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Herkömmliche Ultraschall-Sensoren werden vielfältig in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt. Diese strahlen zyklisch einen kurzen Schallimpuls ab, der sich in der Luft als Schallwelle ausbreitet. Trifft die Schallwelle auf ein Objekt, wird sie dort reflektiert und läuft als Echo zurück zum Sensor. Die im Sensor gemessene Zeit zwischen Senden des Schallimpulses und Empfangen des Echosignals ist ein Maß für die Entfernung zum Objekt, da die Schallgeschwindigkeit bekannt ist. Ultraschall-Sensoren können einen binären Schaltausgang z. B. in Halbleiterschaltungstechnik, sitzen, der eingeschaltet wird, wenn eine bestimmte Entfernung unterschritten ist. Diese Ausführungsform mit einem binären Schaltelement nennt man auch Ultraschall-Näherungsschalter. In besonderen Ausführungsformen können auch zwei oder drei binäre Schalter in einen Ultraschall-Näherungsschalter integriert sein. Diese Näherungsschalter lassen sich z. B. für eine Anwesenheitskontrolle auf einem Förderband oder für eine Voll- oder Leermeldung in einem Tank einsetzen. In einer anderen Ausführungsform sind die Ultraschall-Sensoren mit einem analogem Spannungs- oder Stromausgangssignal ausgestattet. Diese typischerweise genormten Ausgangssignale mit den Bereichen 0–10 V oder 4–40 mA geben den Strom- bzw. den Spannungswert in Abhängigkeit von der vom Sensoren gemessenen Entfernung zum Objekt aus. 4 mA entspricht dann z. B. einer Entfernung von 200 mm und 20 mA entspricht einer Entfernung von 1.000 mm, zwischen 200 mm und 1.000 mm steigt der Strom entfernungsproportional an. Mit einem derartigen Ultraschall-Sensor kann man z. B. eine füllstandsproportionale Tankinhaltsanzeige aufbauen oder aber kontinuierlich den Durchmesser einer Papierrolle messen.
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Als eine typische Bauform für diesen Typ an Ultraschall-Sensoren hat sich in der industriellen Automatisierungstechnik die M30 × 1,5 mm bzw. M18 × 1 mm Gewindehülsen aus Kunststoff, Messung vernickelt, Edelstahl und andere Metalle etabliert. Hierbei handelt es sich um Hülsen mit einem metrischen Gewinde von M30 × 1,5 mm bzw. M18 × 1 mm. Auf der einen Seite der Hülse ist der Ultraschall-Wandler, das eigentliche Sensorelement angebracht, in der Hülse ist selber die gesamte Sensorelektronik untergebracht und auf der anderen Seite befindet sich ein Stecker zum Anschluss eines Kabels oder direkt ein Kabel fest angeschlagen. Die Leuchtmelder in Form von LEDs sind im hinteren Bereich in der Nahe des Steckers bzw. Kabelauslasses seitlich auf der Hülse oder auf der hinteren Stirnseite angebracht. Die Potentiometer oder Taster befinden sich ebenfalls in der Nähe der LEDs.
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Allen Ultraschall-Sensoren ist es gemeinsam, dass die Schaltpunkte der Binärsensoren als auch die Knickpunkte der Analogkennlinie eingestellt werken können. Nach dem Stand der Technik geschieht dies mittels Potentiometer, die mit einem Schraubendreher eingestellt werden oder mit einem oder zwei Taster, über die der Sensor eingelernt (Teachin) oder justiert wird. Weitere Ausführungsformen haben einen kleinen Stecker, der vom Sensor abgezogen und zur Programmierung etwas gedreht in verschiedenen Stellungen wieder aufgesteckt werden kann. Ultraschall-Sensoren mit einem oder mehr Taster oder mit einem abziehbaren Stecker nutzen zum Erhalt der Sensoreinstellungen intern einen nichtfluchtigen Speicher wie z. B. ein EEPROM. Die Einstellungen bleiben dann auch bei einem Abschalten der Versorgungsspannung erhalten. Leuchtdioden im Sensor zeigen den Schaltzustand der binären Schaltausgänge oder den Zustand der Analogkennlinie an. Wobei aber mit einem einfachen Leuchtmelder wie eine gelbe LED nur angezeigt werden kann, ob der Binärausgang durchgeschaltet ist oder nicht und ob der aktuelle Entfernungswert zu dem Objekt sich momentan im ansteigen Ast der Analogkennlinie befindet.
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Der typische Einstellvorgang einen Ultraschall-Sensors ist dabei wie folgt:
- 1. Man stellt ein Objekt in der gewünschten Entfernung zum Ultraschall-Sensor
- 2. Man dreht mit einem Schraubendreher an dem Potentiometer und schaut auf die LED für die Schaltzustandsanzeige. Beim Wechsel des LED-Zustandes von „An” nach „Aus” bzw. umgekehrt von „Aus” nach „An”, weiß man, dass man gerade den Schaltpunkt im Bereich der Entfernung zu dem zuvor hingestelltem Objekt hat.
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Alternativ kann man eine Taste für z. B. 3 Sekunden drücken und anschließend die Einstellung durch einen weiteren Tastendruck bestätigen Mit Drücken des Tasters misst der Ultraschall-Sensor den Abstand zu dem Objekt und speichert diesen Entfernungswert als Einstellung für den neuen Schaltpunkt (bzw. bei einem Analogsensor als Knickpunkt für die Analogkennlinie) z. B. in sein internes EEPROM ab. Oder man zieht einen kleinen Stecker am Sensor ab und steckt in eine gedrehte Position wieder auf, woran der Sensor erkennt, dass er nun die Entfernung einlernen soll. Gleiche Prozedur gilt auch für die Ultraschall-Sensoren mit Analogausgang, wobei hier dann jeweils der Knickpunkt der Kennlinie eingestellt wird.
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Alle Verfahren haben den Nachteil, dass für die Einstellung des Ultraschall-Sensors sich ein Objekt in der gewünschten Entfernung befinden muss. Will man bei einem vollen Tank z. B. einen Schaltpunkt für die Leermeldung einstellen, muss man hierfür den Tank auf das gewünschte Leerniveau entleeren. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass man die Einstellungen des Ultraschall-Sensors nur durch ausprobieren der Schaltpunkte bzw. Ausmessen der Analogkennlinie ordentlich überprüfen kann. An einer laufenden Maschine oder Anlage ist dies unter Umständen gar nicht möglich.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Einsatz von Ultraschall-Sensoren für den unerfahrenen Anwender ohne fundierte Kenntnisse sich in der Praxis häufig als recht schwierig erweist. Dies liegt daran, dass Ultraschall-Sensoren eine – im wahrsten Sinne des Wortes-Schallkeule haben. Ein Sensor, der z. B. bis 6 m messen kann, hat einen Schallkeulendurchmesser von ca. 2 m. Ein Lichtsensor hat dagegen auf diese Entfernung ein Lichtstrahldurchmesser von maximal 100 mm, was schon sehr viel ist. Man kann sich leicht vorstellen. dass bei einem Schallkeulendurchmesser von 2 m sehr schnell noch Gegenstände der örtlichen Gegebenheiten seitlich in das Schallfeld ragen können, da dem unbedarften Anwender der große Durchmesser der Schallkeule nicht bewusst ist. Um beim Beispiel einer Fullstandsmessung zu bleiben „sieht” der Sensor dann nicht den tiefer liegen Füllstand der Flüssigkeitsoberfläche, sondern womöglich eine höher liegende Traverse, die im Tank zur Stabilisierung der Tankaußenwände eingebaut ist, die noch in das Schallfeld ragt. Bei einem Sensor mit nur einem binaren Ausgang ist diese Fehlmessung erst dann zu erkennen, wenn z. B. der Minimumfüllstand unterschritten wurde und der Sensor dies nicht gemeldet hat, da er ja noch die kurze Entfernung zur Traverse misst.
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Es gehört heute zum Stand der Technik, dass sich Ultraschall-Sensoren z. T. sehr umfangreich parametrisieren lassen. Hierzu wird ein kleiner Adapter verwendet, über den man den Ultraschall-Sensor an einen PC oder Labtop anschließen kann. Für den PC gibt es dann von den Sensorherstellern eigene Softwareprogramme, die nur die Sensoren des jeweiligen Herstellers unterstützen und üblicherweise unter dem Betriebssystem Windows laufen. Damit kann man dann verschiedene Betriebsparameter, wie Erfassungsbereiche, Schalthysteresen, Auflösungen, Blindzonen, Ende der Erfassungsbereiche, Anfang und Ende der Schaltbereiche, Schließer-Öffner-Funktionen, Anfang und Ende der Analogbereiche, Charakteristiken des Analogausganges, Strombereiche des Analogausgangs, Mittelwertbildungen, Funktionsmodi, Temperaturkompensationen, Freigabe/Sperren der Potentiometer usw. einstellen. Von Nachteil ist, dass hierzu zusätzliche Komponenten, der Adapter, der unter den Sensorherstellern auch nicht kompatibel ist, und ein PC oder Labtop erforderlich sind. Die Kosten sind nicht unerheblich, wenn ein Unternehmen weltweit seine Service-Techniker mit diesen speziellen Adapter ausrüsten wollte. Bei einem Service-Einsatz im Feld hat der Service-Techniker diese Komponenten womöglich gar nicht griffbereit.
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Ferner muss der Benutzer über Kenntnisse mit dem Umgang eines PCs und der Programmierung mittels der Sensorsoftware verfügen. Ein solcher Ultraschall-Sensor ist folglich wenig geeignet, auch für einen laienhaften Benutzer bedient zu werden.
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Es zeigt sich gerade in der Praxis, dass Ultraschall-Sensoren erwünscht sind, die leicht bedienbar und leicht überprüfbar sind, nicht nur für den Fachmann, sondern auch für solche Benutzer, die lediglich Ultraschall-Sensoren beispielsweise zur Überprüfung von Messaufgaben, wie Entfernungsmessaufgaben, z. B. Füllstandsregulierungsaufgaben, der Füllstandshöhe, usw. in Ölbehältern, Wasserbehältern, Regensammelbehältern usw. in Haus, Hof und Garten einzusetzen gedenken. Gerade solche leicht bedienbaren Ultraschall-Sensoren sollen dergestalt einfach aufgebaut und bedienbar sein, dass die zusätzliche Ansteuerung solcher Ultraschall-Sensoren mittels externer, von außen anschließbarer Kontrolleinrichtungen, wie Überwachungs- und Betriebsparametereinstellgeräten, usw., entfallen können.
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In den Datenblättern und Bedienungsanleitungen zu den Ultraschall-Sensoren T FTU 230, 231 der Fa. ACS-Control-System sowie der Fa. Endress + Hauser sind die Ausführungsformen dieser Ultraschall-Sensoren sowie deren Bedienung beschrieben. Diese Ultraschall-Sensoren besitzen auf dem zylindrischen Sensorteil ein auswechselbares Bedienteil, das quaderförmig und wesentlich größer als das Sensorteil ausgeführt ist. Für die Bedienung und Einstellung sind mindestens 4 Tasten vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll es sein, einen Ultraschall-Sensor für die industrielle Automatisierungstechnik bereitzustellen, die derart einfach in seinem Aufbau ist, dass die einzustellenden Betriebsparameter, wie Blindzonen, Erfassungsbereichen, Anfang und Ende derselben, Anfang und Ende der Schaltbereiche, Schalthysteresen, Schließer-/Öffnerfunktionen, Anfang und Ende der Analogbereiche, Charakteristiken der Analogausgänge, Strombereiche der Analogausgänge, Mittelwertbildungen, Funktionsmodi, Temperaturkompensationen, Freigaben/Sperren der Potentiometer, nicht nur leicht einstellbar, sondern auch leicht visuell für den Benutzer und/oder akustisch überprüfbar sein sollen.
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Ebenso soll die bereitzustellende Vorrichtung klein in ihren Abmessungen sein, weil Ultraschall-Sensoren gerade in solchen Gerätschaften angeordnet werden, die schwer von außen zugänglich sind, und weil deren betriebssichere Steuerung vor Ort stets überprüfbar sein sollen, ohne dass in umständlicher Weise weitere Gerätschaften zur Überprüfung dieser von außen an diese außen anzuschließen sind. Ebenso sollen die Ultraschall-Sensoren so leicht bedienbar sein, ohne Fachleute heranziehen zu müssen, die erfahrungsgemäße die Kontrolle solcher Ultraschall-Sensoren und deren Wartungskosten deutlich erhöhen.
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Durch die Bereitstellung solcher Vorrichtungen zur berührungslosen Entfernungsmessung soll auch m wirtschaftlicher Hinsicht die Gebiete der Einsetzbarkeit der Ultraschall-Sensoren infolge der Bereitstellung deren Bedienbarkeit durch den weniger geübten Benutzer derart erweitert werden, dass diese aufgrund ihrer leichten Handhabbarkeit, einfachen Überprüfbarkeit sowie erleichterten Ablesbarkeit deren Betriebsparameter über die bisher möglichen o. g. Einsatzgebiete erweitert werden Die bisherigen Einsatzgebiete betreffen lediglich solche der Füllstandsmessung, Personenerkennung, Positionierung von Objekten, wie Kraftfahrzeugen, Höhen- und Breitenvermessung, Überwachung von Ladungsträgern, Folienrissüberwachungen, Seilabrisskontrollen, Stapelhöhenerfassung und dergleichen.
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Die bereitzustellende Vorrichtung zur berührungslosen Entfernungsmessung soll darüber hinaus ebenso kompakt und beliebig miniaturisierbar sein.
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Auch soll der Ultraschall-Sensor dann einstellbar sein, wenn sich während des Einstellvorgangs bzw. der Programmierung das abzutastende Objekt gar nicht in der gewünschten Schaltpunktentfernung bzw. an dem gewünschten Knickpunkt der Analogkennlinie befindet. Dann kann der Ultraschall-Sensor sogar außerhalb der eigentlichen Anwendung voreingestellt werden und anschließend fertig parametrisiert am eigentlichen Einsatzort eingebaut werden. Bei einer Füllstandsüberwachung ist es dann auch nicht mehr notwendig für die Einstellung des Sensors den Füllstand im Tank ändern zu müssen.
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Die Aufgaben werden gelöst durch die Vorrichtung gemäß Hauptanspruch und das Verfahren gemäß Nebenanspruch. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Sensor für die industrielle Automatisierungstechnik zur berührungslosen Entfernungsmessung mit
einem außenseitig zylindrischen Gehäuse,
einem Ultraschallwandler zum Senden von Schallimpulsen und Empfang von Echosignalen,
einer elektronischen Steuereinrichtung zum Ansteuern des Ultraschallwandlers und zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen,
einer Ausgabestufe mit einem oder mehreren Schaltausgängen und/oder einem Analogausgang zur Ausgabe der ausgewerteten Reaktionssignale
einer Kodiereinrichtung mit einem Betätigungstastenfeld zum Eingeben von Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung,
welche durch eine optische Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignalen, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale gekennzeichnet ist. Weiterhin ist am Ultraschallsensor im Bereich des einen Endes des Gehäuses ein Ultraschallwandler zum Senden von Schallimpulsen und Empfang von Echosignalen angebracht,
und an deren anderem Ende die Schaltausgänge und/oder der Analogausgang der Ausgabestufe herausgeführt sind und an dem gleichen Ende die Anzeigeeinrichtung mit mehreren Ziffern seitlich in das außenseitig zylindrische Gehäuse eingebaut ist, die zur Anzeige numerischer oder alphanumerischer Werte geeignet ist.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur berührungslosen Entfernungsmessung unter Verwendung des Ultraschall-Sensors in der industriellen Automatisierungstechnik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
mindestens ein Ultraschallwandler, welcher zum Senden von Schallimpulsen und/oder Empfangen von Echosignalen geeignet ist, von einer Steuereinrichtung, welche zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen, sowie zur Auswertung der elektrischen Reaktionssignale und
zur Ausgabe auf den oder die Schaltausgänge und/oder den Analogausgang geeignet ist,
mittels Statusimpulsen angesteuert wird,
die Steuereinrichtung von einer Kodiereinrichtung mittels Anweisungssignalen angesteuert wird,
eine optische Anzeigeeinrichtung, welche zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale geeignet ist, von der Steuereinrichtung/oder Kodiereinrichtung angesteuert wird,
die Anweisungssignale, die Statussignale, die Quittiersignalen und/oder die Reaktionssignale und sonstige Signale und/oder Betriebsparameter auf einem alphanumerischen Anzeigenfeld mit einer Digitalanzeige dargestellt werden, welches als Flüssigkristall- und/oder Leuchtdiodenanzeigefeld, vorzugsweise in Form eines Siebensegmentanzeigefelds, ausgebildet ist.
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Unter Ultraschall-Sensoren werden im Sinne der Erfindung auch verstanden, welche Ultraschall mit Frequenzen größer als 20 kHz als Ultraschallsignale aussenden und empfangen können und nach dem herkömmlichen Impuls-Echo-Verfahren in Gasen und/oder Luft arbeiten. Die in den Ultraschall-Sensoren eingesetzte Ultraschallwandler können als sogenannte Kombi-Wandler sowohl als Sender (Lautsprecher) als auch als Empfänger (Mikrofon) betrieben werden. Ebenso können auch diskrete Sender- und Empfangswandler Verwendung finden, was aber den Aufbau des Ultraschall-Sensors verteuern würde. Unter diskrete Sender- und Empfangswandler werden im Sinne der Erfindung auch verstanden solche Ausgestaltungen, bei welchen der Ultraschall-Sensor entweder Sender-Wandler oder ein Empfangs-Wandler sein kann.
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Vorzugsweise wird als Ultraschall-Sensor in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht diskrete Sender- bzw. Empfangs-Wandler benutzt, sondern ein kombinierter Sender- und Empfangs-Wandler benutzt.
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Unter industrieller Automatisierungstechnik wird im Sinne der Erfindung auch verstanden, Prozesstechnik und Fabrikationsautomation, welche Verfahren zur Herstellung von Maschinen und Vorrichtungen sowie Bauteilen derselben umfassen können.
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Unter Vorrichtungen zur berührungslosen Entfernungsmessung werden im Sinne der Erfindung auch Ultraschall-Sensoren verstanden, mit einem Gehäuse, mindestens einer Einrichtung für die berührungslose Entfernungsmessung, vorzugsweise einem Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Echosignalen, einer Steuereinrichtung zum Ansteuern der Einrichtung z. B. von mittels Statussignalen, zur Kontrolle der Einrichtung und/oder zur Verstärkung der Echosignale zu Reaktionssignalen, einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung der elektrischen Reaktionssignale der Steuereinrichtung, einer Kodiereinrichtung zum Eingeben von Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung und/oder zur Konfiguration der Anschlüsse, und einer optischen Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale.
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Im Sinne der Erfindung kann auch die Auswerteeinrichtung Bestandteil der Steuereinrichtung sein.
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Auch kann die Erfindung einen Sensor zur berührungslosen Entfernungsmessung mit Gehäuse betreffen, wobei ein Gehäuse hohlzylindrisch ausgebildet ist, im Bereich des einen Endes des Gehäuses die Einrichtung für die berührungslose Entfernungsmessung, vorzugsweise ein Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Echosignalen, in dem Innenraum des Gehäuses eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Einrichtung, zur Kontrolle der Einrichtung und/oder zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen und/oder eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Reaktionssignalen angeordnet sind, im Bereich des anderen Endes des Gehäuses außenseitig die Kodiereinrichtung zum Eingeben von Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung aufweist, und eine optische Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale und/oder der elektrischen Reaktionssignale angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor zur berührungslosen Entfernungsmessung kann ein Gehäuse aufweisen, welches außenseitig von zylindrischer Gestalt sein kann. Im Bereich des einen Endes des Gehäuses kann ein Ultraschallwandler zum Senden von Schallimpulsen und Empfang von Echosignalen, in dem Innenraum des Gehäuses eine elektronische Steuereinrichtung zum Ansteuern des Ultraschallwandlers, zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen sowie zur Auswertung der elektrischen Reaktionssignale und zur Ausgabe auf den oder die Schaltausgänge und/oder den Analogausgang, und im Bereich des anderen Endes des Gehäuses kann eine Kodiereinrichtung zum, vorzugsweise manuellen, Eingeben von Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung, sowie im Bereich des anderen Endes des Gehäuses kann eine optische Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale abgeordnet sein. Die Anzeigeeinrichtung hat ein Anzeigenfeld mit einer Digitalanzeige für sich ändernde Information, wobei das Anzeigenfeld als Flüssigkristall- und/oder Leuchtdiodenanzeigefeld, vorzugsweise in Form eines Siebensegmentanzeigefelds, und die Anzeigeeinrichtung zur Anzeige numerischer oder alphanumerischer Werte geeignet sind.
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Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor kann einen Sender-Wandler und einen Empfänger-Wandler als sogenannter Kombi-Wandler aufweisen. Ebenso kann in dem erfindungsgemaßen Ultraschall-Sensor bzw. Verfahren ein solcher verwendet werden, welcher entweder diskret einen Sender-Wandler oder einen Empfänger-Wandler aufweist.
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Die Anzeigeeinrichtung ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung als Digitalanzeige ausgestaltet. Die Digitalanzeige kann eine Flüssigkristall und/oder ein Leuchtdiodenanzeigefeld sein, vorzugsweise werden solche Digitalanzeigen verwendet, die als mehrstellige Siebensegmentanzeigefelder ausgestaltet sein können.
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In einer noch bevorzugteren Ausführung sind die Anzeigefelder, wie mehrstelligen Anzeigenfelder, mit jeweils 14 Segmenten oder in Matrixstruktur aufgebaut. Damit lassen sich besonders gut alphanumerische Zeichen darstellen. Je mehr Stellen auf dem Anzeigenfeld dargestellt werden können, desto komfortabler lassen sich die Informationen darstellen. Aufgrund der geforderten Miniaturisierung beschränkt man sich bevorzugt auf wenige Ziffern oder Digits.
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Die Anzeigeeinrichtungen bzw. Anzeigefelder können bevorzugterweise zwei oder dreistellige Siebensegmentanzeigen umfassen. Die Siebensegmentanzeigefelder ermöglichen durch die Anzeige von numerischen oder alphanumerischen Zahlen und Ziffern bzw. Werten die Möglichkeit zur Wiedergabe von Informationen, die beispielsweise Betriebszustände, eingegebene Betriebsparameter, oder dergleichen entsprechen.
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Im unmittelbarer Nähe bzw. Nahbereich zur Anzeigeeinrichtung ist die manuell betatigbare Kodiereinrichtung zu finden. Durch manuelles Betätigen der Kodiereinrichtung kann überprüft werden, welche aktuellen Einstellungen, wie Blindzone, Schaltpunkte Hysteresen, Erfassungsbereiche, Filtereinstellung, etc., der Ultraschall-Sensor aufweist. Mit jedem manuellen Betätigen der Kodierauswahleinrichtung können Einstellungen, z. B. ein Betriebszustände, wie Parameter, auf der Anzeigeeinheit ausgegeben werden.
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Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass über die manuell betätigbare Kodiereinrichtung und der Anzeigeeinheit Blindzone, Schaltpunkte Hysteresen, Erfassungsbereiche, Filtereinstellung, etc. des Ultraschall-Sensors festgelegt werden können.
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Ebenso ist es möglich, dass die Anzeigeeinrichtung alphanumerische oder numerische Werte unterschiedlich farblich darstellt. Die unterschiedliche farblichen Darstellungen können beispielsweise die über die Kodiereinrichtung manuell eingegebenen Anweisungssignale einerseits oder die in Steuereinrichtung bzw. Auswerteeinrichtung andererseits bereits gespeicherten Anweisungssignale, sonstige Betriebsparameter, Betriebszustände, Quittiersignale, usw. betreffen.
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Die Anzeigeeinrichtung kann gleichfalls zur Darstellung der von der Steuereinrichtung erzeugten Reaktionssignale, der aufgrund der Auswertung der elektrischen Reaktionssignale der Steuereinrichtung ermittelten und entsprechenden sonstigen Signale, usw., während des Betriebs in bestimmten Zeitabständen, zur Darstellung der Anweisungssignale der Steuereinrichtung und/oder der Statussignale der Steuereinrichtung, mit welchen die Steuerungseinrichtung den Ultraschallwandler ansteuert, und/oder der Quittiersignale zum Beispiel bei Befehlseingaben beim Programmieren usw. verwendet werden.
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Ebenso erleichtert die Anzeigeeinrichtung deutlich für den Benutzer die Überprüfung der bereits in Steuereinrichtung und/oder Auswerteeinrichtung eingegebenen Betriebsparameter, wie Anfang und Ende der Schaltbereiche, Schalthysteresen, Schaltelementfunktionen, Schließer oder Öffner, Schaltfrequenzen, Anfang und Ende der Analogbereiche, Analogkennlinien steigend oder fallend, Ende der Blindzonen, Ende der Erfassungsbereiche, Mittelwertbildungen, Multiplexfunktionen, Temperaturkompensationen und/oder Empfindlichkeiten usw..
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Gerade im Vergleich zum Stand der Technik war es bisher erforderlich, stets an die Anschlüsse herkömmlicher Ultraschall-Sensoren Kodierungseinrichtungen, wie Taschenrechner, tragbare Computereinrichtungen und dergleichen anzuschließen, um nicht nur die oben angegebenen Statusmöglichkeiten zu parametrieren, sondern auch die bereits gespeicherten zu überprüfen. Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert dem Benutzer, nunmehr auf solche Anschlusserfordernisse und Anschlussgeräte zu verzichten und vor Ort unmittelbar vor Einbau oder bei oder nach Einbau dieser Vorrichtungen Endkontrollen über Betriebsparameter, Funktionskontrollen durchzuführen, ohne dass umständlicherweise sonstige Gerätschaften stets bereitgehalten werden müssen, ein Umstand, der verglichen mit dem Stand der Technik, hinzutretend die Wartungskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen deutlich verringert.
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Ebenso ist es möglich, dass die Anzeigeeinrichtung eine weitere optische und/oder akustische Anzeige aufweist. Diese zusätzliche Anzeige kann beispielsweise ein Leuchtdiodenanzeigefeld sein. Die Anzeige kann den Status von Betriebsparametern, -zuständen und/oder Quittiersignalen beim Betätigen der Kodiereinrichtung oder zur Funktionskontrolle und/oder zur Bereitschaftsanzeige und/oder sonstige Zeichen oder Signale, wie der Quittiersignale, zum Beispiel bei Befehlseingaben beim Programmieren, usw. anzeigen.
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Vorteilhafterweise wird die Zeit zum Anschließen der Kontrollgeräte an herkömmliche Ultraschall-Sensoren mit Hilfe der Kodiereinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der gleichzeitigen Anzeige der für die Betriebsparameter erforderlichen individuellen, gruppenweise, gemeinsamen, vorgebbaren oder veränderbaren Schwellenwerte zwecks Einstellung, Einspeicherung, Nachkontrolle derselben deutlich verringert.
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Erfindungsgemäß wird in dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensor ein Anzeigelement oder -feld mit mehreren Ziffern, vorzugsweise mit drei Ziffern, in einer noch bevorzugteren Ausführungsvariante mit vier Ziffern eingebaut. Dieses Anzeigelement wird für den Anwender gut sichtbar positioniert, z. B. seitlich in die Hülse eingebaut. Auf diese Anzeige kann während des Betriebs der Entfernungswert angezeigt werden. Je nach Messbereich des Ultraschall-Sensors kann die Anzeige in mm, cm oder m erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante mit drei Ziffern wird der Messwert für Entfernungen größer 1 m in cm und für Entfernungen kleiner 1 m in mm angezeigt.
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Nun kann der Anwender an der Anzeige ablesen, welche Entfernung der Ultraschall-Sensor momentan misst und überprüfen, ob es die tatsächlich gewünschte und erwartete Entfernung zum Objekt ist.
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Soll ein Schaltpunkt oder der Knickpunkt der Analogkennlinie eingestellt werden, ist es jetzt nicht mehr zwingend erforderlich, ein Objekt vor dem Ultraschall-Sensor zu stellen, sondern der Anwender ruft den Einstellmode auf und stellt über der Anzeige den Entfernungswert numerisch ein.
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Da die Anzeige auch eine alphanumerische Anzeige sein kann, also eine Anzeige die Buchstaben und Zahlen darstellen kann, muss sich die Einstellung des Ultraschall-Sensors nicht mehr auf eine einfache Einstellung der Schaltpunkte oder Knickpunkte der Analogkennlinie beschränken. Vielmehr lassen sich nun vorteilhaft ganze Menüstrukturen realisieren, mit denen Filtereinstellungen, Hysteresen etc. eingestellt werden können. Dank der Menüführung reichen hierfür bereits 2 Taster aus. Drei oder mehr Taster würden natürlich den Komfort für den Anwender noch steigern, jedoch, scheidet dies in der Regel aufgrund der beengten Einbauverhältnisse aus.
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Die zusätzliche optische und/oder akustische Anzeige kann zum Anzeigen des Status von Betriebsparametern, Betriebszuständen, und/oder Quittiersignalen beispielsweise bei Abspeichern von über die Kodiereinrichtungen eingegebenen Anweisungssignale in Auswerte- und/oder Steuereinrichtung, Ultraschall-Sensor. Ebenso eignet sich die zusätzliche Anzeige zur Funktionskontrolle oder zur Betriebsbereitschaftsanzeige während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor kann als Bauform M30 × 1,5 mm bzw. M18 × 1 mm Gewindehülsen aus Kunststoff, Messung vernickelt, Edelstahl und andere Metalle aufweisen. Hierbei handelt es sich um Hülsen mit einem metrischen Gewinde von M30 × 1,5 mm bzw. M18 × 1 mm. Auf der einen Seite der Hülse ist der Ultraschall-Wandler, das eigentliche Sensorelement angebracht, in der Hülse ist selber die gesamte Sensorelektronik untergebracht und auf der anderen Seite befindet sich ein Stecker zum Anschluss eines Kabels oder direkt ein Kabel fest angeschlagen.
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Vorzugsweise sind die Anzeigeeinrichtungen parallel zur Mitte-Längsachse des Gehäuses angeordnet. Von Vorteil ist es auch, wenn die Anzeigeeinrichtungen die zusätzliche Anzeigeeinrichtung quer zur Mitte-Längsachse angeordnet sind im Bereich des anderen Endes des Gehäuses. Beispielsweise können die Anzeigeeinrichtung und die zusätzliche Anzeige untereinander angeordnet sein.
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Über die Kodiereinrichtung, welche vorzugsweise ein Betätigungstastenfeld umfasst, können Betriebsparameter (siehe unten) an die Steuereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung, welche auch Teil der Steuereinrichtung sein kann, eingegeben werden. Es zeigt sich, dass die Kodiereinrichtung mit einer Anzeigeeinrichtung und/oder Anzeige geschaltet ist, welche für die unmittelbare Wiedergabe der über die Kodiereinrichtungen erwünschten sich ändernden Informationen geeignet sein können.
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Als besonderer Vorteil ist es, wenn die Kodiereinrichtung, welche sich längs der Mitte-Längsachse befinden, als je eine Taste an den Enden der Anzeigeeinrichtung angeordnet ist, so dass vor Ort unmittelbar der Benutzer Eingabefehler, aber auch die erwünschte Anweisungssignale zeitgleich mit deren Eingabe über die Kodiereinrichtung überprüfen kann. In einer weiteren Ausgestaltung befindet sich die zusätzliche Anzeige beispielsweise aus zwei Leuchtdiodenanzeigefeldern unterhalb der Anzeigeeinrichtung. Die zusätzliche Anzeige kann durch Darstellung von optischen Signalen unterschiedlicher Farbe auf bestimmte Betriebsparametern hinweisen.
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Im Nahbereich der Anzeigeeinrichtung sind die manuell betätigbare Kodierauswahleinrichtung zu finden. Durch manuelles Betätigen der Kodiereinrichtungen kann überprüft werden, welche Werte der eingestellte Schaltbereich, wie der Ein- und Ausschaltpunkte an den Grenzen des Schaltbereichs, aufweist. Durch das Auseinanderziehen der Ein- und Ausschaltpunkte und deren Anzeige und Überprüfung derselben mit Hilfe der optischen Anzeigeeinrichtung kann der Benutzer in einfacher Weise ohne Zusatzschaltungen von weiteren Kontrollgeräten im Gegensatz zum Stand der Technik überprüfen, ob der Ultraschalls-Sensor die erwünschten Messaufgaben, wie Entfernungsmessaufgaben, z. B. Füllstandsregulierungsaufgaben, erfüllen kann. Gerade bei Einstellung und Überprüfung von Schalthysteresen ist die nachträgliche Überprüfung oder, wie es gleichfalls die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich macht, die Überprüfung der Anweisungssignale als Ein- und Ausschaltpunkte beispielsweise an den Grenzen des Schaltbereichs einfach und jederzeit wiederholbar an der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch die Überprüfung quasi vor Ort bei Halten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Hand und gleichzeitigem Betätigen der Kodiereinrichtung ist es dem Benutzer möglich, eventuell aufgetretene Eingabefehler zu korrigieren.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsform können zusätzlich zu den beiden oder statt der beiden Tasten ebenso Potentiometer eingesetzt werden.
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Der Benutzer kann nicht nur die Eingabe der über die Kodiereinrichtung einzugebenden bzw. eingebbaren Schaltfrequenzen, die Betriebsparameter, wie Blindzonen, Erfassungsbereiche, Mittelwertbildung, und den Betriebsstatus von Steuereinrichtung, Ultraschallwandler und Anzeigeeinrichtung mittels der Anzeigeeinrichtung sichtbar machen, sondern auch jederzeit und nach Erfordernis die bereits in die Steuereinrichtung eingegebenen Schaltfrequenzen, Betriebsparameter, wie Blindzonen, Erfassungsbereiche, Mittelwertbildung, überprüfen.
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Vorzugsweise kann die Kodiereinrichtung zum Eingeben von Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung und/oder zur Konfiguration der Anschlüsse geeignet sein.
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Natürlich kann man durch Betätigen der Kodiereinrichtung die Steuereinrichtung auch veranlassen, Schaltpunkte zu erlernen. Im Gegensatz hierzu können lediglich herkömmliche Ultraschall-Sensoren Schaltpunkte erlernen durch Betätigen von Tasten, ohne jedoch zeitgleich deren Ablesen bereitstellen, ob die erlernten Schaltpunkte mit den erwünschten Werten bzw. den Erfordernissen entsprechen.
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In einer weiteren besonderen Ausgestaltung besteht die Kodiereinrichtung aus herkömmliche Folientasten, Kontakttasten oder Tasten des Tastenkappentyps. Diese Funktionstasten wie die des Tastenkappentyps eignen sich gleichermaßen zur Eingabe individueller, gruppenweiser, gemeinsamer, vorgebbarer und/oder veränderbarer Schwellenwerte hinsichtlich der o. g. Betriebsparameter und deren Anzeigen.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Verwendung von zusätzlichen Adapter und Anzeigeeinrichtungen, wie sie im Stand der Technik zu finden sind, sonach überflüssig. Gerade durch die Integration der Anzeigeeinrichtungen mit Kodiereinrichtungen in den Ultraschall-Sensor kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch deutlich verkleinert oder gar miniaturisiert werden.
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Der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur berührungslosen Entfernungsmessung umfasst die Steuerung der Ultraschallwandler mit Hilfe einer Steuereinrichtung.
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Die Steuereinrichtung kann Ultraschallwandler bzw. die Einrichtung für die berührungslose Entfernungsmessung zum Senden von Schallimpulsen und/oder Empfangen von Echosignalen mittels Statussignalen ansteuern. Die Steuereinrichtung dient auch zur Kontrolle der Ultraschallwandler und/oder zur Verstärkung der empfangenen Echosignale, welche als Reaktionssignale weiterleitbar sein können. Üblicherweise wird ein herkömmlicher Ultraschallwandler verwendet.
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In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Ultraschall-Sensors können auch die Auswerteeinrichtungen bzw. Steuereinrichtung über zusätzliche Sender und Empfänger verfügen, um mit weiteren erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensoren drahtlos Daten auszutauschen. Durch die Eingabe von Anweisungssignalen und deren Anzeigen über die Anzeigeeinrichtungen ist es möglich, der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor bei Parallelbetrieb oder gleichzeitigem Betrieb, Multiplexbetrieb usw. mittels Anweisungssignalen zu programmieren. Auch können die Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige von Fehlschaltungen verwendet werden.
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Beim Multiplexbetrieb und Verwendung von mehreren erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensoren zeigt sich die Verwendung der Anzeigeeinrichtung von Vorteil, weil hierdurch in einfacher Weise mehrere erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensoren parametriert und synchronisiert werden können, ohne dass Kontrollgeräte und besondere Eingabemittel im Gegensatz um stand der Technik erforderlich sind.
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Durch die erfindungsgemäße Ultraschall-Sensoren wird die Verwendung von zusatzlichen Auswerteeinrichtungen und Anzeigeeinrichtungen, wie sie im Stand der Technik zu finden sind, sonach überflüssig. Gerade durch die Kombination der Anzeigeeinrichtungen mit Kodiereinrichtungen und den sonstigen für den Betrieb von Ultraschall-Sensoren erforderlichen Steuer- und/oder Auswerteeinrichtungen kann der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensoren auch deutlich verkleinert oder gar miniaturisiert werden.
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So kann der Ultraschall-Sensor mit einer Kommunikationseinrichtung zum kabellosen Datenaustausch mit mindestens einem weiteren Sensor ausgestaltet sein. Hinzutretend können die Steuereinrichtung und Auswerteeinrichtung zum Synchronisieren von Ultraschallsensoren von mindestens zwei Vorrichtungen geeignet sein.
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Gerade die einfache Handhabbarkeit, welche durch den erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensor bereitgestellt wird, z. B. durch die zeitgleiche Anzeige von Anweisungssignalen, gespeicherten Anweisungssignalen, kann der Benutzer rasch überprüfen, ob die von ihm erwünschten Betriebsparameter eingegeben sind.
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Ebenso macht der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor die Darstellung von Betriebsparametern in rascher Weise auf der Anzeigeeinrichtung möglich, nicht nur durch die Angabe von alphanumerischen Informationen, sondern auch möglicherweise durch die Darstellung derselben in unterschiedlichen Farben.
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Das erfindungsgemäße Vorrichtung stellt aufgrund seiner einfachen Bedienbarkeit lediglich geringe Anforderungen und Kenntnisse an den Benutzer, so dass die erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor auch für einen laienhaften Benutzer bedient zu werden.
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Auch sind die Betriebsparameter und der Status des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors einfach abrufbar und überprüfbar, so dass der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor sich nicht nur für den Fachmann, sondern auch für den weniger geübten Benutzer sich eignet, der lediglich Ultraschall-Sensoren beispielsweise zur Überprüfung der Fullstandshöhe in Ölbehältern, Wasserbehältern, Regensammelbehältern usw. in Haus, Hof und Garten einsetzt.
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Der vorteilhafte Aufbau und die gelungene Beschränkung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors erübrigen die zusätzlichen Ansteuerungen mittels externer, von außen anschließbarer Kontrolleinrichtungen, wie Überwachungs- und Betriebsparametereinstellgeräten, Adapter und Computereinrichtungen und dergleichen, um nicht nur die oben angegebenen Statusmöglichkeiten zu parametrieren, sondern auch die bereits gespeicherten zu überprüfen.
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Die gelungene Kombination der Einrichtungen zur Bereitstellung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors lassen aufgrund weniger Handgriffe die sowohl die Einstellung als auch die Überprüfung umfangreicher Betriebsparameter, wie Blindzonen, Erfassungsbereichen, Anfang und Ende derselben, Anfang und Ende der Schaltbereiche, Schalthysteresen, Schließer-/Öffnerfunktionen, Anfang und Ende der Analogbereiche, Charakteristiken der Analogausgänge, Strombereiche der Analogausgänge, Mittelwertbildungen, Funktionsmodi, Temperaturkompensationen, Freigaben/Sperren der Potentiometer, leicht visuell für den Benutzer und/oder akustisch zu.
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Ebenso zeichnet sich der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensors durch geringe Abmessungen aus, wenngleich zur Bedienung desselben der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensors von außen leicht zugänglich ist.
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Hinzutretend sind die Herstellungs- und Wartungskosten deutlich geringer im Vergleich zum Stand der Technik, so dass in wirtschaftlicher Hinsicht die Einsatzgebiete der Einsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors mannigfaltig sind.
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Daher kann auch in solchen Arbeitsbereichen nunmehr der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor vorteilhafterweise eingesetzt werden, innerhalb welcher bisher wegen der hohen Anschaffungs- und Wartungskosten, der erschwerten Einstell- und Bedienbarkeit herkommliche Ultraschall-Sensoren keine Verwendung fanden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur berührungslosen Entfernungsmessung kann den erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors in der industriellen Automatisierungstechnik verwenden, wobei
mindestens ein Ultraschallwandler, welcher zum Senden von Schallimpulsen und/oder Empfangen von Echosignalen geeignet ist, von einer Steuereinrichtung, welche zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen,
sowie
zur Auswertung der elektrischen Reaktionssignale
und
zur Ausgabe auf den oder die Schaltausgänge und/oder den Analogausgang geeignet ist,
mittels Statusimpulsen angesteuert wird,
die Steuereinrichtung von einer Kodiereinrichtung mittels Anweisungssignalen angesteuert wird,
eine optische Anzeigeeinrichtung, welche zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale geeignet ist, von der Steuereinrichtung/oder Kodiereinrichtung angesteuert wird,
die Anweisungssignale, die Statussignale, die Quittiersignalen und/oder die Reaktionssignale und sonstige Signale und/oder Betriebsparameter auf einem alphanumerischen Anzeigenfeld mit einer Digitalanzeige dargestellt werden, welches als Flüssigkristall- und/oder Leuchtdiodenanzeigefeld, vorzugsweise in Form eines Siebensegmentanzeigefelds, ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert dem Benutzer, nunmehr auf solche Anschlusserfordernisse und Anschlussgeräte zu verzichten und vor Ort unmittelbar vor Einbau oder bei oder nach Einbau dieser Vorrichtungen Endkontrollen über Betriebsparameter, Funktionskontrollen durchzuführen, ohne dass umständlicherweise sonstige Gerätschaften stets bereitgehalten werden müssen, ein Umstand, der verglichen mit dem Stand der Technik, hinzutretend die Wartungskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen deutlich verringert.
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Hinzukommend kann die Erfindung auf ein Verfahren zur berührungslosen Entfernungsmessung gerichtet sein, wobei in einem Gehäuse mindestens eine Einrichtung zur berührungslosen Entfernungsmessung, vorzugsweise ein Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Echosignalen, von einer Steuereinrichtung zum Ansteuern der Einrichtung mittels Statussignalen, zur Kontrolle der Einrichtung und/oder zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen angesteuert wird, eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Reaktionssignale der Steuereinrichtung an die Steuereinrichtung und/oder den Ultraschallsensor geschaltet wird, mit Hilfe einer Kodiereinrichtung die Steuereinrichtung und/oder Auswerteeinrichtung und/oder Anschlüsse angesteuert werden zum Eingeben von zum Beispiel Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung und/oder zur Konfiguration der Anschlüsse, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine an den Ultraschallsensor, die Steuereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung geschaltete optische Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignale und/oder elektrischen Reaktionssignale verwendet wird.
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Auch kann der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensors zur Verwendung in der industriellen Automatisierungstechnik mindestens ein Ultraschallwandler aufweisen, welcher Ultraschallwandler zum Senden von Schallimpulsen und/oder Empfangen von Echosignalen geeignet ist, von einer elektronischen Steuereinrichtung, welche
zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen, Auswertung der elektrischen Reaktionssignale und zur Ausgabe auf den oder die Schaltausgänge und/oder den Analogausgang geeignet ist, vorzugsweise mittels Statusimpulsen, angesteuert wird, eine Kodiereinrichtung die Steuereinrichtung mittels Anweisungssignalen ansteuert, die Steuereinrichtung und/oder Kodiereinrichtung eine optische Anzeigeeinrichtung, welche zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale, Quittiersignalen und/oder der Reaktionssignale und/oder sonstiger Signale oder Zeichen geeignet ist, und ein alphanumerisches Anzeigenfeld mit einer Digitalanzeige Anweisungssignale, die Statussignale, die Quittiersignalen und/oder die Reaktionssignale und sonstige Signale und/oder Betriebsparameter darstellt, welches als Flüssigkristall- und/oder Leuchtdiodenanzeigefeld, vorzugsweise in Form eines Siebensegmentanzeigefelds, ausgebildet ist.
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Hinzukommend wird die Zeit zum Anschließen der Kontrollgeräte an herkömmliche Ultraschall-Sensoren mit Hilfe der Kodiereinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der gleichzeitigen Anzeige der für die Betriebsparameter erforderlichen individuellen, gruppenweise, gemeinsamen, vorgebbaren oder veränderbaren Schwellenwerte zwecks Einstellung, Einspeicherung, Nachkontrolle derselben deutlich verringert.
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Durch die Bauweise des erfindungsgemäße Ultraschall-Sensors ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise eine sehr kostengünstige Herstellung der Ultraschall-Sensoren mit nachgeschalteten erforderlichen Einrichtungen, wie oben angegeben, so dass nicht nur in entsprechender Weise die erfindungsgemäßen Vorrichtungen verkleinert werden können, sondern auch die Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen deutlich vergrößert werden verglichen mit herkömmlichen Ultraschall-Sensoren, welche auf die oben angegebenen Arbeitsfelder beschränkt sind,
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Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur berührungslosen Entfernungsmessung in der industriellen Automatisierungstechnik den erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensor bzw. die Vorrichtung zur berührungslosen Entfernungsmessung verwenden, wobei in einem Gehäuse mindestens eine Einrichtung zur berührungslosen Entfernungsmessung, vorzugsweise ein Ultraschallsensor zum Senden von Ultraschall und/oder Empfangen von Echosignalen, von einer Steuereinrichtung
zum Ansteuern der Einrichtung mittels Statussignalen,
zur Kontrolle der Einrichtung und/oder
zur Verstärkung der Echosignale zu elektrischen Reaktionssignalen usw. angesteuert wird, eine Auswerteeinrichtung, welche Bestandteil der Steuereinrichtung sein kann, zur Auswertung der Reaktionssignale der Steuereinrichtung an die Steuereinrichtung und/oder den Ultraschallsensor geschaltet wird, mit Hilfe einer Kodiereinrichtung die Steuereinrichtung und/oder Auswerteeinrichtung und/oder Anschlüsse angesteuert werden zum Eingeben von zum Beispiel Anweisungssignalen an die Steuereinrichtung und/oder an die Auswerteeinrichtung und/oder zur Konfiguration der Anschlüsse, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine an den Ultraschallsensor, die Steuereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung geschaltete optische Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Anweisungssignalen, der Statussignale. Quittiersignale und/oder elektrischen Reaktionssignale verwendet wird.
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Gerade durch die leichte Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nunmehr auch der laienhafte, weniger geübte Benutzer solche Vorrichtungen bedienen, er braucht keine weiteren Zusatzgeräte im Gegensatz zu herkömmlichen Ultraschall-Sensoren.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere Einzelheiten, Aspekte, Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen.
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Die Zeichnungen zeigen lediglich als eine zeichnerische Vereinfachung in schematischer, stark vergrößerter Weise, ohne Anspruch auf eine maßstabsgetreue Wiedergaben in
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1 die Seitenansicht auf eine erfindungsgemäßen Ausführung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors zur berührungslosen Entfernungsmessung mit Anordnung der Anzeigeeinrichtung quer zur Mitte-Längsachse des Gehäuses,
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2 die Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Ausführung eines Ultraschall-Sensors zur berührungslosen Entfernungsmessung mit Anzeigeeinrichtung und Kodiereinrichtung längs zu der Mitte-Längsachse des Gehäuses
und
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3a, 3b, 3c und 3d Flussdiagramme zur Programmierung und bzw. Parametrierung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors
sowie
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4a, 4b Flussdiagramme zur Programmierung und bzw. Parametrierung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Sensors mit Darstellung der Anzeigeeinrichtung.
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Die Außenseite des Gehäuses 1 ist zylinderisch ausgebildet. Im Bereich des einen Endes ist ein Ultraschallwandler 5 angeordnet. Der Ultraschallwandler 5 ist ein Kombi-Wandler, welcher sowohl zum Senden von Schallimpulsen als auch zum Empfang von Echosignalen geeignet ist. An den Ultraschallwandler 5 ist eine elektronische Steuereinrichtung zum Ansteuern des Ultraschallwandlers, zur Kontrolle und zur Verstärkung der Echosignale geschaltet. Ebenso ist an die Steuereinrichtung eine oder mehrere Ausgangsstufen in Form von binären Schaltausgängen und/oder Analogausgang geschaltet (nicht gezeigt).
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Im Bereich des anderen Endes des Gehäuses 1 befindet sich eine Kodiereinrichtung 2. Über die Kodiereinrichtung werden die Anweisungssignale an die Steuereinrichtung eingegeben. Die Anweisungssignale werden zeitgleich über die an die Kodiereinrichtung auch gekoppelte optische Anzeigeeinrichtung 3 gezeigt. Die Kodiereinrichtung 2 umfaßt zwei Tasten.
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In einer anderen Ausführung können die Tasten auch in einem Betätigungstastenfeld angeordnet sein und naht voneinander beabstandet sein.
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Die Anzeigeeinrichtung 3 umfasst eine dreistellige Flüssigkristall- oder Leuchtdiodenanzeige, welche die Werte im Siebensegmentanordnung anzeigen. Unterhalb der Anzeigeeinrichtung 3 befindet sich noch eine zusätzliche optische Anzeige 7. Die zusätzliche optische Anzeige 7 dient zum Anzeigen beispielsweise Status von Betriebszuständen, Quittiersignalen, und dergleichen oder auch zur Funktionskontrolle, wie Betriebsbereitschaftsanzeige. Durch die Eingabe über die beiden Tasten werden die Anweisungssignale in alphanumerischer Weise gezeigt. Die Anzeigeeinrichtung 3 ist quer zu der Mitte-Längsachse des Gehäuses 1 ausgerichtet (1).
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In einer weiteren Ausführungsbeispiel befindet sich die Anzeigeeinrichtung parallel zu der Mitte-Längsachse. Zu beiden Seiten der Anzeigeeinrichtung befinden sich jeweils ein Tastenfeld bzw. eine Taste (2).
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Über die als Funktionstasten ausgebildete Kodiereinrichtung können die von dem Benutzer erwünschten Arbeitsweisen des Ultraschall-Sensors in Form von einstellbaren Parametern als Anweisungssignale, wie Blindzonen, Ende des Erfassungsbereichs, Anfang des Schaltbereichs, Ende des Schaltbereichs, Schalthysteresen, Schließer-Öffnerfunktionen, Anfang des Analogbereichs, Ende des Analogbereichs, Charakteristik des Analogausgangs, Strombereich des Analogausgangs, Mittelwertbildungen, Funktionsmodi, Temperaturkompensationen, Freigabe/Sperren der Potentiometer, usw. eingegeben werden. Die Anzeigeeinrichtung 3 und Kodiereinrichtungen 2 sind solche des herkömmlichen Typs.
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Auch ist es möglich, da die Anweisungssignale über die Anzeigeeinrichtung visuell dargestellt werden, die Steuereinrichtung zu programmieren, beispielsweise in Menüteilen, Hauptmenü und Untermenüs, wobei das Hauptmenü Sprache, Relativmessungen, Anfang und Ende des Schaltbereichs umfassen können. Das Untermenü kann umfassen die Auflösung, Sperrbereich, Erweiterungen, Schaltbereicherweiterungen, Hysteresen, arithmetische Mittelwerte. Schaltfrequenzen, axiale Geschwindigkeiten, Analogausgaben, Anfang und Ende des Analogbereichs, Referenzmessungen.
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Auch kann durch die zeitgleiche und überprüfbare Möglichkeit der über die beiden Tasten eingegebenen Anweisungssignale das Hauptmenü im Falle der Programmierung dergestalt erweitert werden, dass nicht nur Sprache, Relativmessungen und Schaltbereich definiert werden, sondern zusätzlich noch Multiplexbetriebe ein/aus, Kalibrierungen möglich sind. So zeigen beispielsweise die in 3a–3d wiedergegebene Flussdiagramme die vielfältigen Möglichkeiten der Programmierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche lediglich durch die Verwendung von einer dreistelligen Leuchtdiodenanzeige des Siebensegmentanzeigetyps in Kombination mit zwei Tasten und ggf. einer zusätzlichen Anzeige zum Anzeigen der Quittiersignalen gespeicherter Anweisungssignale in hinreichender Weise bereitstellen. Die Flussdiagramme zeigen Programmierungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche üblicherweise im Stand der Technik umständlicherweise die Verwendung von tragbaren Computer und dergleichen erfordern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anzeigen der Betriebsparameter kann dergestalt ausgeführt sein, dass im laufenden Betrieb der aktuelle Entfernungswert auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Betätigt nun der Benutzer eine bestimmte Taste der Kodiereinrichtung, zum Beispiel die linke Taste, wechselt die Anzeige von der Darstellung des aktuellen Entfernungswerts auf die Darstellung der eingestellten Betriebsparameter. Mit jedem weiteren Tastendruck wird der nächste Betriebsparameter auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt. Zum Beispiel zunächst der eingestellte Schaltpunkt des Schaltausgangs, dann dessen Funktion Öffner/Schließer. Falls der erfindungsgemäße Ultraschall-Sensor einen zusätzlichen Analogausgang besitzt, die Knickpunkte der Analogkennlinie und zum Schluss der Parameter, der anzeigt, ob die Analogkennlinie steigende oder fallende Charakteristik hat. Hat der Benutzer nach einigen Tastendrücken alle Parameter ausgelesen, wird auf die Anzeige wieder der aktuelle Entfernungswert angezeigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einstellen eines Schaltpunkts eines binären Schaltausgangs kann dergestalt ausgeführt werden (siehe 3a–3d und 4a–4b), dass im laufenden Betrieb der aktuelle Entfernungswert auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Betätigt nun der Benutzer zwei Tasten der Kodiereinrichtung gleichzeitig für eine längere Zeit von zum Beispiel ca. 3 Sekunden, erscheint auf der Anzeige eine kurze Textmeldung zur Begrüßung. Lässt der Benutzer die Taste der Kodiereinrichtung anschließend los, wird der aktuelle Schaltpunkt des Schaltausgangs in mm oder cm auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt. Die Anzeigeeinrichtung blinkt dabei, um dem Benutzer zu signalisieren, dass er sich nun im Einstellmenü oder Programmiermode befindet.
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Mit der ersten Taste kann der Wert für den Schaltpunkt des Schaltausgangs erhöht und mit der zweiten Taste erniedrigt werden. Ist der neue Schaltpunkt gefunden, kann durch gleichzeitiges Betätigen beider Tasten diese neue Einstellung übernommen und zur nächsten Stufe im Einstellmenü gewechselt werden. Hier kann ein weiterer Schaltpunkt für den Schaltausgang mit Hilfe der beiden Tasten der Kodiereinrichtung eingestellt, oder aber sofort durch Betätigen beider Tasten zum nächsten Menüpunkt gewechselt werden.
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Im letzten Menüpunkt für einen Schaltausgang kann die Ausgangscharakteristik Öffner/Schließer gewählt werden. Auch hier kann wieder die gewählte Einstellung mit einem gleichzeitigen Druck auf beide Tasten bestätigt und übernommen werden und somit zum nächste Menüpunkt fortgeschritten werden. Hat der Benutzer die gesamte Einstellprozedur durchlaufen, kommt er zum Ende der Menüstruktur, die auf der Anzeigeeinrichtung mit ”End” dargestellt wird. Hier kann er sich entscheiden, ob er die Einstellprozedur verlassen will oder zurückgeht, um entweder die vorgenommenen Einstellungen noch einmal zu verändern oder aber, sofern der Sensor einen weiteren Ausgang, wie zum Beispiel einen Analogausgang, hat, die Menüstruktur für den Analogausgang zu durchlaufen.
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Wird nach Durchlaufen der Menüstruktur der letzte Punkt ”End” mit gleichzeitigem Druck beider Tasten bestätigt, wird die Einstellprozedur verlassen, die Anzeigeeinrichtung hört auf zu blinken, und auf der Anzeigeeinrichtung erscheint wieder der aktuelle Entfernungswert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in einer ersten Programmierebene einfache Einstellungen wie Schaltpunkte, Ausgangscharakteristik Öffner/Schließer und die Knickpunkte einer Analogkennlinie einstellen.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsvariante lassen sich in einer zweiten Programmierebene weitere Sensorparameter einstellen. Um diese zweite Einstellebene aufzurufen, kann der Benutzer zum Beispiel die beiden Taster der Kodiereinrichtung gleichzeitig für eine längere Zeit, vorzugsweise 10 bis 15 Sekunden, betätigen, bis auf der Anzeigeeinrichtung eine kurze Textmeldung erscheint, die ihm signalisieren soll, dass er sich nun in der zweiten Programmierebene befindet. Nach dem Loslassen der beiden Taster fängt die Anzeigeeinrichtung an zu blinken, um dem Benutzer zu signalisieren, dass dieser sich in einem Einstellmenü oder Programmiermode befindet.
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In der obersten Ebene dieses Einstellmenüs kann der Benutzer nun auswählen, oh er die Blindzone des Sensors, die Hysteresen der Schaltausgänge, die Leuchtstärke der Anzeigeeinrichtung, die Kalibrierung der Temperaturkompensation, oder eine spezifische Sensoradresse einstellen möchte. Hier sind den Möglichkeiten, dem Benutzer Ultra-Sensorparameter oder sonstige Betriebsparameter zugänglich zu machen, keine Grenzen gesetzt. Das Menü lässt sich um nahezu beliebig viele Einstellparameter erweitern.
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Hat sich der Benutzer für Einstellung eines Betriebsparameters entschieden, wählt er diesen wieder mit Betätigen beider Tasten aus. In der zweiten Stufe des Menüs kann er dann den spezifischen Parameter direkt abändern und die vorgenommen Änderungen erneut mit Druck auf beide Tasten bestätigen. Hat er diese Menüstruktur durchlaufen, signalisiert ihm die Textanzeige ”End”, dass er hier die zweite Programmierebene verlassen, oder aber zurückkehren kann, um einen anderen Parameter für die Einstellung auszuwählen. Entscheidet er sich, diese zweite Programmierebene zu verlassen, hört die Anzeigeeinrichtung auf zu blinken und zeigt anschließend den aktuellen Entfernungswert wieder an.
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Natürlich lassen sich die aufgezeigten Menüstrukturen auch mit einer Kodiereinrichtung mit drei und mehr Tasten bedienen. Bei einer Kodiereinrichtung mit drei Tasten würden dann zwei der Tasten zur Veränderung der Einstellwerte dienen und die dritte Taste wäre die Bestätigungstaste (Enter-Taste). Auch sind andere Menüstrukturen denkbar. Einfachere Menüstrukturen, bei denen zum Beispiel die zweite Menüebene entfällt, aber auch komplexere Menüstrukturen mit weiteren Menüebenen.
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Gerade die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, dass durch die erfinderische Kombination der Anzeigeeinrichtung 3 mit Kodiereinrichtungen 2 der Verkleinerung derselben keine Grenzen gesetzt sind bis auf die Möglichkeit der Grenzen der Lesbarkeit solcher Anzeigeeinrichtungen. Zudem zeigt es sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einer deutlichen Kostensenkung bei der Herstellung von Vorrichtungen zur Entfernungsmessung und bei Wartung und bei Kontrolle derselben führt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine sehr kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Ultraschall-Sensoren und erweitert die Einsatzfelder von Ultraschall-Sensoren durch die leichte Bedienbarkeit und die geringen Anforderungen an die Infrastruktur auch fur solche Bereiche, die bisher aufgrund des Erfordernisses der Verwendung zusätzlicher Auswerte- und Programmier-, sowie Kontrollgeräte bisher verschlossen waren.
