DE102011003438B4

DE102011003438B4 - Einrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Messwerten in einem strömenden Medium

Info

Publication number: DE102011003438B4
Application number: DE102011003438.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Evers; Christoph Weiler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2031-02-02
Also published as: DE102011003438A1; WO2012104230A1

Abstract

Einrichtung zur Ermittlung zumindest eines Messwertes (M) in einem in einem Kanalsystem (1) befindlichen Medium (2), aufweisend: – zumindest ein RFID-Lesegerät (60), welches derart am Kanalsystem (1) anzuordnen ist, dass ein Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) in das Medium (2) gerichtet ist und dabei der Empfangsbereich (71, 72) einen begrenzten Raumbereich des Mediums (2) abdeckt, und – zumindest eine RFID-Sonde (50) mit einer Sensorkomponente (51) zur Aufnahme des Messwertes (M) und einer RFID-Komponente (54) zur Kommunikation mit dem RFID-Lesegerät (60), wobei die RFID-Sonde (50) ausgebildet ist, um – in dem Medium (2) oder auf einer Oberfläche des Mediums (2) zu schwimmen, – bei Vorliegen einer Strömung des Mediums (2) von dem strömenden Medium (2) mitgenommen zu werden, – mittels der Sensorkomponente (51) zumindest einen Messwert (M) in dem Medium (2) aufzunehmen und – mittels der RFID-Komponente (54) einen Datensatz (D) an das RFID-Lesegerät (60) zu übertragen, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, wobei der Datensatz (D) zumindest den aufgenommenen Messwert (M) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) mindestens einen Beschleunigungssensor (56) aufweist, der die Bewegung der RFID-Sonde (50) detektiert und Positionsdaten der RFID-Sonde (50) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt, wobei Bewegungsdaten umfassend die Positionsdaten und die zugeordneten Zeitpunkte, zu denen sich die RFID-Sonde (50) an den Positionen befand, in den Datensatz (D) zur Übertragung an das RFID-Lesegerät (60) mit aufgenommen werden.

Description

Die Erfindung betrifft die Ermittlung von Messwerten in einem Fluid, insbesondere in einem flüssigen Medium, sowie die Übertragung der ermittelten Messwerte an eine Auswerteeinrichtung.
Bei bestimmten industriellen Anlagen, die mit flüssigen Medien arbeiten, welche durch ein Kanal- bzw. Rohrleitungssystem strömen wie bspw. bei Bioreaktoren, Kläranlagen, Fermentationsanlagen etc., müssen zur Prozessüberwachung an verschiedenen Stellen des Kanalsystems unterschiedliche Messungen im Medium vorgenommen werden. Dabei sollten auch Messungen an Stellen im Prozess vorgenommen werden, an denen Messungen mit konventionellen Sensoren gar nicht oder aber nur mit sehr großem Aufwand möglich sind. Je nach Bedarf werden mit entsprechenden Sensoren verschiedene Parameter des Mediums ermittelt, wie bspw. Temperatur, Druck, pH-Wert, Sauerstoffgehalt, CO2-Gehalt etc. sowie ggf. die Strömungsgeschwindigkeit und -richtung. Die Messwerte werden über eine Kabel- oder Funkverbindung an eine zentrale Stelle Übertragen und schließlich in Abhängigkeit vom Ort der jeweiligen Messung ausgewertet.
Bei derartigen Kanalsystemen handelt es sich überwiegend um geschlossene und/oder schwer zugängliche Systeme. Es gestaltet sich daher als sehr aufwändig oder ggf. sogar unmöglich, die Sensoren von außen an den interessierenden Positionen in das zu untersuchende Medium einzubringen. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, schon bei der Installation des Kanalsystems Sensoren an bekannten, voraussichtlich prozessrelevanten Positionen fest einzubauen, um die interessierenden Parameter an den relevanten Punkten messtechnisch erfassen zu können. Bei einer starken räumlichen Verteilung des Kanalsystems ist dies jedoch ebenfalls mit großem Aufwand verbunden. Auch ist eine nachträgliche Installation zusätzlicher Sensoren sehr aufwändig. Darüber hinaus ist der Wartungs- und Reparaturaufwand aufgrund der schweren Erreichbarkeit der Sensoren unverhältnismäßig hoch.
Die Druckschrift US 2010/0052942 A1 offenbart ein Kommunikationsmodul mit einem Messsensor, welcher mit einem Fluid durch eine Prozessanlage getragen werden kann, und welcher über eine Funkverbindung mit Leseeinrichtungen außerhalb der Prozessanlage Telemetriedaten austauschen kann.
Die Druckschrift US 2005/0052284 A1 offenbart ein System mit RFID-Transpondern zur Überwachung einer Produktversorgungskette hinsichtlich verschiedener Messwerte entlang der Versorgungskette.
Die Druckschrift US 2010/0302010 A1 offenbart ein Auslesesystem für RFID-Transponder, welches auf der Basis von Auslesedaten an verschiedenen Auslesestationen in einem Erfassungsbereich Bewegungsdaten des RFID-Transponders ermittelt.
Die Lösung dieser Probleme liegt in der Verwendung von Sensoren, die im Medium oder an der Oberfläche des Mediums schwimmen. Diese Sensoren werden an einem geeigneten Ort in das Medium eingebracht und vom strömenden Medium mitgenommen. Die Sensoren ermitteln ihre Messwerte bspw. permanent, zu bestimmten Zeitpunkten oder in bestimmten Zeitabständen und übertragen den Messwert oder die Messwerte mittels drahtloser Kommunikation zur Auswertung an die zentrale Stelle. Gleichzeitig mit der Ermittlung der Messwerte muss eine möglichst genaue Lokalisierung des den Messwert aufnehmenden Sensors erfolgen, so dass der jeweilige Messwert einer bestimmten Position zuzuordnen ist.
Die Sensorlokalisierung erfolgt auf Basis von Funksignalen, wobei der Sensor ein Kommunikationssignal aussendet, das von einem Empfänger registriert wird. Bspw. ermöglicht die Kommunikation mit Ultrabreitband-Signalen (Ultra Wide Band bzw. UWB) eine relativ genaue Ermittlung der Signallaufzeiten zwischen den Kommunikationsteilnehmern, wobei aus der Signallaufzeit auf den Weg geschlossen werden kann, den das Signal überbrückt hat. Ein anderer Lokalisierungsansatz wertet die Signal- bzw. Feldstärke des empfangenen Signals aus, wobei vorausgesetzt werden muss, dass der Ausbreitungskanal der Funkwellen bekannt ist. Auf dieser Grundlage können die Abstände zwischen den Teilnehmern und ggf. dann auch deren Positionen mit je nach Verfahren unterschiedlicher Genauigkeit ermittelt werden.
Problematisch bei der Lokalisierung basierend auf einer Laufzeitauswertung ist jedoch, dass die Ermittlung der Laufzeiten sehr aufwändig ist. Ein weiteres Problem stellt die Abhängigkeit der Laufzeit vom Medium dar, was die Anwendung dieses Ansatzes insbesondere bei inhomogenen Medien nahezu unmöglich macht. Darüber hinaus ist in fast allen flüssigen Medien mit einer sehr hohen Dämpfung der Funksignale zu rechnen, was eine Auswertung dieser Signale zu Lokalisierungszwecken weiter erschwert. Die Lokalisierung mit Hilfe der Feldstärkemessung leidet zusätzlich zur Problematik der Notwendigkeit der Kenntnis des Ausbreitungskanals unter denselben Problemen wie die Laufzeitmessung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit einer ortsaufgelösten Ermittlung und Übertragung von Messwerten in einem fließenden Medium anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung zumindest eines Messwertes in einem in einem Kanalsystem befindlichen Medium weist auf:

– zumindest ein RFID-Lesegerät, welches derart am Kanalsystem anzuordnen ist, dass ein Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes in das Medium gerichtet ist und dabei der Empfangsbereich einen begrenzten Raumbereich des Mediums abdeckt, und
– zumindest eine RFID-Sonde mit einer Sensorkomponente zur Aufnahme des Messwertes und einer RFID-Komponente zur Kommunikation mit dem RFID-Lesegerät.

Dabei wird unter dem Begriff RFID-Sonde ein RFID-Transponder oder RFID-Tag verstanden, der bzw. das zusätzlich mit einem Sensorelement ausgestattet ist.
Dabei ist die RFID-Sonde ausgebildet, um

– in dem Medium oder auf einer Oberfläche des Mediums zu schwimmen,
– bei vorliegen einer Strömung des Mediums von dem strömenden Medium mitgenommen zu werden,
– mittels der Sensorkomponente zumindest einen Messwert in dem Medium aufzunehmen und
– mittels der RFID-Komponente einen Datensatz an das RFID-Lesegerät zu übertragen, wenn sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet, wobei der Datensatz zumindest den aufgenommenen Messwert beinhaltet.

Dabei wird unter einem Kanalsystem ein System aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Kanälen verstanden, wobei ein Kanal eine geschlossene Rohrleitung, ein ”oben” offener Kanal, ein Becken etc. sein kann.
Die RFID-Sonde ist eingerichtet, um nicht nur den einen, sondern mehrere Messwerte des Mediums aufzunehmen, wobei

– die Messwerte kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen aufgenommen werden und
– zumindest ein Teil der aufgenommenen Messwerte gemeinsam in dem Datesatz an das RFID-Lesegerät übertragen werden, wenn sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet.

Somit ist es möglich, den Zustand des Mediums an mehreren verschiedenen Orten des Kanalsystems und zu verschiedenen Zeitpunkten zu erfassen.
Die RFID-Sonde kann derart eingerichtet sein, dass

– nur dann eine Aufnahme eines Messwertes durch die RFID-Sonde erfolgt, wenn sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet, oder
– nur derjenige Messwert in den Datensatz übertragen wird, der im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes aufgenommen wurde.

Hiermit wird erreicht, dass der Datensatz und damit die benötigten Speicher- und Übermittlungskapazitäten sehr klein gehalten werden können. Darüber hinaus ist nur für diejenigen Messwerte, die in einem Empfangsbereich aufgenommen wurden, eine vergleichsweise exakte Lokalisierung garantiert. Diese Option bietet sich daher insbesondere dann an, wenn auf die Lokalisierung der Messwerte sehr großer Wert gelegt wird und gleichzeitig auf nicht oder nur schlecht lokalisierbare Messwerte verzichtet werden kann.
Alternativ hierzu ist weiterhin denkbar, dass bei der Auswertung der Messwerte bspw. in einer zentralen Auswerteeinrichtung nur diejenigen Messwerte berücksichtigt werden, die im Empfangsbereich aufgenommen wurden.
Die RFID-Sonde kann weiterhin eingerichtet sein, um zu jedem aufgenommenen Messwert einen Zeitstempel zu erzeugen, der den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes angibt, wobei der Zeitstempel in den Datensatz zur Übertragung an das RFID-Lesegerät mit aufgenommen wird.
Die Zeitstempel können bspw, dazu verwendet werden, um zu jedem aufgenommenen Messwert anhand des dem Messwert jeweils zugeordneten Zeitstempels und unter Berücksichtigung einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums diejenige Position bspw. modellbasiert berechnet wird, an der sich die RFID-Sonde zum Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes (M) befunden hat.
Somit ist eine Lokalisierung auch derjenigen Messwerte möglich, die nicht im Empfangsbereich eines RFID-Lesegerätes aufgenommen wurden.
Erfindungsgemäß weist die RFID-Sonde zu Lokalisierungszwecken einen Bewegungssensor auf, der die Bewegung der RFID-Sonde detektiert und Positionsdaten der RFID-Sonde in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt. Dabei werden Bewegungsdaten umfassend die Positionsdaten und die zugeordneten Zeitpunkte, zu denen sich die RFID-Sonde an den Positionen befand, in den Datensatz zur Übertragung an das RFID-Lesegerät mit aufgenommen. Der Bewegungssensor wird dabei durch einen (oder mehrere) Beschleunigungssensor(en) realisiert. Im einfachsten Fall kann so mit sehr wenig Aufwand ermittelt werden, ob es sich um eine laminare Strömung handelt und ob ein einfaches Modell zur Positionsberechnung ausreicht.
Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass eine Lokalisierung auch derjenigen Messwerte möglich ist, die nicht im Empfangsbereich eines RFID-Lesegerätes aufgenommen wurden.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl von RFID-Lesegeräten vorgesehen. Diese sind derart räumlich verteilt am Kanalsystem anzuordnen, dass die jeweiligen Empfangsbereiche der RFID-Lesegeräte in das Medium gerichtet sind und dabei die Empfangsbereiche unterschiedliche, begrenzte Raumbereiche des Mediums abdecken.
Die RFID-Sonde strömt somit gemeinsam mit dem Medium an mehreren Lesegeräten vorbei und kann ggf. an jedes der Lesegeräte einen Datensatz mit den aufgenommenen Messwerten übermitteln.
Idealerweise werden die einzelnen Lesegeräte an den relevanten bzw. kritischen Stellen des Kanalsystems angeordnet, um dort eine möglichst genaue Lokalisierung der Messwerte zu erzielen. Durch die Vielzahl der Lesegeräte wird demzufolge erreicht, dass der Zustand des Mediums an einer Vielzahl von Positionen im Kanalsystem überwacht werden kann.
Je nach Zugänglichkeit des Kanalsystems können bspw. auch RFID-Lesegeräte umpositioniert und/oder nachträglich zusätzliche Lesegeräte hinzugefügt werden.
Die RFID-Lesegeräte können so angeordnet werden, dass sich die Empfangsbereiche von zumindest zweien der RFID-Lesegeräte teilweise überlappen.
Hierdurch wird erreicht, dass in dem Überlappungsbereich eine sehr exakte Lokalisierung möglich ist.
Weiterhin kann die RFID-Komponente und/oder die Sensorkomponente der RFID-Sonde zumindest einen Teil der zum Betrieb benötigten Energie aus einem vom RFID-Lesegerät abgestrahlten elektromagnetischen Feld beziehen.
In dieser Ausbildung kann die Energieversorgung in der RFID-Sonde minimal ausgelegt werden. Im Idealfall kann auf die Energieversorgung gänzlich verzichtet werden.
Ein erfindungsgemäßes Kanalsystem, welches zumindest einen Kanal aufweist, in dem ein Medium führbar ist, ist mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattet.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung zumindest eines ersten Messwertes in einem in einem Kanalsystem befindlichen Medium wird zumindest ein RFID-Lesegerät derart am Kanalsystem angeordnet, dass ein Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes in das Medium gerichtet ist und dabei der Empfangsbereich einen begrenzten Raumbereich des Mediums abdeckt. Zumindest eine RFID-Sonde, die eine Sensorkomponente zur Aufnahme des ersten Messwertes und eine RFID-Komponente zur Kommunikation mit dem RFID-Lesegerät umfasst, wird zu dem Medium gegeben. Die RFID-Sonde schwimmt in dem Medium oder auf einer Oberfläche des Mediums und wird bei Vorliegen einer Strömung des Mediums von dem strömenden Medium mitgenommen. Dabei nimmt die RFID-Sonde in dem Medium den ersten Messwert auf und überträgt einen Datensatz an das RFID-Lesegerät, wenn sie sich im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet, wobei der Datensatz zumindest den ersten Messwert beinhaltet.
Vorzugsweise nimmt die RFID-Sonde eine Vielzahl von Messwerten des Mediums auf, wobei

– die Messwerte kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen aufgenommen werden und
– zumindest ein Teil der aufgenommenen Messwerte gemeinsam in dem Datesatz an das RFID-Lesegerät übertragen wird, wenn sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet.

Letzteres ist dahingehend zu verstehen, dass nicht zwangsläufig alle Messwerte in den Datensatz aufgenommen und an das Lesegerät übertragen werden müssen. Bspw. kann vorgesehen sein, dass für den Fall, dass mehrere Lesegeräte vorgesehen sind und auf dem Weg zwischen einem ersten und einem zweiten der Lesegeräte weitere Messwerte aufgenommen und im Datensatz gespeichert werden, nur die weiteren Messwerte an das zweite Lesegerät übertragen werden, da die früher aufgenommenen Messwerte bereits an das erste Lesegerät übertragen wurden.
Einem Messwert, der zu einem Zeitpunkt aufgenommen wird, zu dem sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des RFID-Lesegerätes befindet, wird eine Position zugeordnet, die eindeutig von der Position des RFID-Lesegerätes abhängt, in dessen Empfangsbereich sich die RFID-Sonde zum Zeitpunkt der Aufnahme des Messwertes befunden hat.
Hiermit ist eine vergleichsweise genaue Lokalisierung des Messwertes bzw. Zuordnung einer Position zu dem Messwert möglich, da mit der Position und Ausrichtung des RFID-Lesegerätes relativ zum Kanalsystem auch die Geometrie des Empfangsbereiches als bekannt vorausgesetzt werden kann. Die zuzuordnende Position kann bspw. der Mittel- oder Schwerpunkt des Empfangsbereiches des betreffenden Lesegerätes sein. Alternativ könnte die zuzuordnende Position bspw. eine aus Strömungsmessungen hervorgehende wahrscheinlichste Position der Sonde sein, die auf der wahrscheinlichsten Trajektorie der Sonde durch den Empfangsbereich liegt. Andere Ansätze zur Bestimmung der zuzuordnenden Position sind natürlich denkbar. Im einfachsten Fall wird die Position des Lesegerätes zugeordnet.
Dabei muss der Begriff Position nicht unbedingt eine räumliche Position beinhalten. Je nach Anwendung kann es ausreichen, dass die Position lediglich eine laufende Nummer o. ä. ist. D. h. dem Messwert wäre in der Konsequenz lediglich ein Abschnitt des Kanalsystems zugeordnet, der vom betreffenden Lesegerät mit der entsprechenden laufenden Nummer überwacht wird.
In einer Weiterbildung wird in der RFID-Sonde zu jedem aufgenommenen Messwert ein Zeitstempel erzeugt, der den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes angibt. Der Zeitstempel wird in den Datensatz zur Übertragung an das RFID-Lesegerät mit aufgenommen und demzufolge mit an das Lesegerät übertragen.
Der Zeitstempel kann genutzt werden, um nach der Übertragung des Datensatzes zu jedem zugeordneten Messwert und unter Berücksichtigung einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums diejenige Position zu berechnen, an der sich die RFID-Sonde zum Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes befunden hat. Dies kann bspw. modellbasiert erfolgen.
Je nach Strömungsverhalten kann so eine sehr genaue Lokalisierung der Messwerte erreicht werden. Bei stationären/laminaren Strömungen mit konstanten Geschwindigkeiten ist eine sehr genaue Lokalisierung möglich, während die Lokalisierung bei unregelmäßigen oder turbulenten Strömungen weniger genau erfolgt.
Zu Lokalisierungszwecken werden erfindungsgemäß anhand des oben erwähnten Bewegungssensors die Bewegung der RFID-Sonde detektiert und Positionsdaten der RFID-Sonde in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt. Bewegungsdaten umfassend die Positionsdaten und die zugeordneten Zeitpunkte, zu denen sich die RFID-Sonde an den Positionen befand, werden in den Datensatz zur Übertragung an das RFID-Lesegerät mit aufgenommen.
Für den Fall, dass mehrere Lesegeräte am Kanalsystem verteilt angeordnet sind, nimmt die RFID-Sonde nach dem Übertragen des Datensatzes an ein erstes der Vielzahl der RFID-Lesegeräte zumindest einen weiteren Messwert auf und überträgt einen Datensatz an ein weiteres der Vielzahl der RFID-Lesegeräte, wenn sich die RFID-Sonde im Empfangsbereich des weiteren RFID-Lesegerätes befindet. Dabei beinhaltet der Datensatz zumindest den weiteren aufgenommenen Messwert und evtl. auch den bereits an das erste Lesegerät übertragenen ersten Messwert.
Zusätzlich kann der Zeitpunkt einer Übertragung eines Datensatzes an ein RFID-Lesegerät ermittelt werden, indem

– der Zeitpunkt der Übertragung von der RFID-Sonde bestimmt und gemeinsam mit dem Datensatz oder als Teil des Datensatzes mit übermittelt wird oder
– der Zeitpunkt des Empfangs des Datensatzes am RFID-Lesegerät registriert und dem Datensatz hinzugefügt oder zugeordnet wird.

Letzteres ist dahingehend zu verstehen, dass der Zeitpunkt entweder als Teil des Datensatzes in diesem aufgenommen wird oder dass der Zeitpunkt als den Datensatz kennzeichnender Parameter behandelt wird, der jedoch nicht selbst Teil des Datensatzes ist, sondern nur gemeinsam mit dem Datensatz vom Lesegerät bspw. an eine Auswerteeinrichtung übermittelt wird.
Eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Mediums kann berechnet werdem

– anhand von Zeitstempeln zu Messwerten, die von zwei unterschiedlichen RFID-Lesegeräten in deren Empfangsbereichen aufgenommen wurden, oder
– anhand der Zeitpunkte der Übertragungen der Datensätze an die zwei unterschiedlichen RFID-Lesegeräte.

Mit der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein System vorgestellt, bei dem RFID-Sonden an bestimmten Stellen in der Anlage unter Verwendung der RFID-Technologie ihren Wert bzw. gesammelte Messwerte an dort angeordnete RFID-Lesegeräte kommunizieren. Somit wird es möglich, die RFID-Sonden an bestimmten Lesestellen, nämlich genau dort wo die RFID-Lesegeräte installiert sind, zu lokalisieren und mit ihnen zu kommunizieren. Mit zusätzlichem Wissen über die Strömung des Mediums im Kanalsystem können auch zwischengespeicherte Messwerte einer Position zugeordnet werden. Umgekehrt können über die Sichtbarwerdung einzelner RFID-Sonden an bestimmten Lesegeräten Rückschlüsse auf die Strömung im Medium gezogen werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird also ausgenutzt, dass die RFID-Technologie aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher technischer Realisierungsformen eine hohe Flexibilität bzgl. des Einsatzes in verschiedenen Medien aufweist. So kann bspw. durch Wahl einer geeigneten Sendefrequenz auch in problematischen, d. h. bspw. stark dämpfenden Medien, kommuniziert werden. Die Wahl der Frequenz und Technik (passiv, semi-aktiv, aktiv) bestimmt auch die erzielbare Genauigkeit der Lokalisierung und den Umfang der Daten, die an einem Lesegerät ausgetauscht werden können. Grundprinzip des hier vorgestellten Lokalisierungsansatzes ist es, das Erkennen der RFID-Sonden an einer oder mehreren Lesestellen auszuwerten. Wird eine RFID-Sonde an einer Lesestelle erkannt, ist davon auszugehen, dass sich diese Sonde innerhalb eines von der RFID-Technologie bestimmten Lese- bzw. Empfangsbereich aufhält. Wird eine Sonde sogar gleichzeitig von mehreren, evtl. benachbarten RFID-Lesegeräten erkannt, was bei überlappenden Empfangsbereichen denkbar ist, kann man eine weiter gehende Verbesserung der Lokalisierungsgenauigkeit erreichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigt:
1 ein Kanalsystem mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 eine RFID-Sonde.
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile, Bauteilgruppen oder Verfahrensschritte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.
Die 1 zeigt in einer Draufsicht eines einfachen Kanalsystems 1 mit einem Zufluss 10, über den ein flüssiges Medium 2 in das Kanalsystem 1 gelangt, einer Rohrleitung 20 mit Abschnitten 21, 22, 23, über die das flüssige Medium 2 geführt wird, und einem Abfluss 30, über den das Medium 2 das Kanalsystem 1 wieder verlässt. Weiterhin ist eine Öffnung 40 vorgesehen, über die RFID-Sonden 50 in das Medium 2 eingebracht werden können. Die RFID-Sonden 50 schwimmen im Medium 2 oder an dessen Oberfläche und strömen daher mit dem Medium 2 durch das Kanalsystem 1, d. h. die mittlere Dichte der Sonden 50 ist entsprechend an die Eigenschaften des Mediums 2 angepasst.
Die bspw. kugelförmigen RFID-Sonden 50 weisen wie in der 2 dargestellt jeweils zumindest eine Sensorkomponente 51 mit einer Medienanbindung 52 und einer Elektronikbaugruppe 53, eine RFID-Komponente 54 sowie eine Energieversorgung 55 auf. Über die Medienanbindung 52 wird eine Verbindung mit dem Medium 2 mit dem Ziel der Aufnahme des interessierenden Messwertes hergestellt. Messwerte können bspw. die Temperatur, der Druck, der pH-Wert, der Sauerstoff- und/oder CO2-Gehalt des Mediums etc. sowie ggf. Strömungsparameter sein. Die Elektronikbaugruppe 53 kann bspw. die Messwertaufnahme steuern, ggf. Messwerte speichern, bei Bedarf eine Vorauswertung der Messwerte vornehmen und/oder die Messwerte an die RFID-Komponente 54 übertragen. Die Ausbildung einer solchen Sensorkomponente 51 ist an sich bekannt. Mit Hilfe der RFID-Komponente 54 wird schließlich ein Datensatz an ein entsprechendes RFID-Lesegerät 60/1 bis 60/5 übertragen, welcher zumindest die Messwerte und evtl. weitere Daten beinhaltet. Die RFID-Komponente 54 kann nach Bauart eines bekannten, handelsüblichen RFID-Transponders ausgebildet sein, welcher unter Ausnutzung der RFID-Technologie Daten an ein RFID-Lesegerät übermitteln und ggf. Daten von dem RFID-Lesegerät empfangen kann. Die Energieversorgung 55 kann ein wieder aufladbarer Akku oder eine Batterie sein, mit dem die zum Betrieb der Sensorkomponente 51 und der RFID-Komponente 54 benötigte Energie zur Verfügung gestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Energieversorgung 55 derart ausgebildet sein, dass die zum Betrieb der RFID-Sonde benötigte Energie von außen zuführbar ist, bspw. in Form einer Spule 57, in der über ein äußeres elektromagnetisches Feld eine Spannung induziert wird.
Optional kann die RFID-Sonde 50 mit einem Bewegungssensor 56 ausgestattet werden, der insbesondere Unregelmäßigkeiten, bspw. Kollisionen, in der Bewegung der Sonde 50 mit aufzeichnet. Ausgehend von der Startposition, die bspw. der Position der Öffnung 40 entspricht, kann anhand der Messwerte des Bewegungssensors und zu jedem Zeitpunkt die Position der Sonde bestimmt werden.
Weiterhin ist eine Anordnung aus zumindest einem, vorzugsweise aber mehreren RFID-Lesegeräten 60/1 bis 60/5 vorgesehen. Die RFID-Lesegeräte 60/1 bis 60/5 sind an bestimmten, bekannten Stellen entlang des Kanalsystems 1 angeordnet, wobei die Lesegeräte je nach Dimensionierung der Rohrleitung 20 eine mehr oder weniger große Reichweite bzw. einen mehr oder weniger weit ausgedehnten Empfangsbereich 71, 72 aufweisen. Eine Kommunikation zwischen der RFID-Sonde 50 und einem RFID-Lesegerät 60 ist nur möglich, solange sich die Sonde 50 im Empfangsbereich dieses Lesegerätes 60 befindet.
Die Rohrleitung 20 weist in den Abschnitten 21, 23 einen vergleichsweise geringen Durchmesser auf, weswegen die dort angeordneten RFID-Lesegeräte 60/1, 60/4, 60/5 lediglich über eine kurze Reichweite 71/1, 71/4, 71/5 verfügen. Der Abschnitt 22 weist dagegen einen wesentlich größeren Durchmesser auf. Um zu gewährleisten, dass sämtliche diesen Abschnitt passierenden RFID-Sonden 50 von zumindest einem Lesegerät registriert werden und dass der von der RFID-Sonde 50 ausgesendete Datensatz vom nächstgelegenen RFID-Lesegerät empfangen wird, weisen die hier angeordneten RFID-Lesegeräte 60/2, 60/3 jeweils einen größeren Empfangsbereich 72/2, 72/3 auf. Zusätzlich sind diese Lesegeräte 60/2, 60/3 so angeordnet, dass sich ihre Empfangsbereiche 72/2, 72/3 zumindest stückweise überlappen.
Weiterhin ist eine zentrale Auswerteeinrichtung 80 vorgesehen, an die die RFID-Lesegeräte 60/1 bis 60/5 ihre Daten per Funk übermitteln. Die so übermittelten Daten werden in der Auswerteeinrichtung 80 hinsichtlich der interessierenden Parameter ausgewertet.
Die Arbeitsweise des in der 1 dargestellten Systems ist nun wie folgt: Nach Einbringung einer RFID-Sonde 50 durch die Öffnung 40 in das fließende Medium 2 beginnt die Sonde 50 bzw. deren Sensorkomponente 51 mit der Aufnahme von Messwerten M. D. h. während die RFID-Sonde 50 mit dem Medium 2 durch das Kanalsystem 1 strömt, nimmt die Sensorkomponente 51 bspw. in regelmäßigen Zeitabständen Messwerte M auf und speichert sie in der Elektronikbaugruppe 53 ab. Gleichzeitig mit der Aufnahme eines Messwertes M wird der Zeitpunkt der Messwertaufnahme ebenfalls bspw. mit Hilfe eines Zeitstempels T registriert und dem Messwert M in der Speichereinrichtung zugeordnet. Die Abspeicherung der Messwerte M und der Zeitstempel T kann alternativ natürlich auch in einer entsprechenden Speichereinrichtung der RFID-Komponente 54 erfolgen.
Sobald die RFID-Sonde 50 in den Empfangsbereich 71/1 des RFID-Lesegerätes 60/1 gelangt, wird mit Hilfe der RFID-Komponente 54 der Sonde 50 ein Datensatz D an das RFID-Lesegerät 60/1 übertragen, der zumindest den oder die bis zu diesem Zeitpunkt aufgenommenen Messwerte M beinhaltet. Zusätzlich kann der Datensatz D die entsprechenden Zeitstempel T und/oder eine Identifikationsnummer ID enthalten, mit der die den Datensatz D übermittelnde RFID-Sonde 50 eindeutig identifizierbar ist. Ggf. kann der Datensatz D zusätzlich oder alternativ zum Zeitstempel T einen Zeitstempel T' aufweisen, der den Zeitpunkt des Aussendens des Datensatzes D angibt, da im Allgemeinen davon auszugehen ist, dass Lesegerät 60 und Sonde 50 keine exakte gemeinsame Zeitbasis besitzen. Gleichbedeutend hiermit kann dieser Zeitstempel bzw. Zeitpunkt T' auch am jeweiligen RFID-Lesegerät 60 bestimmt werden, indem der Zeitpunkt T' registriert wird, zu dem ein Datensatz D vom RFID-Lesegerät 60 empfangen wird. Dieser Zeitpunkt T' wird dann dem empfangenen Datensatz D zugeordnet oder hinzugefügt.
Für den Fall, dass die RFID-Sonde 50 einen Bewegungssensor 56 aufweist, enthält der Datensatz D die mit dem Bewegungssensor 56 aufgezeichneten Bewegungsdaten, welche zum Einen Positionsinformationen beinhalten und zum Anderen die den Positionsinformationen zugeordneten Zeitpunkte. Anhand der Bewegungsdaten kann also ohne weiteres für jeden Zeitpunkt nachvollzogen werden, an welcher Position sich die RFID-Sonde 50 jeweils befand.
Während und nach der Übermittlung des Datensatzes D an das entsprechende RFID-Lesegerät 60/1 wird die Aufnahme von Messwerten und deren Abspeicherung wie oben beschrieben fortgesetzt. Sobald die RFID-Sonde 50 in den Empfangsbereich 72/2 bzw. 72/3 des nächsten RFID-Lesegerätes 60/2 bzw. 60/3 gelangt, wird der entsprechende neue Datensatz D an dieses Lesegerät übertragen. Der neue Datensatz kann dabei nur die nach der Übertragung an das erste Lesegerät 60/1 aufgenommenen Messwerte umfassen oder aber sämtliche Messwerte, die nach dem Einbringen der Sonde 50 in das Medium 3 aufgenommen wurden. Entsprechendes geschieht, wenn die Sonde 50 die übrigen RFID-Lesegeräte 60/4, 60/5 passiert.
In der Regel wird eine Vielzahl N von RFID-Sonden 50/i mit i = 1, 2, 3, ..., N in das Medium 2 eingebracht. Dabei kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Sonden 50/i unterschiedliche Messgrößen des Mediums 2 ermitteln. Alternativ oder zusätzlich können einige oder alle Sonden 50/i auch jeweils mehrere Sensorkomponenten aufweisen, mit denen wiederum unterschiedliche Messgrößen ermittelbar sind. Jede RFID-Sonde 50/i übermittelt an das RFID-Lesegerät 60/1 bis 60/5 einen Datensatz D_i umfassend einen oder mehrere Messwerte M_i, einen Zeitstempel T_i, ggf. einen Zeitstempel T_i' und/oder eine Identifikationsnummer ID_i, sobald sie in den jeweiligen Empfangsbereich 71, 72 gelangt.
Je nach Strömungsverhalten im Kanalsystem 1 ist die Zuordnung eines aufgenommenen Messwertes M zu einem bestimmten Ort P im Kanalsystem 1 trotz Zeitstempel nur mehr oder weniger exakt. Bspw. bei einer Rohrleitung, in der das Medium 2 und mit ihm die Sonde 50 mit vergleichsweise konstanter Geschwindigkeit strömt, kann anhand der Zeitstempel T, T' leicht berechnet werden, an welcher Position sich die Sonde 50 zu den jeweiligen Messzeitpunkten befunden haben muss, wenn die Strömungsgeschwindigkeit bekannt ist. Eine solche Situation liegt bspw. im Abschnitt 23 des in der 1 dargestellten Kanalsystems vor. Zur Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit können bei einem solchen Rohrsystem bspw. zwei Zeitstempel T1', T2' verwendet werden, die die beiden Zeitpunkte der Datensatzübertragungen an die RFID-Lesegeräte 60/4 und 60/5 kennzeichnen, wobei natürlich vorausgesetzt wird, dass die Positionen dieser beiden RFID-Lesegeräte bekannt sind. Die Strömungsgeschwindigkeit berechnet sich dann als Quotient aus dem zwischen diesen RFID-Lesegeräten liegenden Weg und der Differenz der Zeitstempel T1' und T2'. Mit Kenntnis der Strömungsgeschwindigkeit können dann anhand des dem RFID-Lesegerät 60/5 übertragenen Datensatzes denjenigen Messwerten, die auf dem Weg zwischen den RFID-Lesegeräten 60/4 und 60/5 aufgenommen wurden, anhand der entsprechenden Zeitstempel T die Positionen zugeordnet werden, an denen die Messwerte aufgenommen wurden.
Im Allgemeinen und insbesondere bei Kanalsystemen, in denen keine ausreichend konstante Strömungsgeschwindigkeit vorliegt bzw. ermittelbar ist, ist die Zuordnung eines Messwertes zu einem bestimmten Ort im Kanalsystem aufwändiger. Hier sind die am genauesten zu lokalisierenden Messwerte diejenigen, die in nächster Nähe eines der RFID-Lesegeräte aufgenommen wurden. Da die Positionen der RFID-Lesegeräte bekannt sind, kann diesem Messwert ohne weiteres eine Position zugeordnet werden. Ein solcher Messwert ist im jeweils übertragenen Datensatz bspw. dadurch identifizierbar, dass der entsprechende Zeitstempel T und der Zeitstempel T' des Aussendens des Datensatzes D weitestgehend übereinstimmen. Je größer die Differenz zwischen T und T' wird, desto größer ist auch die Ungenauigkeit der Lokalisierung, da die Strömungsgeschwindigkeit nicht ausreichend bekannt ist. Weiterhin hängt die Genauigkeit der Lokalisierung von der Größe des Empfangsbereiches des jeweiligen RFID-Lesegerätes ab.
Eine weitere Möglichkeit der Identifizierung des am genauesten lokalisierten Messwertes eines Datensatzes liegt darin, dass die Zeitstempel T der Messwerte M mit dem Zeitpunkt verglichen werden, zu dem der Datensatz am RFID-Lesegerät eingeht, wobei derjenige Messwert ausgewählt wird, dessen Zeitstempel am wenigsten von diesem Zeitpunkt abweicht.
Die einfachste Möglichkeit der Messwertidentifizierung liegt jedoch darin, den Messwert mit dem jüngsten Zeitstempel auszuwählen. Hierbei ist keine weitere Datenverarbeitung notwendig, sondern es wird letztlich derjenige Messwert in dem Datensatz ausgewählt, der als letzter aufgenommen bzw. abgespeichert wurde.
Eine Alternative zur Auswahl eines Messwertes aus dem Datensatz liegt darin, dass jeweils nur dann ein Messwert aufgenommen wird, wenn die Sonde in den Empfangsbereich eines RFID-Lesegerätes gelangt, anstatt kontinuierlich oder regelmäßig in bestimmten Zeitabständen zu messen. Die Messwertaufnahme selbst, d. h. der Zeitpunkt der Aufnahme des Messwertes kann durch das jeweilige Lesegerät bzw. durch ein von dem Lesegerät ausgesendetes Feld ausgelöst werden. Natürlich muss sich die Messung nicht auf die Aufnahme nur eines einzelnen Messwertes beschränken, sondern es ist denkbar, mehrere Messwerte aufzunehmen, während sich die Sonde im Empfangsbereich befindet. Aus diesen Messwerten kann bspw. ein Mittelwert berechnet werden, dem dann eine Position zugeordnet wird, die sich an der Position bzw. der Identität des entsprechenden RFID-Lesegerätes orientiert. Diese zuzuordnende Position kann bspw. der Schwerpunkt oder der Mittelpunkt des Empfangsbereiches 71, 72 oder aber die Position des entsprechenden RFID-Lesegerätes sein. Auch wäre es denkbar, dass die zuzuordnende Position auf der wahrscheinlichsten Trajektorie der RFID-Sonde durch den Empfangsbereich liegt. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Querschnitt des Rohrsystems, der im Empfangsbereich des Lesegerätes liegt, nicht gleichmäßig durchströmt wird, sondern dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Sonde bspw. am Rand des Kanals am Lesegerät vorbei strömt, größer ist, als dass sie in der Mitte des Kanals das Lesegerät passiert. Diese Wahrscheinlichkeitsverteilung kann bei Kenntnis der Dimensionen des Rohrsystems bspw. modellbasiert ermittelt werden.
Die Sonde 50 bzw. deren RFID-Komponente 54 und ggf. auch die Sensorkomponente 51 kann als passives System ausgebildet sein, das die zum Betrieb benötigte Energie aus dem RFID-Feld des Lesegerätes bezieht. Sobald also die RFID-Sonde 50 in den Empfangsbereich eines RFID-Lesegerätes eintritt, beginnt die Messwertaufnahme. Die Übertragung der aufgenommenen Messwerte an das RFID-Lesegerät kann bspw. kontinuierlich erfolgen, solange sich die Sonde 50 im Empfangsbereich befindet. Sobald sie den Empfangsbereich verlässt, endet sowohl die Messwertaufnahme als auch die Datenübertragung an das Lesegerät.
Eine Erhöhung der Genauigkeit der Zuordnung einer Position im Kanalsystem 1 zu einem mit einer RFID-Sonde 50 aufgenommenen Messwert M, d. h. eine Erhöhung der Genauigkeit der Lokalisierung der Messwerte, kann alternativ oder zusätzlich dadurch erreicht werden, dass möglichst kleine, ggf. überlappende, und möglichst viele Empfangsbereiche 71, 72 realisiert werden.
Zur Erreichung dieses Ziels stehen mehrere Optimierungsansätze zur Verfügung. Diese können natürlich miteinander kombiniert werden, wobei evtl. Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Ansätze situationsabhängig gegeneinander abgewogen werden müssen:

– Abhängig vom Medium 2 breiten sich HF-Felder unterschiedlicher Frequenz unterschiedlich stark aus. Somit kann über die geeignete Wahl des Frequenzbereichs und der Sendeleistung des von dem RFID-Lesegerät 60/1 bis 60/5 und/oder von der RFID-Sonde 50 ausgestrahlten Feldes die Größe des Empfangsbereichs in gewissen Grenzen gewählt werden.
– Die Verwendung passiver RFID-Komponenten führt zu sehr kleinen Empfangsbereichen, semi-aktive ermöglichen deutlich größere Empfangsbereiche und aktive Komponenten erlauben zusätzlich die Skalierung des Empfangsbereichs über die Wahl der Sendeleistung. Allerdings haben diese drei unterschiedlichen Realisierungen weitere Eigenschaften, die berücksichtigt werden müssen (Größe, Stromversorgung, etc.). So kommen passive RFID-Komponenten ohne eigene Stromversorgung aus und ermöglichen so eine vergleichsweise geringe Baugröße und ein niedriges Gewicht. Aktive oder semi-aktive Komponenten sind typischerweise mit einer Batterie oder einer anderen geeigneten Stromversorgung ausgestattet, was sich negativ auf Größe und Gewicht auswirkt.
– Werden kleine Empfangsbereiche 71, 72 gewählt, kann sich je nach Bedarf die Anzahl der notwendigen Lesegeräte 60 erhöhen, insbesondere für den Fall der Notwendigkeit einer flächendeckenden Lokalisierung. Interessieren lediglich die Werte an bestimmten Positionen des Kanalsystems 1, so reicht es aus, jeweils nur an genau den relevanten Stellen ein RFID-Lesegerät 60 mit eng begrenztem Empfangsbereich 71, 72 zu installieren.

Dies zusammenfassend kann grundsätzlich zwischen zwei Ansätzen zur Lokalisierung der Messwerte unterschieden werden:

1) Bei ausreichend konstanter, bekannter oder ermittelbarer Strömungsgeschwindigkeit können anhand der Zeitstempel die Positionen berechnet werden, an denen die den Zeitstempeln zugeordneten Messwerte aufgenommen wurden. Hier ist ein vergleichsweise weitmaschiges Netz von RFID-Lesegeräten ausreichend.
2) Bei nicht bekanntem oder zu kompliziertem Strömungsverhalten sollte je nach Bedarf ein vergleichsweise engmaschiges Netz von RFID-Lesegeräten eingerichtet werden, da eine Berechnung der Positionen außerhalb der Empfangsbereiche zu unzuverlässig ist. Im Extremfall können nur denjenigen Messwerten genaue Positionen zugeordnet werden, die im Empfangsbereich eines RFID-Lesegerätes aufgenommen wurden. Bei weniger kompliziertem Strömungsverhalten können auch denjenigen Messwerten Positionen zugeordnet werden, die zwar außerhalb eines Empfangsbereichs, jedoch in dessen unmittelbarer Nähe aufgenommen wurden, so dass wiederum anhand der Zeitstempel bspw. modellbasiert eine ausreichend genaue Bestimmung der Position der Messwertaufnahme möglich ist. Das beste Ergebnis ist zu erreichen, wenn möglichst viele RFID-Lesegeräte mit möglichst kleinem Empfangsbereich und möglichst nah beieinander angeordnet werden.

Eine Erhöhung der Qualität und Zuverlässigkeit der mit dem System aus RFID-Lesegeräten 60 und RFID-Sonden 50 ableitbaren Aussage über den Zustand des Mediums 2 im Kanalsystem 1 kann über eine Erhöhung der Anzahl der über die RFID-Lesegeräte 60 an die Auswerteeinrichtung 80 übermittelten Messwerte erreicht werden. Hierzu kann über die Verkürzung des Messzyklus jeder einzelnen RFID-Sonde 50 die Anzahl der Messwerte erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Anzahl der Messungen auch dadurch erhöhbar, dass eine größere Anzahl von RFID-Sonden 50 durch das Kanalsystem 1 geschleust wird. Beide Maßnahmen führen zu einer Erhöhung der pro Volumeneinheit und/oder pro Zeiteinheit zur Verfügung stehenden Messwerte. Hieraus kann über geeignete mathematische Verfahren (z. B. Filterfunktionen) ein qualitativ hochwertiger Messwert ermittelt werden.
Ggf. anstehende Berechnungen können in der Auswerteeinheit 80 oder aber lokal in dem den jeweiligen Datensatz D empfangenden RFID-Lesegerät ausgeführt werden. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, jegliche Berechnungen zentral in der Auswerteeinheit 80 auszuführen, so dass die Lesegeräte 60 lediglich dazu dienen, die ihre Empfangsbereiche 71, 72 passierenden RFID-Sonden 50 auszulesen und ggf. mit Energie zu versorgen und die ausgelesenen Daten an die Auswerteeinheit 80 weiter zu leiten.
Nachfolgend aufgeführte Möglichkeiten und Vorteile entstehen daraus, dass für die RFID-Sonden 50 in der hier vorgesehenen Anwendung nicht wie bisher ein vermaschtes Netz mit ständiger Kommunikationsverbindung aufgebaut, sondern die RFID-Technologie und die damit verbundene Parametrier- und Skalierbarkeit genutzt wird, um Messwerte direkt im Medium zu ermitteln, ggf. zu speichern und bei nächster Gelegenheit an das übergeordnete System zu kommunizieren:

– Möglichkeit der Messwertaufnahme an vielen unterschiedlichen Positionen direkt im Medium, ohne permanente Kommunikationsanbindung der Sonde an eine zentrale Stelle;
– Möglichkeit der gleichzeitigen Ermittlung der Fließgeschwindigkeit des Mediums, insbesondere in Leitungssystemen mit weitestgehend (zumindest abschnittsweise) konstantem Leitungsquerschnitt;
– genaue Lokalisierung zumindest derjenigen Messwerte, die direkt im Empfindlichkeitsbereich eines RFID-Lesegerätes aufgenommen wurden;
– Möglichkeit der Messwertaufnahme auch an Positionen zwischen den Empfindlichkeitsbereichen der Lesegeräte;
– Möglichkeit der wählbaren zeitlichen Auflösung über geeignete Parametrierung des Messzyklus in der RFID-Sonde;
– Qualität der Lokalisierung über Anzahl der RFID-Lesegeräte und geeignete Dimensionierung der Empfangsbereiche beeinflussbar;
– Qualität der Messung über die Anzahl der eingebrachten RFID-Sonden beeinflussbar;
– Möglichkeit der Wiederverwendung der RFID-Sonden;
– Verwendbarkeit von aktiven, semi-aktiven oder passiven RFID-Sonden, d. h. Möglichkeit einer Kommunikation ohne Energieaufwand bei Verwendung passiver Sonden;
– Möglichkeit der Nutzung einer komplett energielosen Variante der RFID-Sonde, wenn die Sonde die Energie aus einem vom Lesegerät abgestrahlten elektromagnetischen Feld bezieht;
– Verwendung wiederaufladbarer Energiespeicher in aktiven und semi-aktiven RFID-Sonden;
– Möglichkeit der Lokalisierung und zusätzliche Aussagen über das Strömungsverhalten des Mediums 2 über die Integration eines Bewegungssensors in die RFID-Sonde.

Claims

Einrichtung zur Ermittlung zumindest eines Messwertes (M) in einem in einem Kanalsystem (1) befindlichen Medium (2), aufweisend: – zumindest ein RFID-Lesegerät (60), welches derart am Kanalsystem (1) anzuordnen ist, dass ein Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) in das Medium (2) gerichtet ist und dabei der Empfangsbereich (71, 72) einen begrenzten Raumbereich des Mediums (2) abdeckt, und – zumindest eine RFID-Sonde (50) mit einer Sensorkomponente (51) zur Aufnahme des Messwertes (M) und einer RFID-Komponente (54) zur Kommunikation mit dem RFID-Lesegerät (60), wobei die RFID-Sonde (50) ausgebildet ist, um – in dem Medium (2) oder auf einer Oberfläche des Mediums (2) zu schwimmen, – bei Vorliegen einer Strömung des Mediums (2) von dem strömenden Medium (2) mitgenommen zu werden, – mittels der Sensorkomponente (51) zumindest einen Messwert (M) in dem Medium (2) aufzunehmen und – mittels der RFID-Komponente (54) einen Datensatz (D) an das RFID-Lesegerät (60) zu übertragen, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, wobei der Datensatz (D) zumindest den aufgenommenen Messwert (M) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) mindestens einen Beschleunigungssensor (56) aufweist, der die Bewegung der RFID-Sonde (50) detektiert und Positionsdaten der RFID-Sonde (50) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt, wobei Bewegungsdaten umfassend die Positionsdaten und die zugeordneten Zeitpunkte, zu denen sich die RFID-Sonde (50) an den Positionen befand, in den Datensatz (D) zur Übertragung an das RFID-Lesegerät (60) mit aufgenommen werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) eingerichtet ist, um mehrere Messwerte (M) des Mediums (2) aufzunehmen, wobei – die Messwerte (M) kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen aufgenommen werden und – die aufgenommenen Messwerte gemeinsam in dem Datensatz an das RFID-Lesegerät (60) übertragen werden, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (50) befindet.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) derart eingerichtet ist, dass – nur dann eine Aufnahme eines Messwertes durch die RFID-Sonde (50) erfolgt, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, oder – nur derjenige Messwert in den Datensatz (D) übertragen wird, der im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) aufgenommen wurde.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) eingerichtet ist, um zu jedem aufgenommenen Messwert (M) einen Zeitstempel (T) zu erzeugen, der den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes (M) angibt, wobei der Zeitstempel (T) in den Datensatz (D) zur Übertragung an das RFID-Lesegerät (60) mit aufgenommen wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere RFID-Lesegeräte (60/1, ..., 60/5) vorgesehen sind, welche derart räumlich verteilt am Kanalsystem (1) anzuordnen sind, dass die jeweiligen Empfangsbereiche (71/1, 71/4, 71/5, 72/2, 72/3) der RFID-Lesegeräte (60/1, ..., 60/5) in das Medium (2) gerichtet sind und dabei die Empfangsbereiche (71/1, 71/4, 71/5, 72/2, 72/3) unterschiedliche, begrenzte Raumbereiche des Mediums (2) abdecken.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Empfangsbereiche (72/2, 72/3) von zumindest zweien der RFID-Lesegeräte (60/2, 60/3) teilweise überlappen,
Kanalsystem (1) mit zumindest einem Kanal (20), in dem ein Medium (2) führbar ist, mit einer Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Ermittlung zumindest eines ersten Messwertes (M) in einem in einem Kanalsystem (1) befindlichen Medium (2), wobei – zumindest ein RFID-Lesegerät (60) derart am Kanalsystem (1) angeordnet wird, dass ein Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) in das Medium (2) gerichtet ist und dabei der Empfangsbereich (71, 72) einen begrenzten Raumbereich des Mediums (2) abdeckt, – zumindest eine RFID-Sonde (50) mit einer Sensorkomponente (51) zur Aufnahme des ersten Messwertes (M) und einer RFID-Komponente (54) zur Kommunikation mit dem RFID-Lesegerät (60) zu dem Medium (2) gegeben wird, wobei die RFID-Sonde (50) in dem Medium (2) oder auf einer Oberfläche des Mediums (2) schwimmt und bei Vorliegen einer Strömung des Mediums (2) von dem strömenden Medium (2) mitgenommen wird, wobei die RFID-Sonde (50) – den ersten Messwert (M) aufnimmt und – einen Datensatz (D) an das RFID-Lesegerät (60) überträgt, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, wobei der Datensatz (D) zumindest den ersten Messwert (M) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) mindestens einen Beschleunigungssensor (56) aufweist, der die Bewegung der RFID-Sonde (50) detektiert und Positionsdaten der RFID-Sonde (50) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt, wobei Bewegungsdaten umfassend die Positionsdaten und die zugeordneten Zeitpunkte, zu denen sich die RFID-Sonde (50) an den Positionen befand, in den Datensatz (D) zur Übertragung an das RFID-Lesegerät (60) mit aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) eine Vielzahl von Messwerten (M) des Mediums (2) aufnimmt, wobei – die Messwerte (M) kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen aufgenommen werden und – zumindest ein Teil der aufgenommenen Messwerte gemeinsam in dem Datensatz (D) an das RFID-Lesegerät (60) übertragen wird, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – nur dann eine Aufnahme eines Messwertes durch die RFID-Sonde (50) erfolgt, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, oder – nur derjenige Messwert in den Datensatz (D) übertragen wird, der im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) aufgenommen wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einem Messwert (M), der zu einem Zeitpunkt aufgenommen wird, zu dem sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des RFID-Lesegerätes (60) befindet, eine Position zugeordnet wird, die eindeutig von der Position des RFID-Lesegerätes (60) abhängt, in dessen Empfangsbereich (71, 72) sich die RFID-Sonde (50) zum Zeitpunkt der Aufnahme des Messwertes befunden hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der RFID-Sonde (50) zu jedem aufgenommenen Messwert (M) ein Zeitstempel (T) erzeugt wird, der den Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes (M) angibt, wobei der Zeitstempel (T) in den Datensatz (D) zur Übertragung an das RFID-Lesegerät (60) mit aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem aufgenommenen Messwert (M) anhand des dem Messwert (M) jeweils zugeordneten Zeitstempels (T) und unter Berücksichtigung einer Strömungsgeschwindigkeit des Mediums (2) diejenige Position berechnet wird, an der sich die RFID-Sonde (50) zum Zeitpunkt der Aufnahme des jeweiligen Messwertes (M) befunden hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von RFID-Lesegeräten (60/1, ..., 60/5) derart räumlich verteilt am Kanalsystem (1) angeordnet wird, dass die jeweiligen Empfangsbereiche (71/1, 71/4, 71/5, 72/2, 72/3) der RFID-Lesegeräte (60/1, ..., 60/5) in das Medium (2) gerichtet sind und dabei die Empfangsbereiche (71/1, 71/4, 71/5, 72/2, 72/3) unterschiedliche, begrenzte Raumbereiche des Mediums (2) abdecken.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die RFID-Sonde (50) – nach dem Übertragen des Datensatzes (D) an ein erstes (60/1) der Vielzahl der RFID-Lesegeräte (60/1, ..., 60/5) zumindest einen weiteren Messwert aufnimmt und – einen Datensatz (D) an ein weiteres (60/2) der Vielzahl der RFID-Lesegeräte (60/1, ..., 60/5) überträgt, wenn sich die RFID-Sonde (50) im Empfangsbereich (71, 72) des weiteren RFID-Lesegerätes (60/2) befindet, wobei der Datensatz (D) zumindest den weiteren aufgenommenen Messwert (M) beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitpunkt (T') einer Übertragung eines Datensatzes (D) an ein RFID-Lesegerät (60) ermittelt wird, indem – der Zeitpunkt (T') der Übertragung von der RFID-Sonde (50) bestimmt und an das RFID-Lesegerät (60) übermittelt wird oder – der Zeitpunkt (T') des Empfangs des Datensatzes (D) am RFID-Lesegerät (60) registriert und dem Datensatz zugeordnet oder hinzugefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Mediums (2) berechnet wird – anhand von Zeitstempeln (T) zu Messwerten (M), die von zwei unterschiedlichen RFID-Lesegeräten (60/4, 60/5) in deren Empfangsbereichen (71/4, 71/5) aufgenommen wurden, oder – anhand der Zeitpunkte (T') der Übertragungen der Datensätze (D) an die zwei unterschiedlichen RFID-Lesegeräte (60/4, 60/5).