DE102017212460A1

DE102017212460A1 - Sensorleitung

Info

Publication number: DE102017212460A1
Application number: DE102017212460.1A
Authority: DE
Inventors: Rico Oelmann
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: US10847284B2; US20190027275A1; DE102017212460B4

Abstract

Es wird eine Sensorleitung zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel beschrieben. Die Sensorleitung umfasst: einen Kondensator, ein erstes Dielektrikum, das eine erste Kompressibilität und eine erste Permittivität besitzt, und ein zweites Dielektrikum, das eine zweite Kompressibilität und eine zweite Permittivität besitzt. Die erste Kompressibilität ist kleiner als die zweite Kompressibilität. Die erste Permittivität unterscheidet sich von der zweiten Permittivität. Die Sensorleitung ist derart konfiguriert, dass zumindest das zweite Dielektrikum bei einer Bewegung der Sensorleitung komprimierbar oder ausdehnbar ist, sodass eine Gesamt-Permittivität, die sich aus der ersten Permittivität und der zweiten Permittivität zusammensetzt, bei der Bewegung der Sensorleitung änderbar ist. Durch die Änderung der Gesamt-Permittivität ist eine Änderung der Kapazität des Kondensators hervorrufbar, die detektierbar ist, um den äußeren Einfluss auf das Kabel zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorleitung, eine Leitung und ein System zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel sowie ein Verfahren zum Detektieren eines mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf ein Kabel oder ein Medieneinbruch in ein Kabel.
Eigenschaften elektrischer Kabel können sich aufgrund äußerer Einflüsse, wie zum Beispiel Temperatur- oder Mechanikeinflüsse, die auf das Kabel einwirken, ändern. Messungen von Auswirkungen äußerer Einflüsse auf das Kabel können somit für dessen Einsatz unabdingbar sein.
Auswirkungen von äußeren Einflüssen, insbesondere Temperatureinflüssen, auf Kabel sind oftmals in Temperaturbereichen, in denen die Kabel verwendet werden, relativ gering. Dies kann die Analyse der Auswirkungen auf die Kabel erschweren.
Im Hinblick auf das Obige, bedürfen Kabel beziehungsweise Sensorleitungen für Kabel weiterer Verbesserungen, um äußere Einflüsse auf die Kabel genauer beziehungsweise überhaupt detektieren zu können.
Der Erfindung liegt insbesondere eine Sensorleitung mit flexibler Kapazität zu Grunde. Hierbei wird eine Kapazitätsmessung von formveränderbaren Dielektrika ausgenutzt.
Hierzu lehrt die Erfindung eine Sensorleitung zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel, wobei die Sensorleitung umfasst: einen Kondensator, ein erstes Dielektrikum, das eine erste Kompressibilität und eine erste Permittivität besitzt, und ein zweites Dielektrikum, das eine zweite Kompressibilität und eine zweite Permittivität besitzt, wobei die erste Kompressibilität kleiner ist als die zweite Kompressibilität, wobei sich die erste Permittivität von der zweiten Permittivität unterscheidet, wobei die Sensorleitung derart konfiguriert ist, dass zumindest das zweite Dielektrikum bei einer Bewegung der Sensorleitung komprimierbar oder ausdehnbar ist, sodass eine Gesamt-Permittivität, die sich aus der ersten Permittivität und der zweiten Permittivität zusammensetzt, bei der Bewegung der Sensorleitung änderbar ist, und wobei durch die Änderung der Gesamt-Permittivität eine Änderung der Kapazität des Kondensators hervorrufbar ist, die detektierbar (d.h. messbar) ist, um den äußeren Einfluss auf das Kabel zu detektieren.
Die hierin beschriebenen Permittivitäten betreffen die relativen Permittivitäten der entsprechenden Materialien.
Unter der Kompressibilität wird allgemein die Eigenschaft eines Materials bezeichnet, das Volumen, das es einnimmt, unter einer Druckeinwirkung zu ändern.
Es sei bemerkt, dass auch Dielektrika benutzt werden können, die zwar im Wesentlichen dasselbe Grundmaterial aufweisen, wobei bei zumindest einem der Dielektrika ein weiteres Material in die Matrix des Grundmaterials eingebunden ist (ähnlich der Dotierung in einem Halbleiter), sodass sich die Kompressibilität und die Permittivität von denen des anderen Dielektrikums unterscheiden. Die Erfindung beschränkt sich somit nicht lediglich auf Sensorleitungen, in denen komplett verschiedene Dielektrika benutzt werden, solange sich die Kompressibilitäten und die Permittivitäten der Dielektrika unterscheiden.
In einer Ausgestaltungsform ist das erste Dielektrikum im Vergleich zum zweiten Dielektrikum starr, wobei die Permittivität des ersten Dielektrikums höher ist im Vergleich zur Permittivität des zweiten Dielektrikums.
Bei einer Bewegung der Sensorleitung kann es somit zum Beispiel zu einer Kompression oder einer Ausdehnung zumindest des zweiten Dielektrikums (oder beider Dielektrika) kommen, sodass sich die Gesamt-Permittivität, die sich aus den Permittivitäten der Dielektrika zusammensetzt, verändert. Dies wird durch die unterschiedlichen Kompressibilitäten und Permittivitäten der beiden Dielektrika bewerkstelligt. Die Änderung der Gesamt-Permittivität kann sodann eine Veränderung der Kapazität des Kondensators herbeiführen, die gemessen werden kann. Hierdurch lassen sich zum Beispiel Rückschlüsse auf mechanische Einflüsse und/oder Temperatureinflüsse auf die Sensorleitung und/oder Medieneinbrüche in das Innere der Sensorleitung schließen.
Je größer die Unterschiede der relativen Permittivitäten der Dielektrika sind, desto größer ist der messbare Effekt. In einer Ausgestaltungsform der Sensorleitung unterscheidet sich deshalb die erste Permittivität von der zweiten Permittivität um einen Faktor von mindestens 5, bevorzugt von mindestens 10, und ferner bevorzugt von mindestens 20. Dazu kann zumindest das zweite Dielektrikum ein Gas oder ein Gasgemisch umfassen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform umfasst die Sensorleitung mehrere Kondensatoren, wobei die Sensorleitung derart konfiguriert ist, dass eine Richtung einer Biegung und/oder eine Drehrichtung einer Torsion der Sensorleitung mittels eines Vergleichs von Änderungen der Kapazitäten der Kondensatoren, die aufgrund der Bewegung der Sensorleitung hervorgerufen werden, feststellbar sind. Die Feststellung der Richtung einer Biegung und/oder einer Drehrichtung einer Torsion kann sodann bei der Analyse der Eigenschaften des Kabels, die durch einen äußeren Einfluss auf die Sensorleitung beziehungsweise das Kabel verändert werden, berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltungsform der Sensorleitung umfasst das zweite Dielektrikum ein Gas oder Gasgemisch. Dies kann zum einen den Vorteil haben, dass sich die relativen Permittivitäten der Dielektrika um einen möglichst hohen Faktor unterscheiden, wodurch, wie oben dargelegt, der messbare Effekt des äußeren Einflusses auf das Kabel beziehungsweise auf die Sensorleitung vergrößert wird.
Zum anderen lässt eine Ausgestaltungsform der Sensorleitung, in der das zweite Dielektrikum ein Gas oder Gasgemisch umfasst, zu, dass ein Medium in die Sensorleitung eindringen kann. In einer Ausgestaltungsform ist die Sensorleitung derart konfiguriert, dass die Gesamt-Permittivität durch ein Eindringen eines Mediums in zumindest einen Teil eines Volumens, das durch das Gas oder Gasgemisch eingenommen wird, veränderbar ist. Äußere Einflüsse, die sich auf die Eigenschaften der Sensorleitung beziehungsweise des Kabels auswirken können, in denen ein Medium in zumindest einen Teil eines Volumens, das durch das Gas oder Gasgemisch eingenommenen wird, eindringt, können in der Analyse miteinbezogen werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Sensorleitung umfasst zumindest eines der Dielektrika ein temperaturempfindliches Dielektrikum, wobei die Sensorleitung ferner konfiguriert ist, eine äußere Temperatureinwirkung auf die Sensorleitung mittels des temperaturempfindlichen Dielektrikums zu detektieren. Die Empfindlichkeit der Messung des äußeren Einflusses auf die Sensorleitung beziehungsweise auf das Kabel kann somit erhöht werden, insbesondere wenn beide Dielektrika temperaturempfindliche Dielektrika umfassen. In einer Ausgestaltungsform der Sensorleitung umfasst nur eines der Dielektrika ein temperaturempfindliches Dielektrikum, was zu einer sensibleren Sensorleitung führen kann.
In einer weiteren Ausgestaltungsform umfassen das erste Dielektrikum und das zweite Dielektrikum temperaturempfindliche Dielektrika, wobei eines der beiden Dielektrika einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und das andere Dielektrikum einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Dies führt zu einer Sensorleitung, die besonders sensibel auf äußere Temperatureinwirkungen reagiert, die mittels der beiden temperaturempfindlichen Dielektrika detektiert und analysiert werden können.
In einer weiteren Ausgestaltungsform ist die Sensorleitung ferner konfiguriert, eine äußere Temperatureinwirkung auf die Sensorleitung mittels einer Flächenausdehnung einer Elektrode des Kondensators zu detektieren. Eine Änderung der Fläche kann über die Kapazität des Kondensators, die proportional zur Fläche des Kondensators ist, ermittelt werden, wodurch die Temperaturweinwirkung auf die Sensorleitung analysiert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Sensorleitung ist das zweite Dielektrikum um das erste Dielektrikum, insbesondere spiralförmig, herumgewickelt. Dies kann eine relativ einfache Herstellung der Sensorleitung ermöglichen.
In einer Ausgestaltungsform ist die Sensorleitung als Koaxialkabel ausgebildet, wobei Kondensatorelektroden Innenleiter und Außenleiter des Koaxialkabels bilden. Hierbei kann insbesondere ein äußerer Einfluss auf die Impedanz des Koaxialkabels über die Kapazitätsmessung genau bestimmt werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Sensorleitung sind die Dielektrika alternierend entlang einer Längsrichtung der Sensorleitung im Innern der Sensorleitung angebracht. Dies ermöglicht das Detektieren eines äußeren Einflusses auf die Sensorleitung an verschiedenen Stellen entlang der Längsrichtung der Sensorleitung. Je häufiger sich die Dielektrika entlang der Längsrichtung der Sensorleitung abwechseln, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein äußerer Einfluss auf die Sensorleitung beziehungsweise das Kabel detektiert wird. Die Genauigkeit der Sensorleitung wird somit erhöht.
Die Erfindung lehrt weiterhin eine Leitung, umfassend: eine Sensorleitung nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungsformen, einen Bowdenzug, der im Innern der Leitung angebracht ist und in einem ersten Bereich auf einer ersten Seite der Sensorleitung fixiert ist, und einen Schutzmantel, der in einem zweiten Bereich auf einer zweiten Seite (die der ersten Seite gegenüberliegt) der Sensorleitung fixiert ist, wobei die Leitung derart konfiguriert ist, dass der Bowdenzug durch Torsion oder Biegung der Leitung innerhalb des Schutzmantels rotierbar oder bewegbar ist. Hierdurch lassen sich Mechanikeinflüsse auf die Sensorleitung detektieren, wobei sich durch Torsion oder Biegung der Bowdenzug innerhalb des Schutzmantels rotiert beziehungsweise bewegt. Diese Rotation beziehungsweise Bewegung kann sodann gemessen werden.
Die Erfindung lehrt weiterhin ein System zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel, wobei das System umfasst: eine Sensorleitung nach einer der Ausgestaltungsformen oder eine Leitung nach einer Ausgestaltungsform wie hierin beschrieben; und ein Filtersystem, das konfiguriert ist, auf Grundlage einer zeitlichen Änderung der Kapazität des Kondensators auf eine Art des äußeren Einflusses auf das Kabel zu schließen. Es kann hierbei insbesondere zwischen mechanischen Einflüssen und Temperatureinflüssen unterschieden werden, wobei sich letztere langsamer über ein Zeitintervall auf die Sensorleitung auswirken, als mechanische Einflüsse.
Ausgestaltungsformen der hierin beschriebenen Sensorleitung können zum Beispiel in einem Jumper-Kabel oder in Schleppketten Verwendung finden.
Die Erfindung lehrt weiterhin ein Verfahren zum Detektieren eines mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf ein Kabel oder eines Medieneinbruchs in ein Kabel, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Sensorleitung, einer Leitung oder eines Systems nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungsformen, und Messen einer Änderung einer Kapazität des Kondensators zum Detektieren des mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf das Kabel oder des Medieneinbruchs in das Kabel. Wie oben beschrieben, kann bei einer Bewegung des Kabels zumindest das kompressiblere der Dielektrika sich komprimieren, ausdehnen oder verdrehen, wodurch sich die Gesamt-Permittivität, die sich aus den Permittivitäten der Dielektrika zusammensetzt, verändern kann. Dies führt zu einer Änderung der Kapazität des Kondensators, die gemessen werden kann.
In einer Ausgestaltungsform, in der die Sensorleitung mehrere Kondensatoren umfasst, umfasst das Verfahren ferner: Vergleichen von Änderungen der Kapazitäten der Kondensatoren aufgrund einer Bewegung des Kabels, und Bestimmen einer Richtung einer Biegung und/oder einer Drehrichtung einer Torsion des Kabels auf Grundlage des Vergleichs.
Es sei bemerkt, dass jegliche Ausgestaltungsformen in sinnvoller Weise miteinander kombiniert oder unabhängig voneinander realisiert werden können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

1a bis c zeigen schematisch eine Sensorleitung gemäß einer Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung;
2a und b zeigen schematisch eine Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung;
3a und b zeigen schematisch eine Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung;
4 zeigt schematisch eine Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung;
5a und b zeigen schematisch eine Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung; und
6a und b zeigen schematisch ein Koaxialkabel gemäß einer Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung.

Ausgestaltungsformen der hierin beschriebenen Erfindung umfassen eine Sensorleitung mit flexibler Kapazität.
Die Erfindung umfasst einen Kabelaufbau, der es ermöglicht, äußere Einflüsse auf das Kabel zu detektieren und somit eine Sensorleitung darzustellen. Die Sensorleitung umfasst (mindestens) einen Kondensator und (mindestens) zwei Dielektrika. Die Änderung der Kapazität des oder der Kondensatoren kann genutzt werden, um Belastungen auf die Sensorleitung zu detektieren. Diese Belastungen können mechanisch (Biegung, Torsion, Längung (Dehnung)/Stauchung), ein Medieneinbruch und/oder Temperatur-bedingt sein.
In einem Beispiel ist das zweite Dielektrikum der Sensorleitung kompressiv (d.h. komprimierbar beziehungsweise dehnbar) relativ zum ersten Dielektrikum, wobei das zweite Dielektrikum eine geringere Permittivität aufweist, als das erste Dielektrikum.
Bei Bewegungen der Sensorleitung wird durch die Bewegung (zumindest) das zweite Dielektrikum komprimiert oder ausgedehnt. Bei einer Kompression oder Ausdehnung beider Dielektrika, wird das zweite Dielektrikum im Vergleich zum ersten Dielektrikum stärker komprimiert beziehungsweise ausgedehnt. Dadurch verändert sich die Gesamt-Permittivität, die sich aus den Permittivitäten der Dielektrika zusammensetzt. Die Änderung der Gesamt-Permittivität bewirkt eine Veränderung der Kapazität des oder der Kondensatoren, die gemessen werden kann. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die mechanischen Einflüsse auf die Sensorleitung schließen. Je größer die Unterschiede der relativen Permittivitäten der Dielektrika sind, desto größer ist der messbare Effekt.
1a bis c zeigen schematisch eine Sensorleitung 100 gemäß einer Ausgestaltungsform der hierin beschriebenen Erfindung.
Im Beispiel der 1a ist das Dielektrikum 1 im Vergleich zum Dielektrikum 2 relativ starr. Weiterhin weist in diesem Beispiel das Dielektrikum 1 eine im Vergleich zum Dielektrikum 2 hohe relative Permittivität auf. Das Dielektrikum 2, das im Vergleich zum Dielektrikum 1 kompressiv (beziehungsweise kompressiver) ist und eine niedrigere relative Permittivität aufweist, umfasst in diesem Beispiel Luft.
Die Sensorleitung 100 umfasst in diesem Beispiel die Kondensatoren 3a (Elektroden oben und unten in der Figur angeordnet) und 3b (Elektroden vorne und hinten in der Figur angeordnet). Die Kondensatoren 3a und 3b, die hier senkrecht zueinander angeordnet sind, erlauben es, die Richtung einer Biegung (oder Torsion) zu bestimmen, indem die Kapazitäten der Kondensatoren beziehungsweise deren Veränderungen miteinander verglichen werden. Die Kapazitätsmessungen können mit Hilfe der Apparaturen 5 durchgeführt werden.
Die Pfeile 4 deuten eine Flächenänderung durch einen Temperatureinfluss an. Die Flächenänderung hat einen Einfluss auf die Kapazität der Kondensatoren 3a und 3b, die mittels der Apparaturen 5 gemessen werden.
Durch Ausgestaltungsformen der Sensorleitung können somit Temperatureinwirkungen gemessen werden. Die Flächenausdehnung der Kondensatorelektroden kann hierbei genutzt werden oder es wird ein temperaturempfindliches Dielektrikum (oder temperaturempfindliche Dielektrika) verwendet. Beides bewirkt eine Änderung der gemessenen Kapazität.
Die Kapazität einer der Kondensatoren bestimmt sich hierbei gemäß: $C = ε_{0} \times ε_{r} \times A / d,$
wobei C die Kapazität des Kondensators bezeichnet, ε₀ die elektrische Feldkonstante, ε_r die relative Permittivität, A die wirksame Elektrodenfläche des Kondensators und d den Elektrodenabstand.
ε₀ und d sind hierbei Konstanten. Ein Mechanikeinfluss, der durch eine Biegung, eine Torsion, eine Längung und/oder eine Quetschung (d.h. Stauchung) hervorgerufen werden kann, wirkt sich auf die relative Permittivität aus. Ein Temperatureinfluss kann sich auf die wirksame Elektrodenfläche und auf die relative Permittivität auswirken.
Wie oben dargelegt, erfolgt die Änderung der Kapazität über den Temperatureinfluss in der Regel deutlich langsamer als die Änderung durch Mechanikeinflüsse. Durch geeignete Filterung können beide Einflüsse voneinander getrennt werden, d.h. das langsame Offset-Verhalten der Temperatur wird von schnellen Einflüssen der Mechanik getrennt.
Wie in 1b dargestellt, bleibt in diesem Beispiel das starre Dielektrikum in seiner Form bei einer Biegung der Sensorleitung (zumindest im Wesentlichen) unverändert. Hingegen ändert sich das Dielektrikum 2 bei einer Biegung in diesem Beispiel derart, dass sein Volumen kleiner wird. Dies führt zu einer Veränderung der Permittivität und somit der gemessenen Kapazität.
1c zeigt unter anderem einen schematischen Querschnitt der Sensorleitung 100. Durch die Kapazitätsmessungen mittels der Apparaturen 5 kann ein Vergleich der Kapazitätsänderungen vollzogen werden, durch den die Biegungsrichtung ermittelt werden kann.
2a zeigt einen Aufbau, in dem die Sensorleitung 200 Lücken 7 für einen Medieneinbruch aufweist. Der Medieneinbruch ist schematisch in 2b mittels des Pfeils 8 dargestellt.
Der Medieneinbruch durch die Lücken 7 bewirkt, dass sich die relative Permittivität des Dielektrikums in einem Bereich, in dem das Medium einbricht, verändert. Diese Änderung kann wiederum über die Änderung der Kapazität bestimmt werden.
Ein Dielektrikum kann hierbei ein Gas (zum Beispiel Luft) oder Gasgemisch umfassen, d.h. die Sensorleitung besteht aus Hohlkammern und die Kondensatoren sind so gestaltet, dass ein Medium von außen in diese Hohlkammern eindringen kann. Durch das Eindringen des Mediums ändert sich die Gesamt-Permittivität.
Die Sensorleitung 300, die in den 3a und b dargestellt ist, unterscheidet sich von der Sensorleitung 200 der 2a und b dadurch, dass in der Sensorleitung 300 die Dielektrika und die Kondensatoren 3a und 3b runde Ausgestaltungen annehmen. Das Dielektrikum 2 (siehe 3b) besteht in diesem Beispiel aus Luft (d.h. Hohlkammern), sodass diese durch ein Medium gefüllt werden können.
4 stellt unter anderem eine Sensorleitung 400 dar, in der drei Kondensatoren 3a, 3b und 3c zum Einsatz kommen. Aufgrund der drei Kapazitätsmessungen mittels der Apparaturen 5 kann eine Biegung beziehungsweise eine Torsion der Sensorleitung beziehungsweise des Kabels noch genauer bestimmt werden.
5a und b zeigen schematisch unter anderem eine Sensorleitung 500, in der ein (relativ zu den Dielektrika 2a und 2b) starres Dielektrikum 1, ein (relativ zum Dielektrikum 1) flexibles (d.h. kompressives) Dielektrikum 2a mit einer (relativ zum Dielektrikum 2b) hohen relativen Permittivität und ein kompressives Dielektrikum 2b mit einer niedrigen relativen Permittivität zum Einsatz kommen. In diesem Beispiel umfasst das Dielektrikum 2b Luft.
Die spiralförmige Aufwicklung des Dielektrikums 2a um das Dielektrikum 1 erlaubt eine relativ einfache Konstruktion der Sensorleitung 500 mit den hierin beschrieben Vorteilen der dargelegten Erfindung.
Jegliche Ausgestaltungsformen der Sensorleitung, die hierin beschrieben sind, können in das Innere eines Kabels angebracht werden. Andererseits kann das Kabel als Ganzes gleichzeitig als Sensorleitung dienen, d.h. eine separate Sensorleitung ist somit abdingbar.
6a und b stellen unter anderem eine Sensorleitung 600 dar, die als Koaxialkabel dient. Hierbei umfasst die Sensorleitung 600 einen Außenleiter 10 (Elektrode), einen Innenleiter 9 (Elektrode) und, wie in 6a dargestellt, ein flexibles Dielektrikum 2a.
Wie in 6b zu sehen ist, umfasst die Sensorleitung 600 ein flexibles Dielektrikum 2a mit einer (relativ zum Dielektrikum 2b) hohen relativen Permittivität und ein kompressives Dielektrikum 2b mit einer (relativ zum Dielektrikum 2a) niedrigen relativen Permittivität. In diesem Beispiel umfasst das Dielektrikum 2b Luft.
Der Aufbau, der in den 6a und b dargestellt ist, erlaubt es somit, äußere Einflüsse auf das Koaxialkabel zu detektieren.
Wie oben dargelegt, können insbesondere mechanische Einflüsse durch die hierin beschriebenen Ausgestaltungsformen der Sensorleitung und des Verfahrens zum Detektieren eines mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf ein Kabel oder eines Medieneinbruchs in ein Kabel genauer gemessen werden, da sich diese Einflüsse stark auf die gemessene Kapazität auswirken.
Weiterhin können mechanische Einflüsse von Temperatureinflüssen getrennt werden.
Ferner können bei Verwendung von zwei Kondensatoren die Richtung einer Biegung und/oder die Drehrichtung einer Torsion bestimmt werden.
Das Verfahren beruht auf der Messung der Kapazitätsänderung der Leitung. Geringe Kapazitätsänderungen können durch ein breites Spektrum an Verfahren gemessen werden. Diese sind beispielsweise die Phasenverschiebung bei einer stehenden Welle oder die zeitliche Veränderung des Auflade-/Entladeverhaltens bei einer Rechteckspannung. Der Fachmann ist mit diesen und weiteren Messverfahren vertraut.
Das breite Spektrum ermöglicht es, einen kostengünstigen Messansatz für die Sensorleitung zu wählen und diese Leitung somit kostengünstig herzustellen.
Abschließend sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Sensorleitung zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel, wobei die Sensorleitung umfasst: einen Kondensator, ein erstes Dielektrikum, das eine erste Kompressibilität und eine erste Permittivität besitzt, und ein zweites Dielektrikum, das eine zweite Kompressibilität und eine zweite Permittivität besitzt, wobei die erste Kompressibilität kleiner ist als die zweite Kompressibilität, wobei sich die erste Permittivität von der zweiten Permittivität unterscheidet, wobei die Sensorleitung derart konfiguriert ist, dass zumindest das zweite Dielektrikum bei einer Bewegung der Sensorleitung komprimierbar oder ausdehnbar ist, sodass eine Gesamt-Permittivität, die sich aus der ersten Permittivität und der zweiten Permittivität zusammensetzt, bei der Bewegung der Sensorleitung änderbar ist, und wobei durch die Änderung der Gesamt-Permittivität eine Änderung der Kapazität des Kondensators hervorrufbar ist, die detektierbar ist, um den äußeren Einfluss auf das Kabel zu detektieren.
Sensorleitung nach Anspruch 1, wobei sich die erste Permittivität von der zweiten Permittivität um einen Faktor von mindestens 5, bevorzugt von mindestens 10, und ferner bevorzugt von mindestens 20 unterscheidet.
Sensorleitung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensorleitung mehrere Kondensatoren umfasst, und wobei die Sensorleitung derart konfiguriert ist, dass eine Richtung einer Biegung und/oder eine Drehrichtung einer Torsion der Sensorleitung mittels eines Vergleichs von Änderungen der Kapazitäten der Kondensatoren aufgrund der Bewegung der Sensorleitung feststellbar sind.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum ein Gas oder Gasgemisch umfasst.
Sensorleitung nach Anspruch 4, wobei die Sensorleitung derart konfiguriert ist, dass die Gesamt-Permittivität durch ein Eindringen eines Mediums in zumindest einen Teil eines Volumens, das durch das Gas oder Gasgemisch eingenommen wird, veränderbar ist.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Dielektrika ein temperaturempfindliches Dielektrikum umfasst, und wobei die Sensorleitung ferner konfiguriert ist, eine äußere Temperatureinwirkung auf die Sensorleitung mittels des temperaturempfindlichen Dielektrikums zu detektieren.
Sensorleitung nach Anspruch 6, wobei eines der Dielektrika einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und das andere Dielektrikum einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorleitung ferner konfiguriert ist, eine äußere Temperatureinwirkung auf die Sensorleitung mittels einer Flächenausdehnung einer Elektrode des Kondensators zu detektieren.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Dielektrikum um das erste Dielektrikum, insbesondere spiralförmig, herumgewickelt ist.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als Koaxialkabel, wobei Kondensatorelektroden Innenleiter und Außenleiter des Koaxialkabels bilden.
Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dielektrika alternierend entlang einer Längsrichtung der Sensorleitung im Innern der Sensorleitung angebracht sind.
Leitung umfassend: eine Sensorleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Bowdenzug, der im Innern der Leitung angebracht ist und in einem ersten Bereich auf einer ersten Seite der Sensorleitung fixiert ist, und einen Schutzmantel, der in einem zweiten Bereich auf einer zweiten Seite der Sensorleitung fixiert ist, wobei die Leitung derart konfiguriert ist, dass der Bowdenzug durch Torsion oder Biegung der Leitung innerhalb des Schutzmantels rotierbar oder bewegbar ist.
System zum Detektieren eines äußeren Einflusses auf ein Kabel, wobei das System umfasst: eine Sensorleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eine Leitung nach Anspruch 12; und ein Filtersystem, das konfiguriert ist, auf Grundlage einer zeitlichen Änderung der Kapazität des Kondensators auf eine Art des äußeren Einflusses auf das Kabel zu schließen.
Verfahren zum Detektieren eines mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf ein Kabel oder eines Medieneinbruchs in ein Kabel, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Sensorleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, einer Leitung nach Anspruch 12 oder eines Systems nach Anspruch 13, und Messen einer Änderung einer Kapazität des Kondensators zum Detektieren des mechanischen Einflusses oder Temperatureinflusses auf das Kabel oder des Medieneinbruchs in das Kabel.
Verfahren nach Anspruch 14, wenn abhängig von Anspruch 3, ferner umfassend Vergleichen von Änderungen der Kapazitäten der Kondensatoren aufgrund einer Bewegung des Kabels, und Bestimmen einer Richtung einer Biegung und/oder einer Drehrichtung einer Torsion des Kabels auf Grundlage des Vergleichs.