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Die Erfindung betrifft eine Überwachung einer Melkvorrichtung auf der Basis einer Analyse eines Fluids, insbesondere von Milch.
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Rohmilch ist ein bedeutsames Lebensmittel und ein wichtiger Rohstoff für die Nahrungsmittelindustrie. Zum Schutz des Verbrauchers, zur technischen Verarbeitungsfähigkeit sowie zur Marktlenkung muss Rohmilch bestimmten nationalen sowie internationalen Qualitätsanforderungen entsprechen.
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Bei Melkvorrichtungen und -verfahren generell und insbesondere beim automatischen und automatisierten Melken mit halb- und auch vollautomatischen Melksystemen spielen erweiterte Funktionen eine wichtige Rolle. Insbesondere steht die Gewährleistung von Qualitätsstandards der Milch, insbesondere auch die Prüfung auf sinnfällig veränderte Milch im Vordergrund.
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Es ist bekannt, ermolkene Milch mittelbar oder unmittelbar nach einem Melkvorgang spektroskopisch auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Dabei wird das charakteristische Absorptionsspektrum der Inhaltsstoffe ausgenutzt. Wird Licht einer bestimmten Wellenlänge in die Milch eingeleitet, wird dieses von der Milch absorbiert, sofern die Milch einen Inhaltsstoff aufweist, der diese Wellenlänge absorbiert.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, LED's mit einer festen Wellenlänge zur spektroskopischen Analyse zu verwenden. Das ist mit einfachen Bauteilen möglich, die neben der einen LED lediglich einen Lichtsensor und eine einfache Auswerteelektronik benötigen. Ein derartiges Bauteil ist aber nur für einen bestimmten Inhaltsstoff sensitiv. Bereits bei der Gestaltung des Bauteils ist daher eine Festlegung erforderlich, welcher Inhaltsstoff dies sein soll. Die Analyse von mehreren verschiedenen Inhaltsstoffen erfordert gemäß Stand der Technik einen größeren Aufwand, beispielsweise indem eine Laboruntersuchung durchgeführt wird. Alternativ müssten mehrere Bauteile mit unterschiedlichen LED's verwendet werden. Bei mehreren LED's ist es notwendig, diese separat nacheinander einzuschalten und damit die Wellenlängen getrennt voneinander zu analysieren. Pro LED wird ein spektraler Wert aufgenommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik eine Möglichkeit vorzustellen, mit geringem Aufwand eine Melkvorrichtung auf der Basis von Inhaltsstoffen eines durch die Melkeinrichtung strömenden Fluids zu überwachen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit der Anordnung und den Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgestellt. Die Anordnung umfasst:
- ■ eine Melkvorrichtung mit einem Leitungsabschnitt für ein Fluid,
- ■ eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Inhaltsstoffen des Fluids, wenn das Fluid durch den Leitungsabschnitt strömt, umfassend
- ◯ eine Lichtquelleneinheit, welche Licht in den Leitungsabschnitt aussendet,
- ◯ eine Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt, wobei die Detektionseinheit zur Ausgabe eines Signals eingerichtet ist, anhand dessen die Inhaltsstoffe des durch den Leitungsabschnitt strömenden Fluids bestimmbar sind.
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Die beschriebene Anordnung dient der Analyse eines Fluids, vorzugsweise von Milch, insbesondere von Kuhmilch. Die Milch kann mittelbar oder unmittelbar nach einem Melkvorgang analysiert werden. Unter Milch ist dabei nicht nur reine Milch, sondern auch verunreinigte Milch zu verstehen. Ein Gemisch aus reiner Milch und Blut oder Chemikalien wie Reinigungsmitteln oder Dippmitteln stellt verunreinigte Milch dar und wird hierin auch als „Milch“ bezeichnet. Alternativ kann das Fluid beispielsweise ein Reinigungsmittel sein.
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Unter einer Analyse ist zu verstehen, dass das Fluid auf seine Zusammensetzung untersucht wird. Dabei kann Milch als das Fluid auf Inhaltsstoffe wie Fett, Protein und Laktose oder auf Kontaminationsstoffe wie Antibiotika, Dippmittel, Reinigungsmittel oder Wasser untersucht werden. Auch kann ermittelt werden, ob feste Partikel, Flocken, Schaum und Blasen in der Milch enthalten sind. Bei einem Reinigungsmittel kann dessen Zusammensetzung bestimmt werden.
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Die Analyse kann darin bestehen, zwischen Vorliegen und Nichtvorliegen von bestimmten Stoffen zu unterscheiden, ohne diese Stoffe zu quantifizieren. So kann ermittelt werden, ob Milch verunreinigt ist oder ein Reinigungsmittel eine bestimmte Substanz enthält. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise festgestellt werden, welchen Fettanteil die Milch hat.
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Das Nichtvorliegen eines bestimmten Inhaltsstoffs kann insbesondere dadurch festgestellt werden, dass dieser Inhaltsstoff nicht in einer messbaren Menge in dem Fluid vorliegt. Die Milch kann beispielsweise darauf untersucht werden, ob die Milch Blut und/oder Harnstoff enthält. Die mit Blut und/oder mit Harnstoff in erhöhter Form verunreinigte Milch kann dann ausgesondert werden, vorzugsweise bevor diese mit anderer Milch vermischt wird. Zudem kann Blut in Milch auf eine Verletzung des Tieres hinweisen, von dem die Milch stammt. Wird Blut erkannt, kann das entsprechende Tier einer Untersuchung unterzogen werden, um den Gesundheitszustand des Tieres zu verifizieren. Darüber hinaus kann die Analyse darin bestehen, dass Inhaltsstoffe quantifiziert werden. So kann beispielsweise der Anteil von Protein, Fett und/oder Laktose in Milch bestimmt werden oder es kann der Anteil eines Reinigungsmittels in einem Reinigungsfluid bestimmt werden.
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Die Anordnung kann zur Überwachung der Melkvorrichtung, insbesondere zu deren Prozessüberwachung beitragen. Beispielsweise können mit der Anordnung zeitliche Veränderungen in der Zusammensetzung des Fluids erkannt werden. Das ist insbesondere bei der Konzentration von Reinigungsmitteln in Milch relevant. Mit der Anordnung kann der Laktationszyklus oder eine Trächtigkeit eines Tieres erkannt werden. Zudem kann die Anordnung zur Flusserkennung genutzt werden. Damit kann beispielsweise zwischen einem Melkvorgang und einem Reinigungsvorgang unterschieden werden. Vorzugsweise ist die Anordnung dazu eingerichtet, in Reaktion auf die ermittelten Ergebnisse eine Handlungsanweisung auszugeben, beispielsweise in Form eines Alarms oder einer Warnung.
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Die Anordnung umfasst eine Melkvorrichtung. Die Melkvorrichtung umfasst einen oder mehrere Melkstände. Für jeden Melkstand weist die Melkvorrichtung vorzugsweise ein jeweiliges Melkzeug auf. Die Melkzeuge sind vorzugsweise über ein Leitungssystem mit einem Milchtank der Melkvorrichtung verbunden. Weiterhin kann die Melkvorrichtung eine Reinigungseinrichtung zum Reinigen des Leitungssystems und/oder der Melkzeuge aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Melkvorrichtung alles, was zum Melken bis zur Abgabe der Milch beispielsweise an ein Transportfahrzeug dient. Die Melkvorrichtung kann auch als ein Melksystem oder als eine Melkanlage bezeichnet werden.
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Die Melkvorrichtung umfasst einen Leitungsabschnitt für das zu analysierende Fluid. Als Leitungsabschnitt ist ein Teil einer Leitung aufzufassen, durch welche das Fluid hindurchfließen kann. Der Leitungsabschnitt kann beispielsweise Teil eines Rohres oder Schlauchs sein. Der Leitungsabschnitt hat mindestens einen Einlass, über welchen das Fluid in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden kann und mindestens einen Auslass, über den das Fluid aus dem Leitungsabschnitt heraus gelangen kann. Der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass sind voneinander verschieden. Der Leitungsabschnitt muss nicht gesondert vom Rest der Leitung abgegrenzt sein. Insbesondere ist nicht erforderlich, dass sich der Leitungsabschnitt über genau ein Rohrbauteil erstreckt. Der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass definieren lediglich Anfang beziehungsweise Ende des Leitungsabschnitts und müssen nicht beispielsweise mit einer Fuge zwischen aneinandergesetzten Rohrbauteilen zusammenfallen. Der Leitungsabschnitt ist lediglich insoweit körperlich definiert, als dass die Anordnung dazu eingerichtet ist, das Fluid innerhalb des Leitungsabschnitts zu analysieren. Das bedeutet, dass sich der Leitungsabschnitt mindestens über einen Messbereich erstreckt, innerhalb dessen das Fluid analysiert werden kann. Der Messbereich muss allerdings nicht den gesamten Leitungsabschnitt umfassen. Insbesondere ist es möglich, dass sich der Messbereich nicht über einen gesamten Leitungsquerschnitt erstreckt.
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Die Überwachung des Fluids kann an einer beliebigen Position der Melkvorrichtung erfolgen. Als Überwachungsstelle kommt insbesondere jede Position in Frage, die von verkehrsfähiger, aber auch von nicht verkehrsfähiger Milch durchflossen wird. Für verkehrsfähige Milch kommt jede Position vom Melkbecher eines Melkzeugs (viertelindividueller Bereich) bis zum Milchtank in Frage. Für nicht-verkehrsfähige Milch kommen alle Leitungen und Komponenten in Frage, die beispielsweise von einem abgezweigten Vorgemelk oder von kontaminierter Milch (z.B. durch Antibiotika) durchflossen werden. Die Bereiche verkehrsfähiger und nicht-verkehrsfähiger Milch können sich überschneiden oder komplett voneinander getrennt sein. Dass die beschriebenen Positionen für Milch bestimmt sind, bedeutet nicht, dass an diesen Positionen zwangsläufig Milch das zu überwachende Fluid ist. So kann auch ein Reinigungsmittel das zu überwachende Fluid sein, welches zwischen zwei Melkvorgängen durch einen Leitungsabschnitt strömt, welcher während des Melkens von Milch durchströmt wird.
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Vorzugsweise kann die Milch einer bestimmten Zitze analysiert werden. Vorzugsweise ist in dem Fall für jede Zitze jeweils einen Überwachungsstelle vorgesehen, so dass die Milch eines Tieres zitzenindividuell analysiert werden kann. Diese Analyse kann im Falle von Kühen auch als viertelindividuell bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachungsstelle stromab eines Milchsammelstücks angeordnet sein, so dass die Milch tierindividuell analysiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachungsstelle zwischen Melkstand und Milchtank angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachungsstelle im Bereich einer Zusammenführung der Milch von mehreren Melkständen angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachungsstelle unmittelbar am Milchtank angeordnet sein. Denkbar ist es auch, dass eine Überwachungsstelle zwischen einem Reinigungsautomaten und einem Melkstand angeordnet ist. Auch in Leitungen für nicht verkehrsfähige Milch kann eine Überwachungsstelle angeordnet sein.
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Die Anordnung weist weiterhin eine Überwachungseinrichtung auf. Diese ist dazu eingerichtet, das Inhaltsstoffe des Fluids zu überwachen, wenn das Fluid durch den Leitungsabschnitt strömt. Die Überwachungseinrichtung kann fest mit dem Leitungsabschnitt verbunden sein. Alternativ ist es möglich, die Überwachungseinrichtung temporär für die Überwachung zum Leitungsabschnitt zu bringen.
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Es genügt, dass die Anordnung eine einzige Überwachungseinrichtung hat. Möglich ist es aber auch, dass die Anordnung zwei oder mehr Überwachungseinrichtungen aufweist. Diese können an unterschiedlichen Überwachungsstellen gleichzeitig das Fluid überwachen. Dadurch kann die Präzision der Überwachung erhöht werden.
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Gleichzeitig kann durch Vergleich der Messwerte geprüft werden, ob Defekte oder Verschleiß die Messung beeinträchtigen.
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Mit der Überwachung kann insbesondere eine Kontamination des Fluids erkannt werden, beispielsweise im Falle von Milch durch Antibiotika, Dippmittel, Reinigungsmittel und/oder Wasser. Alternativ oder zusätzlich können durch eine Phasenunterscheidung beziehungsweise durch eine physikalische Analyse beispielsweise Flocken, Schaum und/oder Blasen in dem Fluid erkannt werden. Zudem kann der Füllstand des Leitungsabschnitts detektiert werden. Zur Prozessüberwachung können eine Milchflusserkennung, eine Flussanalyse, eine Erkennung von Defekten (beispielsweise an Dichtungen) und/oder ein Vergleich zwischen einem erwarteten und einem tatsächlichem Zustand durchgeführt werden. Weiterhin kann die Überwachungseinrichtung zur Reinigungsüberwachung und/oder Reinigungsoptimierung eingesetzt werden. Auch kann die Überwachungseinrichtung zur Qualitätsprüfung eingesetzt werden, indem Dippmittel, Reinigungsmittel und/oder Wasser als das Fluid überwacht werden. Zudem ist es möglich, die Überwachungseinrichtung zur Überwachung von Verschleiß einzusetzen, beispielsweise bei Silikonschläuchen oder Silikonkomponenten der Melkvorrichtung. Das ist deshalb der Fall, weil Fett oder andere Substanzen in Silikonmaterial hineindiffundieren können. Dies kann mit der Überwachungseinrichtung erkannt werden.
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Die Überwachungseinrichtung kann zudem bei der Separation von Kälbermilch eingesetzt werden. Dazu kann die Milch in einem Leitungsabschnitt analysiert werden, welcher Teil eines Abzweigs ist, über den Kälbermilch abgezweigt wird. Dadurch kann die Qualität der Kälbermilch sichergestellt werden.
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Die Überwachungseinrichtung weist eine Lichtquelleneinheit und eine Detektionseinheit auf. Über die Lichtquelleneinheit kann Licht in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden, beispielsweise über ein Fenster in einer Begrenzung des Leitungsabschnitts. Über die Detektionseinheit kann Licht erfasst werden, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt, beispielsweise über ein weiteres oder das zuvor beschriebene Fenster in der Begrenzung des Leitungsabschnitts. Die Detektionseinheit ist vorzugsweise auf die Lichtquelleneinheit abgestimmt. Besonders bevorzugt deckt die Detektionseinheit den gesamten von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Spektralbereich ab. Die Detektionseinheit und die Lichtquelleneinheit sind vorzugsweise derart angeordnet, dass das aus dem Leitungsabschnitt austretende Licht, welches von der Lichtquelleneinheit stammt, mit der Detektionseinheit detektiert werden kann. Die Detektionseinheit weist einen oder mehrere Detektoren auf. Die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit dienen dazu, das Fluid spektroskopisch zu analysieren. Das ist dadurch möglich, dass die Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung des Lichts eingerichtet ist. Das bedeutet, dass mit der Detektionseinheit die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge erfasst werden kann. Mit der Detektionseinheit kann also eine Vielzahl spektraler Einzelwerte aufgenommen werden, insbesondere aus dem gesamten Wellenlängenspektrum des aus dem Leitungsabschnitt austretenden Lichts, welches von der Lichtquelleneinheit stammt. Zur spektral aufgelösten Erfassung des Lichts umfasst die Detektionseinheit vorzugsweise ein Mittel zur spektralen Zerlegung des Lichts, beispielsweise ein Interferometer oder ein dispersives Element wie ein Gitter oder ein Prisma. Im Falle des dispersiven Elements ist dieses vorzugsweise drehbar gelagert. Alternativ kann ein räumlich auflösender Detektor verwendet werden, mit dem das spektral zerlegte Licht zu einem Messzeitpunkt gemessen werden kann, beispielsweise ein CCD-Chip. Die Messgenauigkeit ergibt sich in dem Fall insbesondere aus der Auflösung des CCD-Chips.
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Bevorzugt weist die Detektionseinheit einen Detektor und ein Interferometer auf. Ein Interferometer ist eine Vorrichtung, welche durch Aufteilung eines Lichtstrahls in zwei Teilstrahlen und durch Zusammenführung der beiden Teilstrahlen mit Gangunterschied Interferenz erzeugt. Das Interferometer und der Detektor sind derart ausgebildet und angeordnet, dass aus dem Leitungsabschnitt austretendes Licht mit dem Interferometer spektral zerlegt und anschließend von dem Detektor detektiert werden kann. Durch die spektrale Zerlegung des Lichts mit dem Interferometer kann die Detektionseinheit das Licht spektral aufgelöst erfassen. Das Interferometer ermöglicht es also, bei dem aus dem Leitungsabschnitt austretenden Licht eine Vielzahl von spektralen Einzelwerten innerhalb des vorzugsweise kontinuierlichen Wellenlängenspektrums der Lichtquelleneinheit zu ermitteln. Das Interferometer kann beispielsweise ein Michelson-Interferometer oder ein Fabry-Perot-Interferometer sein. Diese beiden Interferometer haben einen beweglichen Spiegel. Vorzugsweise weist das Interferometer ein, insbesondere genau ein, flexibles Element auf, welches unterschiedliche Teilspektren des Gesamtspektrums der Lichtquelleneinheit erzeugt.
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Die Detektionseinheit kann durch Rückkopplung von Referenzwerten automatisiert justiert und/oder kalibriert werden. Die Detektionseinheit kann kunden- und/oder herdenspezifisch angepasst werden. Darüber hinaus können zeitliche Veränderungen der Lichtquelleneinheit ausgeglichen werden.
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Die Anordnung ist dadurch dazu eingerichtet, das Fluid innerhalb des Leitungsabschnitts zu analysieren, als dass die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit auf den Leitungsabschnitt ausgerichtet sind. Der mit der Lichtquelleneinheit und der Detektionseinheit gebildete Messbereich zur Analyse der Milch fällt dadurch in den Leitungsabschnitt. Insoweit ist der Leitungsabschnitt gegenüber anderen Leitungsteilen ausgezeichnet. Es genügt, dass die Anordnung nur während der Analyse als solche besteht. Vor und nach der Analyse kann die Überwachungseinheit von dem Leitungsabschnitt entfernt sein.
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Die Anordnung umfasst vorzugsweise ein Micro-Electro-Mechanical System, kurz MEMS. Bei einem MEMS handelt es sich um ein Bauteil mit einer beweglichen mikroskopischen Struktur. Diese kann durch mechanische Beanspruchung oder durch Anlegen einer elektrischen Spannung betätigt werden. So kann die Detektionseinheit dadurch realisiert sein, dass ein Interferometer mit beweglichem Spiegel als eine solche mikroskopische Struktur realisiert ist. Die Lichtquelleneinheit kann in fester Ausrichtung zum MEMS angeordnet sein, beispielsweise in Form eines gemeinsamen Bauteils oder in einem gemeinsamen Gehäuse. Die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit sind vorzugsweise relativ zueinander in einer festen Position und Ausrichtung angeordnet. Eine solche Vorrichtung ist besonders klein, robust, einfach integrierbar und ermöglicht vergleichsweise einfache Analysen außerhalb eines Labors. Zudem kann eine solche Vorrichtung vergleichsweise einfach und günstig in großen Stückzahlen hergestellt werden.
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Dass die Überwachungseinrichtung eine Lichtquelleneinheit aufweist, bedeutet, dass eine oder mehrere Lichtquelleneinheiten vorgesehen sind. Die Lichtquelleneinheit umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Lichtquellen. Weist eine Lichtquelleneinheit mehrere Lichtquellen auf, sind diese vorzugsweise identisch zueinander ausgebildet. Alternativ kann durch aufeinander abgestimmte LED's als Lichtquellen ein kontinuierliches Spektrum erhalten werden, welches einen gewünschten Spektralbereich abdeckt. Mehrere Lichtquellen können so angeordnet sein, dass der gesamte Messbereich gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Die Lichtquellen können gleichartig oder unterschiedlich sein. Durch Kombination unterschiedlicher Lichtquellen kann ein besonders breites Wellenlängenspektrum erhalten werden. Denkbar ist auch, dass die Lichtquelleneinheit mehrere diskontinuierliche Lichtquellen aufweist wie beispielsweise Dampflampen, insbesondere Natriumdampflampen oder Quecksilberdampflampen. Auch ist es möglich, dass die Lichtquelleneinheit dadurch ausgebildet ist, dass eine externe Strahlungsquelle eingekoppelt wird, beispielsweise über einen Lichtwellenleiter. Die Lichtquelleneinheit ist in dem Fall nur durch den Lichtwellenleiter gebildet.
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Mit der beschriebenen Anordnung kann das Fluid in dem Leitungsabschnitt analysiert werden. Das Fluid kann also analysiert werden, während das Fluid durch den Leitungsabschnitt strömt. Es ist nicht erforderlich, Stichproben zu entnehmen und zu analysieren. Das Entnehmen von Stichproben wäre einerseits aufwendiger als die Analyse in einem durchströmten Leitungsabschnitt. Andererseits liegen die Ergebnisse einer Stichprobenanalyse typischerweise erst mit Verzögerung vor. Sofern Milch nach Entnahme der Stichprobe bereits mit anderer Milch vermischt worden wäre, müsste daher gegebenenfalls die gesamte Milch entsorgt werden. Durch die Analyse im Leitungsabschnitt kann hingegen beispielsweise verunreinigte Milch besonders schnell und einfach ausgesondert werden, insbesondere bevor diese Milch mit anderer Milch vermischt wird. Zudem ermöglicht die beschriebene Vorrichtung eine vollständige Analyse des Fluids, nicht nur die einer Stichprobe. Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung eingesetzt werden, um Milch unmittelbar nach dem Melken zu analysieren, bevor die Milch in einem Milchtank mit anderer Milch vermischt wird.
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Vorzugsweise sendet die Lichtquelleneinheit Licht mit einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum in den Leitungsabschnitt aus. Unter einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum ist zu verstehen, dass es einen Wellenlängenbereich gibt, von dem jede Wellenlänge in dem von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Licht enthalten ist. Das Wellenlängenspektrum weist also jedenfalls einen Abschnitt ohne Lücke auf. Das schließt nicht aus, dass das Wellenlängenspektrum mehrere kontinuierliche Abschnitte aufweist, zwischen denen eine jeweilige Lücke vorliegt. Bevorzugt ist allerdings, dass das Wellenlängenspektrum insgesamt lückenfrei ist. Das Wellenlängenspektrum ist vorzugsweise ein breitbandiges kontinuierliches Wellenlängenspektrum. Der Begriff „breitbandig“ ist relativ zum Detektionsbereich der Detektionseinheit zu verstehen. Das Wellenlängenspektrum weist vorzugsweise Wellenlängen auf, die um mindestens 200 nm, insbesondere um mindestens 500 nm auseinander liegen. In dem Fall deckt das Wellenlängenspektrum zumindest einen 200 nm beziehungsweise einen 500 nm breiten Wellenlängenbereich ab, von dem jede Wellenlänge in dem Licht enthalten ist. Besonders bevorzugt deckt das Wellenlängenspektrum zumindest die Wellenlängen im Bereich von 1350 bis 2500 nm ab. Das Wellenlängenspektrum liegt vorzugsweise im Bereich des nahen Infrarots und/oder im Bereich des mittleren Infrarots. In dem Fall handelt es sich bei der Analyse des Fluids um Infrarot-Spektroskopie. Denkbar ist aber auch, dass das Wellenlängenspektrum des Bereichs des sichtbaren Lichts ganz oder vollständig und/oder den UV-Bereich ganz oder vollständig abdeckt. Besonders bevorzugt deckt das Wellenlängenspektrum einen Wellenlängenbereich ab, mit dem chemische Bindungen in dem zu analysierenden Fluid angeregt werden können. So kann der sogenannte spektrale Fingerabdruck des Fluids ermittelt werden. Das Wellenlängenspektrum des von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Lichts ist vorzugsweise in jedenfalls einem Abschnitt stetig. Beispielsweise kann es sich bei dem Wellenlängenspektrum um ein Plancksches Spektrum handeln, wie es bei der Schwarzkörperstrahlung vorliegt.
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Durch die Lichtquelleneinheit mit kontinuierlichem Spektrum kann das Fluid auf verschiedene Inhaltsstoffe analysiert werden. Das kann insbesondere nach Art der dispersiven Spektroskopie erfolgen. Die Überwachungseinrichtung ist daher nicht auf die Analyse eines einzelnen Inhaltsstoffs beschränkt. Bei der Gestaltung der Überwachungseinrichtung ist daher keine Festlegung auf einen bestimmten Inhaltsstoff erforderlich. Es ist nicht einmal eine Festlegung auf ein bestimmtes zu überwachendes Fluid erforderlich. Insoweit kann die Überwachungseinrichtung besonders flexibel eingesetzt werden.
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Die Detektionseinheit gibt ein Signal aus, anhand dessen die Inhaltsstoffe des durch den Leitungsabschnitt strömenden Fluids bestimmbar sind. Dieses Signal enthält vorzugsweise lediglich Informationen über das mit der Detektionseinheit spektral aufgelöst erfasste Licht.
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Die Überwachungseinrichtung kann eine Auswerteeinheit aufweisen. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das Fluid anhand von Signalen der Detektionseinheit auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Die Auswerteeinheit kann in einem Gehäuse zusammen mit der Lichtquelleneinheit und der Detektionseinheit angeordnet sein. In dem Fall kann die gesamte Analyse in der Überwachungseinrichtung durchgeführt werden.
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Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung einer Auswerteeinheit als Teil der Anordnung kann die Analyse des Fluids auch außerhalb der Anordnung erfolgen, beispielsweise durch einen zentralen Server und/oder durch eine Cloud-Anwendung. Die Anordnung weist vorzugsweise eine Schnittstelle auf, über welche die Signale der Detektionseinheit ausgegeben werden können, insbesondere an eine externe Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, anhand von Signalen der Detektionseinheit Bestandteile des Fluids zu identifizieren. Die Anordnung und die externe Auswerteeinheit können über ein Kabel, über eine drahtlose Verbindung und/oder über eine Internetverbindung miteinander verbunden sein.
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Die Auswertung erfolgt vorzugsweise nach Art der Fouriertransformations-Spektroskopie, insbesondere nach Art der Infratrot- Fouriertransformations-Spektroskopie (kurz FTIR). An dem dabei erhaltenen Spektrum kann erkannt werden, welche Inhaltsstoffe in dem Fluid vorhanden sind. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob das Spektrum einen Peak bei einer charakteristischen Wellenlänge eines bestimmten Inhaltsstoffs aufweist. Auch können die Inhaltsstoffe quantifiziert werden. Dazu kann die Höhe eines Peaks ermittelt werden.
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Zur Analyse des Fluids können die von der Detektionseinheit ausgesendeten Signale nach Art der dispersiven Spektroskopie ausgewertet werden. Dazu wird vorzugsweise ein komplexer Auswertealgorithmus verwendet, mit welchem die Präsenz und optional auch die Konzentration von Inhaltsstoffen des Fluids berechnet werden können. Der Auswertealgorithmus verwendet die gemessenen spektralen Informationen als Eingangsparameter und berechnet daraus die gewünschten zu ermittelnden Kenngrößen oder Werte.
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Der Auswertealgorithmus kann von einem gesonderten System mit Hilfe von Referenzdaten und/oder unter Verwendung eines maschinellen Lernprogramms erhalten werden. Die von der Detektionseinheit ausgesendeten Signale enthalten Informationen zu dem von der Detektionseinheit erfassten Licht. Insbesondere im Falle einer Lichtquelleneinheit mit kontinuierlichem Spektrum kann die Überwachungseinrichtung besonders einfach umgestellt werden, um andere Inhaltsstoffe zu analysieren. Insbesondere ist dazu keine Änderung der Hardware erforderlich. Stattdessen genügt es, den Auswertealgorithmus zu ändern. Auch ist es möglich, durch Anpassung der Software der Auswerteeinheit die Messgenauigkeit einzustellen, beispielsweise im Wechselspiel mit einer Messdauer. Die Analyse kann also durch eine Veränderung der Software, beispielsweise durch ein Software-Update, verändert werden. Durch ein Software-Update kann insbesondere der Funktionsumfang der Auswertung erweitert werden, beispielsweise durch Freischaltung einer zuvor gesperrten Funktion bzw. einer Funktionserweiterung (tatsächliches Hinzufügen der Funktion). Die Funktionsweise der Auswertung kann also ohne konstruktive Änderung verändert werden.
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Die Analyse des Fluids kann anhand des von dem Fluid reflektierten und/oder absorbierten Licht erfolgen. Um das reflektierte Licht zu verwenden, sind die Lichtquelleneinheit und mindestens ein Detektor der Detektionseinheit auf der gleichen Seite des Leitungsabschnitts angeordnet. Das Licht von der Lichtquelleneinheit kann so in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden, in dem Leitungsabschnitt von dem Fluid reflektiert werden und aus dem Leitungsabschnitt in den mindestens einen Detektor der Detektionseinheit gelangen. Die Lichtquelleneinheit und die Detektionseinheit können nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses. Aufgrund der Möglichkeit dieser kompakten Bauweise ist diese Ausgestaltung bevorzugt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Überwachungseinrichtung einen MEMS umfasst.
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Um das absorbierte Licht zu verwenden, sind die Lichtquelleneinheit und mindestens ein Detektor der Detektionseinheit auf einander gegenüberliegenden Seiten des Leitungsabschnitts angeordnet. Der Leitungsabschnitt ist in dem Fall zwischen der Lichtquelleneinheit und dem mindestens einen Detektor der Detektionseinheit angeordnet. Das Licht von der Lichtquelleneinheit kann so in den Leitungsabschnitt eingeleitet werden und, soweit nicht im Leitungsabschnitt von dem Fluid absorbiert, aus dem Leitungsabschnitt in den Detektor gelangen.
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Weist die Detektionseinheit mehrere Detektoren auf, sind diese vorzugsweise alle auf der gleichen Seite des Leitungsabschnitts angeordnet. Es kann also entweder das reflektierte Licht mit allen Detektoren erfasst werden oder das Fehlen des absorbierten Lichts mit allen Detektoren erfasst werden. Denkbar ist aber auch, dass die Detektionseinheit sowohl auf der Seite der Lichtquelleneinheit als auch auf der gegenüberliegenden Seite jeweils einen oder mehrere Detektoren aufweist. In dem Fall können sowohl das reflektierte als auch das absorbierte Licht berücksichtigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Melkvorrichtung weiterhin eine Hauptleitung auf, wobei der Leitungsabschnitt von der Hauptleitung abzweigt und in die Hauptleitung mündet.
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Der Leitungsabschnitt verläuft parallel zur Hauptleitung. Dadurch wird in dieser Ausführungsform zwar nicht das gesamte Fluid analysiert. Dennoch ermöglicht die Überwachungseinrichtung eine umfassendere Analyse des Fluids als die Untersuchung von einzelnen Sichtproben. Schließlich kann mit der beschriebenen Anordnung ein Teil des Fluidstroms durchgehend untersucht werden.
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Das Begriff „Hauptleitung“ bezieht sich in Abgrenzung von dem Begriff „Abzweigung“ lediglich auf den Umstand, dass die Analyse des Fluids in dem abgezweigten Leitungsabschnitt und damit in einem gesonderten Leitungsteil erfolgt. Es ist nicht erforderlich, dass die Hauptleitung einen größeren Strömungsquerschnitt hat als der abgezweigte Leitungsabschnitt.
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Stromauf des Messbereichs weist der Leitungsabschnitt vorzugsweise ein Filtersieb auf. Dieses kann beispielsweise an einer Abzweigungsstelle angeordnet sein, an welcher der Abzweig von der Hauptleitung abzweigt. Durch das Filtersieb können feste Partikel einer entsprechenden Mindestgröße aus dem Leitungsabschnitt ferngehalten werden. Dadurch kann eine Verstopfung des Leitungsabschnitts verhindert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist der Leitungsabschnitt absperrbar, insbesondere durch ein Absperrelement innerhalb des Leitungsabschnitts.
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In dieser Ausführungsform kann das Fluid vollständig gestaut werden, um die Analyse durchzuführen. Die Analyse erfolgt diskontinuierlich. Dadurch kann eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung umfasst die Lichtquelleneinheit eine Glühemissionsquelle.
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Glühemissionsquellen senden ein kontinuierliches Wellenlängenspektrum aus. Zudem sind diese vergleichsweise günstig. Die Glühemissionsquelle ist vorzugsweise eine Halogenlampe. Eine solche verfügt über eine hohe und gerichtete Intensität.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung weist der Leitungsabschnitt einen zumindest teilweise transparenten Bereich auf, wobei die Überwachungseinrichtung derart als ein Handgerät ausgebildet ist, dass, wenn das Handgerät an den zumindest teilweise transparenten Bereich des Leitungsabschnitts gehalten wird, von der Lichtquelleneinheit ausgesendetes Licht in den Leitungsabschnitt gelangt und aus dem Leitungsabschnitt austretendes Licht zur Detektionseinheit gelangt.
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Grundsätzlich ist jeder transparente milchführende Bereich der Melkvorrichtung geeignet, um für eine spektroskopische Analyse verwendet zu werden. Das wird in der vorliegenden Ausführungsform insoweit genutzt, als dass die Überwachung mit einem Handgerät durchgeführt wird, welches an einen derartigen transparenten Bereich des Leitungsabschnitt gehalten werden kann. Das ist insoweit besonders flexibel, als dass das Handgerät ohne großen Aufwand an unterschiedlichen Stellen der Melkvorrichtung eingesetzt werden kann, um beispielsweise dort die jeweilige Zusammensetzung von Milch zu untersuchen. Die Melkvorrichtung umfasst vorzugsweise alle von Milch oder Reinigungsmittel durchflossenen Bereiche von einem Melkbecher eines Melkzeugs bis zu einem Milchtank sowie von einem Reinigungssteuergerät bis zu einem Abfluss. An jeder Stelle der derart umfassend definierten Melkvorrichtung kann die Überwachungseinrichtung eingesetzt werden.
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Der zumindest teilweise transparenten Bereich ist in der Begrenzung des Leitungsabschnitts ausgebildet. Durch den zumindest teilweise transparenten Bereich kann Licht in den Leitungsabschnitt hinein gelangen und aus dem Leitungsabschnitt heraus. Dass dieser Bereich zumindest teilweise transparent ist, bedeutet, dass dieser Bereich für zumindest einen Spektralbereich transparent ist. Es genügt, dass der Bereich für die Wellenlängen transparent ist, welche für die Analyse relevant sind.
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Der zumindest teilweise transparenten Bereich kann als ein Sichtfenster in der Begrenzung des Leitungsabschnitts ausgebildet sein. Es können verschiedene Sichtfenster an unterschiedlichen Stellen in der Melkvorrichtung vorgesehen sein. Jedes Sichtfenster kommt dann als Überwachungsstelle in Frage. Um ein Sichtfenster zur Überwachung zu nutzen, kann das Handgerät an dieses Sichtfenster gehalten werden. Dort kann ein Spektrum aufgenommen und analysiert werden. Es können mehrere Überwachungseinrichtungen gleichzeitig an unterschiedlichen Überwachungsstellen eingesetzt werden.
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Alternativ kann auch ein Leitungsabschnitt beispielsweise aus Silikon verwendet werden, welcher als solcher bereits zumindest teilweise transparent ist. In dem Fall kann sich der zumindest teilweise transparenten Bereich über den gesamten Leitungsabschnitt erstrecken. Bei Verwendung geeigneter Wellenlängenbereiche (beispielsweise im Infrarotbereich) sind Silikonschläuche transparent. Die Überwachung kann dann an jedem Punkt jedes Silikonschlauches der Melkvorrichtung durchgeführt werden.
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Es ist auch denkbar, dass die Überwachungseinrichtung oder ein Teil davon auf einen als Schlauch ausgebildeten Leitungsabschnitt aufteckbar ist, insbesondere nach Art einer Schlauchschelle. Das ist insbesondere bei einem Silikonschlauch sinnvoll. So kann an die Überwachungseinrichtung beziehungsweise deren Teil an jedem Punkt eines Silikonschlauches der Melkvorrichtung fixiert werden, je nach gewünschter Anwendung.
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Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Analyse eines Fluids in einem Leitungsabschnitt einer Melkvorrichtung vorgestellt. Das Verfahren umfasst:
- a) Einleiten von Licht in den Leitungsabschnitt,
- b) Spektral aufgelöstes Detektieren von Licht, welches aus dem Leitungsabschnitt austritt,
- c) Analysieren des Fluids auf Inhaltsstoffe anhand des gemäß Schritt b) detektierten Lichts.
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Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Anordnung sind auf das Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt. Das Verfahren wird vorzugsweise mit der beschriebenen Anordnung durchgeführt. Die Anordnung ist vorzugsweise zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet. Der beschriebene Verfahren kann auch als eine inline-Analyse bezeichnet werden.
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Es genügt, die Schritte a) bis c) jeweils einmal durchzuführen. Dadurch kann eine Momentaufnahme erhalten werden. Bevorzugt ist allerdings, dass die Schritte a) bis c) jeweils mehrfach durchgeführt werden. Es kann also eine Serie von Spektren aufgenommen und jeweils ausgewertet werden. So kann das Fluid insbesondere in konstanten zeitlichen Abständen analysiert werden. Dadurch kann eine zeitliche Entwicklung während eines Melkvorgangs oder während eines Reinigungsvorgangs erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird vor Schritt c) ein Auswertealgorithmus durch maschinelles Lernen erstellt, wobei das Fluid in Schritt c) unter Verwendung des Auswertealgorithmus analysiert wird.
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Zur Erstellung des Auswertealgorithmus werden Signale der Detektionseinheit zusammen mit entsprechenden Referenzwerten dem maschinellen Lernprogramm zugeführt. Die Referenzwerte können erhalten werden, indem ein wie beschrieben analysiertes Fluid zusätzlich beispielsweise durch eine Laboruntersuchung analysiert wird. Dabei werden Muster zwischen Merkmalen der Signale der Detektionseinheit und den Referenzwerten erkannt.
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Das maschinelle Lernprogramm kann Teile einer gesonderten Einrichtung sein. Insbesondere kann das maschinelle Lernprogramm auf einem Computer installiert sein, der nicht Teil der hier beschriebenen Anordnung ist. Das maschinelle Lernprogramm kann beispielsweise auf einem Entwicklungswerkzeug installiert sein.
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Der Auswertealgorithmus kann mit der gesonderten Einrichtung erstellt werden und anschließend - sofern die Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinheit aufweist - an die Auswerteeinheit übermittelt werden. Alternativ kann der mit der gesonderten Einrichtung erstellte Auswertealgorithmus von der gesonderten Einrichtung an einen zur Analyse der Milch verwendeten Server übermittelt werden. Dazu ist kein dauerhafter Kontakt zwischen der gesonderten Einrichtung und der Auswerteeinheit beziehungsweise dem Server erforderlich. Die Signale der Detektionseinheit können auf verschiedene Weise an die gesonderte Einrichtung übermittelt werden, beispielswiese über das Internet oder über eine Kabelverbindung. Sofern die Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinheit aufweist, kann der erstellte Auswertealgorithmus auf gleichem Wege an die Auswerteeinheit übermittelt werden. Die gesonderte Einrichtung kann räumlich von der Auswerteeinheit getrennt sein oder mit dieser zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
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Der Auswertealgorithmus kann durch maschinelles Lernen von der Auswerteeinheit oder einem zur Analyse des Fluids verwendeten Server selbst erstellt oder verändert werden, beispielsweise durch Verwendung künstlicher Intelligenz.
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Es genügt, dass der Auswertealgorithmus einmalig erstellt wird. So kann beispielsweise in einer Lernphase eine Mehrzahl von Signalen der Detektionseinheit mit einem jeweils entsprechenden Referenzwert verarbeitet werden. Es ist bevorzugt, dass insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen der Auswertealgorithmus überarbeitet wird. Dazu kann in einer neuen Lernphase ein neuer Auswertealgorithmus erstellt werden oder der bisherige Auswertealgorithmus aktualisiert werden. Die beschriebene Anordnung umfasst vorzugsweise eine Einrichtung zur Erstellung eines Auswertealgorithmus aus Signalen der Detektionseinheit und entsprechenden Referenzwerten. Die Einrichtung weist vorzugsweise ein maschinelles Lernprogramm auf. Die Auswerteeinheit ist in dem Fall dazu eingerichtet, die Milch anhand von Signalen der Detektionseinheit unter Anwendung des Auswertealgorithmus zu analysieren. Als die Einrichtung kommt auch ein Server in Betracht, der zugleich für die Analyse des Fluids verwendet wird.
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Weiterhin umfasst das Verfahren vorzugsweise:
- d) Ausgeben eines Signals, wenn ein in Schritt c) erkannter Inhaltsstoff einen entsprechenden Grenzwert überschreitet.
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Durch Schritt d) kann beispielsweise einem Landwirt eine Handlungsanweisung gegeben werden, wie auf das Vorliegen eines bestimmten Inhaltsstoffs reagiert werden soll. Beispielsweise kann die Anordnung eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, über die die Handlungsanweisung in Reaktion auf das in Schritt d) ausgegebene Signal angezeigt wird. Das in Schritt d) ausgegebene Signal kann alternativ oder zusätzlich automatisiert umgesetzt werden. Wird beispielsweise Blut in der Milch erkannt, kann die so verunreinigte Milch automatisch ausgesondert werden, indem in Reaktion auf das in Schritt d) ausgegebene Signal ein entsprechendes Ventil umgestellt wird. Zusätzlich kann dem Landwirt die Handlungsanweisung angezeigt werden, die betroffene Kuh auf eine Verletzung zu untersuchen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte a) bis c) an mindestens zwei Überwachungsstellen durchgeführt, wobei die in Schritt c) für die mindestens zwei Überwachungsstellen erhaltenen Ergebnisse miteinander verglichen werden.
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Die beiden Überwachungsstellen können im gleichen Leitungsabschnitt oder in unterschiedlichen Leitungsabschnitten angeordnet sein. Beispielsweise können die beiden Überwachungsstellen durch ein jeweiliges Sichtfenster gebildet sein. Es ist allerdings nicht erforderlich, dass die Überwachungsstellen durch strukturelle Merkmale als solche zu erkennen sind. Die Überwachungsstellen sind als solche bereits dadurch definiert, dass eine entsprechende Überwachung an den Überwachungsstellen durchgeführt wird.
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Werden die Ergebnisse von zwei Überwachungsstellen miteinander verglichen, kann erkannt werden, was zwischen diesen beiden Überwachungsstellen passiert. Beispielsweise kann eine erste Überwachungsstelle vor einem möglicherweise kritischen Punkt der Melkvorrichtung angeordnet sein und eine zweite Überwachungsstelle hinter dem möglicherweise kritischen Punkt. Durch Vergleich der Messung vor und nach dem möglicherweise kritischen Punkt kann der Einfluss dieses Punkts auf das Fluid untersucht werden. Kommt es beispielsweise an dem möglicherweise kritischen Punkt zu einer Verunreinigung, kann dies so erkannt werden. Dies kann genutzt werden, um schädliche Einflüsse, möglicherweise durch Defekte, zu bemerken. Es ist daher bevorzugt, dass zwischen den beiden Überwachungsstellen eine Pumpe, eine Dichtung, ein Ventil und/oder eine Leitungskrümmung angeordnet sind. Diese stellen jeweils einen möglicherweise kritischen Punkt dar, an dem es zu Ablagerungen beispielsweise in Totwasserbereichen kommen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) bestimmt, ob mindestens ein vorgegebener Bestandteil in dem Fluid einen jeweiligen Grenzwert überschreitet.
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In dieser Ausführungsform wird das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines oder mehrerer bestimmter Inhaltsstoffe untersucht. Das ist beispielsweise für Blut und Harnstoff als Inhaltsstoffe von Milch sinnvoll. Zwischen Vorliegen und Nichtvorliegen wird dabei anhand des vorbestimmten Grenzwertes unterschieden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein in Schritt c) verwendeter Auswertealgorithmus verändert.
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In dieser Ausführungsform erfolgt die beschriebene Analyse des Fluids zuerst mit einem ersten Auswertealgorithmus und anschließend mit einem zweiten Auswertealgorithmus. Der Auswertealgorithmus kann beispielsweise durch ein Software-Update vom ersten Auswertealgorithmus zum zweiten Auswertealgorithmus verändert werden. Der erste Auswertealgorithmus und der zweite Auswertealgorithmus unterscheiden sich voneinander, beispielsweise hinsichtlich der detektierbaren Inhaltsstoffe des Fluids, hinsichtlich der erzielbaren Messgenauigkeit und/oder hinsichtlich des zu analysierenden Fluids.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens Verfahren werden die Schritte a) und b) mit einem Handgerät durchgeführt, welches in Schritt c) die gemäß Schritt b) erfassten Informationen an einen Zentralcomputer übermittelt, wobei in Schritt c) weiterhin der Zentralcomputer die Analyse durchführt und das Ergebnis an das Handgerät übermittelt.
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In dieser Ausführungsform kann das Handgerät vergleichsweise einfach und günstig ausgebildet sein. Die Analyse erfolgt mit dem Zentralcomputer, so dass das Handgerät nicht über die dafür erforderliche Rechenleistung verfügen muss. Die Übertragung zwischen dem Handgerät und dem Zentralcomputer kann teilweise per Funk erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Übertragung zwischen dem Handgerät und dem Zentralcomputer über das Internet, insbesondere über eine mobile Datenverbindung.
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Die mit der Überwachungseinrichtung ermittelten Daten können beispielsweise an ein Herdenmamagementsystem auf dem Zentralcomputer übermittelt werden. Der Zentralcomputer kann als eine Cloud-Anwendung ausgebildet sein. Anstelle eines einzelnen Zentralcomputers kann auch eine Vielzahl von Computern oder von miteinander zusammenwirkenden Computerelementen verwendet werden.
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Die mit dem Zentralcomputer ermittelten Ergebnisse können direkt an das Handgerät übermittelt werden. Vorzugsweise werden die Ergebnisse mit dem Handgerät angezeigt. Alternativ oder zusätzlich können die Ergebnisse beispielsweise mit dem Herdenmanagementsystem oder mit jedem anderen mobilen oder stationären Endgerät angezeigt und/oder weiterverarbeitet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte a) bis c) zyklisch durchgeführt, wobei zwischen aufeinander folgenden Zyklen eine jeweilige Kalibrierung durchgeführt wird.
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Das von der Lichtquelleneinheit ausgesendete Spektrum kann sich mit der Zeit verändern. Auch kann sich das Spektrum mit jedem Einschalten der Lichtquelleneinheit verändern. Daher ist es bevorzugt, dass das von der Lichtquelleneinheit ausgesendete Spektrum in regelmäßigen Abständen als Referenz gemessen wird. Besonders bevorzugt wird unmittelbar vor jeder Messung zur Analyse ein jeweiliges Referenzspektrum aufgenommen. Erfolgt die Analyse anhand des reflektierten Lichts, kann das zur Analyse gemessene Spektrum mit einem Referenzspektrum verglichen werden, welches mit einem idealen Reflektor gemessen wurde. Erfolgt die Analyse anhand des absorbierten Lichts, kann das zur Analyse gemessene Spektrum mit einem Referenzspektrum verglichen werden, welches bei leerem Leitungsabschnitt gemessen wurde.
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Im Idealfall kann jede einzelne Messung mit einer Referenzmessung verglichen werden. Dadurch könnten auch kurzfristige Schwankungen der Intensität der Lichtquelle ausgeglichen werden. In der beschriebenen Ausführungsform erfolgt daher zwischen den Zyklen eine jeweilige Kalibrierung. Diese erfolgt jeweils zwischen Schritt c) eines ersten Zyklus und Schritt a) des darauf folgenden Zyklus.
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Als ein weiterer Aspekt wird ein Verfahren zur Analyse eines Fluids in einer Melkvorrichtung vorgestellt. Das Verfahren umfasst:
- A) Abzweigen eines Teils des Fluids aus einem Leitungsabschnitt der Melkvorrichtung,
- B) Einleiten von Licht in das gemäß Schritt a) abgezweigte Fluid,
- C) Spektral aufgelöstes Detektieren von Licht, welches aus dem Fluid austritt,
- D) Analysieren des Fluids auf Inhaltsstoffe anhand des gemäß Schritt C) detektierten Lichts.
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Die beschriebenen Vorteile und Merkmale der Anordnung und des zuvor beschriebenen Verfahrens sind auf das vorliegend beschriebene Verfahren anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
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Bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren wird das Fluid nicht inline analysiert, sondern nach Probenentnahme. Die Messung erfolgt daher nicht, während das Fluid durch einen Leitungsabschnitt strömt. So kann das Fluid beispielsweise in Schritt A) an einer Entnahmestelle aus einem Leitungsabschnitt entnommen und in einen Behälter gegeben werden. Die Schritte B) bis D) sind analog zu der zuvor beschriebenen inline-Analyse. Es ist dabei allerdings nicht erforderlich, dass die Überwachungseinrichtung wie zur Anordnung beschrieben auf den Leitungsabschnitt ausgerichtet ist. Stattdessen ist es bevorzugt, dass der Leitungsabschnitt eine Entnahmestelle hat, an welcher das Fluid entnommen und in einen Behälter gegeben werden kann. Die Überwachungseinrichtung ist während der Überwachung vorzugsweise derart angeordnet, dass die Lichtquelleneinheit Licht in den Behälter aussendet und die Detektionseinheit zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht eingerichtet ist, welches aus dem Behälter austritt.
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Die Melkvorrichtung weist vorzugsweise einen jeweiligen Abzweig an unterschiedlichen Stellen auf. Von diesen Abzweigen kann beispielsweise Milch aufgefangen und analysiert werden. Anschließend kann die Milch - je nach Ergebnis der Analyse - wieder der Melkvorrichtung zugeführt werden oder verworfen werden. Auch kann die Milch für nachfolgende Analysen abgefüllt und aufbewahrt werden.
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Vorzugsweise weist die Melkvorrichtung an mehreren Stellen eine jeweilige Entnahmeeinrichtung auf, durch welche eine Probe des Fluids aus einem jeweiligen Leitungsabschnitt entnommen werden kann. An den Entnahmeeinrichtungen kann beispielsweise entnommene Milch aufgefangen und beispielsweise durch eine als Handgerät ausgebildete Überwachungseinrichtung analysiert werden. Anschließend kann die Milch - je nach Ergebnis der Analyse - wieder der Melkvorrichtung zugeführt werden oder verworfen werden. Auch kann die Milch für nachfolgende Analysen abgefüllt und aufbewahrt werden.
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Beim konventionellen Melken kann manuell aus dem Vorgemelk eine Probe in einem Gefäß aufgefangen und analysiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Die Figuren und die darin dargestellten Größenverhältnisse sind nur schematisch. Es zeigen:
- 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 3: eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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1 zeigt eine Anordnung 1 mit einer Melkvorrichtung 2. Die Melkvorrichtung 2 umfasst ein Melkzeug 18 und einen Milchtank 17. Das Melkzeug 18 ist durch eine Hauptleitung 7 mit dem Milchtank 17 verbunden. Parallel zur Hauptleitung 7 ist ein Abzweig 20 vorgesehen, der von der Hauptleitung 7 abzweigt und der wieder in die Hauptleitung 7 einmündet. Die Hauptleitung 7 und der Abzweig 20 sind ebenfalls Teil der Melkvorrichtung 2. In einem Leitungsabschnitt 3 des Abzweigs 20 kann ein Fluid wie Milch analysiert werden. Das Melkzeug 18 ist über den Abzweig 20 und insoweit über den Leitungsabschnitt 3 mit dem Milchtank 17 verbunden. Zur Analyse des Fluids weist die Anordnung 1 eine Überwachungseinrichtung 4 auf. Die Überwachungseinrichtung 4 hat eine Halogenlampe als Lichtquelleneinheit 5, welche Licht mit einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum in den Leitungsabschnitt 3 aussendet. Weiterhin weist die Überwachungseinrichtung 4 eine Detektionseinheit 6 zur spektral aufgelösten Erfassung von Licht auf, welches aus dem Leitungsabschnitt 3 austritt. Die Detektionseinheit 6 ist mit einer Auswerteeinheit 19 der Überwachungseinrichtung 4 verbunden. Die Auswerteeinheit 19 ist dazu eingerichtet, das Fluid anhand von Signalen der Detektionseinheit 6 auf Inhaltsstoffe zu analysieren. Das Fluid kann beispielsweise analysiert werden, wenn es von dem Melkzeug 18 ausgehend durch den Leitungsabschnitt 3 hindurch geleitet wird. Bei der Analyse kann bestimmt werden, ob mindestens ein vorgegebener Bestandteil in dem Fluid einen jeweiligen Grenzwert überschreitet. Die Überwachungseinrichtung 4 ist als ein Handgerät 10 ausgebildet, welches an den Leitungsabschnitt 3 gehalten werden kann. Dazu weist der Leitungsabschnitt 3 einen zumindest teilweise transparenten Bereich 8 auf.
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2 zeigt eine Anordnung 1, welche der aus 1 ähnelt. Lediglich sind hier die Lichtquelleneinheit 5 und die Detektionseinheit 6 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Leitungsabschnitts 3 angeordnet. Gemäß 2 kann somit die Absorption von Licht gemessen werden, während gemäß 1 die Reflexion gemessen werden kann.
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3 zeigt eine Anordnung 1 mit einer Melkvorrichtung 2. Die Melkvorrichtung 2 weist ein Melkzeug 18 mit beispielhaft vier Melkbechern 11 auf. Gemolkene Milch kann von den Melkbechern 11 über ein Milchsammelstück 12 in eine Melkleitung 13 eingeleitet werden. Durch die Melkleitung 13 kann die Milch über eine Milchschleuse 14 und einen Verteiler 15 in einen Milchtank 17 eingeleitet werden. Stromauf der Milchschleuse 14 liegt ein zum Melken eingesetztes Vakuum an. Stromab der Milchschleuse 14 liegt kein Vakuum an. Der Verteiler 15 ist beim Melken so eingestellt, dass die Melkleitung 13 mit dem Milchtank 17 verbunden ist. Der Milchtank 17 kann mit mehr als dem einen gezeigten Melkzeug 18 verbunden sein.
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Die Leitungen der Melkvorrichtung 2 können mit einem Reinigungsfluid gereinigt werden. Dazu wird ein Reinigungsfluid, wenn kein Melkvorgang stattfindet, von einem Reinigungsfluidtank 16 über eine Zuleitung 21 in die Melkbecher 11 eingeleitet. Das Reinigungsfluid kann durch die Melkbecher 11, das Milchsammelstück 12, die Melkleitung 13, die Milchschleuse 14 zum Verteiler 15 gelangen und dabei eine Reinigungswirkung entfalten. Vom Verteiler 15 kann das Reinigungsfluid über einen Abfluss 22 entsorgt werden oder zu dem Reinigungsfluidtank 16 zurückgeführt werden.
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Die Melkvorrichtung 2 umfasst das Melkzeug 18, das Milchsammelstück 12, die Melkleitung 13, die Milchschleuse 14, den Verteiler 15, den Reinigungsfluidtank 16, den Milchtank 17 sowie die Leitungen dazwischen, einschließlich der Zuleitung 21 und des Abflusses 22.
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Eine als ein Handgerät 10 ausgebildete Überwachungseinrichtung 4 kann an verschiedenen Überwachungsstellen 9 an einen jeweiligen zumindest teilweise transparenten Bereich 8 eines entsprechenden Leitungsabschnitts 3 gehalten werden. So können die Milch oder das Reinigungsfluid auf Inhaltsstoffe überwacht werden. Die eingezeichneten Positionen der Überwachungsstellen 9 sind beispielhaft. Es genügt, dass die Anordnung 1 eine beliebige der eingezeichneten Überwachungsstellen 9 aufweist. Die Anordnung 1 kann auch eine beliebige Kombination von mehreren der eingezeichneten Überwachungsstellen 9 oder auch alle eingezeichneten Überwachungsstellen 9 aufweisen. Zudem kann die Anordnung 1 eine oder mehrere weitere Überwachungsstellen aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Melkvorrichtung
- 3
- Leitungsabschnitt
- 4
- Überwachungseinrichtung
- 5
- Lichtquelleneinheit
- 6
- Detektionseinheit
- 7
- Hauptleitung
- 8
- zumindest teilweise transparenter Bereich
- 9
- Überwachungsstellen
- 10
- Handgerät
- 11
- Melkbecher
- 12
- Milchsammelstück
- 13
- Melkleitung
- 14
- Milchschleuse
- 15
- Verteiler
- 16
- Reinigungsfluidtank
- 17
- Milchtank
- 18
- Melkzeug
- 19
- Auswerteeinheit
- 20
- Abzweig
- 21
- Zuleitung
- 22
- Abfluss
