DE102005044188A1

DE102005044188A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs

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Publication number: DE102005044188A1
Application number: DE102005044188A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr.-Ing. Benecke; Walter Prof. Dr.-Ing. Lang; Mirco Dipl.-Ing. Meiners; Reiner Dipl.-Ing. Jedermann
Original assignee: Universitaet Bremen
Current assignee: Universitaet Bremen
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs, insbesondere des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter 10, bei dem mittels eines Senders 15 ein elektromagnetisches Signal in das Reservoir 10 gesendet wird, bei dem ein Empfänger 13 das Signal empfängt und bei dem eine Auswerteeinheit das empfangene Signal zum Bestimmen des Füllstandes auswertet, wird auf einfache Weise und mit geringer Störanfälligkeit eine Bestimmung des Füllstandes ermöglicht, wenn die Auswerteeinheit aus der Signalstärke des empfangenen Signals den Füllstand ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs, insbesondere des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, bei dem mittels eines Senders ein elektromagnetisches Signal in das Reservoir gesendet wird, bei dem ein Empfänger das Signal empfängt und bei dem eine Auswerteeinheit das empfangene Signal zum Bestimmen des Füllstandes auswertet. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs, insbesondere des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, mit einem dem Reservoir benachbart angeordneten Sender zum Senden eines elektromagnetischen Signals in das Reservoir, mit einem dem Reservoir zugeordneten Empfänger für das Signal und mit einer Auswerteeinheit für das empfangene Signal zum Bestimmen des Füllstandes.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 199 01 814 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ist eine Vielzahl von Transponder-Niveauschaltern in einem Kraftstofftank angeordnet, wobei die Transponder-Niveauschalter kapazitiv zwischen dem freien Zustand und dem in den Kraftstoff eingetauchten Zustand aufgrund der geänderten Dielektrizitätskonstante unterscheiden. Das so erzeugte Schaltergebnis wird an einen dem Kraftstofftank zugeordneten Empfänger übertragen. Auf diese Weise werden mechanische Bauteile vermieden und eine Beschädigung einer eventuellen Elektronik durch Eindringen von Kraftstoff verhindert. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren ist, dass mit einem solchen Transponder-Niveauschalter jeweils nur diskrete Flüssigkeitsstände abgefragt werden können. Für eine genaue Bestimmung des jeweiligen Füllstandes ist somit eine Vielzahl von Transponder-Niveauschaltern erforderlich. Der Aufbau der bekannten Vorrichtung wird dadurch zum Erzielen eines guten Messergebnisses unerwünscht kompliziert.

Zur Bestimmung des Füllstandes in einem Reservoir ist es außerdem allgemein bekannt, einen mechanisch gedämpften Schwimmer zu verwenden, der beispielsweise an einem Hebelarm befestigt ist, wobei im Schwenklager dann eine Kopplung mit einem Potentiometer erfolgt. Nachteilig bei derartigen Messanordnungen ist, dass in Folge der Vielzahl der mechanisch beweglichen Elemente eine erhebliche Störanfälligkeit in Folge Verschleiß oder Verschmutzen auftritt.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes anzugeben, mit denen sich einfach und störungsunanfällig genaue Bestimmungen des Füllstandes durchführen lassen.

Das Problem wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Auswerteeinheit aus der Signalstärke des empfangenen Signals den Füllstand ermittelt. Das Problem wird außerdem dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Auswerteeinheit zum Ermitteln des Füllstandes aus der Signalstärke des empfangenen Signals geeignet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Bestimmung des Füllstandes die Tatsache genutzt, dass sich die Signalstärke mit zunehmenden Abstand zwischen Sender und Empfänger reduziert. Hierbei wird das physikalische Prinzip der induktiven Energieübertragung genutzt, wobei über das Gesetz von Biot-Savart und den Durchflutungssatz das magnetische Feld mit dem Abstand zweier Spulen, eigentlich Leiterschleifen, verknüpft wird. Dabei ergibt sich im sogenannten Nahfeld ein Abfall der Signalstärke reziprok zum Abstandsquadrat mit einer Dämpfung von 40 Dezibel je Dekade und im Fernfeld ein Abfall der Signalstärke reziprok zum Abstand mit einer Dämpfung von 20 Dezibel je Dekade.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit die Signalstärke des empfangenen Signals mittels einer Lastmessung am Sender ermittelt. Diese Weiterbildung ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des Empfängers, da hier prinzipiell lediglich die Last am Sender gemessen werden muss.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ermittelt die Auswerteeinheit die Signalstärke des empfangenen Signals mittels eines Tags. Derartige Tags basieren auf der RFID-(Radio Frequenz Identifikation) Technologie, die ursprünglich zur Identifizierung von Sachgegenständen gedacht war. Vorzugsweise wird mittels des Tags das empfangene Signal zurückgestreut. Auf diese Weise können Sender- und Auswerteeinheit außerhalb des Reservoirs angeordnet werden. Der Tag selber ist dabei verhältnismäßig störungsunanfällig, da er in geschlossener Bauweise ausgeführt werden kann. Es ist außerdem von Vorteil, wenn ein Signal einer anderen Frequenz zurückgestreut wird, damit eine Unterscheidung zwischen der ausgesendeten Signalstärke und der zurückgestreuten Signalstärke möglich ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das empfangene Signal mittels Erfassungsmitteln erfasst. Der Wert der Signalstärke kann digital codiert übertragen werden. Auf diese Weise lassen sich Störungen bei der Übertragung des Wertes minimieren. Außerdem ist es von Vorteil, wenn ein RF-Signal verwendet wird. Derartige RF-(Radio Frequenz) Signale ermöglichen auch eine Messung an eher unzugänglichen Stellen, an denen beispielsweise geeignete Transponder angeordnet werden können, ohne dass zusätzliche störende Quellen mit in die Messumgebung eingebracht werden müssen.

Es kann außerdem vorteilhaft sein, einen weiteren Tag als Referenz zu verwenden. Dies ermöglicht eine Kompensation betreffend der Alterung der elektrischen Komponenten, oder einem Verschmutzen des Reservoirs.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Rauschunterdrückung eine Modulation des Signals mit einem niederfrequenten Takt erfolgt. Es ist dabei weiter von Vorteil, wenn eine Störunterdrückung mittels eines Bandpasses durchgeführt wird. Diese Schaltung ist gegen Störquellen mit einem Rauschspektrum oder einer festen Frequenz, die ungleich der Trägerfrequenz ist, verhältnismäßig unempfindlich.

Das Ergebnis lässt sich noch verbessern, wenn zur Rauschunterdrückung eine Modulation des Signals mit einer Pseudorandomsequenz durchgeführt wird. In diesem Fall könnten lediglich Störquellen das Ergebnis nachteilig beeinflussen, die ebenfalls dieser statistischen Verteilung genügen würden. Dies ist bei Störquellen im Allgemeinen aber nicht der Fall. Eine bessere Abschirmung gegen andere Sender in einem ähnlichen Frequenzbereich ergibt sich außerdem durch die Verwendung eines Bandspreizverfahrens. Ein neuerer Standard eines solchen Bandspreizverfahrens ist beispielsweise das DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).

Das Messergebnis lässt sich dadurch verbessern, dass die Auswerteeinheit Informationen aus dem Betrag und der Phase des zurückgestreuten Signals ermittelt.

Besonders einfach wird bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bestimmen des Füllstandes, wenn es mittels Vergleich mit einer Kalibrierkurve erfolgt. Zu diesem Zweck können Kalibrierkurven bei bekannten Parametern aufgenommen und in einem Speicher abgespeichert werden. Der im Betrieb bestimmte Wert der Signalstärke ist dann lediglich mit den abgespeicherten Werten der Kalibrierkurve zu vergleichen, um daraus den jeweiligen Füllstand zu ermitteln.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sender ein RF-Sender und der Empfänger ein RF-Empfänger ist. Durch die Verwendung des Radio-Frequenz-Signales lässt sich eine Messung durch die Verwendung eines RF-Identifikationschips, insbesondere eines sogenannten Tags, auch an unzugänglichen Stellen einfach und präzise durchführen. Vorzugsweise ist der Tag ortsfest in dem Reservoir angeordnet. Ein solcher ortsfester Tag kann beispielsweise am Boden des Reservoirs angeordnet sein und die stärkere Dämpfung des RF-Signals in der Flüssigkeit nutzen. Es ist aber auch möglich, den Tag verschiebbar mit dem Füllstand nach Art eines Schwimmers anzuordnen. Hierbei bewegt sich der Tag mit dem Füllstand, so dass sich der Abstand zwischen Sender und Tag mit dem Füllstand ändert. Der Vorteil gegenüber üblichen schwimmerbasierten Messvorrichtungen ist, dass kein verschleißanfälliges Potentiometer verwendet werden muss.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Tag zum Rückstreuen des Signals ausgebildet ist. In diesem Fall ist im Bereich des Tags keine nennenswerte Auswerteelektronik erforderlich, da das zurückgestreute Signal empfangen und ausgewertet werden kann. Vorzugsweise ist der Tag dabei zum Rückstreuen des Signals auf einer anderen Frequenz ausgebildet. Dies ermöglicht eine senderseitige Unterscheidung zwischen ausgesendetem und empfangenen Signal.

Im einfachsten Fall ist der Tag als passives Bauteil ausgebildet. Dies reduziert den Schaltungsaufwand im Bereich des Tags. Es ist aber auch möglich, den Tag als aktives Bauteil auszubilden. In diesem Fall kann der Tag Erfassungsmittel zum Erfassen des empfangenen Signals aufweisen. Bei der Ausführungsform mit dem als aktives Bauteil ausgebildeten Tag kann dieser außerdem Mittel zur digital codierten Rückübertragung des Wertes der Signalstärke aufweisen. In diesem Fall lassen sich Störungen durch andere Quellen effizient unterdrücken.

Eine andere Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass ein weiterer Tag zur Kompensation vorgesehen ist. Dieser Tag kann beispielsweise in definierter Umgebung angeordnet sein, und auf diese Weise ein Referenzsignal bekannter Qualität zurückstreuen. Änderungen der Umgebung wirken sich dann auf die Signale sowohl des Tags, als auch des weiteren Tags aus, so dass mittels der Signale des weiteren Tags eine Kompensation des Messergebnisses möglich ist.

Bei einer anderen Ausführungsform sind Mittel zur Lasterfassung vorgesehen. Diese Mittel zur Lasterfassung können beispielsweise dazu dienen, die RFID-Komponenten vom Lesegerät aus zu betrachten und die Änderung der Dämpfung des Trägerfeldes durch den Tag in Abhängigkeit seines Abstandes zu messen. Der Tag kann hierbei als einfache Lastimpedanz zum Beispiel als ein auf das Trägerfeld abgestimmter Schwingkreis ausgelegt werden.

Es ist weiter von Vorteil, wenn Modulationsmittel für das Signal vorgesehen sind. Die Modulation kann beispielsweise mit einem niederfrequenten Takt oder mit einer Pseudorandomsequenz erfolgen. Wenn dann ein geeignetes Filter für das empfangene Signal verwendet wird, lassen sich Störquellen wirkungsvoll unterdrücken. Als Filter bei der Verwendung eines niederfrequenten Taktes eignet sich insbesondere ein Bandpass. Bei der Verwendung einer Pseudorandomsequenz ist ein entsprechender elektronischer Pseudorandom-Filter sinnvoll.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit den Erfindungsmerkmalen,
2 eine graphische Darstellung des Abfalls der Signalstärke mit dem Abstand,
3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
4 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs 10 mit den Erfindungsmerkmalen. Bei dem Reservoir 10 handelt es sich um den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges. Es kann allerdings auch ein anderes Reservoir, wie beispielsweise ein Wischwassertank, ein Kühlwassertank oder ein Ölbehälter sein.
Das Reservoir 10 ist bis zu einer Oberfläche 11 mit einer Flüssigkeit 12 befüllt. Im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche 11 ist ein erster Empfänger 13, im Bereich des Bodens des Reservoirs 10 ein zweiter Empfänger 14 und in der 1 an der Oberseite des Reservoirs 10 ein Sender 15 angeordnet. Der erste Empfänger 13 und der zweite Empfänger 14 sind als sogenannte RFID (Radio Frequenz Identification) Tags ausgebildet und der Sender 15 ist ein RF-Sender 15 zum Aussenden eines elektromagnetischen RF-Feldes.
2 zeigt schematisch eine Darstellung der Dämpfung der Signalstärke mit zunehmendem Abstand. Auf der Abszisse ist der Abstand von dem Sender 15 und auf der Ordinate die Signalstärke des Signals aufgetragen. Ein mit gestrichelten Linien dargestellter Graph A gibt den Verlauf der Signalstärke am Ort des ersten Tags 13 und ein ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellter Graph B den Verlauf der Signalstärke am Ort des zweiten Tags 14 wieder. Wie sich der Figur entnehmen lässt, ist der Verlauf der Graphen prinzipiell zu unterscheiden in einen Bereich des Nahfeldes, in dem die Signalstärke reziprok zum Abstandsquadrat 0 mit 40 Dezibel je Dekade abfällt und einen Bereich des Fernfeldes, in dem die Signalstärke reziprok zum Abstand mit 20 Dezibel je Dekade abfällt. Der Übergang zwischen Nahfeld und Fernfeld wird bestimmt durch die Gleichung
Zur Bestimmung des Abstandes der Flüssigkeitsoberfläche 11 von dem Sender 15 und somit des Füllstandes in dem Reservoir 10 wird zunächst unter definierten Bedingungen die Kurve A ermittelt und beispielsweise in dem Sender 15 abgespeichert. Zu diesem Zweck wird bei einer Vielzahl von Abständen des Tags 13 von dem Sender 15 von diesem ein Signal ausgesendet und die am Tag 13 empfangene Signalstärke ermittelt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Last des Senders 15 bei Aussenden des RF-Signals bestimmt wird, da die Last abhängig von dem Anteil des RF-Signales ist, das am Ort des Tags 13 entnommen wird. Es ist aber auch möglich, am Ort des Tags 13 direkt die Signalstärke zu bestimmen, oder mittels des dann als aktives Bauteil ausgebildeten Tags 13 ein Signal an den Sender 15 zurück zu übertragen, und dort auszuwerten. Nach Bestimmen der Kurve A ergibt sich für jeden Wert der Signalstärke am Ort des Tags 13 ein Abstand zum Sender 15, der wiederum direkt dem Füllstand im Reservoir 10 zugeordnet werden kann.
Es wird auf ähnliche Weise die Kurve B für den zweiten Tag 14 ermittelt, so lässt sich mittels des Tags 14 eine Referenzsignalstärke an einem bekannten Ort ermitteln, da der Tag 14 fest an dem Reservoir 10 angeordnet ist. Eventuelle Änderungen durch Verschmutzung, oder durch Alterung der elektronischen Bauteile wirkt sich somit direkt auf die Referenzsignalstärke des Tags 14 und auf die Signalstärke des Tags 13 aus, so dass entsprechend kompensiert werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform eines Senders 16 und eines Tags 17. Der Sender 16 hat einen Frequenzgenerator 18 zum Erzeugen einer Trägerfrequenz von 13 Megahertz. Der Frequenzgenerator 18 ist mit einem Sendeverstärker 19 verbunden, der eine Antenne 20 mit dem verstärkten Frequenzsignal beaufschlagt. Die Antenne 20 ist außerdem mit einem Filter 21 verbunden, das bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Bandpass bei der Frequenz von 850 Kilohertz ist. Der Bandpass 21 leitet das gefilterte Signal wiederum an einen Demodulator 22 weiter, dessen Ausgang mit einer Anzeige 23 verbunden ist. Der Antenne 20 zugeordnet hat der Tag 17 eine Antenne 24, der ein Gleichrichter 25, ein Teiler 26 und ein Modulator 27 parallel geschaltet sind. Außerdem ist der Ausgang des Teilers 26 mit dem Modulator 27 verbunden.
Der Frequenzgenerator 18 erzeugt ein Frequenzsignal mit einer Frequenz von 14 Megahertz, das von dem Senderverstärker 19 verstärkt an die Antenne 20 weitergeleitet wird. Die Antenne 20 sendet das so erzeugte RF-Signal mit einer Frequenz von 13 Megahertz aus. Die Antenne 24 empfängt das von der Antenne 20 ausgesendete Signal. Dieses Signal wird von dem Gleichrichter 25 zur Energieversorgung des Tags 17 gleichgerichtet und von dem Teiler 26 geteilt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel teilt der Teiler 26 das Signal um einen Faktor 16 und liefert die so erzeugte Frequenz dem Lastmodulator 27. Der Lastmodulator 27 wiederum erzeugt eine mit der Frequenz des Teilers 26 modulierten Last. Das von der Antenne 24 reflektierte Signal wird von der Antenne 20 wiederum empfangen und an den Bandpass 21 weitergeleitet, der im wesentlichen nur das mit der Frequenz des Teilers 26 erzeugte Lastmodulationssignal durchlässt und an den Demodulator 22 weiterleitet. Das dort empfangene Signal wird demoduliert und der Intensität nach auf der Anzeige 23 angezeigt. Diese Intensität ist ein Maß für den Abstand zwischen den Spulen 20 und 24. Bei geeigneter Kalibrierung oder im Vergleich mit einem Referenzdatensatz wird auf der Anzeige 23 der gewünschte Füllstand in dem Reservoir 10 angezeigt.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltungsaufbaus eines Senders 28 und eines Tags 29 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Elemente tragen die gleichen Bezugsziffern. Im Gegensatz zu dem Sender 16 weist der Sender 28 einen Prozessor 30 auf, in dem beispielsweise Modulation, Demodulation und Sendeverstärkung durchgeführt werden. Ein Eingang des Prozessors 30 ist mit einem Taktgenerator 31 für einen niederfrequenten Takt verbunden. Der niederfrequente Takt beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 10 Kilohertz. Außerdem ist ein weiterer Eingang des Prozessors 30 mit dem Frequenzgenerator 18 verbunden. Ein Ausgang des Prozessors 30, nämlich von dessen Sendeverstärker ist mit der Antenne 20 verbunden. Ein weiterer Ausgang des Prozessors ist mit einem Filter 32, nämlich einem Bandpass der Frequenz 10 Kilohertz verbunden, dessen Ausgang wiederum mit einer Anzeige 33 verbunden ist.
Die Antenne 24 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel von 3 mit einem Gleichrichter 25 verbunden, der seinerseits einen Frequenzteiler 34 zum Teilen der empfangenen Frequenz um den Faktor 32 anspricht. Ein Modulator 35 wird mit der so erzeugten Hilfsträgerfrequenz von 423,75 Kilohertz beaufschlagt und leitet ein damit moduliertes Signal an die Antenne 24 weiter, die wiederum dieses Signal aussendet.
Zum Bestimmen des Füllstandes in dem Reservoir 10 wird von dem Prozessor 30 die Trägerfrequenz des Frequenzgenerators 18 mit dem niederfrequenten Takt des Taktgenerators 31 moduliert, und verstärkt an die Antenne 20 weitergeleitet. Von dort wird ein Signal der Frequenz 13,56 Megahertz an die Antenne 24 übertragen. Das von der Antenne 24 empfangene Signal wird vom dem Gleichrichter 25 gleichgerichtet und an den Frequenzteiler 34 weitergeleitet, der mittels Teilen der empfangenen Frequenz durch den Faktor 32 die Hilfsträgerfrequenz 423,75 Kilohertz erzeugt. Mittels dieser Hilfsträgerfrequenz wird ein Signal von dem Modulator 35 moduliert und an die Antenne 24 weitergeleitet. Die Antenne 24 sendet das so erzeugte Signal aus, welches wiederum von der Antenne 20 empfangen und von dem Prozessor 30 an den Bandpass 32 weitergeleitet wird. Der Bandpass 32 lässt die Anteile des Signals, deren Frequenz 10 Kilohertz beträgt, durch und zeigt den so gefilterten Anteil auf der Anzeige 33 als Maß für den Füllstand in dem Reservoir 10 an.
Zusammenfassend kann das Zusammenspiel der Antennen 20, 24 ähnlich dem Kopplungsfaktor eines galvanisch entkoppelten Spulenpaares aufgefasst werden. Der Kopplungsfaktor ist das Verhältnis der Gegeninduktivität zur Eigen- bzw. Selbstinduktivität der beiden Spulen. Beim Transformator bestimmt der Kopplungsfaktor das Spannungsverhältnis der primärseitig eingespeisten Spannung zur sekundärseitig übertragenen Spannung. Bei einer Änderung des Abstandes der Spulen zueinander, ändert sich auch die auf der Sekundärseite eingekoppelte Spannung, die sich letztlich messen lässt. Diese Messwerterfassung kann sowohl am Sender, als auch am Tag erfolgen. Dabei wird entweder direkt die Last gemessen, oder es wird für die Messung am Tag eine Lastmodulation mit Hilfsträgerfrequenz verwendet.
Die folgenden verschiedenen Messverfahren sind möglich:
– direkte Lastmessung am Sender
Bei der direkten Lastmessung betrachtet man die RFID-Komponenten vom Sender aus und misst die Änderung der Dämpfung des Trägerfeldes durch den Tag in Abhängigkeit seines Abstandes. Der Tag kann hierbei als einfache Lastimpedanz, z.B. ein auf das Trägerfeld abgestimmter Schwingkreis, ausgelegt werden.
– Messung der am Transponder empfangenen Leistung am Tag
Der Tag misst die an seiner Spule eingekoppelte Spannung über einen AD-Wandler. Dieser Wert wird digital codiert über den Hilfsträger an den Sender überfragen.
– Messung der reflektierten Leistung am Lesegerät
Auf der Transponderseite steht bei passiven Systemen nur begrenzt Leistung für optionale Messtechniken zur Verfügung, so dass es günstiger sein kann, die eigentliche Messung im Sender durchzuführen. Bei diesem Lösungsansatz wird die vom Transponder an den Sender reflektierte Leistung gemessen. Um eine Unterscheidung auf der Senderseite zu ermöglichen, sendet der Transponder nicht mit der gleichen Trägerfrequenz, sondern mit einer niedrigeren Hilfsträgerfrequenz, die am Sender über einen Bandpass demoderiert wird. Eine prinzipielle Schaltungsanordnung ist in 4 gegeben. Durch den Einsatz erweiterter Modulationsverfahren lässt sich die Störfestigkeit des gesendeten Signals verbessern.
– zusätzliche Modulation mit einem niederfrequenten Takt
Das Senden des Hilfsträgers wird im Transponder durch ein niederfrequentes Taktsignal gesteuert. Am Empfänger wird ein zusätzlicher Bandpass mit gleicher Frequenz nachgeschaltet. Diese Schaltung ist gegen Störquellen mit einem Rauschspektrum oder einer festen Frequenz, die ungleich der Trägerfrequenz zu wählen ist, unempfindlicher. Es besteht jedoch die Gefahr, dass eine Störquelle möglicherweise auf einer Frequenz abstrahlt, die dem Taktsignal sehr nahe ist.
– Anlegen eines niederfrequenten Taktsignales über die gesamte Strecke
Das Feld des Senders wird mit einem niederfrequenten Taktsignal moduliert. Im Transponder wird das niederfrequente Taktsignal demoduliert und wieder genutzt, um den Hilfsträger zu modulieren. Im Sender kann das empfangene Signal mit dem gesendeten Signal in Betrag und Phase verglichen werden, was die Störfestigkeit erhöht.
– Modulation mit einer Pseudorandom-Sequenz
Der Frequenzbereich bei 2,4 Gigahertz wird von mehreren Funknetzen gleichwertig benutzt, wie beispielsweise Wlan, Bluetooth, ZigBee und weitere ISM-Netze. Um die Netze gegeneinander abzuschirmen, werden verschiedene Bandspreizverfahren verwendet. Die neueren Standards arbeiten nach dem Direct Sequence Spread Spectrum-Verfahren, kurz DSSS.

10: Reservoir
11: Oberfläche
12: Flüssigkeit
13: Tag
14: Tag
15: Sender
16: Sender
17: Transponder
18: Frequenzgenerator
19: Sendeverstärker
20: Antenne
21: Filter
22: Demodulator
23: Anzeige
24: Antenne
25: Gleichrichter
26: Teiler
27: Modulator
28: Sender
29: Tag
30: Prozessor
31: Taktgenerator
32: Filter
33: Anzeige
34: Teiler
35: Modulator

Claims

Verfahren zum Bestimmten des Füllstandes eines Reservoirs (10), insbesondere des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, bei dem mittels eines Senders (15, 16, 28) ein elektromagnetisches Signal in das Reservoir (10) gesendet wird, bei dem ein Empfänger (13, 14, 17, 29) das Signal empfängt, und bei dem eine Auswerteinheit das empfangene Signal zum Bestimmen des Füllstandes auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit aus der Signalstärke des empfangenen Signals den Füllstand ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit die Signalstärke des empfangenen Signals mittels einer Lastmessung am Sender (15, 16) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit die Signalstärke des empfangenen Signals mittels eines Tags (13, 14, 17, 29) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Tags (13, 14, 17, 29) das empfangene Signal zurückgestreut wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal einer anderen Frequenz zurückgestreut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal mittels Erfassungsmitteln erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Signalstärke digital codiert übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein RF-Signal verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Tag (14) als Referenz verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rauschunterdrückung eine Modulation des Signals mit einem niederfrequenten Takt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störunterdrückung mittels eines Bandpasses (21, 32) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rauschunterdrückung eine Modulation des Signals mit einer Pseudorandomsequenz durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit Informationen aus dem Betrag und der Phase des zurückgestreuten Signals ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandspreizverfahren durchgeführt wird zur Abschirmung gegen Störungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Füllstandes mittels Vergleich mit einer Kalibrierkurve erfolgt.
Vorrichtung zum Bestimmen des Füllstandes eines Reservoirs (10), insbesondere des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, mit einem dem Reservoir (10) benachbart angeordneten Sender (15, 16, 28) zum Senden eines elektromagnetischen Signals in das Reservoir (10), mit einem dem Reservoir (10) zugeordneten Empfänger (13, 14, 17, 29) für das Signal, und mit einer Auswerteinheit für das empfangene Signal zum Bestimmen des Füllstandes, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit zum Ermitteln des Füllstandes aus der Signalstärke des empfangenen Signals geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender ein RF-Sender (15, 16, 28) und der Empfänger ein RF-Empfänger (13, 14, 17, 29) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch einen RF-Identifikationschip, insbesondere einem Tag (13, 14, 17, 29).
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag (14) ortsfest an dem Reservoir (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag (13, 17, 29) verschiebbar mit dem Füllstand ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag (13, 14, 17, 29) zum Rückstreuen des Signals ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag (29) zum Rückstreuen des Signals auf einer anderen Frequenz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag als passives Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag als aktives Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag Erfassungsmittel zum Erfassen des empfangenen Signals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Tag Mittel zur digital codierten Rückübertragung des Wertes der Signalstärke aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Tag (14) zur Kompensation vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, gekennzeichnet durch Mittel zur Lasterfassung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, gekennzeichnet durch Modulationsmittel (22, 27, 35) für das Signal.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, gekennzeichnet durch einen Filter (21, 32) für das empfangene Signal, insbesondere einem Bandpass.