具有清洁装置的传感器
阅读说明：本技术 具有清洁装置的传感器 (Sensor with cleaning device ) 是由 鲁迪格尔·弗兰克 乔尔·莫林 于 2021-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及具有清洁装置的传感器。传感器(1)包括：具有壳体窗口(3)的传感器壳体(2)；传感器单元(4),其布置在传感器壳体(2)中并且适合于通过壳体窗口(3)发射传感器信号(S)以及适合于通过壳体窗口(3)接收检测信号(D)；清洁单元(5),具有清洁元件(6)、托架(7)和驱动器(8),其中清洁元件(6)与使得该清洁元件(6)适合于从外部接触壳体窗口(3)的方式附接到托架(7),其中驱动器(8)力锁合地连接到托架(7)并且适合于使清洁元件(6)移动横跨壳体窗口(3)；按压单元(9),其适合于在清洁单元(5)上施加可调节接触压力(F)以使得清洁元件(6)以接触压力(F)压靠在壳体窗口(3)上。(The invention relates to a sensor with a cleaning device. The sensor (1) comprises: a sensor housing (2) having a housing window (3); a sensor unit (4) arranged in the sensor housing (2) and adapted to emit a sensor signal (S) through the housing window (3) and to receive a detection signal (D) through the housing window (3); a cleaning unit (5) having a cleaning element (6), a carrier (7) and a drive (8), wherein the cleaning element (6) is attached to the carrier (7) in such a way that the cleaning element (6) is adapted to contact the housing window (3) from the outside, wherein the drive (8) is connected force-fittingly to the carrier (7) and is adapted to move the cleaning element (6) across the housing window (3); a pressing unit (9) adapted to exert an adjustable contact pressure (F) on the cleaning unit (5) such that the cleaning element (6) is pressed against the housing window (3) with the contact pressure (F).)
技术领域
本发明涉及一种具有清洁装置的传感器。
背景技术
在分析测量技术中，特别是在水管理领域中，被测变量(诸如例如被测介质的浊度或被测介质中的分离和过渡区)特别重要。这些被测变量例如可以借助于光学传感器或超声传感器来检测和监控。
这些传感器连续和准确地检测测量值对于过程测量技术至关重要，以便以最高的精度控制和调节过程。同时，对于安装操作员而言，这些传感器的维护工作应尽可能少。然而，在许多应用中，传感器要经受恶劣的环境条件，并且暴露于高潜在的污物中，这增加了传感器的维护工作量。
在光学传感器的情况下，只有在光学传感器的透明窗口以及进入被测介质的光路干净且无污物时，才能保证对测量值的精确检测。
在超声传感器的情况下，污物也会对测量值的检测产生负面影响。
为了除去光学传感器的窗口上或超声传感器的传感器表面上的污垢，存在以下不同的清洁方法：
-借助于窗口擦拭器进行机械清洁；
-压缩空气或液体清洁，其中将空气或清洁液体施加到传感器的窗口上；
-超声波清洁，其中通过机械振动来减少在传感器窗口上的堆积形成；
-借助于手持式清洁刷对窗口进行机械清洁。
但是，取决于污物的类型，例如有机污物(诸如脂肪)或无机污物(诸如浆料沉积物)，已知的清洁方法具有以下缺点：
-例如，在某些情况下，用擦拭器清洁传感器可能会横跨要清洁的窗口表面抹去沉积在传感器窗口上的污染物。因此，假定的清洁甚至会损害进入被测介质的光路；
-在某些情况下，用压缩空气或清洁液清洁可能无法令人满意地防止污垢膜沉积。这对超声波清洁同样适用；
-手持式清洁刷需要大量的工作量。另外，如果在传感器的窗口表面上存在颗粒，并且用手进行彻底的刷子清洁，这些颗粒会产生磨蚀效果，从而损坏窗口表面。这种损坏还导致进入传感器的光路受损。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种具有清洁单元的传感器，其能够以最小的努力获得最佳的测量结果。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的传感器来实现。
根据本发明的传感器包括：
-传感器壳体，该传感器壳体具有壳体窗口，
-传感器单元，该传感器单元布置在传感器壳体中，并且该传感器单元适合于通过壳体窗口发射传感器信号并且通过壳体窗口接收检测信号，
-清洁单元，该清洁单元具有清洁元件、托架和驱动器，其中该清洁元件以使得该清洁元件适合于从外部接触壳体窗口的方式被附接到托架，其中该驱动器被力锁合地(non-positively/kraftschlüssig)连接到托架，并且该驱动器适合于移动该清洁元件横跨壳体窗口，
-按压单元，该按压单元适合于在清洁单元上施加可调节接触压力，使得清洁元件以接触压力压靠壳体窗口。
传感器的根据本发明的清洁单元使得即使传感器暴露于高污物水平，也可以最佳地清洁该传感器。根据光学传感器的污物情况，清洁单元尤其可以最小化磨蚀清洁的风险，以及同时最小化清洁时间。因此，用所述清洁单元进行清洁尤其有效。另一优点是，传感器以尽可能最佳的方式被清洁并且通过所述清洁单元进行清洁，该清洁单元对材料尽可能柔和。
根据本发明的一个实施例，传感器还具有污垢检测单元，该污垢检测单元适合于检测壳体窗口的污物。污垢检测单元被连接到按压单元，并且适合于根据检测到的壳体窗口的污物来控制接触压力。
根据本发明的一个实施例，按压单元包括具有磁场发生器和磁性匹配部的磁性模块。磁场发生器适合于产生可调节磁场，并且磁性匹配部被连接到清洁单元，从而清洁元件的接触压力能够通过可调节磁场来调节。
根据本发明的一个实施例，磁性匹配部被连接到托架或者磁性匹配部是托架的一部分，并且磁场发生器被设计成使得可调节磁场以使得接触压力作用在清洁元件上的方式移动托架。
根据本发明的一个实施例，清洁元件是圆形刷子，并且适合于由托架旋转地驱动。
根据本发明的一个实施例，清洁元件是擦拭器。
附图说明
根据下面的附图描述，将更详细地解释本发明。示出如下：
-图1：根据本发明的具有清洁装置的传感器的示意图；
-图2：图1的传感器的具有替代清洁装置的替代实施例；
-图3：图1的传感器的具有替代清洁装置的替代实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的传感器1，该传感器具有传感器壳体2、传感器单元4、清洁单元5和按压单元9。传感器1例如是光学传感器或超声传感器。
传感器壳体2具有壳体窗口3。壳体窗口3被设计成使得它对于特定波长的辐射或声波是透明的。如果传感器1是光学传感器，则壳体窗口3例如由玻璃或蓝宝石玻璃或另一种光学透明材料制成。如果传感器1是超声传感器，则壳体窗口3由例如环氧树脂、另一种塑料或另一种超声透射材料制成。
传感器单元4布置在传感器壳体2中并且适合于通过壳体窗口3发射传感器信号S。传感器单元4也适合于通过壳体窗口3接收检测信号D。如果传感器1是超声传感器，则传感器信号S是在100kHz至1300kHz频率范围内的声音信号。如果传感器1是光学传感器，则传感器信号S是在190nm至10,000nm波长范围内的电磁波信号。在光学传感器的情况下，传感器单元4包括光源和光检测器(未示出)。在超声传感器的情况下，传感器单元4包括适合于发射和接收超声波的压电元件(未示出)。
清洁单元5包括清洁元件6、托架7和驱动器8。清洁元件6附接到托架7。驱动器8力锁合地连接到托架7。驱动器8布置在传感器壳体2中。驱动器8例如是电马达。驱动器8和托架7适合于使清洁元件6移动横跨壳体窗口3(参见图1中的斜双箭头)。更具体地，驱动器8和托架7使清洁元件6能够在第一位置和第二位置之间移动。第一位置和第二位置布置在平行于壳体窗口3的第一平面中。此外，驱动器8和托架7使清洁元件6能够在第一位置和第三位置之间移动(参见图1中的箭头F)。第一位置和第三位置布置在与第一平面不同的第二平面中。第二平面优选垂直于第一平面。换句话说，托架7至少能够使清洁元件6在三个维度上运动。
清洁元件6例如是擦拭器或刷子，优选地是圆形刷子。作为旋转的结果，清洁刷本身具有比擦拭器清洁更大的清洁效果。清洁刷的刷毛优选地由塑料制成。清洁刷绕第一旋转轴线R1旋转，如图1和图2中的环形箭头所示。
清洁元件6附接到托架7，使得清洁元件6适合于从外部接触壳体窗口3。在图1和图2所示的传感器1的实施例中，清洁元件6是刷子。在图3所示的实施例中，清洁元件6是擦拭器。
按压单元9适合于在清洁单元5上施加可调节接触压力F，使得清洁元件6以接触压力F被按压到壳体窗口3上(参见图1至图3中的箭头F)。
接触压力F例如使用磁性模块11产生。磁性模块11具有磁场产生器12和磁性匹配部13。磁场发生器12例如是电线圈。流过电线圈的电流产生取决于电流的磁场B。磁性匹配部13是例如所述刷子与之附接的轴(参见图1)。
在图1中，磁性匹配部13连接到托架7或者磁性匹配部13是托架7的一部分。在这种情况下，磁场发生器12的设计应使得可调节磁场B移动托架7，使得接触压力F作用在清洁元件6上。
如果清洁元件6是圆形刷子，则其由托架7可旋转地驱动。为此，托架7具有例如用于力传递的铰链连接。
为了通过按压单元9来调节接触压力F，按压单元9例如监视驱动器8的电流消耗。在与传感器表面接触时，产生由清洁单元5施加在壳体窗口3上的接触压力F。可以经由驱动器8的增加的电流消耗来间接检测这种接触压力F。通过限制或选择性地调节驱动器8的电流消耗，因此可以调节接触压力F。
借助于可调节电流强度，可以通过磁场发生器12来改变磁场B，并且因此改变清洁元件6对壳体窗口3的接触压力F。
如果清洁单元5是圆形刷子，则可以通过调节驱动器的电流消耗来调节圆形刷子的旋转速度。在这种情况下，清洁单元5优选具有转速传感器(未示出)。通过调节转速，可以根据应用，也就是根据现有的局部使用条件来清洁壳体窗口3。
由于增加的接触压力和更高的转速，首先逐渐清除轻微粘附的污物，并且随着清洁刷接近壳体窗口3，随着压力的增加，甚至粘附力更强的污物也被清除。
在图2和图3中，磁场发生器12和磁性匹配部13布置在传感器壳体2的内部，并且例如构造成类似于磁性开关。在这种情况下，磁性匹配部13附接到承载清洁元件6的轴14。因此，通过使用磁性模块11，可以使轴14和清洁元件6沿着第二旋转轴线R2轴向移动，以使得清洁元件6被以接触压力F压靠在壳体窗口3上(请参见图2和3中的箭头F)。驱动器8连接到轴14，使得轴14适合于绕第二旋转轴线R2旋转以使清洁元件6横跨壳体窗口3移动(参见绕图2中的轴14的第二旋转轴线R2的环形箭头)。
传感器1还包括污垢检测单元10。污垢检测单元10适合于检测壳体窗口3的污物。污垢检测单元10连接到按压单元9，并且适合于根据壳体窗口3的检测到的污物来控制接触压力F。污垢检测单元10例如是传感器单元4的一部分，或者是传感器单元4。在光学传感器的情况下，例如，这意味着壳体窗口3上反射的辐射用于推断壳体窗口3的污物程度。如果壳体窗口3是干净的，则几乎没有任何辐射从壳体窗口3反射到传感器单元4。如果壳体窗口3是脏的，则辐射越来越多地从壳体窗口3反射到传感器单元4。相同的原理可以应用于超声传感器的情况。
借助于污垢检测单元10，还可以例如通过将来自壳体窗口3的反射信号与参考反射信号进行比较，来识别清洁元件6不能去除的永久污物。
污垢检测单元10实现了传感器1的自动且适应强度的清洁，这保证了可操作性并且降低了维修和维护成本。
附图标记列表
1 传感器
2 传感器壳体
3 壳体窗口
4 传感器单元
5 清洁单元
6 清洁元件
7 托架
8 驱动器
9 按压单元
10 污垢检测单元
11 磁性模块
12 磁场发生器
13 磁性匹配部
14 轴
S 传感器信号
D 检测信号
F 接触压力
B 磁场
R1 第一旋转轴线
R2 第二旋转轴线
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