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Aufgabe der Erfindung
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In der Praxis stellt sich die Aufgabe, das Öffnen eines Tankdeckels zu detektieren, um unbefugte Entnahmen zu erkennen und und den Inhalt zu sichern. Dies betrifft insbesondere gewerblich genutzte Tanks in Fahrzeugen oder stationären Einrichtungen, die aufgrund der hohen Füllmenge erhebliche Werte beinhalten können.
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Stand der Technik
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Bekannte Lösungen verwenden eine Füllstandsmessung und detektieren einen sich schnell verringernden Füllstand als Diebstahlsituation. Dies erfordert die Anbringung einer separaten Füllstandsmessung oder die Anbindung einer entsprechenden Auswerte- und Alarmlogik an das bereits vorinstallierte Füllstandmesssystem. Dies ist häufig nur mit erheblichem Aufwand möglich, da die entsprechenden Hard- und Softwareschnittstellen für derartige Erweiterungen von serienmäßig verbauten Füllstandmesssystemen nicht bereitgestellt werden oder die Systeme aufgrund ihrer Parameter nicht zur Erkennung unbefugter Entnahmen geeignet sind.
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Systeme zur Erkennung unbefugter Entnahmen, wie unter anderem aus
DE 20 2006 019 967 ,
DE 20 2007 004 129 und
GB 2 343 283 bekannt, verwenden externe Bewegungssensoren oder Lagesensoren, die am oder über den eigentlichen Tankdeckel montiert werden. Diese Lösungen haben den Nachteil hoher Fehlalarmanfälligkeit durch das Ansprechen auf Störquellen.
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Häufig wird zusätzlich oder als alleinige Sensorik ein Kontakt verwendet, der das Öffnen des Tankdeckels melden soll. Diese kontaktbehaftete Detektion hat sich als störanfällig und schlecht nachrüstbar erwiesen, da mechanische Änderungen am Tankverschluss erforderlich sind. Aus
DE 198 07 452 ist eine Lösung bekannt, welche das Problem der Kontaktierung durch die Verwendung eines Magnetschalters löst. Da Behälter zunehmend aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt werden, kann diese Lösung nur selten angewendet werden.
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Aus
US 2007 0137730 ist ein System bekannt, welches einen passiven RFID Transponder oder optischen Transponder verwendet, um die exakte Position des Tankverschlusses zu erkennen. Dieses erlaubt die Erkennung jedoch nur auf sehr geringe Entfernungen und erfordert die Montage entsprechender Elektronik zur Positionsbestimmung des Tags direkt außen am Tank oder Tankdeckel, was unerwünscht ist.
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Aus
DE 10 2012 016 523 ist eine Lösung bekannt, bei der die Schirmwirkung des häufig metallisch ausgeführten Tanks verwendet wird, um das Öffnen des Behälters zu detektieren. Die durch das Öffnen abnehmende Schirmwirkung führt zu einer geringeren Dämpfung der Funkstrecke zwischen einer im Tank angebrachten Funkbake und einer außerhalb befindlichen Basistation. Diese Lösung hat den Nachteil, das durch ohnehin im metallischen Behältnis angebrachte Durchbrüche die Differenz der Streckendämpfung zwischen geöffnetem und geschlossenem Zustand des eigentlichen Deckels gering ausfallt und so in einigen Fällen schwer zu detektieren ist.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die beanspruchte Lösung ist in dargestellt und detektiert das Öffnen des Tanks (1) über die Messung der Antennenimpedanz der Sendeantenne (10) einer zumindest im geschlossenen Zustand innerhalb des Tanks (1) befindlichen Funkbake (2). Diese Messung erfolgt mittels einer Einrichtung zur Messung der Antennenimpedanz (9). Die Bake übermittelt das Messergebnis unverarbeitet oder vorverarbeitet an eine Basistation (3), die an beliebiger anderer Stelle am zu überwachenden Objekt oder in Funkreichweite angebracht ist.
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Das Messprinzip beruht auf der Änderung der Antennenimpedanz der Antenne (10) der Funkbake (2) durch Wechselwirkung mit dem Tank (1). Ein besonderer Vorteil der beanspruchten Lösung ist, das die Ursache der Impedanzänderung für das Messprinzip unerheblich ist. Die Antennenimpedanz kann durch Änderung von Rückwirkungen im Nahfeld, Änderung der Reflexionen im Fernfeld oder Änderung der Ankopplung lokaler elektromagnetischer Resonanzen, wie zum Beispiel der Eigenresonanzen des Tanks verändert werden. Damit ist eine Vielzahl von Manipulationen am Tank (1), Tankstutzen (8), Tankdeckel (4) oder zusätzlichen Anschlüssen (6) detektierbar. Der Begriff „Öffnen des Tankdeckels” wird hier stellvertretend für alle Manipulationen an der den Tank bildenden Oberfläche verwendet.
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Die Energieversorgung der Bake (2) erfolgt über Primärzellen, Akkumulatoren oder in mobilen Anwendungen mittels Energiegewinnung aus Bewegungsenergie oder photoelektrisch. Auch eine leitungsgebundene Energieversorgung ist möglich, aber weniger vorteilhaft, da aufwändig zu installieren.
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Die Messung der Antennenimpedanz kann skalar oder vektoriell erfolgen. Die vektorielle Messung liefert mit Betrag und Phase der Antennenimpedanz zwei Messgrößen, was zur Erkennung des Öffnens des Tanks (1) hilfreiche Informationen liefern kann, erfordert aber erhöhten messtechnischen Aufwand.
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Die Verarbeitung der Messdaten zu einer Entscheidung über den Zustand des Tanks (1) kann lokal in der Bake (2) erfolgen, alternativ können die unverarbeiteten Messergebnisse an die Basisstation (3) übermittelt werden und an beliebiger Stelle weiterverarbeitet werden. Die Basisstation (3) kann bei Meldung des unbefugten Öffnens einen lokalen Alarm auslösen, einen stillen Alarm an eine dritte Stelle weiterleiten oder die Daten des Ereignisses lokal speichern, um sie später auszuwerten. Dazu muss die Basistation gegebenenfalls um weitere Schnittstellen zur Funkkommunikation oder leitungsgebundenen Kommunikation erweitert werden. Besonders vorteilhaft sind hier ein GSM/UMTS Uplink und ein GPS Empfänger zur Bestimmung des Ortes des Ereignisses des Öffnens. Die Bake (2) kann alternativ auch die Daten lokal verarbeiten und einen lokalen Alarm auslösen. In diesem Fall ist keine Basisstation erforderlich. Die Antenne (10) der Bake (2) wird in diesem Fall nur noch als elektromagnetische Sensor verwendet, die Kommunikationsfunktion entfallt.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der gleichen Antenne für die Messung der Antennenimpedanz und die Kommunikation mit der Basisstation. Alternativ können auch mehrere Antennen in der Bake (2) enthalten sein, welche nur einzelne Aufgaben übernehmen.
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Die Kommunikationsstrecke wird in einer einfachen und besonders vorteilhaften Ausführung nur unidirektional in Richtung Bake (2) zu Basisstation (3) genutzt. Die Bake (2) braucht daher lediglich zeitgesteuert in einem geeigneten Intervall die unverarbeiteten oder vorverarbeiteten Ergebnisse der Impedanzmessung und optional ein sie eindeutig identifizierendes Signal abzustrahlen. Dieses kann analog oder besonders vorteilhaft digital codiert ausgeführt werden, was es ermöglicht, eine nahezu beliebige Zahl von Funkbaken (2) an einer oder mehreren Basistationen (3) zu betreiben.
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Bei hergestellter Funkverbindung kann die Kommunikation auch bidirektional erfolgen, beispielsweise um die Bake (2) zu konfigurieren oder deren Batteriestatus abzufragen.
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Die erfindungsgemäße Lösung verzichtet auf jede Art von Primärsensorik zur Lagedetektion, Beschleunigungsmessung, Positionsbestimmung, Näherungsschalter oder Überwachung von Kontakten. Weitere Sensoren können jedoch zur Verbesserung der Sicherheit der Detektion des Öffnens verwendet werden und deren Daten bei hergestellter Funkverbindung an die Basisstation (3) übertragen werden.
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Ein weiteres Mittel zur Erhöhung der Sicherheit der Detektion des Öffnens ist die gleichzeitige Erfassung des RSSI Wertes des Signals der Bake (2) an der Basisstation (3) mittels einer Einrichtung zur Messung der Empfangsstärke (5). Gleichzeitig zur Änderung der Antennenimpedanz sinkt beim Öffnen typischerweise die Streckendämpfung zwischen der Bake (2) und Basisstation (3) ab, was zusätzlich von der Basisstation leicht detektiert werden kann. Die Basisstation verfügt dazu optional über eine Einrichtung zur Ermittlung der Empfangsleistung (5) (Received Signal Strength Indicator, RSSI) des von der Bake (2) empfangenen Signals. Dieses Messprinzip entspricht im Wesentlichen einer Streuparametermessung, bei der sowohl der Reflexionskoeffizient (S11) der Sendeseite, also der Bake (2), als auch der Transmissionskoeffizient (S21) von der Bake zur Basisstation gemessen werden. Die erfindungsgemäße Lösung ohne optionale RSSI Messung entspricht einer reinen Eintor-Reflexionsmessung des Reflexionskoeffizienten der Antenne der Bake (10). Dieser Reflexionskoeffizient kann direkt in eine Impedanz umgerechnet werden.
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Das für die Funkverbindung verwendete Frequenzspektrum ist beliebig und wird primär nach regulatorischen Gesichtspunkten ausgewählt. Besonders vorteilhaft sind ISM Bänder im Bereich zwischen 125 kHz und 24 Ghz. Die Messung der Antennenimpedanz erfolgt an mindestens einem Frequenzpunkt. Sie kann aber auch an mehreren Frequenzpunkten erfasst werden, um die Entscheidungssicherheit zu erhöhen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Bake (2), wie in gezeigt, im Inneren des Tanks in unmittelbarer Nähe des Tankstutzens (8) angebracht. Dadurch sind beim Öffnen des Tankdeckels (4) nicht nur stärkere Änderungen des an der Berandung des Tanks (1) und am Tankdeckel (4) reflektierten Fernfelds, sondern zusätzlich auch stärkere Rückwirkungen auf die Antennenimpedanz durch Veränderung des Nahfeldes der Antenne der Bake (10) zu erzielen.
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In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung wird die Bake (2), wie in gezeigt, am Tankdeckel (4) montiert. Die Positionsänderung der Antenne der Bake (10) relativ zum Tankstutzen (8) führt zu einer sehr starken Änderung der Antennenimpedanz, welche von der Einrichtung zur Messung der Antennenimpedanz (9) besonders leicht zu detektieren ist. In dieser Ausführung ist die Bake (2) nur im geschlossenen Zustand des Tanks (1) innerhalb des Volumens befindlich, in vollständig geöffnetem Zustand befindet sich die Bake dann außerhalb des Volumens des Tanks (1).
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Die Oberfläche üblicher Tanks ist häufig nicht vollständig metallisch ausgeführt. Für diesen Fall ist die Montage der Bake (2) am Tankdeckel (4) in Verbindung mit einer metallischen Struktur (7) im Bereich des Tankstutzens (8), wie in gezeigt, besonders vorteilhaft. Die Beeinflussung des Nahfeldes der Antenne (10) durch metallische Teile im Bereich des Stutzens (8) führt auch bei einem sonst aus Kunststoff ausgeführten Tank zu einer Änderung der Antennenimpedanz und kann durch die Einrichtung zur Messung der Antennenimpedanz (9) detektiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 Tank, 2 Bake, 3 Basisstation, 4 Tankdeckel, 5 Einrichtung zur Messung der Empfangsleistung, 6 Leitungsanschluss, 7 Schirmeinsatz, 8 Tankstutzen, 9 Einrichtung zur Messung der Antennenimpedanz, 10 Antenne der Bake
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006019967 [0003]
- DE 202007004129 [0003]
- GB 2343283 [0003]
- DE 19807452 [0004]
- US 20070137730 [0005]
- DE 102012016523 [0006]
