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Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere betrifft die Erfindung einen Sensor zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter und/oder einen Sensor zur Messung einer Temperatur.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein System aus einem solchen Sensor und einem Energieversorgungselement sowie eine Sensoranordnung mit einem Sensor an oder in einem Behälter. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Systems aus einem Sensor und einem Energieversorgungselement.
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Sensoren mit einem Sensorelement sowie einer Kommunikationseinheit zur Übermittlung von gemessenen Daten sind in der Praxis weit verbreitet. Beispielsweise ist ein Sensor zur Messung eines Füllstandes in
DE 28 19 731 A1 beschrieben. Der Sensor ist dabei mittels eines Kabels mit einer Messstrom- oder Messspannungsquelle verbunden.
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Die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor, ein System mit einem solchen Sensor, eine Sensoranordnung mit einem solchen Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Verfügung zu stellen, welche besonders kostengünstig herstellbar bzw. besonders kostengünstig betreibbar sind. Ein erfindungsgemäßer Sensor soll in hohen Stückzahlen zu günstigen Preisen hergestellt werden können und entsprechend in vielen Gebieten einsetzbar sein.
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Ein erfindungsgemäßer Sensor weist dazu mindestens ein Sensorelement zur Erfassung mindestens einer physikalischen Rohgröße auf. Als Rohgröße wird hier eine Größe bezeichnet, welche tatsächlich mittels der gewählten Messmethode gemessen wird. Beispielsweise kann zur Ermittlung eines Füllstandes von dem Sensorelement eine Kapazität gemessen werden oder zur Ermittlung einer Temperatur kann eine Potentialdifferenz eines Thermoelementes oder der Widerstand in einem Metall gemessen werden. Bei den vorstehend beispielhaft genannten Größen Kapazität, Potentialdifferenz und Widerstand handelt es sich um Rohgrößen im Sinne der Erfindung. Die davon abgeleiteten Größen Füllstand oder Temperatur werden im Folgenden als Messgrößen bezeichnet. Alternativ kann die Temperatur auch direkt gemessen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor handelt es sich insbesondere um einen Sensor zur Messung eines Füllstandes oder auch einen Grenzstandes in einem Behälter.
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Der Sensor umfasst weiterhin eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Übermittlung der erfassten Rohgröße. Wie im Zusammenhang mit dem Verfahren noch näher erläutert wird, wird die Rohgröße an ein weiteres Gerät zur Auswertung der Rohgröße und zur Ermittlung des Messwertes übertragen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Energieversorgung des Sensors ausschließlich mittels energy-harvesting. Unter dem Begriff energy-harvesting wird hier die Gewinnung kleiner Mengen elektrischer Energie aus der Umwelt, beispielsweise durch Ausnutzung des Piezoeffekts, des thermoelektrischen Effekts, oder die Umwandlung von in der Umgebung vorhandener elektromagnetischer Strahlung verstanden. Entsprechend weist der Sensor keine primäre, eigene Energiequelle, wie eine Batterie oder einen Strom- bzw. Spannungsanschluss auf. Die Energie wird ausschließlich durch in der Umgebung bereitgestellte Energie gewonnen.
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Ein erfindungsgemäßer Sensor ist damit energieautark und weist vor allem kein Kabel oder eine vergleichsweise teure Batterie oder einen Akkumulator auf. Der Sensor kann im Hinblick auf seine elektronischen Komponenten sehr einfach gehalten werden und ist demnach besonders kostengünstig herstellbar.
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Ein solch kostengünstiger Sensor kann in vielen verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden. Wie im Weiteren noch näher erläutert wird, kann der Sensor damit auch in Gebieten eingesetzt werden, in welchen Wegwerfprodukte zum Einsatz kommen, beispielsweise an (Trink-) Flaschen. So ist es denkbar, dass eine Bar oder ein Restaurant einen erfindungsgemäßen Sensor in Form eines Füllstandsensors für die vorhandenen Flaschen verwendet, um jederzeit feststellen zu können, wie voll die Flaschen noch sind und damit ggf. eine Inventur oder eine erforderliche Nachbestellung zu automatisieren.
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Zur Gewinnung von Energie aus der Umwelt sind verschiedene Konzepte denkbar. Für den vorliegenden Sensor erfolgt die Energieversorgung insbesondere ausschließlich durch die Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung.
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Besonders geeignet, insbesondere im Hinblick auf die Verwendung des Sensors mit einem Energieversorgungselement in Form eines mobilen Gerätes, wie beispielsweise einem Smartphone, ist dabei elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich von 3 MHz bis 30 MHz. Besonders bevorzugt liegt die Frequenz bei 13,56 MHz. Es handelt sich hierbei um den Bereich der sogenannten near-fieldcommunication (NFC), wobei kurze bis mittlere Reichweiten von etwa 10 cm oder 20 cm erzielt werden und die Übertragungsgeschwindigkeit bis 424 kBit/s beträgt.
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Die Energieversorgung des Sensors erfolgt dann derart, dass ein Energieversorgungselement elektromagnetische Strahlung in dem vorstehend genannten Frequenzbereich aussendet. Wenn das Energieversorgungselement nah genug an den Sensor angenähert ist, kann der Sensor mittels einer vorgesehenen Energieumwandlungseinheit die elektromagnetische Strahlung nutzen, um das mindestens eine Sensorelement und die Kommunikationseinheit mit ausreichend Energie zu versorgen.
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Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen Sensor um einen passiven Sensor, welcher lediglich mit Energie aus den Funksignalen des Energieversorgungselementes versorgt wird. Im Falle eines Füllstandsensors beispielsweise kann der Füllstand nicht durch den Sensor selbst ermittelt werden. Insbesondere kann der Sensor eine NFC-Schnittstelle, wie eine Spule als Empfangsantenne aufweisen, welche durch Induktion einen Kondensator auflädt, der es dem mindestens einen Sensorelement ermöglicht, die Messung der Rohgröße vorzunehmen und die Rohgröße mittels der Kommunikationseinheit als Antwort zu senden bzw. zu übertragen. Der Begriff „übertragen“ kann dabei bedeuten, dass die von dem Energieversorgungselement ausgesandte elektromagnetische Strahlung bzw. das elektromagnetische Feld derart verändert oder moduliert wird, dass sich aus der Art und Weise der Modulation unter anderem die Rohgröße entnehmen lässt. Die Kommunikationseinheit erzeugt selbst also kein Feld, sondern beeinflusst das elektromagnetische Feld des Energieversorgungselementes. Alternativ kann die Kommunikationseinheit auch ein Funkmodul aufweisen, das aktiv Funksignale übermittelt.
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In einer praktischen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Sensor ein Sensorelement in Form eines kapazitiven Sensorelementes auf. Insbesondere umfasst das Sensorelement zwei Elektroden, beispielsweise in Form zweier parallel zueinander verlaufender metallischer Streifen oder Drähte. Insbesondere handelt es sich bei dem Sensor um einen Füllstandsensor, wobei sich die Elektroden praktischerweise über die gesamte Höhe der möglichen, an einem Behälter zu erfassenden Füllhöhe erstrecken. Wie vorstehend schon erläutert, wird von dem kapazitiven Sensorelement lediglich die Rohgröße in Form der Kapazität übertragen. Erst in einem weiteren Schritt wird dann aus der Kapazität die Füllhöhe berechnet.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu weist der erfindungsgemäße Sensor ein Sensorelement in Form eines Temperatursensorelementes auf. Die Temperatur kann entweder direkt gemessen werden, oder es kann sich bei dem Temperatursensorelement um ein Thermoelement oder um einen Widerstand aus einem Metallwerkstoff handeln. Auch hier wird dann als Rohgröße die gemessene Potentialdifferenz oder der Widerstand bestimmt und daraus die Temperatur als Messgröße bestimmt.
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Bevorzugt weist der Sensor sowohl ein Sensorelement in Form eines kapazitiven Sensorelementes als auch ein Temperatursensorelement auf. Dies ist besonders bevorzugt für einen Füllstandsensor, da der Füllstand eines Füllguts in einem Behälter in der Regel auch Temperatureinflüssen unterliegt, welche durch die Ermittlung der Temperatur herausgerechnet werden können.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors, ist der Sensor in einen flexiblen Träger, bspw. eine Folie oder Papier eingebracht und/oder auf einen flexiblen Träger, bspw. eine Folie oder Papier aufgebracht, insbesondere aufgedruckt. Ein Sensor, dessen Komponenten lediglich auf einer flexiblen Folie aufgebracht sind bzw. in eine flexible Folie eingebettet sind, ist zum einen sehr kostengünstig herstellbar, und ein solcher Sensor ist zum anderen aufgrund eines fehlenden Gehäuses sehr klein. Vor allem lässt sich der Sensor mit der Folie an unterschiedliche Gegebenheiten anpassen. Bei einem Füllstandsensor beispielweise können die Behälter verschiedene Geometrien und vorallem Wölbungen aufweisen, an welche der Sensor mit der Folie dann leicht anpassbar ist. Aus ökologischen Gründen kann es auch sinnvoll sein, wenn anstelle einer Folie Papier als Trägermaterial verwendet wird.
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Insbesondere kann die Folie selbstklebend ausgestaltet sein, so dass der Sensor besonders einfach an der Messstelle angebracht werden kann. Es werden keine weiteren Bauteile zur Montage benötigt. Mit einer solchen Folie eignet sich ein erfindungsgemäßer Sensor als Nachrüstlösung für bereits verwendete Behälter.
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Insbesondere weist der erfindungsgemäße Sensor eine Anzeige auf. Bei der Anzeige handelt es sich dabei vorzugsweise um einen Display, welcher die Technik des elektronischen Papiers (oder „e-paper“) nutzt. Dabei wird für die Aufrechterhaltung der angezeigten Informationen keine Energie benötigt. Lediglich die Änderung der anzeigten Informationen bedarf der Energiezufuhr. Diese Energie wird hier auch mittels energy-harvesting generiert und dann für die Anzeige zur Verfügung gestellt. Auf der Anzeige kann dann unter anderem der aus der Rohgröße bzw. den Rohgrößen ermittelte Messwert angezeigt werden. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann eine Seriennummer oder Kennung des Sensors angezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Sensoranordnung mit einem wie vorstehend beschriebenen Sensor und einem Behälter, wobei der Sensor in oder an dem Behälter angeordnet ist. Es handelt sich bei dem Sensor insbesondere um einen Füllstandsensor zur Messung eines Füllstandes von Füllgut in dem Behälter. Wie vorstehend beschrieben, kann das Sensorelement dabei als ein kapazitiver Sensor ausgelegt sein. Der Behälter kann aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein, beispielweise aus Glas oder Kunststoff. Bei dem Behälter kann es sich um eine Flasche, ein Fass oder einen Tank handeln.
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Wenn es sich bei dem Sensorelement um ein kapazitives Sensorelement zur Messung eines Füllstandes handelt, so erstrecken sich die Messelektroden des Sensorelementes praktischerweise über eine Höhe H, welche der maximal möglichen Füllhöhe des Füllguts in dem Behälter entspricht.
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Die Erfindung betrifft zudem ein System mit einem wie vorstehend beschriebenen Sensor und einem Energieversorgungselement. Das Energieversorgungselement dient dazu Energie insbesondere in Form von elektromagnetischen Wellen bereitzustellen, welche von dem Sensor mittels energy-harvesting aufgenommen wird und welche dann dazu dient die Komponenten des Sensors mit elektrischer Energie zu versorgen.
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In einer praktischen Ausführungsform handelt es sich bei dem Energieversorgungselement um ein Mobilgerät. Das Mobilgerät ist insbesondere ein Handy, ein Smartphone, ein Tablet, ein Laptop und/oder ein spezielles Handgerät. Insbesondere ein Smartphone wird hier als besonders geeignet angesehen, da dieses weit verbreitet ist und entsprechend keine neue Anschaffung eines zusätzlichen Gerätes notwendig ist, um den Sensor mit Energie zu versorgen und die entsprechend generierten Rohgrößen zu empfangen und ggf. auszuwerten. Üblicherweise verfügen Smartphones über eine NFC-Schnittstelle, so dass diese bereits die technische Ausstattung aufweisen, um zusammen mit einem wie vorstehend beschriebenen Sensor verwendet zu werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines wie vorstehend beschriebenen Systems mit folgenden Schritten:
- - Annähern eines Energieversorgungselementes an den Sensor,
- - Ermitteln mindestens einer physikalischen Rohgröße durch das Sensorelement,
- - Übertragen der ermittelten Rohgröße an das Energieversorgungselement,
- - Auswerten der ermittelten Rohgrößen und Bestimmen der Messgröße aus der Rohgröße.
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In dem ersten Schritt wird bei der Annährung des Energieversorgungselements insbesondere Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung emittiert, insbesondere bei einer Frequenz von 13,56 MHz. Der Sensor wandelt die elektromagnetische Strahlung mittels der Energieumwandlungseinheit um, so dass zumindest das Sensorelement und die Kommunikationseinheit mit Energie versorgt werden.
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Wird das Sensorelement mit Energie versorgt, so ermittelt das Sensorelement die physikalische Rohgröße. Wie in der vorstehenden Beschreibung bereits ausgeführt kann es sich dabei insbesondere um einen Kapazitätswert und/oder um eine Potentialdifferenz bzw. einen Widerstand handeln.
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Diese Rohgröße wird dann mittels der Kommunikationseinheit drahtlos an das Energieversorgungselement übertragen. Das Energieversorgungselement dient entsprechend als Empfänger. Die zur Übertragung benötigte Energie wird ebenfalls mittels energy-harvesting generiert und bereitgestellt. Die Übertragung, d. h. die Modulation des von dem Energieversorgungselement bereitgestellten elektrischen Feldes, erfolgt insbesondere auch bei einer Frequenz von 13,56 MHz.
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Neben der Rohgröße wird insbesondere noch eine Kennung des Sensors oder eine Seriennummer des Sensors übertragen, so dass sich die Rohgröße dem Sensor zuordnen lässt und insbesondere Faktoren, welche die Ermittlung des Messwertes beeinflussen, berücksichtigt werden können. Beispielsweise kann korrespondierend zu der Kennung des Sensors die Form des Behälters hinterlegt sein und dann der Füllstand unter Berücksichtigung der Form des Behälters aus der Kapazität bestimmt werden. Auch kann die Art des Füllguts hinterlegt sein, beispielsweise ob es sich um eine Flüssigkeit oder einen Feststoff handelt oder welche Dichte oder Dielektrizitätszahl das Füllgut aufweist.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch die Adresse einer Webseite übermittelt werden, auf welcher die Daten des Sensors, beispielsweise die Kennung bzw. die Seriennummer des Sensors, der Standort des Sensors und/oder die weiteren vorstehend genannten Daten angezeigt sind. Das Energieversorgungselement ist dann dazu konfiguriert nach Empfang der Webadresse einen Webbrowser zu starten und die zu dem Sensor gehörige Webseite aufzurufen. Auf der Webseite könnte dann mit den ermittelten Rohdaten sofort der Messwert ermittelt und dargestellt werden.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, erfolgt dann im nächsten Schritt die Ermittlung bzw. Berechnung der eigentlichen Messgröße, wie beispielsweise die Berechnung des Füllstandes in einem Behälter. Die Berechnung erfolgt dabei insbesondere unter Berücksichtigung der Temperatur, welche ebenfalls direkt oder als Rohgröße bspw. in Form einer Potentialdifferenz oder eines Widerstandes, an das Energieversorgungselement übertragen wurde.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens leitet das Energieversorgungselement die Rohgrößen an eine übergeordnete Einheit weiter und die Messgröße wird von der übergeordneten Einheit bestimmt. Bei einer solchen übergeordneten Einheit kann es sich beispielweise um einen zentralen Server bzw. eine zentrale Datenbank handeln. Auf diesem können dann auch die mit dem Sensor verknüpfen Informationen gespeichert sein. Der Vorteil einer Weiterleitung an eine übergeordnete Einheit ist, dass das Energieversorgungelement in diesem Fall nur als Element zur Energieversorgung und zur Übertragung der verschiedenen Signale dient und keine eigene Auswertungssoftware auf dem Energieversorgungselement implementiert sein muss. Entsprechend kann diese mit einem herkömmlichen Smartphone mit Internetverbindung erfolgen. Insbesondere ist auch vorgesehen, den Standort des mobilen Gerätes mit an die übergeordnete Einheit zu übertragen, so dass hieraus der Standort des Sensors abgeleitet werden kann.
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Nach der Bestimmung der Messgröße kann in einem weiteren Schritt diese bestimmte Messgröße bzw. die bestimmten Messgrößen an das Energieversorgungselement zurück übermittelt werden. Diese können dann auf einer Anzeige des Energieversorgungselementes dargestellt werden und direkt von einem Anwender ausgelesen werden. In der Praxis kann das derart gelöst sein, dass sich nach dem Empfangen der Rohgröße ein Browserfenster öffnet, in welchem dann die Messwerte angezeigt werden.
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Alternativ oder in Ergänzung dazu wird die Messgröße von dem Energieversorgungselement bestimmt. Dazu weist das Energieversorgungselement insbesondere eine geeignete Software bzw. eine geeignete App auf. Wenn die Auswertung direkt auf dem Energieversorgungselement erfolgt, muss keine Internetverbindung vorliegen. Es kann aber trotzdem vorgesehen sein, dass Daten zur Kennung des Sensors, insofern diese noch nicht auf dem Energieversorgungselement gespeichert sind von einer Datenbank abgerufen werden können. Auch können ausgewertete Messgrößen an eine übergeordnete Einheit zur zentralen Speicherung übertragen werden.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messgrößen vom dem Energieversorgungselement an den Sensor zurück übermittelt und dort angezeigt. Insbesondere weist der Sensor dazu eine Anzeige auf, welche nach Art eines elektronischen Papiers funktioniert, wobei die notwendige Energie zur Änderung der Anzeige ebenfalls durch das Energieversorgungselement bereitgestellt wird.
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Weitere praktische Ausführungsformen sind in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Es zeigen
- 1: ein erfindungsgemäßes System mit einem Sensor und einem Energieversorgungselement in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung,
- 2: ein erfindungsgemäßes System mit einem Sensor und einem Energieversorgungselement in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung,
- 3: das System aus 1 in einer Anordnung an einer Flasche in einer schematischen Darstellung,
- 4: das System aus 1 in einer Anordnung an einem Behälter in einer schematischen Darstellung, und
- 5: ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Systems 10 mit einem Sensor 12 und einem Energieversorgungselement 14 schematisch dargestellt.
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Bei dem Sensor 12 handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um einen Füllstandsensor. Der Sensor 12 umfasst ein erstes Sensorelement 16 in Form eines kapazitiven Sensorelementes mit zwei parallel zueinander angeordneten metallischen Streifen 18a, 18b. Das erste Sensorelement 16 misst als Rohgröße eine Kapazität, aus welcher sich ein Füllstand als Messgröße bestimmen lässt.
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Ferner weist der Sensor 12 ein zweites Sensorelement 20 in Form eines Temperatursensorelementes auf, welches hier in Form eines Thermoelementes 22 vorliegt. Mittels des Thermoelements 22 wird als Rohgröße eine Potentialdifferenz gemessen, woraus sich als Messgröße die Temperatur bestimmen lässt. Das zweite Sensorelement 20 ist hier gestrichelt dargestellt, um deutlich zu machen, dass der Sensor 12 dieses nur optional umfassen kann und der Sensor 12 auch ohne das zweite Sensorelement 20 verwendet werden kann.
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Das erste und das zweite Sensorelement 16, 20 sind elektrisch mit einem Prozessor 24 verbunden. Der Prozessor 24 dient hier zur Signalaufbereitung.
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Darüber hinaus weist der Sensor 12 noch eine Kommunikationseinheit 26 auf, welche zur Übermittlung der gemessenen Rohgrößen dient. Die Kommunikationseinheit 26 übermittelt unter anderem die gemessenen Rohgrößen über eine drahtlose Verbindung, hier mittels NFC.
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Insgesamt umfasst der Sensor 12 keine eigene Energieversorgung, sondern die Energieversorgung erfolgt mittels energy harvesting. Der Sensor 12 umfasst dazu als weiteres Element eine Energieumwandlungseinheit 28. Die Energieversorgung mittels energy harvesting basiert in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Umwandlung elektromagnetischer Strahlung bei einer Frequenz von 13,56 MHz. Dazu weist die Energieumwandlungseinheit 28 eine Spule 30 als Empfangsantenne auf, welche durch Induktion einen Kondensator (nicht dargestellt) auflädt. Die benötigte elektromagnetische Strahlung wird von dem Energieversorgungselement 14 bereitgestellt, wobei es sich hier um ein Smartphone 32 handelt. Das Smartphone 32 weist dazu eine NFC-Schnittstelle (nicht dargestellt) auf. Die Übertragung der ermittelten Rohgrößen erfolgt ebenfalls über NFC, wobei von der Kommunikationseinheit 26 das von dem Energieversorgungselement 14 ausgesandte elektromagnetische Feld moduliert wird und dieses modulierte Feld von einer Antenne in dem Smartphone 32 detektiert wird.
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Der Sensor 12 umfasst zudem eine Anzeige 34, welche nach der Art eines elektronischen Papiers ausgebildet ist. Die Anzeige 34 benötigt dabei zur permanenten Anzeige von Informationen keine Energie sondern lediglich zur Änderung der angezeigten Informationen. Die Anzeige 34 ist ebenfalls gestrichelt dargestellt, um anzudeuten, dass der Sensor 12 diese nur optional umfasst und auch ohne Anzeige 34 verwendet werden kann.
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Der Sensor 12 ist auf einem Substrat in Form einer flexiblen Folie 36 angeordnet. Das heißt die genannten Komponenten, nämlich das erste Sensorelement 16, das zweite Sensorelement 20, die Kommunikationseinheit 26, der Prozessor 24, die Anzeige 34 und das Energieumwandlungselement 28 sind auf die Folie 36 aufgebracht.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems 10 dargestellt. Im Folgenden werden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung der ersten Ausführungsform.
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Im Wesentlichen entspricht die in 2 gezeigte Ausführungsform der ersten Ausführungsform aus 1. Der Unterschied liegt darin, dass das Energieversorgungselement 14 über ein Mittel zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit 38 verfügt. Bei der übergeordneten Einheit 38 handelt es sich um einen zentralen Server. Dies wird insbesondere in Zusammenhang mit dem nachfolgend erläuterten Verfahren wichtig.
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In 3 und 4 sind jeweils Anwendungsbeispiele eines als Füllstandsensor ausgelegten Sensors 12 dargestellt.
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Dabei zeigt 3 die Anordnung eines Sensors 12 an einem Behälter in Form einer Flasche 40 zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit oder eines Schüttguts in der Flasche 40. Die beiden metallischen Streifen 18a, 18b zur Messung der Kapazität erstrecken sich hier über die Höhe HF, welches der maximalen Füllhöhe von Flüssigkeit in der Flasche 40 entspricht.
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Der gesamte Sensor 12 ist auf einer Folie 36 angeordnet, welche flexibel und selbstklebend ist. Die Folie 36 ermöglicht es zum einen, dass der Sensor 12 sich an die äußere Geometrie der Flasche 40 anpasst und zum anderen, dass der Sensor 12 einfach mittels Kleben an der Flasche 40 befestigt werden kann.
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Um den Füllstand in der Flasche 40 zu bestimmen, wird das Energieversorgungselement 14 in die Nähe der Flasche 40 gebracht, etwa in einem Abstand von 10 cm, so dass Energie in Form von, von dem Energieversorgungselement 14 ausgesandter elektromagnetischer Strahlung die Energieumwandlungseinheit 28 erreicht. Dann können die weiteren Komponenten 16, 20, 26, 32 des Sensors 12 mit Strom bzw. Spannung versorgt werden. Das Energieversorgungselement 14 wird dabei so lange in der Nähe der Flasche 40 belassen, bis die gemessenen Rohgrößen an das Energieversorgungselement 14 übermittelt werden.
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In 4 ist eine Anordnung dargestellt, wobei der Sensor 12 an der Außenseite eines Behälters in Form eines Tanks 42 angeordnet ist. Auch hier erstrecken sich die metallischen Streifen bzw. Drähte 18a, 18b über eine Höhe HB, welcher der maximalen Füllhöhe des Tanks 42 entspricht. Die Anordnung des Sensors 12 und die Energieversorgung mittels des Energieversorgungselementes 14 erfolgen analog zu dem in 3 beschriebenen Beispiel.
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In 5 ist ferner ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben eines Systems 10 aus einem Sensor 12 und einem Energieversorgungselement 14 dargestellt.
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Dabei wird in einem ersten Schritt S1 das Energieversorgungselement 14 an einen, an einem Tank 42 bzw. einer Flasche 40 angeordneten Sensor 12 angenähert. Die Annäherung erfolgt soweit, dass die von dem Energieversorgungselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, hier bei 13,56 MHz, die Energieumwandlungseinheit 28 in dem Sensor 12 erreicht und die Energieumwandlungseinheit 28 die Strahlung umwandelt und für den Prozessor 24 und die Sensorelemente 16, 20 in Form von Strom bzw. Spannung zur Verfügung stellt.
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Der nunmehr mit Strom bzw. Spannung versorgte Prozessor 24 ermittelt dann mittels der Sensorelemente 16, 20 im nächsten Schritt S2 die Rohgrößen. Dabei wird mittels der beiden parallelen metallischen Streifen 18a, 18b eine Kapazität gemessen und mittels des Thermoelementes 22 eine Potentialdifferenz. Die ermittelten Rohgrößen werden von dem Prozessor 24 an die Kommunikationseinheit 26 weitergeleitet.
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In Schritt S3 erfolgt nun die Übertragung der Rohgrößen an das Energieversorgungselement 14 durch die Kommunikationseinheit 26. Zusätzlich zu den Rohgrößen wird noch eine Kennung bzw. eine Seriennummer des Sensors 12 übertragen. Die Kommunikationseinheit 26 wird dabei auch mit Energie versorgt, welche von der Energieumwandlungseinheit 28 bereitgestellt wird. Die Übertragung der Rohgrößen an das Energieversorgungselement 14 erfolgt ebenfalls bei einer Frequenz von 13,56 MHz.
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In einem nächsten Schritt S4a bestimmt das Energieversorgungselement 14 dann mit einem implementierten Programm unter Berücksichtigung der unter der Kennung bzw. Seriennummer hinterlegten Daten, wie Geometrie der Flasche 40 bzw. des Tanks 42, Art und Dichte des Füllguts, sowie unter Berücksichtigung der mittels der Potentialdifferenz ermittelten Temperatur als Messgröße den Füllstand in dem Tank 42 bzw. der Flasche 40. Falls keine Daten zu der Kennung bzw. Seriennummer des Sensors 12 auf dem Energieversorgungselement 14 hinterlegt sind, ruft das Energieversorgungselement 14 entsprechende Daten von einer zentralen Datenbank ab.
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Das ermittelte Messergebnis wird dann in Schritt 5a auf einem Display des Energieversorgungselementes 14 angezeigt.
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Ein Verfahren mit den Schritten 4a und 4b dient dabei zum Betreiben eines Systems 10 gemäß der ersten Ausführungsform in 1.
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Optional oder ggf. auch gleichzeitig zur Durchführung des Schrittes 4a wird in Schritt S4b die nunmehr übertragene Rohgröße und die Kennung bzw. Seriennummer des Sensors 12 von dem Energieversorgungselement 14 direkt an die übergeordnete Einheit 38 weitergeleitet. Die Weiterleitung erfolgt dabei über eine drahtlose Verbindung. In der übergeordneten Einheit 38 wird analog zum vorstehend beschriebenen Verfahren der Füllstand bestimmt.
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Nach der Bestimmung des Füllstandes als Messgröße wird in einem nächsten Schritt S5b diese Messgröße an das Energieversorgungselement 14 zurück übermittelt und auf einem Display des Energieversorgungselementes 14 dargestellt, so dass ein Anwender den Füllstand auf diesem ablesen kann.
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Ein Verfahren mit den Schritten 5a und 5b dient dabei zum Betreiben eines Systems 10 gemäß der zweiten Ausführungsform in 2.
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Anschließend an die Schritte 5a und/oder 5b wird die gemessene Rohgröße in einem Schritt S6 an den Sensor 12 übertragen. Die geschieht ebenfalls wieder mittels NFC. Der ermittelte Füllstand wird dann auf der Anzeige 34 des Sensors 12 dargestellt. Die dafür benötigte Energie wird ebenfalls durch das Energieversorgungselement 14 und die Energieumwandlungseinheit 28 bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Sensor
- 14
- Energieversorgungselement
- 16
- erstes Sensorelement
- 18a, 18b
- metallischer Streifen
- 20
- zweites Sensorelement
- 22
- Thermoelement
- 24
- Prozessor
- 26
- Kommunikationseinheit
- 28
- Energieumwandlungseinheit
- 30
- Spule
- 32
- Smartphone
- 34
- Anzeige
- 36
- flexible Folie, Substrat
- 38
- übergeordnete Einheit
- 40
- Behälter, Flasche
- 42
- Behälter, Tank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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