AT510244A1 - Schnelles messverfahren zur erfassung von ofw-sensordaten - Google Patents

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Description

201002784 * « · · · · « * ·
Beschreibung / Description
Schnelles Messverfahren zur Erfassung von OFW-Sensordaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung physikalischer Eigenschaften von Endlospressgütern, bei dem in das Pressgut Sensorelemente und damit verbundene Koppelelemente eingebettet werden und bei dem weiterhin eine Abfrageeinrichtung vorgesehen ist, welche zu den Koppelementen eine elektrische Wirkverbindung aufweist und bei dem die Sensorelemente angeregt werden, und aus dem Antwortsignal eine Aussage über die physikalischen Eigenschaften der Endlospressgüter getroffen wird.
Der Einsatz von Oberflächenwellen (OFW)-Resonatoren oder nach anderer Bezeichnung SAW-Sensoren als Temperatursensoren hat sich auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen bewährt.
Diese Elemente beruhen darauf, dass sich mittels Elektrodenstrukturen auf der Oberfläche von Piezokristallen Schallwellen erzeugen lassen, die sich auf der Substratoberfläche ausbreiten. Durch die Gestalt der Elektroden oder anderen Formparametern können Frequenzen selektiert werden.
Mit geeigneten weiteren Elektrodenstrukturen wird die akustische Oberflächenwelle wieder in elektrische Signale umgewandelt.
Beim Einsatz als OFW-Sensoren wird die Abhängigkeit der Oberflächenwellengeschwindigkeit von der mechanischen Spannung (Verformung), der Massenbeaufschlagung (Ablagerungen auf der Oberfläche) oder der Temperatur (Temperaturkoeffizient der Schallgeschwindigkeit) genutzt.
Auf eine Anregung mit einem HF-Signal in der Nähe seiner Resonanzfrequenz antwortet daher der OFW-Resonator mit einem Signal, dessen Frequenz eine Aussage über die 201002784 • ♦ · · » • · « · # · • · •3 * *
Umgebungstemperatur, die mechanische Spannung, oder aber beispielsweise in Verbindung mit einem druckabhängigen Kondensator über den Umgebungsdruck liefert.
Dazu ist aus der WO 2009/133050 ein Verfahren zur Messung physikalischer Eigenschaften von Endlospressgütern bekannt, bei dem in das Pressgut Sensorelemente und damit verbundene Koppelelemente eingebettet werden und bei dem weiterhin eine Abfrageeinrichtung vorgesehen ist, welche zu den Koppelementen eine elektrische Wirkverbindung aufweist und bei dem die Sensorelemente angeregt werden, und aus der Antwort eine Aussage über die physikalischen Eigenschaften der Endlospressgüter getroffen wird.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Messung mittels OFW-Resonatoren ist die Zeitdauer der einzelnen Messungen relativ hoch, wodurch die Einsatzmöglichkeiten begrenzt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Messgeschwindigkeit zu erhöhen.
Erfindungsgemäß geschieht dies mit einem Verfahren nach Anspruch 1.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher das gesamte Messverfahren erheblich beschleunigt werden.
Eine weitere Verbesserung der Messung kann dann erreicht werden, wenn der Frequenzabstand zwischen der Resonanzfrequenz des OFW-Sensors und der Frequenz mit der dieser angeregt wurde - der Anregungsfrequenz - möglichst gering ist.
Dies geschieht erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 2.
Die weiteren Unteransprüche enthalten ebenfalls vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. • ·· *· ι t * ·· * • t I t # · · * *«
201002784
Die Erfindung wird anhand von zwei Figuren näher erläutert.
Es zeigen beispielhaft:
Fig.l ein erfindungsgemäßes Element der Abfrageeinrichtung zeigt, und
Fig.2 den Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der Frequenz des Anregungssignales.
Die Schaltung nach Fig. 1 umfasst ein Multiplikatorelement M, einen frequenzabhängigen Phasenschieber p, und einen Tiefpass TP.
Das Antwortsignal des OFW-Sensors, dessen Frequenz zur Bestimmung beispielsweise der Temperatur oder des Druckes in einem Pressgut herangezogen werden soll, wird sowohl an den ersten Eingang A des Multiplikatorelementes M als auch über einen frequenzabhängigen Phasenschieber P an einen zweiten Eingang B des Multiplikatorelementes M angelegt.
Die mathematische Darstellung der beiden Signale an den Eingängen A,B des Multiplikatorelementes M lautet wie folgt: SA <t) = U*cos[ 2Π * (fo+Δί} *t+4>0 ]
Sb <t > = U*cos [ 2Π * (f0+Af) *t+3>0+k*Af+Π/2]
Das Ausgangssignal des Multiplikatorelementes M wird über einen Tiefpass TP geführt.
Es entspricht danach der folgenden mathematischen Formel: Sc(t) = U/2*cos[k*Af+n/2]
Damit ist die Amplitude dieses Signals proportional der Differenz aus der Resonanzfrequenz des OFW-Sensors und der Frequenz mit der dieser angeregt worden ist. Die * · • * «»·· ·· 201002784 •4* ! ··
Resonanzfrequenz des OFW-Sensors wiederum ist ein direktes Maß für den zu messenden physikalischen Parameter, beispielsweise die Temperatur.
Wie aus der letztgenannten mathematischen Formel ersichtlich, enthält Sc(t)d.h. die Amplitude des Signals am Ausgang des Tiefpassfilters TP keine Zeitabhängigkeit. Damit reichen auch beliebig kleine Zeitintervalle für die Bestimmung des Frequenzabstandes zwischen der Resonanzfrequenz des OFW-Sensors und der Frequenz mit der dieser angeregt wurde.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher das gesamte Messverfahren erheblich beschleunigt werden.
Eine weitere Verbesserung der Messung kann dann erreicht werden, wenn der Frequenzabstand zwischen der Resonanzfrequenz des OFW-Sensors und der Frequenz mit der dieser angeregt wurde - der Anregungsfrequenz - möglichst gering ist.
Das dazu durchgeführte erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Figur 2 näher erläutert. Diese Figur zeigt anhand einer schematischen Darstellung den Verlauf der Frequenz des Anregungssignals TX, sowie die Zeitabschnitte TX_ON, in denen dieses Signal TX eingeschaltet ist, und die Ausschaltzeiten TX_OFF, sowie das Antwortsignal des OFW Resonators mit der Resonanzfrequenz RX, die während des Ablaufs des Verfahrens als annähernd konstant angenommen wird.
In einem ersten Schritt wird nun der OFW-Sensor während einem ersten Zeitabschnitt 1 mit einem Anregungssignal angestrahlt, dass eine erste Frequenz aufweist, die einem vorgegebenen Wert entspricht. Während der darauffolgenden Ausschaltzeit des Anregungssignales, während eines zweiten Zeitabschnittes 2 und nach einer Einschwingzeit wird aus dem Ausgangssignal der Schaltung gemäß Fig. 1 der Frequenzabstand zwischen der 201002784 • * · » * · · ·· · • ·
Resonanzfrequenz RX des Sensors und der ersten Frequenz des Anregungssignals TX ermittelt.
Der Frequenzabstand wird dabei lediglich grob berechnet, 5 sodass während der zweiten Einschaltphase des
Anregungssignals TX in Zeitabschnitt 3, in dem die Frequenz des Anregungssignals entsprechend der festgestellten Abweichung korrigiert wird, noch keine völlige Übereinstimmung zwischen der Frequenz von Anregungssignal TX 10 und der Resonanzfrequenz RX vorliegt. Erst mit Anwendung einer Phase-locked Loop Schaltung wird in einem dritten Schritt während der nächsten Einschaltdauer in Zeitabschnitt 5 eine nahezu vollständige Übereinstimmung der Frequenz des Anregungssignals und der Resonanzfrequenz herbeigeführt. 15 20

Claims (4)

  1. • ·· ι » ι* · »* * • ft » ft · * t « ft« ·
    201002784 Patentansprüche / Patent Claims 1. Verfahren zur Messung physikalischer Eigenschaften von Endlospressgütern, bei dem in das Pressgut Sensorelemente und damit verbundene Koppelelemente eingebettet werden und bei dem weiterhin eine Abfrageeinrichtung vorgesehen ist, welche zu den Koppelementen eine elektrische Wirkverbindung aufweist und bei dem die Sensorelemente angeregt werden, und aus dem Antwortsignal (TX) eine Aussage über die physikalischen Eigenschaften der Endlospressgüter getroffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal (TX) in der Abfrageeinrichtung sowohl an den ersten Eingang (A) eines Multiplikatorelementes (M) als auch über einen frequenzabhängigen Phasenschieber (P} an einen zweiten Eingang (A) des Multiplikatorelementes (M) angelegt wird, dass das Ausgangssignal (C) des Multiplikatorelementes (M) über einen Tiefpass (TP) geführt wird und dass das Ausgangssignal (C) des Tiefpasses (TP) zur Ermittlung der Aussage über die physikalischen Eigenschaften der Endlospressgüter herangezogen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt mit einem Anregungssignal mit einer ersten Frequenz der Sensor angeregt wird und aus dem Ausgangssignal (C) des Tiefpasses (TP)der Frequenzabstand zwischen der Resonanzfrequenz (RX) des Sensors und der ersten Frequenz des Anregungssignals ermittelt wird, dass in einem zweiten Schritt der so ermittelte wert der Resonanzfrequenz (RX) als Frequenz des AnregungsSignals herangezogen wird und in einem dritten Schritt mit einer Phase-locked Loop Schaltung eine nahezu vollständige Übereinstimmung der Frequenz des Anregungssignals und der Resonanzfrequenz (RX) herbeigeführt wird. 201002784 * * • · * * * * » ·»·· · * · · » < * ιι # « * * * ·« · * « * * ··
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder zwei, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorelemente OFW-Resonatoren vorgesehen werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Eigenschaften Temperatur und Druck gemessen werden.
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