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Die
Erfindung betrifft das technische Gebiet der Belastungsdetektion.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Detektionsvorrichtung zur
kabellosen Detektion eines Belastungszustandes in einem Material
eines Fahrzeuges, ein Detektionssystem, welches eine solche Detektionsvorrichtung
enthält,
ein Verfahren zur kabellosen Detektion solcher Belastungszustände, die
Verwendung einer solchen Detektionsvorrichtung in einem Luftfahrzeug
und ein Luftfahrzeug mit einer solchen Detektionsvorrichtung.
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Technischer Hintergrund
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Bisher
bekannte Methoden zur Werkstoffprüfung umfassen verschiedenste
Prüfverfahren,
mit denen das Verhalten und die Werkstoffkenngrößen von fertigen Bauteilen
unter mechanischen, thermischen, elektrischen oder chemischen Beanspruchungen
ermittelt werden können.
Dabei sind die meisten dieser Verfahren hinsichtlich der benötigten Apparatur
sowohl sehr aufwändig
und kostenintensiv, und eine Analyse des zu untersuchenden Materials
kann meist nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen während des
Betriebes des Bauteils durchgeführt werden.
Somit ist eine sofortige Schadensanalyse nach einem möglichen
Schadensfall an einem Bauteil im Betrieb nur bedingt durch die bekannten
Werkstoffprüfverfahren
möglich.
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Um
Belastungszustände
aufzeichnen zu können
bzw. Schadensfälle
detektieren zu können, muss
eine Sensorik von ihren Abmessungen, ihrem Gewicht und ihrem Einfluss
auf das zu untersuchende Material derart angepasst werden, dass sie
eine Untersuchung des Bauteils während
des Betriebes ermöglicht.
Da bei Fahrzeugen, wie z. B. Luftfahrzeugen, eine sehr große Zeitspanne
für einen
Einsatz des Bauteils vorgesehen ist, müssen die bisher bekannten Messvorrichtungen
oder Sensoren mit einer ausreichenden eigenen Energiequelle ausgestattet sein.
Dies jedoch erhöht
in jeder Ausführungsform das
Gewicht des verwendeten Sensors, sowie die Abmessungen und die Einwirkungen
des Sensors auf das zu untersuchende Material.
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Gerade
im Bereich der Messung von Belastungszuständen von Luftfahrzeugen, die
während
ihres Einsatzes stark variierenden Druck- und Temperaturunterschieden
sowie extremen Wetterbelastungen ausgesetzt sind, ist diese Bereitstellung
einer leichten, in die Struktur integrierbaren und mit einer genügenden Energiequelle
ausgestatteten Sensorik eine technologisch schwierige Herausforderung.
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Um
weiterhin eine befriedigende Ortsauflösung der Belastungsdetektion
in beispielsweise einem Bauteil eines Luftfahrzeuges zu gewährleisten, muss
jeder einzelne Sensor, der Belastungszustände in diesem Bauteil nachweisen
soll, einzeln und mit einer kabelgebundenen Verbindung abgefragt
werden. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand zur Gewinnung der
Gesamtbelastungsdaten.
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Detektionsvorrichtung
zur Detektion eines Belastungszustandes in einem Material eines
Fahrzeuges anzugeben.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Detektionsvorrichtung zur kabellosen Detektion eines Belastungszustandes
in einem Material eines Fahrzeuges angegeben sowie ein Detektionssystem
zur kabellosen Detektion eines solchen Belastungszustan des, ein Verfahren
zur kabellosen Detektion eines Belastungszustandes, die Verwendung
einer solchen Detektionsvorrichtung in einem Luftfahrzeug sowie
ein Luftfahrzeug mit einer solchen Detektionsvorrichtung.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Detektionsvorrichtung zur kabellosen Detektion
eines Belastungszustandes in einem Material eines Fahrzeuges angegeben,
wobei die Detektionsvorrichtung eine Induktivität aufweist. Weiterhin weist
die Vorrichtung einen Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Flusses
durch die Induktivität auf
und einen Datenspeicher zum Speichern einer Information bezüglich einer Änderung
des Flusses. Dabei ist die Änderung
des Flusses auf einem Belastungszustand in dem zu untersuchenden
Material basierend.
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Die
Induktivität
der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
kann dabei eine Antenne, eine Antennenspule oder eine Spule sein,
durch die sich ein elektromagnetischer Fluss bei beispielsweiser
resonanter Einstrahlung eines elektromagnetischen Wechselfeldes
erzeugen lässt.
Der Datenspeicher der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung kann dabei
jegliche mechanische oder elektrische Vorrichtung sein, die zur
Speicherung einer Information bezüglich einer Änderung
des Flusses ausgeführt
ist.
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Wird
beispielsweise durch eine Änderung des
Flusses durch die Induktivität
ein Strom in der Induktivität
induziert, so kann den Datenspeicher in einfachster Form beispielsweise
ein sehr dünner
Draht darstellen, der bei diesem erzeugten Strom durchschmilzt.
Eine Speicherung würde
dabei der Veränderung
des Zustands des dann durchtrennten Drahtes entsprechen. Aber auch
eine Ausführung
des Datenspeichers in einem üblichen
Festkörper-basierten Speichermedium
ist möglich.
So kann der Datenspeicher beispielsweise in einem digitalen Schaltkreis
integriert sein, welcher beispielsweise auf einem Mikrochip realisiert
ist.
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Der
Magnet der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
kann jedes Material oder Gerät
sein, welches einen magnetischen Fluss durch die Induktivität hindurch
erzeugen kann. Dabei sind sowohl Permanentmagneten möglich als
auch beispielsweise ein Elektromagnet, der ein magnetisches Feld
in der Nähe
des Körpers
der Induktivität
erzeugt, so dass sich das Feld über
die Induktivität
erstreckt.
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Eine
mögliche Änderung
des magnetischen Flusses durch die Induktivität hindurch kann beispielsweise
dadurch verursacht werden, dass eine Relativbewegung zwischen dem
Magneten und der Induktivität
stattfindet. So ist beispielsweise eine Bewegung des Magneten möglich, die
eine Änderung des
magnetischen Flusses durch die Induktivität bewirkt. Aber auch eine mögliche Deformation
der Induktivität,
beispielsweise eine Deformation einer Spule oder Antennenspule,
kann eine Änderung
des Flusses verursachen.
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Dabei
basiert die Änderung
des Flusses auf einem einsetzenden Belastungszustand in dem zu untersuchenden
Material. Damit ist beispielsweise gemeint, dass durch eine akustische,
mechanische, thermische oder elektrische Belastung in dem Material
der magnetische Fluss durch die Induktivität geändert wird. Dies kann zum Beispiel
eine mechanische Dehnung, Streckung oder Verzerrung sein.
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Dies
kann dann in dem Datenspeicher als Änderung des Flusses und damit
als auftretender Belastungszustand gespeichert werden. Beispielsweise kann
eine mechanische Deformation der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung eine
Verschiebung, Verdrehung oder eine Positionsänderung des Magneten im Vergleich
zur Induktivität
hervorrufen, die gemäß des physikalischen
Induktionsgesetzes den magnetischen Fluss durch die Induktivität ändert und einen
Strom induziert.
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Die
in die Struktur integrierbare Detektionsvorrichtung mit Datenspeicher
kann somit selbstständig
messen. Das Messintervall ist abhängig von der Belastung bzw.
von der Dauer der durch die Belastung induzierten Flussänderung.
Damit ist die Funktion der Messwerterfassung eines Belastungszustandes
unabhängig
von einer externen Stromversorgung.
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Dabei
kann diese Detektionsvorrichtung sowohl auf das zu untersuchende
Material aufgebracht werden als auch eine Integration in die Materialstruktur
ist möglich.
Dies hat zur Folge, dass die Detektionsvorrichtung vollkommen von
dem zu untersuchenden Material umgeben ist und so Spannungs- und
Temperaturbelastungen gemessen werden können, die durch Oberflächenverfahren
so nicht nachweisbar sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die Detektionsvorrichtung weiterhin einen Kondensator
und eine Diode auf. Die Diode ist dabei zur Gleichrichtung von Wechselstrom
ausgeführt,
welcher Wechselstrom in der Induktivität induziert wird. Weiterhin
ist der Kondensator zur Aufladung durch den gleichgerichteten Wechselstrom
ausgeführt.
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Bei
dem Auftreten einer wechselnden Veränderung des magnetischen Flusses
durch die Induktivität,
wodurch nach dem physikalischen Induktionsgesetz in der Induktivität, wie beispielsweise
eine Antenne, ein Strom induziert wird, kann dieser daraus resultierende
Wechselstrom mittels der Diode bzw. einem Gleichrichter eine Gleichrichtung
dieses Wechselstroms vollzogen werden. Weiterhin kann mittels dieses
Stroms ein Kondensator aufgeladen werden und somit als Energiequelle
fungieren. Die elektrostatisch gespeicherte Energie kann zu einem beliebigen
Zeitpunkt für
jedwede andere Operation, wie beispielsweise die Beschreibung oder
Auslesung eines Datenspeichers oder das Erzeugen eines zu sendenden
elektromagnetischen Messsignals, benutzt werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist die Induktivität,
der Kondensator und die Diode als Bestandteile eines Antwortsenders ausgeführt.
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Dieser
Antwortsender, der auch als Transponder oder RFID Tag bezeichnet
werden kann, kann dann mittels eines RFID Lesesystems mit Energie durch
ein extern eingestrahltes elektromagnetisches Signal aktiviert und
zur Ausführung
verschiedenster Prozesse angeleitet werden. Beispielsweise ist damit eine
Aktivierung des Tags und eine weitere Aufforderung zur Sendung der
gespeicherten Belastungszustandsdaten möglich. Die Energie, die für diese
Prozesse des Antwortsenders nötig
ist, kann dabei von dem eingestrahlten elektromagnetischen Signal
gewonnen werden.
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Solche
Antwortsender bzw. Transponder bestehen in herkömmlicher Form aus einem Mikrochip, einer
Antenne, einem Träger
oder Gehäuse
sowie je nach Variante eines aktiven bzw. passiven Transponders
weiterhin aus einer Energiequelle. Je nach geforderter Anwendung
des Transponders sind unterschiedliche Bauformen, Größen und
Schutzklassen möglich.
Dabei sind solche Transponder durchaus in solch einem kleinen Format
herzustellen, dass sie für eine
kostengünstige
leichte Integration in beispielsweise einem Luftfahrzeugteil derart
geeignet sind, dass eine flächendeckende
Belastungszustandsprüfung
möglich
ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Antwortsender mittels Funkerkennungstechnik auslesbar.
Dabei ist der Antwortsender beim Auslesen zum Übertragen von Daten aus dem
Speicher an eine Leseeinrichtung ausgeführt.
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Diese
Funkerkennungstechnik, die auch als Radio Frequency Identification
bezeichnet wird, ermöglicht
die berührungslose
Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen und die automatische Erfassung
und Speicherung von Daten.
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Ein
Bestandteil ist dabei der Antwortsender, der aus einer externen
Induktivität
und einem integrierten Schaltkreis mit Schreib- und/oder Lesespeicher
besteht. Zur Stromversorgung des integrierten Schaltkreises wird über die
Leseeinrichtung oder Leseantenne, in der Induktivität ein Wechselstrom
induziert. Nach der Gleichrichtung mittels Diode wird damit ein
Kondensator aufgeladen, der als Stromquelle fungiert. Hat nun die
erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung
während
eines gewissen Zeitraumes Belastungszustände in dem zu untersuchenden
Material detektiert und auf dem Speicher abgespeichert, so kann
nun mit Einsendung eines Auslesesignals durch diese Leseeinrichtung
der Antwortsender mit zusätzlicher
Energie für
die Übersendung
der beispielsweise gespeicherten Daten versorgt werden. Dadurch
besteht die Möglichkeit,
dass beispielsweise wesentlich komplexere integrierte Schaltkreise
mit zusätzlichen
Sensoren zur Messung von mechanischen Lasten, zur Messung von Temperaturen
bzw. von weiteren physikalischen oder chemischen Parametern und
Zuständen
verwendet werden. Diese können
dann die Daten abspeichern.
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Das
Auslesen des Speichers erfolgt dann zum Beispiel mittels der üblichen
Funkerkennungstechnik über
eine anregende Leseeinrichtung bzw. Leseantenne. Dabei kann diese
Leseeinrichtung sowohl das anregende Signal senden und das erzeugte Messsignal
des Antwortsenders detektieren. Aber auch eine getrennte Bereitstellung
dieser Funktionen durch zwei verschiedene Geräte, eines zur Aussendung des
anregenden Signals und ein zweites zur Messung des Messsignals ist
möglich.
Dies ist beispielsweise in 1 gezeigt.
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Dabei
sind verschiedene Datenübertragungsverfahren
mittels der RFID-Technik möglich. Beispielhaft
seien hier nur das Vollduplex-Verfahren, das Halbduplex-Verfahren, das Verfahren
des modulierten Rückstrahlquerschnitts
oder die so genannte subharmonischen und anharmonischen Verfahren genannt.
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Weiterhin
ist es durchaus möglich,
dass der Antwortsender mit einer eigenen Energiequelle ausgestattet
ist.
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Dabei
kann die Anregung des Antwortsenders durch eine externe Leseeinrichtung
auf einem breiten Frequenzspektrum geschehen, wobei die eingestrahlte
Frequenz des anregenden Feldes auf die Induktivität resonant
abgestimmt ist.
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Diese
berührungslose
Auslesemöglichkeit der
gespeicherten Belastungsdaten bietet einen erheblichen Vorteil in
der operativen Umsetzung der Auslesung, da die RFID Tags bzw. die
Antwortsender in sehr geringem Abstand nebeneinander platziert werden
können
und somit eine große
Ortsauflösung der
Belastungsanalyse möglich
ist. Weiterhin können diese
großflächig eingesetzten
Transponder mit einer eigenen Seriennummer versehen sein, so dass
jedem Belastungsdatensatz ein bestimmter Ort zugeteilt werden kann.
Eine großflächige Abrasterung
des zu untersuchenden Materials mittels der Leseeinrichtung kann
damit kostengünstig
und schnell gewährleistet
werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung weist die Detektionsvorrichtung weiterhin einen Sensor
auf, wobei der Sensor zur Messung von zumindest einem Parameter
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus physikalischem Parameter und chemischem
Parameter ausgeführt
ist.
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Dieser
Sensor kann sowohl akustische, mechanische, thermische und elektrische
Sensitivität umfassen
und kann qualitative Daten über
die Art und Dauer des Be lastungszustandes feststellen. Diese Daten
können
wiederum in dem Datenspeicher der Detektionsvorrichtung abgelegt
werden. Dabei kann der Sensor Teil eines komplexen integrierten Schaltkreises
sein zur Messung von mechanischen oder thermischen Lasten. Da der
Betrieb des Sensors lediglich während
des Auftretens eines Belastungszustandes relevant ist und in diesem
Belastungszustand durch die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung Energie
durch Induktion erzeugt wird, kann dieser Sensor durch die Energiequelle
des oben beschriebenen Kondensators versorgt werden. Somit kann
der Sensor also als unabhängige
Messeinheit ohne eigene Energiequelle implantiert werden.
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Dabei
können
auch integrierbare Sensoren mit eigenem Datenspeicher in die zu
untersuchende Struktur eingefügt
werden, wobei die Sensoren selbstständig messen können. Das
Messintervall ist dabei abhängig
von der Belastung bzw. von der Dauer der durch die Belastung induzierten
Ströme
bzw. vom Ladungszustand des Kondensators. Dabei kann die Lebensdauer
der integrierten Sensoren praktisch unbegrenzt sein. Somit ist die
Messwerterfassung von einer externen Stromversorgung unabhängig, da eine
Abspeicherung der Daten lediglich innerhalb eines Messintervalls
relevant ist, welches Messintervall stets durch eine auftretende
Belastung in der Struktur initiiert wird.
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Nach
Abspeicherung der qualitativen Messdaten in dem Speicher des Sensors
oder auch in dem Speicher der Detektionsvorrichtung können dann durch
eine Leseeinrichtung die gespeicherten Daten abgefragt werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Magnet als Scheibchen ausgeführt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Magnet ein Permanentmagnet und ist innerhalb der
Induktivität
angeordnet.
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Wird
der Magnet als Scheibchen oder auch als Permanentmagnet innerhalb
der beispielsweise ringförmigen
Induktivität
platziert, so kann durch eine Dehnung, durch Körperschall der Magnet leicht
relativ zur Induktivität
bewegt werden. Dadurch ändert sich
der Fluss in der Induktivität,
was einen induzierten Strom und damit eine Aufladung des Kondensators
zur Folge hat. Diese Energie kann für weitere Detektionsschritte
verwendet werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist das Fahrzeug als Luftfahrzeug ausgeführt.
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Es
sind unter dem Begriff Luftfahrzeug beispielsweise Flugzeug, Drehflügler, Luftschiff,
Segelflugzeug, Motorsegler, Freiballone, Fesselballone, Luftsportgeräte, Flugmodelle,
Satelliten, Hubschrauber, Raumfahrzeuge und Raketen zu verstehen.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist der Permanentmagnet innerhalb der Induktivität von einem
Elastomer umgeben.
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Dieses
erfindungsgemäße Beispiel
ist in 1 zu erkennen. Um die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung
durch eine einsetzende mechanische oder thermische Belastung vor
Bruch zu schützen,
wird das Material um den Magneten mit einem elastischen Material,
wie einem Elastomer, ausgefüllt,
so dass bei einer einsetzenden Belastung keine bleibenden Deformationen
oder Beschädigungen
an der Vorrichtung verursacht werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird die benötigte
Energie zum Auslesen des Antwortsenders durch ein eingestrahltes Auslesesignal
bereitgestellt.
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Dieses
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
ermöglicht
also, dass zum Zeitpunkt eines gewünschten Auslesens des Antwortsenders
kein Belastungsfall vorliegen muss. Die elektrostatische Energie,
die bei einem Belastungsfall gewonnen wird, wird somit für den Auslesevorgang
nicht benötigt.
Ein einfallendes elektromagnetisches Auslesesignal induziert in
der Induktivität
unabhängig
vom Zustand des Materials einen elektrischen Strom, dessen Energie
zur Übersendung
der gewünschten
Daten genutzt werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist ein Detektionssystem zur kabellosen Detektion eines
Belastungszustandes in einem Material eines Fahrzeuges angegeben.
Dabei weist das Detektionssystem eine Detektionsvorrichtung und
eine Leseeinrichtung zum Auslesen der Detektionsvorrichtung auf.
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Dabei
sei darauf hingewiesen, dass die Leseeinrichtung zum Auslesen der
Detektionsvorrichtung aus einem Gerät bestehen kann, das sowohl
die Anregung des RFID Tags bereitstellt als auch das Messsignal
samt der abgefragten Daten empfangen und abspeichern kann. Dies
kann, wie in 1 dargestellt, aber auch durch
zwei unterschiedliche Geräte
bewerkstelligt werden. Das erfindungsgemäße System entspricht somit
einem RFID-System samt Transponder, der sich am oder im Gegenstand
befindet und diesen kennzeichnet und aus einem Lesegerät zum Auslesen
der Transponderkennung. Dabei kann das Lesegerät eine Software oder ein Mikroprogramm
enthalten, das den eigentlichen Leseprozess steuert. Weiterhin kann
eine RFID-Middleware mit Schnittstellen zu weiteren EDV-Systemen
und Datenbanken enthalten sein.
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Der
durch das Lesegerät
mittels eines beispielsweise hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes
aktivierte Mikrochip im RFID-Antwortsender empfängt Befehle von der Leseeinrichtung, die
diese Leseeinrichtung in ihr elektromagnetisches Feld moduliert.
Der Antwortsender erzeugt eine Antwort und moduliert durch beispielsweise
Feldschwächung
im kontaktfreien Kurzschluss oder per Reflexion des ausgesendeten
Feldes seine Antwort. Damit kann der Antwortsender seine eigene
unveränderliche
Seriennummer, GPS Koordinaten, weitere Nummern des gekennzeichneten
Objektes oder andere vom Lesegerät
abgefragte Daten senden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist ein Verfahren zur kabellosen Detektion eines Belastungszustandes
in einem Material eines Fahrzeuges mittels einer Detektionsvorrichtung angegeben.
Dabei weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
Anbringung
einer Detektionsvorrichtung an oder in einem zu untersuchenden Material,
Erzeugung eines magnetischen Flusses, der durch eine Induktivität verläuft, Änderung
des Flusses durch einen Belastungszustand im Material und Speicherung
der Änderung
des Flusses in einem Datenspeicher.
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Dabei
wird die Erzeugung eines magnetischen Flusses beispielsweise durch
einen Magneten gewährleistet,
dessen magnetisches Feld die Induktivität durchdringt. Dieser Fluss
kann nun durch einen einsetzenden Belastungszustand geändert werden, was
einen Induktionsstrom in der Induktivität zur Folge hat. Dieser Strom
kann nun genutzt werden, um eine Änderung des Flusses in einem
Datenspeicher zu speichern.
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Ist
die Detektionsvorrichtung beispielsweise mit einem Sensor versehen,
so können
auch weiterhin qualitative Daten des Sensors, wie genaue Kennziffern
des Belastungszustandes, in dem Speicher abgelegt werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist eine Verwendung einer Detektionsvorrichtung in einem
Luftfahrzeug angegeben.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit einer Detektionsvorrichtung angegeben.
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Weitere
Ausführungsbeispiele
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung.
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Die
Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt
eine schematische zweidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Detektionssystems
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische, zweidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
mit einem Sensor gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt
eine schematische, zweidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
in einem Material gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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4 zeigt
eine schematische, zweidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
auf einem Material gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 zeigt
eine schematische, zweidimensionale Darstellung eines Luftfahrzeuges
mit einem erfindungsgemäßen Detektionssystem
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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6 zeigt
eine schematische, zweidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Im
Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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In
der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen
Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Detektionssystem 1,
das eine Detektionsvorrichtung 2 im Querschnitt zeigt.
Das System wird weiterhin durch ein Gerät 6 zum Einstrahlen
eines Auslesesignals 7 und einer Leseeinrichtung 8 vervollständigt. Das
Gerät zum
Einstrahlen des Auslesesignals 6 sendet dabei eine elektromagnetische
Welle, das Auslesesignal 7, auf den Antwortsender 2.
Dieser enthält
als Induktivität
eine Antennenspule 3, einen Magneten 5 und eine
Schaltung 4, die einen Kondensator, einen Gleichrichter
und einen Speicher enthält.
Wird durch einen möglichen
Belastungszustand der Fluss, der durch den Magneten in der Induktivität erzeugt
wird, verändert,
so kann mittels dieses Induktionsstroms der aufgetretene Belastungszustand
in der Schaltung 4 und dem darin befindlichen Speicher
gespeichert werden. Diese Flussänderung
kann beispielsweise durch eine mechanische Belastung hervorgerufen werden,
die den Magneten 5 innerhalb der Induktivität 3 bewegt.
Durch das eingestrahlte Auslesesignal 7 wird der Antwortsender 2,
der hier als RFID Tag fungiert, aktiviert und aufgefordert, beispielsweise seine
gespeicherten Daten über
die vergangenen Belastungssituationen mittels eines Messsignals 9 an
die Leseeinrichtung 8 zu senden. Dabei wird keine zusätzliche
oder externe Energiequelle benötigt,
da die eingestrahlte elektromagnetische Welle alle benötigte Energie
bereitstellt. Dabei ist anzumerken, dass der Datenaustausch berührungslos
vonstatten geht.
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Weiterhin
ist mit Zeichen 22 ein elastisches Material um den Magneten 5 herum
angebracht, so dass bei einer mechanischen Deformation des Antwortsenders
kein Bruch oder sonstige Beschädigung des
Antwortsenders entstehen kann. Hier kann beispielsweise ein Elastomer
eingesetzt werden. Der Magnet 5 kann beispielsweise als
Permanentmagnet ausgeführt
sein, der aus dem Material Eisen, Neodym oder auch Kobalt Samarium
bestehen kann.
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2 zeigt
eine Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung 2 mit
einem Sensor 13. Dabei ist der Magnet 5 außerhalb
der Induktivität 3 angebracht,
welche Induktivität
hier als Antennenspule ausgeführt
ist. Dabei ist lediglich wichtig, dass das als Scheibchen ausgeführte Magnetelement 5 einen
magnetischen Fluss durch die Spule 3 erzeugt. Es ist weiterhin
eine Diode als Gleichrichter 10 gezeigt, die einen induzierten
Wechselstrom in dem Schaltkreis gleichrichtet. Der gleichgerichtete
Strom kann danach den Kondensator 11 aufladen, der damit
als Energiequelle für
den gesamten integrierten Schaltkreis 12 fungieren kann.
Der gesamte Schaltkreis 12 enthält dabei weiterhin eine Speichermöglichkeit
zur Identifizierung dieses speziellen Antwortsenders. Dabei können beispielsweise
eine Seriennummer oder GPS-Koordinaten in dem Schaltkreis gespeichert
sein. Über
eine Schnittstelle kann weiterhin der Sensor 13 an den
Schaltkreis 12 angekoppelt werden, so dass in einem Belastungsfall,
in dem durch induzierte Ströme
und einen aufgeladenen Kondensator elektrostatische Energie zur
Versorgung des Sensors zur Verfügung
steht, der Sensor mit dieser Energie versorgt werden kann. Die im
Belastungsfall vom Sensor 13 erzeugten qualitativen Daten
können
dann wiederum in dem Schaltkreis 12 und seinem enthaltenen
Speicher abgelegt wer den. Dabei kann der Sensor sowohl mechanische
als auch thermische und elektrische Belastungszustände detektieren
und chronologisch abspeichern.
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Dabei
können
der Magnet als Permanentmagnet und der Schaltkreis als IDIC (Integrated
Device for Identification) mit einem Mikroprozessor ausgestaltet
sein.
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3 zeigt
eine zweidimensionale schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung,
wobei die Vorrichtung innerhalb eines Materials 14 angebracht
ist. Die Vorrichtung 2 weist dabei alle erfindungsgemäßen Merkmale
auf, so dass sie als RFID- Antenne ausgeführt ist, die als belastungssensitiver
Stromgenerator zu verstehen ist.
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4 zeigt
eine zweidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung, wobei
die Detektionsvorrichtung 2 auf einem Material 14 angebracht
ist. Dabei sei angemerkt, dass jede Art der Aufbringung der Vorrichtung 2 auf
dem zu untersuchenden Material 14 möglich ist, bei der eine Übertragung
einer Belastungssituation auf die flusssensitiven Elemente der Vorrichtung
gegeben ist. Somit kann eine Aufklebung oder auch eine Verschraubung durchaus
zweckmäßig sein.
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5 zeigt
eine zweidimensionale Darstellung eines Luftfahrzeuges 17,
welches ein erfindungsgemäßes Detektionssystem 1 enthält. Dabei sind
mehrere Detektionsvorrichtungen bzw. Antwortsender 2 auf
dem zu untersuchenden Material 14 angebracht. Mittels einer
Leseeinrichtung 8, welche die Daten in den einzelnen RFID
Tags 2 auslesen kann, kann großflächig das zu untersuchende Material 14 abgerastert
werden. Dies ist symbolisch durch die Rasterrichtungen 16 der
Leseeinrichtung angedeutet, die entlang der Pfeile 18, 19, 20,
und 21 bewegt werden kann. Eine Computereinheit 15 ist
mit der Leseeinrichtung verbunden und kann die gewünschten Daten
weiter verarbeiten und die Leseeinrichtung steuern.
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6 zeigt
eine schematische zweidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei sind die einzelnen Verfahrensschritte schematisch durch die
Bezugsziffern 18 bis 21 bezeichnet. Dabei bezeichnet 18 die
Anbringung einer Detektionsvorrichtung an oder in einem zu untersuchenden
Material, die Erzeugung eines magnetischen Flusses, der durch eine
Induktivität
verläuft, wird
mit 19 gekennzeichnet. Ein weiterer Verfahrensschritt,
die Änderung
des Flusses durch einen Belastungszustand im Material, ist durch 20 gezeigt.
Weiterhin zeigt der Verfahrensschritt 21 die Speicherung der Änderung
des Flusses in einem Datenspeicher.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „umfassend” keine
anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine” oder „ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
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- 1
- Detektionssystem
- 2
- Detektionsvorrichtung/Antwortsender
- 3
- Antennenspule
- 4
- Schaltung
mit Kondensator, Gleichrichter und Speicher
- 5
- Magnet
- 6
- Gerät zum Einstrahlen
eines Auslesesignals
- 7
- Auslesesignal
- 8
- Leseeinrichtung
- 9
- Messsignal/Daten
- 10
- Gleichrichter
- 11
- Kondensator
- 12
- integrierter
Schaltkreis zur Identifizierung mit Schnittstelle zu Sensor
- 13
- Sensor
- 14
- zu
untersuchendes Material
- 15
- Computereinheit
- 16
- Rasterrichtungen
der Leseeinrichtung
- 17
- Luftfahrzeug
- 18
- Anbringung
einer Detektionsvorrichtung
- 19
- Erzeugung
eines magnetischen Flusses
- 20
- Änderung
des Flusses
- 21
- Speicherung
der Änderung
- 22
- elastisches
Material um Magnet
- 23
- Rasterrichtung
der Leseeinrichtung
- 24
- Rasterrichtung
der Leseeinrichtung
- 25
- Rasterrichtung
der Leseeinrichtung
- 26
- Rasterrichtung
der Leseeinrichtung