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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur parallelen Temperaturmessung und Ultraschallaussendung oder -erfassung sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Genauer bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 6.
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Vereisung ist eine wiederkehrende Ursache von schweren Unfällen in der Fliegerei. Um diese Unfälle zu vermeiden, ist es wichtig, Eisanlagerungen an und insbesondere schwere Vereisungen mit hohen Eisaggregationsraten aerodynamisch wirksamer Strukturen frühzeitig und verlässlich zu erkennen. Ein in der Entwicklung befindliches Verfahren ist die Eiserkennung mittels geführter Ultraschallwellen in der vereisungsgefährdeten Struktur. Das Wellenleiterverhalten der Struktur ändert sich mit Zunahme der angelagerten Eisdicke. Das Wellenleiterverhalten der Struktur ändert sich aber auch allein mit ihrer Temperatur, d. h. unabhängig von einer auftretenden Vereisung. Daher muss zusätzlich die Temperatur der Struktur erfasst werden. Auch auf anderen technischen Gebieten, auf denen Ultraschallwandler zum Einsatz kommen, ist die Erfassung der Temperatur des jeweiligen Ultraschallwandlers oder einer angrenzenden Struktur von Interesse.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
DE 100 57 188 A1 ist ein Ultraschall-Durchflussmessgerät mit Temperaturkompensation bekannt. Zwei Ultraschallwandler sind in einem Messrohr angeordnet und weisen je ein Piezoelement auf. Eine Messschaltung ist über je eine Anschlussleitung mit den Ultraschallwandlern verbunden. Parallel zu mindestens einem der Piezoelemente ist ein Temperatursensor geschaltet, dessen Temperatur während Ultraschallmesspausen in der Messschaltung bestimmt wird. Damit werden das Temperatursignal und das Ultraschallsignal zu unterschiedlichen Zeiten über die gleiche Leitung übertragen. Der Temperatursensor besteht aus einer Spule und einem temperaturabhängigen Widerstand. Parallel zum Temperatursensor ist ein Referenzwiderstand geschaltet. Die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands wird aus dem Vergleich der Widerstandswerte gewonnen. Alternativ ist eine Konstantstromquelle mit dem Temperatursensor verbindbar, wobei aus dem Spannungsabfall über dem Temperatursensor die Temperatur des temperaturabhängigen Widerstands bestimmt wird.
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Aus der
DE 198 20 208 A1 ist ein piezoelektrischer Schwinger zur Ultraschallausbreitung beispielsweise in akustischen Durchflussmessgeräten oder Füllstandsdetektoren bekannt. Der piezoelektrische Schwinger besteht aus einer Piezokeramik, die auf einer ersten Oberfläche eine erste Elektrode und auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche eine zweite Elektrode aufweist. Auf der ersten Oberfläche der Piezokeramik ist eine elektrodenfreie Randfläche vorhanden, auf der ein Bauelement mit temperaturabhängigem Verhalten angebracht ist. Dieses Bauelement ist mit zumindest einer der Elektroden leitend verbunden, um eine Messung der Temperatur ohne zusätzliche Verkabelung zu ermöglichen. Der durch die beiden Elektroden gebildete Kondensator ist zu dem Bauelement mit temperaturabhängigem Verhalten parallel geschaltet, und das Bauelement weist im Vergleich zu dem piezoelektrischen Material einen hohen Widerstand auf. Konkret kann das Bauelement ein PTC-Widerstand sein. Durch diese Bauweise kann über das temperaturabhängige Bauelement die Temperatur direkt an der akustischen Messstelle erfasst werden. Wie der bekannte piezoelektrische Schwinger konkret als Ultraschallwandler einerseits und zur Messung der Temperatur andererseits eingesetzt werden soll, ist in der
DE 198 20 208 A1 nicht beschrieben.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur parallelen Temperaturmessung und Ultraschallaussendung oder -erfassung und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung aufzuzeigen.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 5 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und die abhängigen Patentansprüche 7 bis 10 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur parallelen Temperaturmessung und Ultraschallaussendung werden ein piezoelektrischer Ultraschallwandler und ein Temperaturmessfühler mit temperaturabhängigem elektrischen Gleichstromwiderstand zwischen distalen Enden von zwei Anschlussleitungen parallel geschaltet. Zwischen proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen wird eine höherfrequente Wechselspannung angelegt, um mit dem Ultraschallwandler Ultraschall auszusenden. Zeitgleich mit dem Anlegen der höherfrequenten Wechselspannung wird ein Gleichstrom durch die Anschlussleitungen zwischen deren proximalen Enden hervorgerufen. Dabei werden eine Stromstärke des Gleichstroms und eine den Gleichstrom treibende Spannung erfasst, um die Temperatur am Ort des Temperaturmessfühlers zu messen.
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Statt des Gleichstroms kann zeitgleich mit dem Anlegen der höherfrequenten Wechselspannung ein niederfrequenter Wechselstrom durch die Anschlussleitungen zwischen deren proximalen Enden hervorgerufen werden, wobei dann die Stromstärke des niederfrequenten Wechselstrom und die den niederfrequenten Wechselstrom treibende Spannung erfasst werden, um die Temperatur am Ort des Temperaturmessfühlers zu messen.
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Weiterhin kann zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen eine höherfrequente Wechselspannung erfasst werden, um auf den Ultraschallwandler auftreffenden Ultraschall zu erfassen, statt sie dort anzulegen, um mit dem Ultraschallwandler Ultraschall auszusenden. Dann erfolgen das Hervorrufen des Gleichstroms oder des niederfrequenten Wechselstroms und das Erfassen der Stromstärke und der Spannung, um die Temperatur am Ort des Temperaturmessfühlers zu messen, zeitgleich mit dem Erfassen der höherfrequenten Wechselspannung, um den auf den Ultraschallwandler auftreffenden Ultraschall zu erfassen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Temperaturmessung in dem Sinne parallel zu der Ultraschallaussendung oder -erfassung, dass sie tatsächlich zeitgleich durchgeführt wird, also nicht nur alternierend, sondern vollständig überlappend mit der Ultraschallaussendung oder - erfassung. So kann die Temperaturmessung lückenlos erfolgen und insbesondere auch genau zu den Zeitpunkten der jeweiligen Ultraschallaussendung oder -erfassung.
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Der jeweilige Ultraschallwandler kann auch wechselweise zur Ultraschallaussendung und Ultraschallerfassung verwendet werden, indem einmal über die Anschlussleitungen eine höherfrequente Wechselspannung an ihn angelegt wird und einmal eine von ihm infolge einfallenden Ultraschalls generierte höherfrequente Wechselspannung erfasst wird. Die erfindungsgemäße zeitgleiche Temperaturmessung kann dann sowohl bei der Ultraschallaussendung als auch bei der Ultraschallerfassung erfolgen.
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Wenn hier davon die Rede ist, dass sowohl eine Stromstärke als auch eine treibende Spannung erfasst wird, schließt dies die Möglichkeiten ein, eine der beiden Größen fest vorzugeben, so dass nur die andere der beiden Größen variabel ist und fortlaufend erfasst werden muss. Auch dadurch, dass eine Stromstärke oder treibende Spannung fest vorgegeben wird, wird sie in dem Sinne erfasst, dass sie zum Messen der Temperatur am Ort des Temperaturmessfühlers geeignet ist.
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Die zeitgleiche Temperaturmessung stört die Ultraschallaussendung oder Erfassung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht, weil der piezoelektrische Ultraschallwandler durch das Hervorrufen des Gleichstroms oder niederfrequenten Wechselstroms in aller Regel nicht in seiner Ultraschallaussendungs- bzw. -erfassungsfunktion beeinträchtigt wird. Seinerseits beeinträchtigt der piezoelektrische Ultraschallwandler die Temperaturmessung nicht, weil sein elektrischer Gleichstromwiderstand gegen unendlich geht.
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Das Hervorrufen eines niederfrequenten Wechselstroms statt eines Gleichstroms für die Temperaturmessung beeinträchtigt die Trennung zwischen Temperaturmessung und Ultraschallaussendung bzw. -erfassung nicht. Die Zuordnung von Stromstärke und treibender Spannung kann jedoch bei einem niederfrequenten Wechselstrom, beispielsweise mit einer sogenannten Phase-Locked Loop, unterstützt werden.
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Typischerweise ist die niedrigere Frequenz des niederfrequenten Wechselstroms nicht größer als 500 Hz. Vorzugsweise beträgt sie nicht mehr als 50 Hz. Eine höhere Frequenz der höherfrequenten Wechselspannung ist typischerweise nicht kleiner als 5 kHz und vorzugsweise ist sie nicht kleiner als 10 kHz. Zwischen diesen Frequenzbereichen, die sich um mindestens einen Faktor 10 und vielfach um einen Faktor 100 oder gar 200 unterscheiden, ist eine vollständige Trennung mit einfachen Mitteln möglich.
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Die zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen angelegte höherfrequente Wechselspannung kann kapazitiv oder induktiv in eine der beiden Anschlussleitungen eingekoppelt werden. Die Einkopplung erfolgt damit ohne galvanische Verbindung gegenüber dem Potential der jeweiligen Anschlussleitung. Mit der Einkopplung wird die höherfrequente Wechselspannung der den Gleichstrom oder niederfrequenten Wechselstrom treibenden Spannung aufmoduliert.
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Zum Erfassen der niederfrequenten Wechselspannung zwecks Erfassen des auf den Ultraschallwandler auftreffenden Ultraschalls kann diese höherfrequente Wechselspannung umgekehrt kapazitiv oder induktiv aus einer der beiden Anschlussleitungen ausgekoppelt werden. Dadurch bildet sich in Bezug auf die zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen anliegende Gesamtspannung ein Hochpassfilter aus. Ein solches Hochpassfilter für die Gesamtspannung zum Erfassen der höherfrequenten Wechselspannung kann aber auch auf andere Weise realisiert sein.
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Die Stromstärke des Gleichstroms oder des niederfrequenten Wechselstroms kann erfasst werden, indem ein zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen fließender Gesamtstrom oder ein von diesem hervorgerufener Spannungsabfall an einem Messwiderstand tiefpassgefiltert wird. Die den Gleichstrom oder den niederfrequenten Wechselstrom treibende Spannung kann erfasst werden, indem eine an einem der proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen anliegende Spannung tiefpassgefiltert wird.
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Jede hier angesprochene Hochpass- oder Tiefpassfilterung kann auch digital durchgeführt werden, d. h. im Anschluss an einen A/D-Wandler für die jeweilige Größe.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zwei Anschlussleitungen, einen piezoelektrischen Ultraschallwandler und einen einen temperaturabhängigen elektrischen Gleichstromwiderstand aufweisenden Temperaturmessfühler, die zwischen distalen Enden der zwei Anschlussleitungen parallel geschaltet sind, sowie eine Wechselspannungsquelle, die derart an die proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen angeschlossen und ausgebildet ist, da sie eine höherfrequente Wechselspannung zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen anlegt, um mit dem Ultraschallwandler Ultraschall auszusenden, auf. Weiterhin sind Temperaturerfassungseinrichtungen derart an die proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen angeschlossen und ausgebildet, dass sie zeitgleich mit dem Anlegen der höherfrequenten Wechselspannung durch die Wechselspannungsquelle einen Gleichstrom durch die Anschlussleitungen zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen hervorrufen und Gleichanteile einer Stromstärke und einer treibenden Spannung, mit der sie den Gleichstrom durch die Anschlussleitungen hervorrufen, erfassen.
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Entsprechend den Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, können die Temperaturerfassungseinrichtungen auch dazu ausgebildet sein, zeitgleich mit dem Anlegen der höherfrequenten Wechselspannung durch die Wechselspannungsquelle einen niederfrequenten Wechselstrom durch die Anschlussleitungen zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen hervorzurufen und eine Stromstärke und eine treibende Spannung selektiv bei der Frequenz zu erfassen, mit der sie den niederfrequenten Wechselstrom durch die Anschlussleitungen hervorrufen. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich zu der Wechselspannungsquelle eine Ultraschallerfassungseinrichtung derart an die proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen angeschlossen und ausgebildet sein, dass sie eine höherfrequente Wechselspannung zwischen den proximalen Enden der beiden Anschlussleitungen selektiv erfasst, um auf den Ultraschallwandler auftreffenden Ultraschall zu erfassen. Dann sind die Temperaturerfassungseinrichtungen ausgebildet, dass sie zeitgleich mit dem Erfassen der höherfrequenten Wechselspannung durch die Ultraschallerfassungseinrichtung den Gleichstrom oder niederfrequenten Wechselstrom durch die Anschlussleitungen zwischen den proximalen Enden der Anschlussleitungen hervorrufen.
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Die niedrigere Frequenz des niederfrequenten Wechselstroms, mit der die Temperaturerfassungseinrichtungen den niederfrequenten Wechselstrom hervorrufen, ist typischerweise erneut nicht größer als 500 Hz und vorzugsweise nicht größer als 50 Hz, während eine höhere Frequenz der höherfrequenten Wechselspannung, die die Wechselspannungsquelle anlegt oder die die Ultraschallerfassungseinrichtung selektiv erfasst, typischerweise nicht kleiner als 5 kHz und vorzugsweise nicht kleiner als 10 kHz ist. Die höhere Frequenz kann auch mindestens 16 kHz betragen, so dass der ausgesandte bzw. erfasste Ultraschall die gängige Definition von Ultraschall erfüllt. Dies muss aber nicht der Fall sein. Auch unterhalb von 16 kHz sind die dem Ultraschall zugeordneten Spannungen durch den signifikanten Unterschied zwischen der höheren und der niedrigeren Frequenz von dem der Temperaturmessung zugeordneten Spannungen leicht zu unterscheiden.
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Die Wechselspannungsquelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann über einen Kondensator oder über einen Transformator an eine der beiden Anschlussleitungen angeschlossen sein, um die höherfrequente Wechselspannung kapazitiv oder induktiv in die jeweilige Anschlussleitung einzukoppeln. Die Ultraschallerfassungseinrichtung kann ebenfalls über einen Kondensator oder Transformator aber auch über ein anderweitiges Hochpassfilter an eine der beiden Anschlussleitungen angeschlossen sein.
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Die Temperaturerfassungseinrichtungen können insbesondere eine Konstantstromquelle, die einen konstanten Gleichstrom oder einen niederfrequenten Wechselstrom konstanter Amplitude zwischen den proximalen Enden der Anschlussleitungen hervorruft oder eine Konstantspannungsquelle aufweisen, die eine konstante Gleichspannung oder eine niederfrequente Wechselspannung konstanter Amplitude zwischen den proximalen Enden der Anschlussleitungen anlegt. Die Temperaturerfassungseinrichtungen können weiterhin ein Tiefpassfilter und/oder eine Brückenschaltung aufweisen. So kann konkret eine Konstantspannungsquelle über einen Referenzwiderstand mit etwa gleichgroßem Gleichstromwiderstand wie der Temperaturmessfühler an das proximale Ende einer der beiden Anschlussleitungen angeschlossen sein. Wenn dann die Erfassung der den Gleichstrom zwischen den proximalen Enden hervorrufenden Spannung auf der der Konstantstromquelle abgekehrten Seite des Referenzwiderstand an dem proximalen Ende der Anschlussleitung über das Tiefpassfilter erfolgt, wird damit auch die Stromstärke des von der Spannung getriebenen Stroms erfasst. Die Stromstärke ist die durch den elektrischen Gleichstromwiderstand des Referenzwiderstands geteilte Differenz zwischen der Gesamtspannung der Konstantspannungsquelle und der tiefpassgefilterten treibenden Spannung. Dabei kann die tiefpassgefilterte Spannung mit der halben Ausgangsspannung der Konstantspannungsquelle verglichen werden, die mit einer weiteren Halbbrücke aus zwei gleich großen Brückenwiderständen bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird eine hohe Empfindlichkeit der Temperaturerfassungseinrichtungen realisiert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
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Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Kondensator die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Kondensator, zwei Kondensatoren oder mehr Kondensatoren vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Verfahren oder die jeweilige Vorrichtung aufweist.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Konstantspannungsquelle.
- 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Konstantspannungsquelle.
- 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Konstantstromquelle und
- 4 ist ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 dient zur parallelen Temperaturmessung und Ultraschallaussendung. Zwischen proximalen Enden 2 und 3 von zwei Anschlussleitungen 4 und 5 sind ein piezoelektrischer Ultraschallwandler 6 und ein Temperaturmessfühler 7 mit temperaturabhängigem elektrischem Gleichstromwiderstand parallel geschaltet. Der Ultraschallwandler 6 kann Teil einer Messanordnung zum Messen des Wellenleiterverhaltens einer Struktur 8 sein, in die der Ultraschallwandler 6 zusammen mit dem die Temperatur der Struktur 8 erfassenden Temperaturmessfühler 7 eingebettet ist. Eine Temperaturerfassungseinrichtung 9 der Vorrichtung 1 weist eine Konstantspannungsquelle 10 auf, mit der über einen Referenzwiderstand 11, dessen elektrischer Gleichstromwiderstand etwa gleich dem elektrischen Gleichstromwiderstand des Temperaturmessfühlers 7 ist, eine elektrische Spannung angelegt, um einen Gleichstrom zwischen proximalen Enden 12 und 13 der Anschlussleitungen 4 und 5 hervorzurufen. Dieser Gleichstrom fließt nur über den Temperaturmessfühler 7, weil der Gleichstromwiderstand des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 6 gegen unendlich geht. Eine über ein Tiefpassfilter 14 an dem proximalen Ende 12 zwischen dem Referenzwiderstand 11 und dem Temperaturmessfühler 7 mit einem Voltmeter 24 gemessene Spannung gibt die Anteile der Gesamtspannung der Konstantspannungsquelle 10 an, die über dem Referenzwiderstand 11 und dem Temperaturmessfühler 7 abfallen. Aus dem Verhältnis der Spannungen und der festen Größe des Referenzwiderstands 11 lässt sich auch ohne Berechnung der Stromstärke des fließenden Gleichstroms der aktuelle Gleichstromwiderstand des Temperaturmessfühlers 7 bestimmen und daraus die Temperatur am Ort des Temperaturmessfühlers 7. Besonders empfindlich wird die tiefpassgefilterte Spannung mit dem Voltmeter 24 gegenüber einem Spannungsmittelpunkt der Konstantspannungsquelle 10 erfasst, der durch den Mittelpunkt einer zu der Reihenschaltung des Referenzwiderstands 11 und des Strommessfühlers 7 parallelen Halbbrücke mit zwei gleichen festen Brückenwiderständen bereitstellbar ist. Dies ist hier jedoch nicht dargestellt. Gezeigt ist eine Messung mit dem Voltmeter gegenüber Masse 25. Dieser und alle anderen Anschlüsse an Masse 25 könnten auch direkt miteinander verbunden sein. Um den Ultraschallwandler 6 zu betreiben, wird eine von einer Wechselspannungsquelle 16 ausgegebene höherfrequente Wechselspannung über einen Kondensator 15 kapazitiv in die Anschlussleitung 4 eingekoppelt. Die Frequenz der höherfrequenten Wechselspannung beträgt typischerweise nicht weniger als 5kHz, meistens mehr als 10 kHz, und oft liegt sie gemäß der gängigen Definition von Ultraschall oberhalb von 16 kHz. Die höherfrequente Wechselspannung kann daher bei der Messung der Spannung mit dem Voltmeter 24 problemlos durch das Tiefpassfilter 14 unterdrückt werden.
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In einem konkreten Ausführungsbeispiel beträgt die Ausgangsspannung der Konstantspannungsquelle 10 3,3 Volt. Die Wechselspannungsquelle 16 gibt die höherfrequente Wechselspannung mit einer Amplitude von +/- 10 Volt aus. Der Referenzwiderstand 11 hat einen elektrischen Gleichstromwiderstand von 1 k2. Bei dem Temperaturmessfühler 7 handelt es sich um einen PT1000 mit einem elektrischen Gleichstromnennwiderstand von ebenfalls 1 k2. Der Kondensator 15 weist eine Kapazität von 1 µF auf. Das Tiefpassfilter 14 ist ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer Filterfrequenz von etwa 100 Hz. Eine typische Kapazität des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 6 liegt bei 10 nF. Mit diesen Werten konnte der piezoelektrische Ultraschallwandler 6 zur Aussendung von Ultraschall mit Frequenzen im Bereich von 30 kHz angesteuert und gleichzeitig ohne Kollision die Temperatur der Struktur 8 mit dem Temperaturmessfühler 7 erfasst werden.
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Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 durch einen Transformator 17 zum induktiven Einkoppeln der höherfrequenten Wechselspannung von der Wechselspannungsquelle 16 in die Anschlussleitung 4 und einen zusätzlichen Stützkondensator 18 zwischen den distalen Enden 12 und 13, der eine viel größere Kapazität als der piezoelektrische Ultraschallwandler 6 aufweist.
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Die Ausführungsform der Vorrichtung 1 gemäß 3 weist hingegen im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 1 statt der Konstantspannungsquelle 10 und des Referenzwiderstands 11 eine Konstantstromquelle 19 auf. Dabei ist die Spannung, die über das Tiefpassfilter 14 mit dem Voltmeter 24 erfasst wird, die Spannung, die zum Treiben des konstanten Stroms von der Konstantstromquelle 19 zwischen den distalen Enden 12 und 13 der Anschlussleitungen 4 und 5 angelegt werden muss.
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Bei allen Ausführungsformen der 1 bis 3 kann statt oder zusätzlich zu der Wechselspannungsquelle 16 zum Anlegen einer höherfrequenten Wechselspannung an den piezoelektrischen Ultraschallwandler 6 eine Ultraschallerfassungseinrichtung zum Erfassen einer höherfrequenten Wechselspannung vorgesehen sein, die von dem piezoelektrischen Ultraschallwandler 6 bei auftreffendem Ultraschall ausgeht.
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Das Ablaufdiagramm 20 gemäß 4 unterstreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Parallelschalten 21 des Ultraschallwandlers 6 und des Temperaturmessfühlers 7 zwischen den distalen Enden 2 und 3 der Anschlussleitungen 4 und 5 das Anlegen oder Erfassen 22 der höherfrequenten Wechselspannung gleichzeitig mit dem Erfassen der Temperatur durch das Hervorrufen und Erfassen 23 des Gleichstroms oder eines niederfrequenten Wechselstroms bzw. der Stromstärke und der treibenden Spannung erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- distales Ende
- 3
- distales Ende
- 4
- Anschlussleitung
- 5
- Anschlussleitung
- 6
- Ultraschallwandler
- 7
- Temperaturmessfühler
- 8
- Struktur
- 9
- Temperaturerfassungseinrichtungen
- 10
- Konstantspannungsquelle
- 11
- Referenzwiderstand
- 12
- proximales Ende
- 13
- proximales Ende
- 14
- Tiefpassfilter
- 15
- Kondensator
- 16
- Wechselspannungsquelle
- 17
- Transformator
- 18
- Stützkondensator
- 19
- Konstantstromquelle
- 20
- Ablaufdiagramm
- 21
- Parallelschalten
- 22
- Anlegen
- 23
- Hervorrufen
- 24
- Voltmeter
- 25
- Masse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10057188 A1 [0003]
- DE 19820208 A1 [0004]
