DE102013200996A1

DE102013200996A1 - Vorrichtung, System und Verfahren mit einem OFW-Chip

Info

Publication number: DE102013200996A1
Application number: DE201310200996
Authority: DE
Inventors: Markus Pichler; Stefan Schwarzer; Andreas Ziroff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-08-07
Also published as: WO2014114518A1

Abstract

Es wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung (102), ein System und ein Verfahren bereitzustellen, bei denen eine Verarbeitungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein empfangenes Signal (123) eines OFW-Chips (101) auswertbar ist. Hierbei ist es von Vorteil, dass das empfangene Signal (123) hinsichtlich einer Änderung mindestens einer Frequenz und/oder einer Amplitude derart auswertbar ist, dass eine Identifikation und Bewegung des das empfangene Signal aussendenden OFW-Chips (101) bestimmbar ist. Die Erfindung kann beispielsweise zur berührungslosen Überwachung von Anlagen mit sich schwingend bewegenden Komponenten (103) eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren, bei denen eine Empfängereinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein empfangenes Signal eines OFW-Chips (OFW: Oberflächenwellen) auswertbar ist. Bevorzugter Anwendungsbereich ist beispielsweise eine berührungslose Überwachung von Anlagen mit sich bewegenden Elementen.
Die Schwingungsmessung beschäftigt sich mit der messtechnischen Ermittlung der Schwingungsparameter Frequenz bzw. Frequenzspektrum und Amplitude schwingender Objekte u. a. zur Fehlererkennung und -identifikation. Ein Beispiel ist die Erkennung von Lagerschäden an rotierenden Maschinen. Besonders attraktiv sind dabei berührungslos arbeitende Verfahren, bei denen kein physikalischer Kontakt zwischen dem schwingenden Objekt und einem Messmittel hergestellt werden muss, da hierbei die Schwingung in Frequenz und Amplitude nicht verfälscht wird und kein Verschleiß am Messmittel auftritt. In schwer zugänglichen Bereichen ist die berührungslose Messung zudem die einzige Möglichkeit, die Schwingungsparameter messtechnisch genau zu erfassen. Moderne Messgeräte zur berührungslosen Schwingungsmessung, sogenannte Laser-Vibrometer, ermitteln die Dopplerverschiebung eines ausgesendeten und eines reflektierten Laserstrahls zur Bestimmung der Schwingungsparameter.
Hierbei ist es von Nachteil, dass diese Geräte sehr teuer sind und daher meist nicht in großer Zahl beschafft und daher nicht stationär zur Dauerüberwachung installiert werden können. Zudem benötigen Vibrometer eine ungestörte Sichtverbindung zum schwingenden Objekt und müssen im Betrieb dauerhaft mit elektrischer Energie über Kabelverbindungen versorgt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Ausrichtung des Laserstrahls gewissenhaft und mit Sachkenntnis erfolgen muss, was hohe Personalkosten nach sich zieht.
Ist die berührungslose Schwingungsmessung aus solchen Gründen nicht durchführbar, können Beschleunigungsaufnehmer an einer Komponente des Messobjekts befestigt werden, die über Kabel mit einem Auswertegerät verbunden sind. Das Auswertegerät berechnet aus den gemessenen Beschleunigungswerten die Schwingungsparameter.
Hierbei ist es von Nachteil, dass eine teure Verkabelung zwischen den einzelnen Beschleunigungsaufnehmern und dem Auswertegerät erforderlich ist.
Es gibt RFID-Tags [RFID: Hochfrequenz-Identifizierung], sogenannte Oberflächenwellen-Tags, bei denen zur Kennzeichnung und Identifizierung von Objekten mit Oberflächenwellen-Strukturen Identifikationsmarken erzeugt werden. Elektromagnetische Signale werden über eine Antenne empfangen bzw. gesendet. Auf einem Substrat bzw. Träger befindet sich ein Schallwandler, der elektromagnetische Signale in Oberflächenwellen umwandelt. Auf dem Substrat sind Reflektoren relativ zueinander so angeordnet, dass diese die Oberflächenwellen reflektieren und dabei einen Code erzeugen, der über die Antenne ausgesendet wird.
Hierbei ist es von Nachteil, dass die Identifikationsnummer nicht änderbar ist.
Anwendungen sind zum Beispiel die Kontrolle von Warenströmen oder auch die kontaktlose Identifizierung medizinischer Implantate, Nahtmaterialien, Operationsgeräte, Operationsbestecke oder Blutkonserven während und nach der Sterilisation. Gegenüber einer Barcode-Kennzeichnung haben OFW-Tags den Vorteil, dass sie besser vor Verschmutzungen und Abrieb geschützt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren anzugeben, welche Bewegungen eines zu überwachenden Objekts auf einfache und sichere Art und Weise bestimmen, insbesondere überwachen lassen. Insbesondere soll das Bestimmen von Schwingungen des zu überwachenden Objekts berührungslos erfolgen können.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Verarbeitungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein empfangenes Signal hinsichtlich einer Änderung mindestens einer Frequenz und/oder einer Amplitude auswertbar ist dahingehend, dass eine Identifikation und Bewegung eines das empfangene Signal aussendenden OFW-Chips bestimmbar ist.
Üblicherweise wird unter einem OFW-Chip ein Chip verstanden, der über eine Luftschnittstelle hinweg mittels eines externen Lesegeräts identifizierbar ist. Gemäß einer Weiterbildung ist die Vorrichtung als ein solches Lesegerät ausgestaltet. Eine akustische Oberflächenwelle breitet sich insbesondere planar bzw. in einer Ebene auf bzw. in einer Oberfläche des Chips aus.
Bei dem OFW-Chip handelt es sich beispielsweise um ein OFW-Element, z. B. eine integrierte Schaltung oder um einen Träger mit mindestens einem Piezoelement.
Insbesondere kann der OFW-Chip eine Identifikationsmarke – auch bezeichnet als TAG – aufweisen und ein Signal aussenden, dem eine der Identifikationsmarke entsprechende Identifikationsinformation entnehmbar ist. Die Verarbeitungseinrichtung erhält mit dem empfangenen Signal somit nicht nur die daraus bestimmbare Identifikationsinformation, sondern zusätzlich auch eine Bewegungsinformation über eine auf den Chip einwirkende Bewegung. Diese kann ebenfalls bestimmt und für Dokumentationszwecke oder für weitere Verarbeitungen bereitgestellt werden.
Bewegungen einer Komponente, die den OFW-Chip trägt, wirken auf den OFW-Chip. So können sich mit der Zeit ändernde Einflüsse oder Bedingungen einer Maschine, zu der die Komponente gehört, mittels des OFW-Chips dokumentieren lassen, um ggfs. einen rechtzeitigen Austausch bei Anzeichen zunehmenden Verschleißes rechtzeitig zu veranlassen.
Gemäß einer Weiterbildung können insbesondere automatisiert direkt Maßnahmen eingeleitet werden, falls kritische Bewegungen, z. B. Unwuchten, bestimmt werden, die zu einem Schaden z. B. einer Maschine, auf der der OFW-Chip aufgebracht ist, führen können, so dass z. B. ein Komponentenaustausch eingeleitet oder ggfs. sogar ein Nothalt der Maschine veranlasst werden kann.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, aus dem empfangenen Signal, das von dem OFW-Chip gesendet wurde und ein den OFW-Chip identifizierendes Muster enthält, anhand dessen Änderungen die Bewegung, insbesondere Schwingung auszuwerten.
Ein solches Muster wird insbesondere dadurch erzeugt, dass ausgehend von einer Signalquelle auf dem Chip eine Oberflächenwelle längs dessen Träger bzw. Substrat entlangläuft. Die Oberflächenwelle wird an beispielsweise hintereinander angeordneten Reflektoren zu einer Sendeeinrichtung mit einer Antenne reflektiert. Eine Lage der Reflektoren relativ zueinander erzeugt entsprechend das Muster als Identifikationsmarke. Die Antenne sendet eine elektromagnetische Welle aus, welche die Musterinformation aus den unterschiedlichen Reflexionsanteilen enthält. Dabei ist zwischen die Antenne und den Träger des OFW-Chips insbesondere ein Schallwandler geschaltet, welcher eine Umwandlung zwischen elektromagnetischen Wellen auf der Antennenseite und akustischen Wellen, insbesondere Oberflächenwellen auf der Trägerseite bidirektional umsetzt.
Erfährt der Chip während des Laufs einer Oberflächenwelle über den Träger eine Bewegung, so wirkt sich diese auf die Laufzeiten und Amplituden der Oberflächenwelle und von deren Reflexionsanteilen aus. Daher umfasst das emittierte Signal die Musterinformation und zusätzlich eine überlagerte Bewegungs- bzw. Schwingungsinformation. Dem Signal und dessen einzelnen Reflexionsanteilen wird somit abhängig von einer Bewegung des Chips bzw. von einem den Chip tragenden Objekt eine Änderung eingeprägt bzw. überlagert.
Beispielsweise wird der Abstand zwischen den beiden Antennen (denen des stationären Messgeräts und des schwingenden OFW-Tags) durch die Schwingung moduliert, wodurch zwischen Aussendung und Empfang der elektromagnetischen Welle durch das Messgerät eine auswertbare Dopplerkomponente aufgeprägt wird.
Hierbei sei angemerkt, dass die Bewegung insbesondere auch eine Schwingung umfassen kann, z. B. eine Bewegung einer Maschine, eines Rotors o. ä. Verändert sich diese Bewegung, z. B. durch eine Unwucht der Maschine, kann dies mittels des OFW-Chips rechtzeitig festgestellt werden.
Das empfangene Signal enthält daher nicht nur ein Muster, welches den Chip identifiziert, sondern im Fall von auf den OFW-Chip einwirkenden Schwingungen zusätzlich die Schwingungsinformation, die als Frequenz- und/oder Amplitudenänderung der Musterinformation überlagert ist. Der Vorrichtung kann eine Verarbeitungseinrichtung mit insbesondere Auswertefunktionen zugeordnet sein, die das empfangene, vom OFW-Chip ausgesendete Antwortsignal hinsichtlich einer Änderung eines Frequenzspektrums des Musters analysieren kann. So ist mit der Vorrichtung die mechanische Bewegung erfassbar, die auf den OFW-Chip einwirkt.
Die Signalquelle kann nicht nur eine eigenständige Signalquelle auf dem OFW-Chip sein, sondern auch eine Antenne umfassen, die ein Abfrage- bzw. Anregungssignal der Vorrichtung empfängt und als Oberflächenwelle in den Träger des OFW-Chips einleitet.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, im Zeitbereich aufeinanderfolgend Phasen von Signalspitzen zu bestimmen und daraus ein komplexwertiges Schwingungssignal zu bilden.
Das von einem solchen OFW-Chip empfangene Signal umfasst nach der Transformation in den Frequenzbereich üblicherweise ein Muster einer Identifikationsmarke des OFW-Chips basierend auf den Reflektoren, wobei das Muster aus einer Vielzahl von solchen Signalspitzen gebildet wird und wobei die Signalspitzen den Reflektoren zugeordnet sind. Das Muster ist somit gemäß einer Weiterbildung ein Identifikationsmuster (ID-Muster) bestimmt durch die Anordnung der Reflektoren.
Solche Signalspitzen werden auch als Peaks und deren Phasen als Peakphasen bezeichnet.
Die Vorrichtung bestimmt somit in einem ersten Schritt Signalwerte des Signals im Zeitbereich. Dies erfolgt insbesondere durch das Anwenden einer Fouriertransformation auf das empfangene Signal, das im Frequenzbereich gemessene Radarantworten des OFW-Chips enthält. Im Zeitbereich entstehen somit Signalspitzen, welche einen Abstand der einzelnen Reflektoren widerspiegeln. In einem zweiten Schritt werden die Phasen von Signalspitzen bestimmt.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass in einem dritten Schritt Phasen dieser Signalspitzen z. B. aneinandergereiht werden, um daraus das Schwingungssignal zu bilden. Das Schwingungssignal beinhaltet somit eine Phaseninformation der einzelnen Signalspitzen bzw. der einzelnen Reflektoren des OFW-Chips.
Es ist eine zusätzliche Weiterbildung, dass aus einer Vielzahl zeitlich aufeinanderfolgend empfangener Muster Phasen jeweils einer bestimmten Signalspitze des Musters bestimmt, z. B. ausgewählt bzw. abgelesen werden. Die Phasen der ausgewählten Signalspitzen werden hintereinander angeordnet bzw. aneinandergereiht, um das komplexwertige Schwingungssignal zu bilden. Die Bestimmung kann insbesondere automatisiert mithilfe eines Prozessors der Vorrichtung durchgeführt werden.
Es ist eine alternative Weiterbildung, dass Phasen mehrerer oder aller der Signalspitzen des Musters bestimmt, z. B. ausgewählt bzw. abgelesen werden, um daraus einen Mittelwert oder individuelle Schwingungssignale für eine spätere Mittelung zu bilden.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, aus dem Schwingungssignal eine Schwingungsamplitude des Musters als Identifikationsmarke des OFW-Chips oder von Teilen des Musters zu bilden.
Dadurch, dass insbesondere Phasen von Signalspitzen eines solchen Musters zur Bildung des Schwingungssignals ausgewählt werden, spiegelt das Schwingungssignal im Zeitbereich eine Bewegung des OFW-Chips bzw. seiner einzelnen Reflektoren, die die reflektierten Signalspitzen erzeugen, wider. Die Schwingungsamplitude (und ggf. Schwingungsfrequenz) repräsentiert, entspricht oder lässt Rückschlüsse zu auf eine Bewegung des OFW-Chips bzw. einer Komponente oder eines Objekts, woran der OFW-Chip angeordnet bzw. befestigt ist.
Das Bilden der Schwingungsamplitude erfolgt gemäß einer Weiterbildung insbesondere dadurch, dass eine Schwingungsamplitude im Zeitbereich bestimmt wird über die Beziehung φ = 2πR/λ mit λ als Wellenlänge einer Radarmittenfrequenz, R als Schwingungsamplitude und φ als beobachteter bzw. bestimmter Phasenamplitude.
Auch ist es eine Ausgestaltung der Vorrichtung, dass diese eingerichtet ist, das Schwingungssignal in den Frequenzbereich zu transformieren und zumindest eines von Schwingfrequenz(-en) und Amplituden der Bewegung des Musters als Identifikationsmarke des OFW-Chips oder der Bewegung von Teilen des Musters zu bilden.
Dies erfolgt gemäß einer Weiterbildung z. B. dadurch, dass die Vorrichtung die Schwingfrequenz(-en) und relativen Amplituden bestimmt bzw. automatisiert abliest. Dies wird insbesondere über die relative Leistung und/oder Amplitude der Schwingungsanteile im Frequenzbereich durchgeführt.
Noch eine Ausgestaltung besteht darin, dass ein Anregungssignal zum OFW-Chip und/oder das vom OFW-Chip gesendete Signal eine Wiederholrate, insbesondere eine Rampenwiederholrate, aufweist, die groß gegenüber einer zu bestimmenden Schwingfrequenz der Bewegung des OFW-Chips und von dessen Identifikationsmarke ist. Die Rampenwiederholrate ist insbesondere so groß, dass das Abtasttheorem erfüllt ist.
Insbesondere sind auch anderer Signalformen als Rampen möglich, z. B. breitbandige Pulse (mit einer Pulswiederholrate).
Als Bewegung wirkt die Schwingfrequenz über eine den OFW-Chip tragende Komponente auf den OFW-Chip. Ein solches Anregungssignal wird insbesondere durch eine Sendeeinrichtung der Vorrichtung erzeugt. Ausgenutzt wird dabei gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, dass bei einem FMCW-Radargerät ein Sendesignal mit einer Rampenwiederholrate erzeugt wird. Dabei wird eine Sendefrequenz mit einem sich wiederholenden rampenartigen zeitlichen Ablauf moduliert. Anstelle einer rampenartigen Frequenzmodulation kann auch eine Impulsmodulation verwendet werden.
Ist bei einer solchen Weiterbildung eine Bewegung (z. B. in Form einer Schwingungsbewegung) des OFW-Chips bzw. eines diesen tragenden Objekts deutlich langsamer als die Rampenwiederholrate, so wirkt die Bewegung während der Rampe als wäre sie statisch. Dadurch liefert jede Frequenzrampe genau einen Abtastpunkt zur Rekonstruktion der Bewegungsmodulation (z. B. in Form einer Schwingungsmodulation). Die bestimmte Phase entspricht der Abstandsänderung zwischen der Nulllage des sich schwingend bewegenden OFW-Chips und der momentanen Auslenkung durch die Bewegung. Gemäß einer Weiterbildung wird die Nulllage an einem Punkt in einem Bereich von Minimum bis Maximum eines Schwingungshubs festgelegt.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, auf Radarrampen basierende Signale im Zeitbereich als Zeitsignale mit einer Momentanfrequenz eines Radars ins Basisband zu mischen und die Zeitsignale mehrerer Messungen aneinander zu reihen.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Vorrichtung als ein Radargerät ausgebildet ist, welches ein entsprechendes rampenartiges Anregungssignal aussendet und ein Antwortsignal des OFW-Chips empfängt und auswertet.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass eine maximale mechanische Schwingfrequenz der Bewegung des OFW-Chips nicht deutlich kleiner als eine Rampenwiederholrate eines ein Anregungssignal sendenden (FMCW-)Radargeräts ist. Verwendet wird beispielsweise ein kontinuierliches Wellensignal (CW: continuous wave) mit einer Frequenzmodulation (FM). Gemäß einer Weiterbildung ist das Anregungssignal ein impulsmoduliertes kontinuierliches Wellensignal.
Eine Ausgestaltung ist es, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, ein Summensignal aus bestimmten Phasen von Signalspitzen in Zeiten, in denen nicht gemessen wird, zu Null zu setzen und anschließend das Summensignal in den Frequenzbereich zu überführen und das Schwingungsspektrum zu bestimmen, insbesondere auszuwerten.
Das Nullsetzen von Zeiten, zu denen nicht gemessen wurde, also insbesondere Zeiten zwischen zwei Rampen, entspricht z. B. einer Fensterung (Maskierung) mit einem periodischen Rechtecksignal. Aufgrund der Fensterung ergibt sich im Frequenzbereich eine Faltung des tatsächlichen Spektrums mit einer abgetasteten sin(x)/x-Funktion, die Nullstellen aufweist und die Information im Spektrum somit an einigen Stellen ausblendet oder ausfiltert.
Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die Vorrichtung eingerichtet ist, eine Sendeeinrichtung zum Senden eines Anregungssignals an den OFW-Chip zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Messungen umzukonfigurieren und ein modifiziertes Anregungssignal zu erzeugen. Beispielsweise kann die Rampenwiederholrate geändert werden.
Die Unterteilung in unterschiedliche Weiterbildungen ermöglicht dem Benutzer oder der entsprechend automatisierten Vorrichtung, Vorkenntnisse über die Bewegung, vor allem über eine darin enthaltene maximale Schwingfrequenz der Bewegung zu verwenden, um sich für einen der Ansätze zu entscheiden.
Insbesondere im Fall von Bewegungen mit mechanischen Schwingfrequenzen, die auf den OFW-Chip einwirken und für die das beschriebene System ”blind” ist, kann das Radargerät bei unmittelbar aufeinanderfolgenden Messungen umkonfiguriert werden. Die wählbaren Parameter sind beispielsweise eine Start- und Stoppfrequenz der Messung und damit insbesondere die Bandbreite, eine Rampensteigung, die insbesondere in Hz/s angegeben wird, wobei auch das Vorzeichen geändert werden kann, und ein Startzeitpunkt der Messung. Durch Änderung dieser Parameter lässt sich indirekt auch die Rampenwiederholrate einstellen. Die Auswertung der Schwingungsparameter mit diesen unterschiedlichen Radarkonfigurationen ermöglicht dann, das Schwingungsspektrum über einen großen Frequenzbereich lückenlos zu rekonstruieren, auch wenn dabei die Messdauer ansteigt.
Vorzugsweise ist in einer ersten Auswertemethode (nur ein Phasenpunkt pro Rampe) darauf zu achten, dass das Abtasttheorem erfüllt ist, d. h. pro mechanischer Schwingperiode mehr als zwei Messungen (Rampen) vorliegen (dies entspricht als oberer Grenze einer Frequenz f1). Zusätzlich (zum Erreichen einer entsprechenden Genauigkeit) ist vorzugsweise das Kriterium zu erfüllen, dass sich die Gesamtdauer der Messung über mindestens etwa zwei Schwingperioden erstreckt (untere Grenze ist eine Frequenz f0). Diese erste Auswertemethode hat den Vorteil, dass weniger Punkte verwendet werden und damit weniger Rechenleistung und/oder Speicherplatz erforderlich ist/sind, dafür ergibt sich eine niedrigere obere Frequenzgrenze als bei der zweiten Auswertemethode.
Die zweite Auswertemethode (gesamter Phasenverlauf pro Rampe wird verwendet) kann bei gleichbleibenden Rampenparametern (= identischem Messsignal) in denselben Frequenzgrenzen wie die erste Auswertemethode eingesetzt werden (also zwischen der Frequenz f0 und der Frequenz f1), zusätzlich aber auch noch bei höheren Frequenzen bis zu einer maximalen Frequenz f3, die z. B. durch die halbe Abtastrate des Rohsignals vorgegeben ist.
Mit der zweiten Auswertemethode kann also von der Frequenz f0 bis zur Frequenz f3 gemessen werden, es ergeben sich aber möglicherweise Lücken in der Frequenzmessung, die bei ganzzahligen Vielfachen der durch die Signalperiode TP einer gegebenen Frequenz fP liegen, also bei fP, 2·fP, etc. Dies liegt daran, dass die oben beschriebene Fensterfunktion von mit der Signalperiode TP periodisch wiederholten Rechteckfenstern im Frequenzbereich eine sin(x)/x-Funktion multipliziert mit Peaks im Frequenzabstand von 1/TP ist.
Das Spektrum des reellwertigen Phasensignals besteht im Spektrum dieser Fensterfunktion an der Stelle der gesuchten Signalfrequenz gefaltet auf der positiven und auf der negativen Frequenzachse. Die Spiegelfrequenzanteile stören das Nutzsignal der mechanischen Schwingung, was sich störend auswirken kann, wenn die Nutzfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Rampenwiederholfrequenz ist. Dem kann z. B. durch Änderung der Rampenwiederholfrequenz entgegengewirkt werden.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung besteht darin, dass die Empfängereinrichtung einen Empfänger und/oder Sender umfasst. Die Vorrichtung ist insbesondere als ein Radarmessgerät eingerichtet, welches eine Identifikation eines OFW-Chips ermöglicht und zusätzlich eine auf den OFW-Chip einwirkende Bewegung ermitteln kann.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass das Anregungssignal ein CW-Radarsignal, insbesondere FMCW-Radarsignal ist.
Die Vorrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein. Insbesondere kann die Vorrichtung einen Prozessor aufweisen, welcher das empfangene Signal entsprechend auswertet.
Die Ausführungen betreffend die Vorrichtung gelten für die anderen Anspruchskategorien entsprechend.
Auch wird die oben genannte Aufgabe gelöst mittels eines Systems umfassend mindestens eine der hier beschriebenen Vorrichtungen.
Eine Ausgestaltung besteht in einem System mit einer derartigen Vorrichtung und mindestens einem OFW-Chip, wobei das System derart ausgelegt ist, dass der OFW-Chip von einem Anregungssignal des Systems, insbesondere der Vorrichtung elektrische Energie erhält und eingerichtet ist, das von diesem ausgesendete Signal ohne weitere Energiequelle zu erzeugen.
Ermöglicht wird somit eine Bewegungserfassung des OFW-Chips als einem Transponder unter Ausnutzung von sogenanntem Energie-Harvesting.
Auch sind Ausgestaltungen ein solches System oder ein System mit mindestens einem OFW-Chip und mit einer derartigen Vorrichtung, wobei der OFW-Chip an einer mechanisch bewegbaren und/oder sich mechanisch bewegenden, insbesondere schwingenden Komponente einer Maschine angeordnet ist und wobei die Vorrichtung mit der Verarbeitungseinrichtung eingerichtet ist zur Überwachung einer Bewegung – insbesondere Schwingung – der Komponente mittels des vom OFW-Chip empfangenen Signals.
Die Komponente kann beispielsweise ein Gehäuseelement, ein tragendes oder ein sich bewegendes Element einer Maschine sein. Unter einer Maschine kann auch ein Gerät verstanden werden, welches sich selber bewegt, eine bewegbare oder eine sich bewegende Komponente aufweist. Insbesondere kann eine Maschine motorisiert sein.
Eine Ausgestaltung besteht in einer Maschine mit einer sich bewegenden oder bewegbaren Komponente, wobei die Maschine mit einem OFW-Chip an der Komponente und mit einer solchen Vorrichtung mit der Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen der Bewegung eingerichtet ist.
Eine solche Maschine hat beispielsweise rotierende oder sich in sonstiger Weise bewegende Komponenten, deren fehlerfreier, insbesondere gleichmäßiger Lauf zu überwachen ist. Eine solche sich bewegende Maschine kann auch ein Fahrzeug sein, dessen Betriebszustand zu überwachen ist. Auftretende mechanische Schwingungen übertragen sich auf den OFW-Chip, der an einer Komponente der Maschine unmittelbar oder mittelbar befestigt ist, wobei die Komponente Bewegungen unterliegen kann. Anhand einer separaten Vorrichtung in Art eines Radarmessgeräts ist eine berührungslose Abfrage des OFW-Chips und damit des Bewegungszustands der sich bewegenden Komponente durchführbar. Vorteilhaft können auch hohe Störfrequenzen aufgelöst werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren, bei dem ein empfangenes Signal hinsichtlich einer Änderung mindestens einer Frequenz und/oder einer Amplitude dahingehend ausgewertet wird, dass eine Identifikation und Bewegung eines das empfangene Signal aussendenden OFW-Chips bestimmt wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Signal ein den OFW-Chip identifizierendes Muster enthält, anhand dessen Änderungen die Bewegung ausgewertet wird, wobei im Zeitbereich aufeinanderfolgend Phasen von Signalspitzen bestimmt werden und daraus ein Schwingungssignal gebildet wird und wobei aus dem Schwingungssignal eine Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude bestimmt wird.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Schwingungssignal in den Frequenzbereich transformiert wird und zumindest eines von Schwingfrequenz(-en) und Amplituden der Bewegung des Musters als Identifikationsmarke des OFW-Chips oder von Teilen des Musters gebildet wird/werden.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass ein Anregungssignal zum OFW-Chip derart gesendet oder erzeugt wird, dass das vom OFW-Chip gesendete Signal eine Rampenwiederholrate aufweist, die groß gegenüber einer zu bestimmenden Schwingfrequenz der Bewegung des OFW-Chips und von dessen Identifikationsmarke ist, insbesondere so groß ist, dass das Abtasttheorem erfüllt ist.
Noch eine Weiterbildung ist, dass auf Radarrampen basierende Signale im Zeitbereich als Zeitsignale derart erzeugter Radarrampen mit einer Momentanfrequenz eines Radars ins Basisband gemischt werden und die Zeitsignale mehrerer Messungen aneinander gereiht werden und zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Messungen ein Anregungssignal modifiziert wird.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend die Vorrichtung gelten für das Verfahren entsprechend.
Die hier vorgestellte Lösung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen bzw. Komponenten der Vorrichtung zum Aussenden des Anregungssignals und zum Empfangen und Auswerten des reflektierten Signals geeignet anzusteuern.
Weiterhin wird das oben genannte Problem gelöst mittels eines computerlesbaren Speichermediums, z. B. eines beliebigen Speichers, umfassend von einem Computer ausführbare Anweisungen – z. B. in Form von Programmcode –, die dazu geeignet sind, dass der Computer Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführt.
Eine Verarbeitungseinheit der das empfangene Signal verarbeitenden Vorrichtung kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung ausgeführt sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie, z. B. Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc. sein oder umfassen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:
1 schematisch einen OFW-Chip und eine mit diesem kommunizierende Vorrichtung,
2 schematisch einen Verfahrensablauf zum Bestimmen von Schwingungen eines den OFW-Chip tragenden Objekts,
3 schematisch einen weiteren Verfahrensablauf zum Bestimmen von Schwingungen.
1 zeigt einen OFW-Chip 101 und eine mittels elektromagnetischer Wellen damit kommunizierende Vorrichtung 102. Die Vorrichtung 102 ist insbesondere als ein Radarmessgerät eingerichtet. Die Vorrichtung 102 weist eine Antenne 104 auf, über welche ein Abfrage- und/oder Anregungssignal 121 ausgesendet wird.
Der OFW-Chip 101 ist an einer sich bewegenden oder bewegbaren Komponente 103 angeordnet. Der OFW-Chip 101 weist eine Antenne 105 auf, welche mit einem Schallwandler 106 verbunden ist. Der Schallwandler 106 wandelt das empfangene elektromagnetische Anregungssignal 121 in eine akustische Welle, insbesondere Oberflächenwelle 122 um. Die Oberflächenwelle 122 wird vom Schallwandler 106 in ein Substrat bzw. einen Träger 107 des OFW-Chips 101 eingekoppelt und läuft über bzw. durch dessen Oberfläche.
Auf dem Träger 107 sind mehrere Reflektoren 108 bis 112 vom Schallwandler 106 beabstandet angeordnet. Die Reflektoren 108 bis 112 weisen zueinander einen jeweils unterschiedlichen Abstand zum Schallwandler 106 auf, wobei die Abstände einem Muster entsprechen. Das Muster entspricht einem Identifikationscode des OFW-Chips 101 und dient zu dessen Identifizierung.
Die längs des Trägers 101 laufende Oberflächenwelle 122 wird durch die Reflektoren 108 bis 112 reflektiert. Dadurch läuft eine Vielzahl der reflektierten Wellen von den Reflektoren 108 bis 112 zu dem Schallwandler 106. Durch die unterschiedlichen Abstände treffen die reflektierten Wellen zu verschiedenen Zeitpunkten beim Schallwandler 106 ein. Der Schallwandler 106 wandelt die reflektierten Wellen in ein elektromagnetisches Signal um, welches über die Antenne 105 ausgesendet wird. Anstelle eines einzelnen vom OFW-Chip 101 empfangenen Anregungssignals 121 wird vom OFW-Chip 101 ein Antwortsignal als elektromagnetisches Signal 123 ausgesendet. Das Antwortsignal weist eine Vielzahl von Spitzen auf, wobei jede der Spitzen eine Antwort jeweils eines der Reflektoren 108 bis 112 darstellt.
Die Vorrichtung 102 empfängt über ihre Antenne das vom OFW-Chip 101 ausgesendete Antwortsignal als empfangenes Signal 123 und verarbeitet dieses in einer Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung weist eine zum Empfangen des Signals 123 geeignete Empfängereinrichtung auf. Insbesondere ist der Identifikationscode des OFW-Chips 101 aus dem Signal 123 bestimmbar.
Der OFW-Chip 101 ist an einer bewegbaren oder sich bewegenden Komponente 103 angeordnet. Eine Bewegung, insbesondere Schwingung der Komponente 103 wirkt auch auf den Träger 107 des OFW-Chips 101. Bei entsprechender Bewegung der Komponente 103 führt dies zu einer Änderung der reflektierten Wellen und damit zu einem entsprechenden Antwortsignal, das vom OFW-Chip 101 ausgesendet wird.
Die Verarbeitungseinrichtung der Vorrichtung 102 ist eingerichtet, aus dem empfangenen Signal 123 die auf den OFW-Chip 101 einwirkende Bewegung und daraus die Bewegung der Komponente 103 zu bestimmen. Derart bestimmte Bewegungen werden durch die Vorrichtung 102 bereitgestellt und beispielsweise weiter verarbeitet und/oder über eine Ausgabeeinrichtung als eine Bewegungsinformation ausgegeben, insbesondere angezeigt.
Die Vorrichtung 102 kann auch eine Sendeeinrichtung aufweisen, welche ein impulsmoduliertes oder frequenzmoduliertes kontinuierliches Signal erzeugt und als das Anregungssignal 121 aussendet. Als Frequenzmodulation wird dabei ein rampenartiges Signal aus Rampen mit einer Rampenwiederholrate bevorzugt. Insbesondere ist die Sendeeinrichtung eingerichtet, das Anregungssignal 121 zwischen aufeinanderfolgenden Aussendungen zu ändern, beispielsweise die Rampenwiederholrate anzupassen. Eine Sendeeinrichtung kann aber auch unabhängig von der Vorrichtung 102 ausgebildet und im Empfangsbereich des OFW-Chips 101 angeordnet sein.
2 zeigt einen beispielhaften Ablauf von Verfahrensschritten in der Vorrichtung 102, insbesondere in deren Verarbeitungseinrichtung. Nach einem Aussenden des Anregungssignals 121 durch die Vorrichtung 102 oder durch eine andere Vorrichtung in einem Schritt 201 wird in einem nachfolgenden Schritt 202 als Antwort ein Signal 123 vom OFW-Chip 101 empfangen. Im Schritt 203 wird optional eine Fouriertransformation von frequenzmodulierten Anregungssignalen durchgeführt, um das empfangene Signal 123 in den Zeitbereich zu transformieren. Werden pulsförmige Signale verwendet, so ist keine Fouriertransformation erforderlich, die Signale liegen direkt im Zeitbereich vor. Im nachfolgenden Schritt 204 werden Phasenwerte von Signalspitzen bestimmt, um aus den Phasen im nächsten Schritt 205 ein Schwingungssignal zu bilden. Im Schritt 206 wird aus dem Schwingungssignal eine Schwingungsamplitude bestimmt. Im Schritt 207 wird eine erneute Fouriertransformation durchgeführt, um das Schwingungssignal in den Frequenzbereich zu transformieren. Im nächsten Schritt 208 werden im Frequenzbereich Schwingungsfrequenzen und relative Amplituden bestimmt.
Es werden somit mehrere Frequenzrampen als Anregungssignale gesendet. Die gesendeten Signale werden empfangen und einer Fouriertransformation unterworfen. Es werden die mittlere Peakfrequenz und Phase jedes spektralen Peaks des Tag-Codes aus allen Messungen geschätzt. Anschließend erfolgt ein komplexes Mischen der Peaks ins Basisband (Frequenz 0) mit der ermittelten mittleren Peakfrequenz und ein Drehen um die ermittelte mittlere Peakphase, dann eine Fouriertransformation und ein Isolieren der Einzelpeaks aus dem Tag-Code und anschließend eine inverse Fouriertransformation.
Bei der ersten Auswertemethode wird ein komplexer Phasenwert zur Sweep-Mitte ermittelt. Bei der zweiten Auswertemethode wird das Phasensignals an die korrekte Stelle im Gesamtsignal gesetzt.
Es erfolgt eine Mittelung über alle vorher getrennten Code-Elemente und eine Fensterung je nach Auswertemethode. Anschließend erfolgt eine Fouriertransformation über die Folge von hintereinander gesendeten Messungen und ein Schätzen der gesuchten Frequenz und Amplitude der mechanischen Schwingung durch Peaksuche im Spektrum.
3 zeigt einen weiteren beispielhaften Ablauf von Verfahrensschritten in der Vorrichtung 102 für den Fall, dass eine im empfangenen Signal 123 enthaltene Schwingfrequenz nicht klein im Vergleich zur Rampenwiederholrate des Anregungssignals 121 ist.
Die ersten Schritte 201 bis 203 bis zur Transformation des empfangenen Signals 123 in den Zeitbereich entsprechen insbesondere denen gemäß 2. In einem Schritt 302 wird ein Summen- bzw. Schwingungssignal aus den Phasen gebildet, wobei Signalanteile zwischen Messzeiten auf Null gesetzt werden. In Schritt 303 wird eine Fouriertransformation in den Frequenzbereich durchgeführt und ein Schwingungsspektrum bestimmt.
Um durch das Nullsetzen fehlende Signalanteile zu beschaffen, werden so lange wie dies erforderlich ist, in einem Schritt 304 Signalparameter zum Erzeugen des Anregungssignals 121 geändert und der Verfahrensablauf wird erneut mit dem Aussenden eines angepassten Anregungssignals 121 begonnen. Ist eine weitere Anpassung nicht erforderlich, wird mit Schritt 305 eine weitere Auswertung zum Bestimmen der Bewegung durchgeführt. Ausgenutzt wird dabei, dass im Fall von zu überwachenden Anlagen und Vorrichtungen eine solche bestimmbare Bewegung ggf. einer mehr oder weniger kontinuierlichen Schwingung entspricht, welche auch über mehrere derartige Messzyklen erfassbar ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen:
Bereitgestellt wird insbesondere eine Online-Schwingungsmessung mit aktivem Funksender durch die Vorrichtung 102 und so genanntem Energy Harvesting durch das Aussenden eines ausreichend energetischen Anregungssignals 121 und eines geeignet aufgebauten OFW-Chips 101.
Die Komponente 103 wird mit einem Oberflächenwellentransponder (OFW-Transponder, OFW-Tag, engl. SAW transponder, SAW tag, SAW = surface acoustic wave) in Art des OFW-Chips 101 so verbunden, dass das OFW-Tag bzw. der OFW-Chip 101 im Wesentlichen dieselbe Bewegung (z. B. mechanische Schwingung) erfährt wie die Komponente 103.
Das OFW-Tag ist insbesondere eine bestimmte Bauform eines passiven, d. h. energie-autarken RFID-Tags, das zur Kennzeichnung und Identifizierung von Objekten eingesetzt wird. 1 erläutert den prinzipiellen Aufbau. Auf einem keramischen Substrat bzw. Träger 107 befinden sich metallische Strukturen, die als Interdigitalwandler bzw. als die Reflektoren 108 bis 112 wirken. Der Interdigitalwandler bzw. Schallwandler 106 wandelt an der Antenne 105 einfallende elektromagnetische Wellen in Schallwellen auf dem Substrat um. Die Wellen breiten sich auf dem Substrat aus und werden teilweise an den Reflektoren reflektiert. Schallwellen, die erneut am Interdigitalwandler eintreffen, werden wieder als elektromagnetische Wellen abgestrahlt. Die Reflektoren 108 bis 112 modulieren ein einfallendes, breitbandiges Radarsignal somit auf eine dem Abstand der Reflektoren 108 bis 112 zum Interdigitalwandler entsprechenden Weise, so dass die Reflektorpositionen in der Vorrichtung 102 als einem Radarempfänger eindeutig ermittelt werden können. Durch Variation der Reflektorpositionen bei der Fertigung des OFW-Chips 101 lässt sich ein Coderaum aufspannen, der eine Kennzeichnung und Identifizierung von Objekten erlaubt. Abgefragt werden passive RFID-Tags dieser Bauart üblicherweise mit einem FMCW-Radargerät mit einer Bandbreite, die groß genug ist, um die Reflektoren im Signal trennen zu können. Insbesondere wird dabei die deutlich geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen gegenüber den elektromagnetischen Wellen beachtet. Eingesetzt wird diese Technologie beispielsweise in Oberflächenwellen-Identifikationssystemen.
Eine Erweiterung besteht darin, eine durch die Bewegung bzw. Schwingung der Komponente 103 zusätzlich auf das Radarsignal aufgebrachte Phasenmodulation im Radargerät hinsichtlich Frequenz, Frequenzspektrum und/oder Amplitude der Bewegung auszuwerten. Dazu werden bevorzugt zwei Fälle unterschieden:

(1) Die Schwingfrequenz ist klein im Vergleich zur Rampenwiederholrate des FMCW-Radargeräts.
(2) Die Schwingfrequenz liegt in der gleichen Größenordnung oder ist größer als die Rampenwiederholrate.

Wenn im Fall (1) die Schwingfrequenz klein im Vergleich zur Rampenwiederholrate des FMCW-Radargeräts ist, schwingt das OFW-Tag deutlich langsamer als die Rampenwiederholrate des FMCW-Radargeräts. Deshalb liefert jede Frequenzrampe des Radars einen Abtastpunkt zur Rekonstruktion der Schwingungsmodulation. Es lässt sich zeigen, dass alle Reflektorpeaks bzw. Reflektor-Spitzenwerte im Basisband des Radarsignals um (annähernd) dieselbe Phase gedreht werden. Diese Phase entspricht der Abstandsänderung zwischen der Nulllage des sich schwingend bewegenden Objekts und der momentanen Auslenkung durch die Schwingung. Die Nulllage des sich bewegenden Objekts ist willkürlich festlegbar, beispielsweise genau zwischen Minimum und Maximum eines Schwingungshubs. Durch Aneinanderreihung der komplexwertigen Spitzenwertphasen entsteht somit ein durch mehrere Frequenzrampen abgetastetes Schwingungssignal, das durch Fouriertransformation zur Frequenzanalyse in den Frequenzbereich überführt wird. Insbesondere wird dabei das Abtasttheorem eingehalten, d. h. alle in der Schwingung enthaltenen Frequenzanteile müssen kleiner sein als die halbe Rampenwiederholrate. Damit alle Spitzenwerte bzw. Peaks dieselbe Phase aufweisen, sollten die in der Schwingung enthaltenen Frequenzanteile vorzugsweise zusätzlich noch einmal deutlich kleiner sein als die Rampenwiederholrate. Der Vergleich der einzelnen Spitzenwertphasen bei aufeinanderfolgenden Messungen ist als Indikation für eine eventuelle Verletzung dieser Forderung heranziehbar. Die Schritte des bevorzugten Algorithmus, der insbesondere auch anhand 2 beschrieben ist, umfassen insbesondere:

a) Durchführung von Messungen mit einem FMCW-Radargerät
b) Überführung der im Frequenzbereich gemessenen Radarantworten in den Zeitbereich
c) Ggf. Auswertung der Reflektorpositionen zur Bestimmung der Identifikationsinformation des OFW-Tags
d) Bestimmen, z. B. automatisiertes Ablesen der Phasen an den Antwort-Spitzenwerten, insbesondere nur an einem Peak oder an allen Peaks zur späteren Mittelung
e) Aneinanderreihung der Spitzenwertphasen aufeinanderfolgender Messungen zu einem komplexwertigen Schwingungssignal im Zeitbereich
f) Ablesen der Schwingungsamplitude im Zeitbereich über die Beziehung φ = 2πR/λ mit λ als Wellenlänge einer Radarmittenfrequenz, R als Schwingungsamplitude und φ als bestimmter Phasenamplitude
g) Transformation des Schwingungssignals in den Frequenzbereich
h) Ablesen der Schwingfrequenz(-en) und insbesondere relativen Amplituden über die relative Leistung der Schwingungsanteile im Frequenzbereich

Die Auflösung der Schwingungsanalyse im Frequenzbereich und die Genauigkeit der Auswertung kann durch die Anzahl der aufgenommen Radarsignale bzw. durch eine große Zeitspanne, über welche eine Vielzahl aufeinanderfolgender Radarsignale aufgenommen werden, bestimmt werden.
Wenn im Fall (2) die Schwingfrequenz in der gleichen Größenordnung liegt oder größer ist als die Rampenwiederholrate, erfordert das unter Fall (1) beschriebene Verfahren insbesondere eine maximale Schwingfrequenz, die deutlich kleiner ist als die Rampenwiederholrate des FMCW-Radargeräts. Höhere Frequenzen führen aufgrund der Verletzung des Abtasttheorems zu Mehrdeutigkeiten bei der Schwingungsauswertung, die in ungünstigen Fällen nicht auflösbar sein können.
Das Summensignal wird in Zeiten, in denen nicht gemessen wurde, also insbesondere zwischen zwei Rampen, vorzugsweise zu Null gesetzt, was einer Fensterung oder Maskierung mit einem periodischen Rechtecksignal entspricht. Anschließend kann das Summensignal in den Frequenzbereich überführt und das Schwingungsspektrum ausgewertet werden.
Anstelle des FMCW-Radargeräts können auch andere breitbandige Messmethoden eingesetzt werden. Vorzugsweise verwenden alle Messmethoden eine Wiederholrate, die fest vorgebbar oder in Grenzen einstellbar periodisch ist, Insofern kann die vorstehend genannte Unterteilung in die Fälle (1) und (2) auch dann gültig sein.
Es ist von Vorteil, wenn bestimmte Informationen zu den möglichen Bewegungen der Vorrichtung bzw. deren Komponente 103, auf der der OFW-Chip platziert werden soll, bekannt sind, z. B. eine maximale Schwingfrequenz. Zudem gibt es Schwingfrequenzen, für die das beschriebene System ”blind” ist. Diese Probleme können vermindert werden, indem das Radargerät bei aufeinanderfolgenden Messungen umkonfiguriert wird. Durch Änderung dieser Anregungssignalparameter zum Erzeugen angepasster Anregungssignale 121 lässt sich indirekt auch die Rampenwiederholrate einstellen. Die Auswertung der Schwingungsparameter mit diesen unterschiedlichen Radarkonfigurationen erlaubt dann, das Schwingungsspektrum über einen großen Frequenzbereich z. B. weitgehend lückenlos zu rekonstruieren.
Ermöglicht wird somit, das Antwortsignal eines per Radar abgefragten OFW-Chips zur Bewegungsmessung (mechanischer Schwingungsmessung) heranzuziehen.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass keine Verkabelung erforderlich ist bzw. sich der Aufwand für eine zur Bewegungsmessung erforderliche Verkabelung deutlich reduziert. Dies ist auch von Vorteil, weil die Kabel selbst aufgrund ihres Gewichts das Bewegungsverhalten verändern.
Schwingungsmessungen können auch mit tragbaren Geräten durchgeführt werden, was Kosten eingespart da andernfalls Sensoren und Verkabelung anfallen würden. Bei der Messung mit tragbaren Geräten kann eine Ankopplung des Tags an das bewegliche oder bewegbare Objekt z. B. über Magnete erfolgen. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche können nicht nur die Bereiche von Null bis bspw. 4000 Hz erfasst werden, sondern es können für die Detektierung von Lager-, Getriebe- und Umrichterfehlern benötigte Frequenzen bis ca. 20 kHz bestimmt und überwacht werden. Ein fester installierter Sensor hat den Vorteil einer kostengünstigen Dauerüberwachung, die es auch ermöglicht rechtzeitig vor einem Fehlerfall eine Komponente zu ersetzen. Derartige Sensoren können einfach mittels OFW-Chips nachgerüstet werden. Hierbei lassen sich Kosten und Stillstandzeiten im Vergleich zu Lösungen mit einer Verkabelung deutlich reduzieren.
Jeder OFW-Chip kann eine eindeutige Adresse aufweisen, die es erlaubt, mehrere Messpunkte an einem Messobjekt mit nur einem Radargerät zu vermessen.
Aufgrund der Adressierbarkeit der Messpunkte und der damit verbundenen Möglichkeit der Überprüfung auf die korrekte Wahl der Messposition ist die Messung einfach und kann ohne speziell geschultes Personal durchgeführt werden.
Die OFW-Chips sind z. B. passiv ausgeführt und haben eine lange Lebensdauer. Es ist auch möglich, die OFW-Chips beispielsweise mit Farbe überstreichbar auszuführen. Dies würde die Kosten für eine regelmäßige Maschinenwartung nicht erhöhen, da eine kostenintensive Demontage und nach dem Abtrocknen der Farbe eine erneute Montage entfallen.
Es können auf dem Substrat bzw. Träger verschiedene Antennentypen verwendet werden, beispielsweise eine mäanderförmige Antenne, die durch einen Metallkörper ausgebildet ist, eine Schlitzantenne einschließlich einer inversen Anordnung und auch eine Hohlraumantenne, wobei mit solchen Antennen eine Reichweite von beispielsweise 5 m bis 7 m erzielbar ist.
Realisierbar ist eine Überwachung mit mobilen Messgeräten, wobei eine Vorrichtung auch als stationäres Messgerät zur dauerhaften Überwachung installiert werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Vorrichtung (102), bei der eine Verarbeitungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass ein empfangenes Signal (123) hinsichtlich einer Änderung mindestens einer Frequenz und/oder einer Amplitude auswertbar ist dahingehend, dass eine Identifikation und Bewegung eines das empfangene Signal aussendenden OFW-Chips (101) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die eingerichtet ist, aus dem empfangenen Signal (123), das vom OFW-Chip (101) gesendet wurde und ein den OFW-Chip identifizierendes Muster enthält, anhand dessen Änderungen die Bewegung, insbesondere Schwingung auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die eingerichtet ist, im Zeitbereich aufeinanderfolgend Phasen von Signalspitzen zu bestimmen und daraus ein komplexwertiges Schwingungssignal zu bilden (203–205).
Vorrichtung nach Anspruch 3, die eingerichtet ist, aus dem Schwingungssignal eine Schwingungsamplitude als Identifikationsmarke des OFW-Chips (101) oder von Teilen des Musters zu bilden (206).
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, die eingerichtet ist, das Schwingungssignal in den Frequenzbereich zu transformieren und zumindest eines von Schwingfrequenz(-en) und relativen Amplituden der Bewegung des Musters als Identifikationsmarke des OFW-Chips (101) oder der Bewegung von Teilen des Musters zu bilden (207–208).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Anregungssignal (121) zum OFW-Chip (101) und/oder das vom OFW-Chip (101) gesendete Signal (123) eine Wiederholrate, insbesondere eine Rampenwiederholrate aufweist, die groß gegenüber einer zu bestimmenden Schwingfrequenz der Bewegung des OFW-Chips und von dessen Identifikationsmarke ist, insbesondere so groß ist, dass das Abtasttheorem erfüllt ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, die eingerichtet ist, auf Radarrampen basierende Signale im Zeitbereich als Zeitsignale mit einer Momentanfrequenz eines Radars ins Basisband zu mischen und die Zeitsignale mehrerer Messungen aneinander zu reihen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, die eingerichtet ist, ein Summensignal aus bestimmten Phasen von Signalspitzen in Zeiten, in denen nicht gemessen wird, zu Null zu setzen und anschließend das Summensignal in den Frequenzbereich zu überführen und das Schwingungsspektrum zu bestimmen, insbesondere auszuwerten.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, die eingerichtet ist, eine Sendeeinrichtung zum Senden eines Anregungssignals (121) an den OFW-Chip (101) zwischen mindestens zwei aufeinanderfolgenden Messungen umzukonfigurieren und ein modifiziertes Anregungssignal zu erzeugen (303).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Anregungssignal (121) ein CW-Radarsignal, insbesondere FMCW-Radarsignal ist.
System mit einer Vorrichtung (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einem OFW-Chip (101), wobei das System derart ausgelegt ist, dass der OFW-Chip (101) von einem Anregungssignal (121) des Systems, insbesondere der Vorrichtung (102) Energie erhält und eingerichtet ist, das von diesem ausgesendete Signal ohne weitere Energiequelle zu erzeugen.
System mit mindestens einem OFW-Chip (101) und mit einer Vorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder System nach Anspruch 11, wobei der OFW-Chip an einer mechanisch bewegbaren und/oder sich mechanisch bewegenden, insbesondere schwingenden Komponente (103) einer Maschine angeordnet ist und wobei die Vorrichtung mit der Verarbeitungseinrichtung eingerichtet ist zur Überwachung einer Bewegung der Komponente (103) mittels des vom OFW-Chip empfangenen Signals (123).
Maschine mit einer sich bewegenden oder bewegbaren Komponente (103), wobei die Maschine mit einem OFW-Chip (101) an der Komponente (103) und mit einer Vorrichtung (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit der Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen der Bewegung der Komponente eingerichtet ist.
Verfahren, bei dem ein empfangenes Signal (123) hinsichtlich einer Änderung mindestens einer Frequenz und/oder einer Amplitude dahingehend ausgewertet wird, dass eine Identifikation und Bewegung eines das empfangene Signal aussendenden OFW-Chips (101) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, – wobei das Signal (123) ein den OFW-Chip identifizierendes Muster enthält, anhand dessen Änderungen die Bewegung ausgewertet wird, – wobei im Zeitbereich aufeinanderfolgend Phasen von Signalspitzen bestimmt werden und daraus ein komplexwertiges Schwingungssignal gebildet wird (203–205) und – wobei aus dem Schwingungssignal eine Schwingungsamplitude bestimmt wird.