aria e approssimativamente 60° per il liquido. Angoli inferiori a 40° portano a percentuali in aumento di perdita di luce per rifrazione.

Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, una pluralità di nervature 45 è formata nel corpo fotoconduttore 15 fra la prima estremità 30 e la seconda estremità 35. Tali nervature 45 sono preferibilmente disposte in modo da avere uno spessore ed una posizione corrispondenti all'altezza della superficie terminale scalinata 40 della prima estremità 30 e della seconda estremità 35. Quindi, la luce riflessa internamente passa preferibilmente attraverso una o più nervature 45 entro il corpo fotoconduttore 15. Come risultato delle nervature 45, spazi vengono necessariamente formati fra la prima estremità 30 e la seconda estremità 35. Tali spazi permettono alla luce di trasferirsi solo in piani desiderati.

Sebbene siano possibili altre sezioni trasversali, secondo una forma di realizzazione.preferita della presente invenzione, la prima estremità 30 è separata dalla seconda estremità 35 da due superfici 50 generalmente planari. La sezione trasversale della prima estremità 30 e della seconda estremità 35 possono alternativamente essere rotonde o qualsiasi altra sezione trasversale preferita che migliori la trasmissione desiderata della luce. Forme di realizzazione addizionali del dispositivo ottico 10 sono mostrate nelle Fig. 9, 10 e 11.

Come mostrato nelle Fig. 5', 10 e 11, secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il dispositivo ottico 10 comprende inoltre un intaglio angolato 55, formato attraverso il corpo fotoconduttore 15, adiacente alla superficie superiore 20. L'intaglio angolato 55 dirige la luce in ingresso nel campo di angoli preferiti suddescritti.

Quando il numero di superfici terminali scalinate 40 viene corrispondentemente aumentato su ciascuna della prima estremità 30 e seconda estremità 35, la risoluzione del dispositivo ottico 10 viene migliorata. Quindi, è disponibile un numero maggiore di letture di uscita incrementali per un numero maggiore di specifici livelli del fluido all'interno del contenitore 70. Le forme di realizzazione del dispositivo ottico 10 mostrate nelle figure sono mostrate per chiarezza. Un dispositivo ottico 10 avente una risoluzione pratica comprenderà preferibilmente cinquanta o più superfici terminali scalinate 40 per permettere un campo corrispondentemente grande di possibili letture di uscita. Questo è specialmente importante in un serbatoio per carburante in cui una caduta improvvisa in una uscita di un misuratore di livello da 1/8 a vuoto per creare seri problemi per l'utilizzatore.

In alternativa, come mostrato nella Fig. 4, le superfici terminali scalinate 40 sono allineate in almeno due colonne lungo ciascuna prima estremità 30 e seconda estremità 35. In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, le superfici terminali scalinate 40 in ciascuna colonna sono preferibilmente sfalsate rispetto alle superfici terminali scalinate 40 nell'altra colonna. Tale disposizione aumenta la risoluzione dell'uscita del dispositivo ottico 10 senza aggiungere materiale o dimensioni non necessari al dispositivo ottico 10.

In un sistema che impiega il dispositivo ottico 10 per la misurazione del livello di un fluido in un contenitore 70, la superficie inferiore 25 viene posizionata entro il contenitore 70 e si estende nel fluido, come mostrato schematicamente nella Fig. 2. La prima estremità 25 e una seconda estremità 35 in posizione opposta, hanno una pluralità di superfici terminali scalinate 40, formando un profilo generalmente rastremato tale che la superficie inferiore 25 è, in una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, più stretta rispetto alla superficie superiore 20. La luminosità risultante della superficie superiore 20 è inversamente proporzionale al livello del fluido nel contenitore 70. La luminosità risultante è mostrata schematicamente nelle Fig. 6-8, che mostrano una rappresentazione del passaggio della luce dalla fonte di luce 80 attraverso il corpo ottico 10, come funzione del livello di liquido 95.

Come mostrato nelle Fig. 2 e 6-8, secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, la fonte di luce 80 è posizionata adiacente alla superficie superiore 20 del corpo fotoconduttore 15. In un'altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione, un dispositivo 85 di ricezione della luce è inoltre, o alternativamente, posizionato adiacente alla superficie superiore 20 del corpo fotoconduttore 15. Il dispositivo 85 di ricezione della luce può comprendere un sensore elettronico, come un fotodiodo, oppure un collegamento meccanico come un cavo a fibra ottica 97. Un collegamento meccanico, come un cavo a fibra ottica 97, permette la traduzione diretta dell'uscita di luminosità dalla superfìcie superiore 20 del dispositivo ottico 10 in una uscita del misuratore di livello 90. In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, mostrata nella Fig. 2, il dispositivo ottico 10 è collegato, attraverso un cavo a fibra ottica 97, direttamente ad un misuratore del'livello 90 nel cruscotto di un veicolo. Come descritto, il dispositivo ottico 10 può in alternativa essere collegato ad un computer di bordo del veicolo (non mostrato).

In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, specialmente adatta per l'applicazione ad un collegamento diretto fra il dispositivo ottico 10 ed un misuratore del livello 90, almeno una delle superfici terminali scalinate 40 può essere colorata. Colorando una o più superfici terminali scalinate 40, il colore dell'uscita del misuratore di livello 90 può variare, per indicare i livelli del fluido nel contenitore 70.

La superficie inferiore 25 viene preferibilmente spinta con una molla, come la molla 75, rispetto alla superficie interna del contenitore 70. Tale collegamento spinto a molla permette al contenitore 70 di flettersi, espandersi e/oppure contrarsi senza influenzare l'integrità o l'uscita del dispositivo ottico 10. il dispositivo ottico può estendersi nel contenitore 70 in modo generalmente verticale oppure a qualsiasi angolo adatto per l'installazione. Mentre nella descrizione precedente la presente invenzione è stata descritta con riferimento a certe sue forme di realizzazione preferite, e molti dettagli sono stati esposti per scopo di.illustrazione, sarà evidente agli esperti nella tecnica che il dispositivo secondo la presente invenzione è suscettibile di forme di realizzazione addizionali e che alcuni dei dettagli descritti in questa sede possono venire considerevolmente modificati senza distaccarsi dai principi di base dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo ottico per misurare il livello di un fluido in un contenitore, il dispositivo ottico comprendendo: un corpo fotoconduttore avente una superficie superiore, una superficie inferiore, una prima estremità ed una seconda estremità; una pluralità di superfici terminali scalinate formate su ciascuna prima estremità e seconda estremità; e una luminosità della superficie superiore inversamente proporzionale alla quantità di corpo fotoconduttore immersa nel fluido.
2. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre una pluralità di nervature formate nel corpo fotoconduttore fra la prima estremità e la seconda estremità.
3. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, in cui la prima estremità è separata dalla seconda estremità mediante due superfici generalmente pianari.
4. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, in cui un intaglio angolato è formato attraverso il corpo fotoconduttore adiacente alla superficie superiore.
5. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna superficie terminale scalinata è> formata con un angolo fra approssimativamente 40° e 60° rispetto alla superficie superiore.
6. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, in cui la superficie inferiore viene spinta a molla contro la superficie'interna del contenitore.
7. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un numero aumentato di superfici terminali scalinate per migliorare la risoluzione del livello del fluido misurato nel contenitore.
8. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 1, in cui le superfici terminali scalinate sono allineate in almeno due colonne lungo ciascuna prima estremità e seconda estremità.
9. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 8, in cui le superfici terminali scalinate in ciascuna colonna sono sfalsate rispetto alle superfici terminali scalinate in ciascuna altra colonna.
10. Dispositivo ottico per misurare il livello di un fluido in un contenitore, il dispositivo ottico comprendendo: uri corpo fotoconduttore avente una superficie superiore e una superficie inferiore posizionato entro il contenitore ed estendentesi nel fluido; una prima estremità del corpo fotoconduttore ed una seconda estremità in posizione opposta; e * una luminosità della superficie superiore inversamente proporzionale al livello del fluido.
11. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, in cui ciascuna della prima estremità e seconda estremità ha una pluralità di superfici terminali scalinate che formano un profilo generalmente rastremato tale che la superficie inferiore è più stretta della superficie superiore.
12. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre un dispositivo di ricezione della luce posizionato adiacente alla superficie superiore del corpo fotoconduttore.
13. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 12, in cui il dispositivo di ricezione della luce comprende un sensore elettronico.
14. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre una fonte di luce posizionata adiacente alla superficie superiore del corpo fotoconduttore.
15. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, in cui almeno una delle superfici terminali scalinate è colorata.
16. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, in cui almeno una delle superficì terminali scalinate è dotata di una superficie angolata.
17. Dispositivo ottico secondo la rivendicazione 10, in cui la superficie inferiore viene spinta a molla rispetto alla superficie interna del contenitore.