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Stand der Technik
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Produktionsprozesse mit Prozessschritten zur Verarbeitung von Rohstoffen, wie Mischen, Erhitzen und weitere Chargenprozesse werden in der Regel mit industriellen Sensoren überwacht, die Prozessmerkmale wie Druck, Durchfluss oder Füllstand bestimmen.
In der Prozessautomation, insbesondere in der Füllstands- und/oder Grenzstandüberwachung, beispielsweise in einem Behälter, können dazu Mikrowellenmodule als Füllstandradar-Sensoren eingesetzt, um beispielsweise einen bestimmten Pegel eines Füllguts, insbesondere in dem Behälter, anzuzeigen. Dazu werden Mikrowellen bzw. Radarwellen eingesetzt, die in einer Hochfrequenzeinheit der Mikrowellenmodule erzeugt und von einer Antenneneinheit abgestrahlt werden.
Dabei können die Mikrowellenmodule mit den Medien oder Rohstoffen in Kontakt kommen und dadurch die Funktion der Mikrowellenmodule beeinträchtigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Speziell bei stark anhaftenden Medien deren Füllstand überwacht wird, kann es in zeitlichen Intervallen oder gegebenenfalls auch dauerhaft notwendig sein, äußere Oberflächen des Antennensystems des Mikrowellenmoduls, das in Richtung auf das jeweilige Medium ausgerichtet ist, mit Spülgas, wie beispielsweise Druckluft oder Stickstoff freizublasen. Typischerweise weist ein Antennensystem für ein solches Mikrowellenmodul eine Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases auf eine äußere Oberfläche des Antennensystems auf, die in das Antennensystem und/oder das Mikrowellenmodul integriert ist. Eine solche Vorrichtung zum Applizieren ist insbesondere bei Radar-Füllstandsmessgeräten bei Schüttgutanwendungen des Mikrowellenmoduls industrieller Standard. Dazu kann das Mikrowellenmodul und/oder das Antennensystem einen Spülluftanschluss aufweisen.
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Trotz reinigenden Spülluftstößen, die das entsprechende Spülgas auf die äußere Oberfläche des Antennensystems applizieren, können zumindest Teile des Antennensystems, bzw. bestimmten Bereichen des Antennensystems oder auch das komplette Antennensystem mit dem Medium „zuwachsen“ und dadurch die Mess-Performance des Antennensystems bzw. des Mikrowellenmoduls einschränken. Insbesondere gilt das für Mikrowellenmodule mit Antennensystemen die mittels einer Applikation von Spülgas nicht regelmäßig oder zu selten gereinigt werden.
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Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Antennensystem für ein Mikrowellenmodul, ein Mikrowellenmodul, ein Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellenmoduls und eine Verwendung eines Mikrowellenmoduls gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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In dieser gesamten Beschreibung der Erfindung sind einige Merkmale mit Zählwörtern versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern oder die Zuordnung eindeutiger zu machen, dies impliziert aber nicht ein Vorhandensein bestimmter Merkmale.
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In dieser gesamten Beschreibung der Erfindung ist die Abfolge von Verfahrensschritten so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen Ergebnis führen. In diesem Sinne kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechend geändert werden und ist somit auch offenbart.
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Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Antennensystem für ein Mikrowellenmodul zur Prozessautomatisierung vorgeschlagen, wobei das Antennensystem oder das Mikrowellenmodul einen Zuführungsanschluss für ein Spülgas aufweist. Das Antennensystem weist eine äußere Oberfläche für eine Mikrowellenemission des Mikrowellenmoduls mittels des Antennensystems auf. Weiterhin weist das Antennensystem eine Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems auf, wobei der Zuführungsanschluss fluidmäßig, mittels einer Zuführung, mit der Vorrichtung zum Applizieren von Spülgas gekoppelt ist. Eine Detektionseinrichtung des Antennensystems ist fluidmäßig mit der Zuführung gekoppelt, um, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung, eine Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen.
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Das Mikrowellenmodul kann beispielsweise ein Füllstands-Messgerät sein, das ein Mikrowellen-Signal, bzw. ein Radarwellen-Signal, in Richtung auf ein Medium aussendet, um aus einem Abstand zwischen dem Mikrowellen-Modul und dem Medium einen Füllstand zu bestimmen, wobei sich das Medium beispielsweise in einem offenen oder geschlossenen Behälter befindet. Das Mikrowellenmodul kann auch ein anderes Gerät sein, welches, basierend auf Mikrowellen, Detektionsaufgaben realisiert. Das ausgesendete Signal kann von dem Medium in Richtung auf das Mikrowellen-Modul reflektiert und von dem Mikrowellen-Modul detektiert werden. Das detektierte Signal kann digital in ein elektrisches Signal gewandelt werden, um den oben genannten Abstand zu bestimmen.
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Das Mikrowellenmodul kann mittels der äußeren Oberfläche des Antennensystems eingerichtet sein, die Mikrowellen-Strahlung auszusenden und reflektierte Mikrowellen-Strahlung, bzw. ein reflektiertes Mikrowellen-Strahlungs-Signal, zu empfangen, um einen Füllstand zu bestimmen.
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Dabei kann der Frequenzbereich, der von dem Mikrowell-Modul ausgesendet wird, lizenzfreie Frequenzbänder umfassen, die für lizenzfreie. „Short-Range Devices“ reguliert sind. Dies Frequenzbänder können in Europa beispielsweise im Bereich von 2,4 GHz bis 2,4835 GHz; und/oder 5,725 GHz bis 5,875 GHz; und/oder 24 GHz bis 24,25 GHz; und/oder 57 bis 64 GHz; und/oder 61 GHz bis 61,5 GHz; und/oder 122 GHz bis 123 GHz; 174,8 GHz bis 182 GHz; und/oder 185 GHz bis 190 GHz; und/oder 231,5 GHz bis 250 GHz und/oder 244 GHz bis 246 GHz liegen, und umfassen somit auch einen Radar-Bereich. Des Weiteren kann der Frequenzbereich welcher vom Mikrowellenmodul ausgesendet wird auch Frequenzen vom harmonisierten Standard für Level Probing Radar (LPR) umfassen (siehe auch ETSI EN 302729-1). Diese sind beispielsweise: 6 GHz bis 8,5 GHz; und/oder 24,05 GHz bis 26,5 GHz; und/oder 57 GHz bis 64 GHz; und/oder 75 GHz bis 85 GHz.
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Das Mikrowellen-Modul kann eine Generator-Einheit aufweisen, die eingerichtet ist, ein Mikrowellen-Signal in Richtung auf das Medium auszusenden, und eine Sensoreinheit, die eingerichtet ist reflektierte Signale, zu empfangen, sowie diese digital zu wandeln. Dabei kann die Sensoreinheit in die Generator-Einheit integriert sein. Weiterhin kann das Mikrowellen-Modul einer Auswerteeinheit aufweisen, die eingerichtet ist, empfangene und digital gewandelte Signale in ein Messsignal, bzw. eine Echokurve, zu wandeln. Die Auswerteeinheit ist weiterhin zur Auswertung des Messsignals eingerichtet, um einen Abstand, bzw. einen Füllstand, basierend auf dem Messsignal, zu bestimmen. Dabei kann die Auswerteeinheit in die Generator-Einheit integriert sein. Die Generator-Einheit mit der Sensoreinrichtung und die Auswerteeinheit kann insbesondere als integrierte Hardware auf derselben Platine oder auf demselben Chip realisiert sein.
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Das Messsignal, auch Echokurve genannt, resultiert aus einem digital gewandelten Signal, das zumindest auf einem Anteil eines reflektierten Signals basiert, das vom Mikrowellen-Modul in Richtung auf das Medium ausgesandt wurde. Das reflektierte Signal, welches von der ausgesendeten Mikrowellen-Strahlung, bzw. dem ausgesendete Mikrowellen-Signal, in Richtung auf das Medium reflektiert wird, kann beispielsweise mittels eines Puls-Laufzeitverfahren oder ein FMCW-Verfahren (FMCW; engl. frequency modulated continuous wave) ausgewertet werden. Beiden Verfahren gemein ist, dass hier die Erfassung der kurzen Laufzeit des Signals mit zusätzliche Verfahrensschritten erfolgen kann. Beispielsweise kann bei dem FMCW-Verfahren der A/D-Wandler eine sogenannte Beatkurve, also ein Zwischenfrequenzsignal, das nach der Mischung aus einem gesendeten und entsprechend empfangenen Chirp-Signal entsteht, erzeugt werden. Das Messsignal, bzw. die Echokurve, kann anschließend aus dem logarithmierten Ergebnis einer Fourier-Transformierten der A/D-gewandelten Beatkurve gewonnen werden.
Typischerweise, kann, insbesondere der von Oberflächen des Mediums, reflektierte Signalanteil, von dem Mikrowellen-Modul detektiert und zeitabhängig aufgezeichnet werden, um die Echokurve zu erhalten. Diese Zeitabhängigkeit kann über die Geschwindigkeit des Signals in eine Entfernung einer reflektierenden Oberfläche vom Füllstandmessgerät umgerechnet werden und beispielsweise als Echo-Signal interpretiert werden. Typischerweise weist ein solches Messsignal mehrere lokale Maxima auf, die auch als Echo bezeichnet werden.
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Alle Auswertungen und Bestimmungen, die mittels des Füllstandmessgeräts durchgeführt werden, können sowohl auf einem gesamten digital gewandelten Signal und/oder einem gesamten Messsignal durchgeführt werden, als auch an Teilen des jeweiligen digital gewandelten Signals und/oder an Teilen des Messsignals, insbesondere um die Auswertungen und die Bestimmungen mit minimalen Rechenressourcen durchführen zu können.
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Das ausgesandte Signal des Mikrowellen-Moduls kann beispielsweise eine Pulsform aufweisen, wie bei einem Pulsradar-Füllstandmessgerät, oder ein Signal mit einem linearen Frequenzhub aufweisen, wie beispielsweise bei dem FMCW-Radar Füllstandmessgerät.
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Wenn beispielsweise, aufgrund einer großen Oberfläche des Mediums, ein starkes Signal reflektiert wird, ist die Amplitude des Messsignals nach der Laufzeit des Signals entsprechend hoch. Diese hohe Amplitude eines lokalen Maximums des Messsignals, die von einer Oberfläche des Mediums reflektiert wird, kann als charakteristisches Merkmal des Messsignals zur Bestimmung des Füllstands definiert werden. Typischerweise reflektieren Flüssigkeiten mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (DK-Wert) Radarsignale relativ stark. Eine Füllgutoberfläche, die Radarwellen nicht stark reflektiert, wäre z.B. ein grobkörniges Schüttgut, und/oder Flüssigkeiten mit kleinen DK Werten (Dielektrizitätskonstanten), wie z.B. LPG (Liquified Petroleum Gas), Öle und Lösungsmittel.
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Das Mikrowellen-Modul kann unterschiedliche Einheiten aufweisen, um ein Mikrowellen-Signal auszusenden und zum Bestimmen einer Echokurve zu empfangen.
Die Generator-Einheit kann elektronische Bauelemente aufweisen, um die Mikrowellen-Strahlung zu generieren und das reflektierte Signal zu detektieren und auszuwerten. Insbesondere kann die Generator-Einheit einen Hochfrequenzchip aufweisen, mit dem die Mikrowellen-Strahlung generiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Generator-Einheit ein Generator-Gehäuse aufweisen, das die Generator-Einheit umfasst. Das Generator-Gehäuse, bzw. ein Elektronik (E)- Becher, kann den Mikrowellen- Hohlleiter-Strecker aufweisen, um die Mikrowellenstrahlung für die Ankopplung an die Antennen-Einheit bereitzustellen.
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Die äußere Oberfläche des Antennensystems kann eine Oberfläche sein, die beispielsweise durch ein Medium, dessen Füllstand mittels des Mikrowellenmoduls überprüft wird, verunreinigt werden kann, da das Antennensystem in Richtung auf das Medium orientiert ist und keine weitere schützende Oberfläche zwischen der äußeren Oberfläche des Antennensystems und dem Medium angeordnet ist. Die äußere Oberfläche des Antennensystems kann einer in Bezug auf das Mikrowellenmodul und/oder Antennensystem außenliegende Oberfläche sein, von der die Mikrowellen ausgehen und/oder eine Mikrowellendetektion erfolgt und die in Richtung des Mediums bzw. eines Produkts ausgerichtet ist. Das Antennensystem kann weitere Elemente zur Führung oder Bündelung der Mikrowelle aufweisen und somit auch weitere äußere Oberflächen des Antennensystems aufweisen.
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Mit anderen Worten ist das Mikrowellenmodul eingerichtet, ein Zuwachsen der Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases, bzw. von einem Spülluftkanal der Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases, insbesondere mittels der Detektionseinrichtung, zu detektieren.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem eine Hornantenne zum Abstrahlen der Mikrowellen aufweist.
Vorteilhafterweise kann mittels der Hornantenne ein Abstrahl-Kegel der Mikrowellen-Strahlung auf den entsprechenden Anwendungsfall optimiert werden. Dabei kann die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems sowohl eine Oberfläche sein, von der die generierte Mikrowellenstrahlung direkt abgestrahlt wird und/oder eine Oberfläche des Antennensystems an der die generierte Mikrowellen-Strahlung gebündelt oder reflektiert wird.
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Eine Verunreinigung kann eine Ablagerung des Mediums bzw. des Füllgut oder anderer Stoffe an und/oder auf der äußeren Oberfläche des Antennensystems kennzeichnen.
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Das Spülgas kann Luft und/oder Druckluft und/oder Stickstoff und/oder andere zur Entfernung von Verschmutzungen geeignete Gase aufweisen. Dazu kann das Spülgas kontinuierlich und/oder mittels Spülluftstößen auf die äußere Oberfläche des Antennensystems appliziert werden, um die äußere Oberfläche zu reinigen. Alternativ oder zusätzlich kann das Spülgas Aerosole, beispielsweise in Form von Tensiden, und/oder Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser; und/oder Alkohole; und/oder abrasive Materialien, wie beispielsweise Steuermittel; und/oder Chlor; und/oder Ozon; aufweisen.
Alternativ kann statt des Spülgases ein Fluid, wie beispielsweise ein Lösungsmittel, welches insbesondere Tenside aufweist; und/oder Alkohole; und oder die ionisiertes Wasser aufweisen.
Alternativ kann statt des Spülgases ein Prozessmedium zum Applizieren verwendet werden, welches in einem Behälter gelagert ist, an den das Mikrowellenmodul mechanisch gekoppelt ist.
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Die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases kann eingerichtet sein, mittels des Spülgases die äußere Oberfläche des Antennensystems zu reinigen bzw. Verschmutzungen von der äußeren Oberfläche des Antennensystems zu entfernen.
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Die äußere Oberfläche des Antennensystems kann eine gekrümmte Oberfläche sein und kann insbesondere als Kegelfläche oder als konkave Fläche ausgebildet sein.
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Der Zuführungsanschluss für Spülgas kann mit dem Antennensystem und/oder dem Mikrowellenmodul mechanisch gekoppelt sein und als Eingangsanschluss für Spülgas für das Mikrowellenmodul und/oder das Antennensystem fluiddynamisch mit der Zuführung gekoppelt sein, so dass Spülgas für die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems bereitgestellt wird.
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Mittels des Antennensystems kann eine Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems detektiert werden. Denn bei starker Verunreinigung, bzw. „zuwachsen“, des Antennensystems, welche die Funktionsweise bzw. Performance des Mikrowellenmoduls beeinflussen kann, kann auch der Durchfluss von Spülgas durch die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgas reduziert sein, wodurch der Druck in der Zuführung steigen kann. Durch detektieren der Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung kann somit die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems angezeigt werden.
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Vorteilhafterweise kann dadurch eine Funktionsfähigkeit des Mikrowellenmoduls überprüft werden, da bei starken Verunreinigungen des Antennensystems eine verringerte Amplitude eines Echos eines von dem Antennensystem ausgesendeten Radarsignals auftreten kann, was zu einem geringeren Signal- zu Rausch-Verhältnis führen kann und somit zu einer geringeren Meßsicherheit führen kann. Insbesondere kann durch eine Verschmutzung des Antennensystems eine eingeschränkte Messperformance im Nahbereich des Antennensystems, aufgrund eines erhöhten Antennenklingelns durch unerwünschte Störreflexionen durch diese Verunreinigungen, beispielsweise in Form von Anhaftungen, resultieren. Vorteilhafterweise kann das vorgeschlagene Antennensystem eine solche Verunreinigung detektieren.
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Durch das Detektieren der Verunreinigung kann ein Betreiber einer mit dem beschriebenen Antennensystem ausgerüsteten Anlage frühzeitig eine Störung oder Einschränkung des Mikrowellenmoduls, wie beispielsweise eines Füllstand-Messgerätes, feststellen und entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen.
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Mit anderen Worten kann mit dem Antennensystem für das Mikrowellenmodul, das eine Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases aufweist, eine Rückmeldung erfolgen, ob die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases einen zu geringen Durchfluss des Spülgases aufweist, indem die Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung detektiert wird. Somit kann das vorgeschlagene Antennensystem eine Funktionalität der Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases überwachen.
Wenn die Detektionseinrichtung eine akustische, optische oder elektronische Anzeige aufweist, kann ein nicht ausreichender Durchfluss von Spülgas angezeigt werden.
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Vorteilhafterweise kann mit dem Antennensystem ein ordnungsgemäßer Betrieb des Mikrowellenmoduls, welches ein solches Antennensystem aufweist, und ein ordnungsgemäßer Betrieb der Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems überwacht werden.
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Vorteilhafterweise kann ein Füllstandsmessgerät, das auf einem Mikrowellenmodul mit dem Antennensystem basiert, eine eingeschränkt wirkende und/oder defekte Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems angezeigt werden, indem eine Überschreitung eines Solldrucks für den Druck des Spülgases in der Zuführung detektiert wird. Ein solches Antennensystem kann insbesondere vorteilhaft für Radar-Füllstandsmessgeräte eingesetzt werden, die Schüttgüter monitoren.
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Somit verbessert das vorgeschlagene Antennensystem einen Einsatz von Mikrowellenmodulen, beispielsweise zum Monitoren von Füllständen, in Produktionsprozessen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem oder das Mikrowellenmodul ein Behälter-Überdruckventil aufweist, welches mit der Zuführung fluidmäßig gekoppelt ist, um das Spülgas in geschlossene Behälter zu applizieren. Das bedeutet mit anderen Worten, dass, wenn die äußere Oberfläche des Antennensystems in einen Behälter hereinragt und gegebenenfalls durch ein Medium, das in dem Behälter mittels des Mikrowellenmoduls überwacht wird, verunreinigt ist, kann durch das Behälter-Überdruckventil gewährleistet werden, dass Spülgas in den Behälter appliziert werden kann, um die äußere Oberfläche des Antennensystems zu reinigen. Denn das Behälter-Überdruckventil kann gewährleisten, dass ein gewisser Überdruck in dem Behälter nicht überschritten wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Spülgas dem Behälter entnommen werden, und insbesondere verdichtet werden, um das Spülgas an der Zuführung, zur Applikation an die äußere Oberfläche des Antennensystems, bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung mittels einer fluiddynamischen Signaleinrichtung eingerichtet ist, basierend auf der Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung, ein akustisches Signal zu generieren.
Mit anderen Worten kann die fluiddynamische Signaleinrichtung, entsprechend einer Signal-Pfeife, und entsprechend analog einer Teekessel-Pfeife, die Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung mit einer Frequenz und/oder Amplitude eines generierten und abgestrahlten Tons anzeigen.
Vorteilhafterweise ist eine solche Detektionseinrichtung mit einer fluiddynamischen Signaleinrichtung sehr einfach zu realisieren.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die fluiddynamische Signaleinrichtung ein Auslöse-Druckventil und einen akustischen fluiddynamischen Signalgenerator aufweist, wobei ein Eingang des Auslöse-Druckventils mit der Zuführung fluiddynamisch gekoppelt ist. Der akustische Signalgenerator kann dabei mit einem Ausgang des Auslöse-Druckventils fluiddynamisch gekoppelt sein. Weiterhin kann der akustische fluiddynamische Signalgenerator eingerichtet sein, bei einem Öffnen des Auslöse-Druckventils mittels des Spülgases das akustische Signal zu generieren. Insbesondere kann der Druck, bei dem das Auslöse-Druckventil auslöst, geringer sein als ein Druck bei dem das Behälter-Überdruckventil, das insbesondere direkt fluiddynamisch mit der Zuführung des Antennensystems gekoppelt ist, auslöst. Dabei kann das Behälter-Überdruckventil insbesondere als Sicherheitsventil eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise generiert die Detektionseinrichtung mit einem Auslöse-Druckventil nur dann ein Schallsignal, wenn der Druck des Spülgases in der Zuführung den Solldruck zur Auslösung des Auslöse-Druckventils überschreitet.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung mittels einer Druckanzeigevorrichtung, die mit der Zuführung fluiddynamisch gekoppelt ist, eingerichtet ist, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases, die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen.
Alternativ oder zusätzlich kann mittels einer Druckmessanordnung der Druckanzeigevorrichtung, welche ein entsprechendes druckproportionales Signal analog oder digital von dem Antennensystem, beispielsweise in eine Schaltwarte, zur Prozessautomatisierung, drahtgebunden oder drahtlos sendet, an einem Monitor oder sonstigem Anzeigegerät der Schaltwarte angezeigt werden. D. h., dass die Druckanzeigevorrichtung einen Druckaufnehmer aufweisen kann, der ein Druck-Signal generiert, das drahtgebunden oder drahtlos in einer Schaltwarte übertragen werden kann, um dort mit einer Anzeigevorrichtung den Druck anzuzeigen.
Vorteilhafterweise ist eine Detektionsvorrichtung mittels einer Druckanzeigevorrichtung einfach zu realisieren und kann sowohl vor Ort am Antennensystems selbst als auch an einer anderen Stelle zur Prozessüberwachung angezeigt werden.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung als ein optischer Signalgeber ausgeführt ist, der eingerichtet ist, ein optisches Signal, basierend auf der Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung, zu generieren, um die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen.
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Dabei kann das optische Signal eine optische Anzeige des Drucks in der Zuführung sein und/oder kann das optische Signal ein Farbsignal sein, bei dem mit unterschiedlichen Farben unterschiedlich hohe Drücke kodiert sind. Beispielsweise kann das Überschreiten eines Solldrucks in der Zuführung mit einer roten Farbe einer Lampe, wie insbesondere einer LED, angezeigt werden. Dazu kann die Detektionseinrichtung insbesondere einen pneumatisch-elektronischer Schalter als Druck-Meßanordnung aufweisen, wobei der pneumatisch-elektronischer Schalter ein Schaltsignal und/oder eine Schaltfunktionalität, abhängig von einem anliegenden Druck an dem pneumatisch-elektronischer Schalter, generiert.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der optische Signalgeber ein Geber-Druckventil und einen optischen Signalgenerator aufweist. Dabei kann ein Eingang des Geber-Druckventils mit der Zuführung fluiddynamisch gekoppelt sein und der optische Signalgenerator mit einem Ausgang des Geber-Druckventils fluiddynamisch gekoppelt sein. Der optische Signalgenerator kann dazu eingerichtet sein, bei einem Auslösen des Geber-Druckventils, basierend auf dem Druck des Spülgases in der Zuführung, das optische Signal zu generieren.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung einen elektrischen Signalanschluss aufweist, und die Detektionseinrichtung eingerichtet ist, ein elektrisches Signal, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung, zu generieren und/oder zu schalten, um die Verunreinigung der äußeren Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen.
Insbesondere kann die Detektionseinrichtung eingerichtet sein, das elektrische Signal und/oder eine Schaltfunktionalität an dem elektrischen Signalanschluss der Detektionseinrichtung, für eine Prozessautomatisierung, bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung einen Drucksensor aufweist, der mit der Zuführung dynamisch gekoppelt ist, und der eingerichtet ist, basierend auf der Höhe des Drucks der Spülgases in der Zuführung, das elektrische Signal zu generieren und/oder zu schalten, und wobei ein Ausgang des Drucksensors mit dem elektrischen Signalanschluss elektrisch gekoppelt ist. Vorteilhafterweise kann mit dem elektrischen Signal, das vom Drucksensor generiert wird, frühzeitig erkannt werden, dass eine Verschmutzung der äußeren Oberfläche des Antennensystems vorliegt. Mittels dieses Signals kann eine Applikation von Spülgas auf die äußere Oberfläche ausgelöst werden, um das Antennensystem funktionsfähig zu erhalten.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinrichtung eine elektrische Auswerteschaltung aufweist. Dabei kann die Auswerteschaltung eingerichtet sein, das elektrische Signal an dem elektrischen Signalanschluss bereitzustellen, wenn die Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung einen Solldruck überschreitet. Vorteilhafterweise kann die elektrische Auswerteschaltung einen zyklischen Reinigungsvorgang, d. h. ein zyklisches Auslösen einer Applikation von Spülgas an die äußere Oberfläche des Antennensystems steuern und dabei die Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung überprüfen, um die Häufigkeit des Auslösens oder die Dauer des Auslösens zu steuern.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Detektionseinrichtung eingerichtet sein, zwei oder eine Vielzahl der oben beschriebenen verschiedenen Detektionseinrichtungen aufzuweisen.
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Es wird ein Mikrowellenmodul vorgeschlagen, welches eines der oben beschriebenen Antennensysteme aufweist.
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Es wird eine Verwendung eines Mikrowellenmoduls, wie es oben beschrieben ist, zur Bestimmung eines Füllstands und/oder eines Grenzstands eines Mediums vorgeschlagen.
Durch die Verwendung des Mikrowellenmoduls zur Bestimmung eines Füllstands kann ein Produktionsprozess besonders sicher überwacht werden.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das oben beschriebene Mikrowellenmodul eines der oben beschriebenen Antennensysteme und ein Mikrowellengehäuse mit einem Mikrowellengenerator aufweist. Dabei kann das Mikrowellengehäuse einen Zuführungsanschluss für ein Spülgas aufweisen und eine Zuführung des Antennensystems kann mit dem Zuführungsanschluss des Mikrowellengehäuses fluiddynamisch gekoppelt sein.
Mit anderen Worten kann sowohl eines der oben beschriebenen Antennensysteme als auch das Gehäuse des Mikrowellenmoduls einen Zuführungsanschluss für das Spülgas aufweisen.
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellenmoduls mit einem der oben beschriebenen Antennensysteme vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: In einem Schritt wird ein Überschreiten eines Solldrucks des Spülgases in einer Zuführung mittels einer Detektionseinrichtung bestimmt, um die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen. In einem weiteren Schritt wird ein Spülgas auf einer äußeren Oberfläche des Antennensystems für eine Mikrowellenemission appliziert, wenn der Solldruck überschritten ist, um die äußeren Oberfläche des Antennensystems zu reinigen.
Insbesondere kann dieses Verfahren zum Betrieb des Mikrowellenmoduls zyklisch durchlaufen werden und/oder zeitlich periodisch angewendet werden.
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Es wird eine Verwendung eines Mikrowellenmoduls mit einem der oben beschriebenen Antennensysteme zur Prozessautomatisierung vorgeschlagen, um bei einem Überschreiten eines Solldrucks des Spülgases in einer Zuführung einer äußeren Oberfläche des Antennensystems des Mikrowellenmoduls, welche für eine Mikrowellenemission und/oder Mikrowellenempfang des Mikrowellenmoduls eingerichtet ist, Spülgas zu applizieren.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eines der oben beschriebenen Mikrowellenmodule mit einem der oben beschriebenen zum Reinigen der äußeren Oberfläche des Antennensystems für die Mikrowellenemission, mittels des applizierten Spülgases, verwendet wird.
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Es sei noch angemerkt, dass die verschiedenen oben und/oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 7 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein Antennensystem mit einer fluiddynamische Signaleinrichtung;
- 2 ein Antennensystem mit einer Druckanzeigevorrichtung;
- 3 ein Antennensystem mit einem optischen Signalgeber;
- 4 ein Antennensystem mit einem elektrischen Signalanschluss;
- 5 ein Antennensystem mit einer kegelförmigen Oberfläche des Antennensystems;
- 6 einen Behälter mit einem Mikrowellenmodul;
- 7 eine Anordnung zur Bestimmung von Schüttgut mittels eines Mikrowellenmoduls.
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Die 1 skizziert schematisch ein Antennensystem 100 für ein Mikrowellenmodul 110 zur Prozessautomatisierung, wobei das Antennensystem 100 einen Zuführungsanschluss 122 für ein Spülgas aufweist. Das Antennensystem 100 weist eine äußere Oberfläche 106 auf, wobei die äußere Oberfläche 106 des Antennensystems 100 Mikrowellen des Mikrowellenmoduls 110 Mikrowellen emittiert und/oder empfängt. Mittels einer Vorrichtung 130 des Antennensystems 100 zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche 106 des Antennensystems 100, kann das Spülgas der äußeren Oberfläche 106 zugeführt werden, um die äußere Oberfläche 106 zu reinigen. Der Zuführungsanschluss 122 ist fluidmäßig, mittels einer Zuführung 120 des Antennensystems 100, mit der Vorrichtung 130 zum Applizieren von Spülgas gekoppelt. Mittels einer Detektionseinrichtung 140, die fluidmäßig mit der Zuführung 120 gekoppelt ist, kann, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung 120, eine Verunreinigung der Oberfläche 106 des Antennensystems 100 angezeigt werden, da Verunreinigungen der Oberfläche 106 des Antennensystems 100 den Durchfluss des Spülgases durch die Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases hemmt und somit den Druck des Spülgases in der Zuführung 120 bei gegebenem Durchfluss ansteigen lässt.
Das Antennensystem 100 weist eine fluiddynamische Signaleinrichtung als Detektionseinrichtung 140 auf, die mit der Zuführung 120 fluidmäßig gekoppelt ist und eingerichtet ist, basierend auf der Höhe des Drucks des Spülgases in der Zuführung 120, ein akustisches Signal zu generieren. Beispielsweise kann die fluiddynamische Signaleinrichtung 140 eine Signal-Pfeife sein, die proportional zum anliegenden Druck des Spülgases an der Signal-Pfeife einen lauter werdenden Ton 142 generiert, der die Verunreinigung der Oberfläche 106 des Antennensystems 100 anzeigt.
Im vorliegenden Beispiel ist die Oberfläche 106 des Antennensystems 100 konkav gekrümmt. Dabei kann die Oberfläche 106 des Antennensystems 100 die Oberfläche einer dielektrischen Linse 102 für das Mikrowellen Modul 110 sein, das mit einer Hornantenne 104 im Inneren des Antennensystems 100 zusammenwirkt, um Mikrowellen abzustrahlen und/oder zu empfangen.
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Die Vorrichtung 130 zum Applizieren des Spülgases weist in diesem Beispiel ein Kanal 132 auf, der um die konkav gekrümmte Oberfläche 106 umlaufend angeordnet ist und mittels Öffnungen 134 von Bohrungen, die mit dem Kanal flutmäßig gekoppelt sind und die auf die äußere Oberfläche 106 des Antennensystems 100 gerichtet sind, Spülgas auf die äußere Oberfläche 106 des Antennensystems 100 applizieren kann. Der umlaufende Kanal 132 ist fluidmäßig mit der Zuführung gekoppelt, um Spülgas vom Zuführungsanschluss 122 an die Vorrichtung 130 zum Applizieren des Spülgases zu leiten.
Dabei kann die fluiddynamische Signaleinrichtung 140 zusätzlich ein Auslöse-Druckventil aufweisen, das mit einem akustischen fluiddynamischen Signalgenerator fluiddynamisch gekoppelt ist. Ein Eingang des Auslöse-Druckventils kann mit der Zuführung 120 fluiddynamisch gekoppelt sein und der akustische Signalgenerator kann mit einem Ausgang des Auslöse-Druckventils fluiddynamisch gekoppelt sein. Der akustische fluiddynamische Signalgenerator ist so eingerichtet, dass bei einem Öffnen des Auslöse-Druckventils mittels des Spülgases, entsprechend einer Signal-Pfeife, ein akustisches Signal generiert wird.
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Die 1 skizziert schematisch zusätzlich einen Nachweisvorrichtung 150 für den von der fluiddynamische Signaleinrichtung 140 generierten Schall 142. Diese Nachweisvorrichtung 150 weist einen Schalldetektor 152, wie beispielsweise ein Mikrofon, auf, der mit einer Auswerte Vorrichtung 154 gekoppelt ist, um ein elektrisches Signal zu generieren, wenn die Intensität des Schalls 142 eine gewisse Grenze überschritten hat.
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Die 2 skizziert schematisch ein Antennensystem 100 eines Mikrowellenmoduls 110 entsprechend der 1. Im Unterschied zu dem Antennensystem 100 der 1 ist in der 2 die Detektionseinrichtung 140 in Form einer Druckanzeigevorrichtung ausgebildet, die mit der Zuführung 120 fluiddynamisch gekoppelt ist. Die Druckanzeigevorrichtung ist eingerichtet, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung 120, die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen, indem der Druck in der Zuführung 120 bestimmt wird und mittels einer Anzeige optisch erkennbar dargestellt wird.
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Die 3 skizziert schematisch ein Antennensystem 100 eines Mikrowellenmoduls 110 entsprechend der 1. Im Unterschied zu dem Antennensystem 100 der 1 wird in dem Antennensystem 100 der 3 die Detektionseinrichtung 140 in Form eines optischen Signalgebers ausgestaltet, der fluiddynamisch mit der Zuführung 120 gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein optisches Signal, basierend auf der Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung 120, zu generieren, um die Verunreinigung der Oberfläche 106 des Antennensystems 100 anzuzeigen.
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Zusätzlich kann der optische Signalgeber 140 ein Geber-Druckventil und einen optischen Signalgenerator aufweisen. Dabei ist ein Eingang des Geber-Druckventils mit der Zuführung 120 fluiddynamisch gekoppelt und der optische Signalgenerator ist mit einem Ausgang des Geber-Druckventils fluiddynamisch gekoppelt. Der optische Signalgenerator 140 ist eingerichtet, bei einem Auslösen des Geber-Druckventils, basierend auf dem Druck des Spülgases in der Zuführung 120, das optische Signal zu generieren.
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Die 4 skizziert schematisch ein Antennensystem 100 eines Mikrowellenmoduls 110 entsprechend der 1. Im Unterschied zu dem Antennensystem 100 der 1 ist in dem Antennensystem 100 der 4 die Detektionseinrichtung 140 eingerichtet, ein elektrisches Signal, basierend auf einer Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung 120, zu generieren und/oder zu schalten, um die Verunreinigung der Oberfläche des Antennensystems anzuzeigen. Das elektrische Signal und/oder die Schaltfunktionalität der Detektionseinrichtung 140 kann dabei an einem elektrischen Signalanschluss des Antennensystems 100 bereitgestellt werden.
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Dazu kann die Detektionseinrichtung 140 einen Drucksensor aufweisen, der mit der Zuführung 120 fluiddynamisch gekoppelt ist und eingerichtet ist, basierend auf der Höhe des Drucks der Spülgases in der Zuführung 120, ein elektrisches Signal zu generieren und/oder zu schalten. Ein Ausgang des Drucksensors ist dazu mit dem elektrischen Signalanschluss elektrisch gekoppelt.
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Zusätzlich kann die Detektionseinrichtung 140 eine elektrische Auswerteschaltung 410 aufweisen, die das elektrische Signal an dem elektrischen Signalanschluss bereitstellt, wenn die Höhe eines Drucks des Spülgases in der Zuführung 120 einen vorgegebenen Solldruck überschreitet.
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Die 5 skizziert schematisch ein Antennensystem 100 eines Mikrowellenmoduls 110 entsprechend der 1 ohne die Detektionseinrichtung darzustellen. In diesem Beispiel ist die äußere Oberfläche 106 des Antennensystems 100 kegelförmig ausgestaltet. Zusätzlich ist ein Überdruckventil 510, entsprechend eines Rückschlagventils, mit der Zuführung 120 fluidmäßig gekoppelt, um das Spülgas in geschlossene Behälter, deren Füllgrad eines Mediums mit dem Mikrowellenmodul beispielsweise bestimmt werden soll, applizieren zu können, ohne dass ein Überdruck in dem Behälter auf die Zuführung 120 zurückwirken kann. D. h. mit anderen Worten das durch das Rückschlagventil 510 ein Druck in dem Behälter, der größer als der von außen angelegte Druck ist, nicht via der Detektionseinrichtung nach außen entweichen kann.
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Das Mikrowellenmodul 110 mit dem Antennensystem 100 kann dabei mechanisch mit einer Wand 520 des Behälters mechanisch gekoppelt sein. Die unterschiedlichen Detektionseinrichtungen 140, die in den 1 bis 4 beschrieben wurden, können mit diesem Antennensystem entsprechend kombiniert werden.
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Die 6 skizziert schematisch, wie das Mikrowellenmodul 110 mit dem Antennensystem 100, welches eine angekoppelte Hornantenne 620 aufweist, an einen Behälter mit einer Behälterwandung 520 gekoppelt ist, um den Füllstand eines Mediums 610 zu bestimmen. Der Zuführungsanschluss für Spülgas 122 ist fluidmäßig sowohl mit der Detektionseinrichtung 140 als auch mit einer Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases, die Teil des Antennensystems 100 des Mikrowellenmoduls 110 ist, mittels der Zuführung 120 gekoppelt. Das Spülgas kann über eine Öffnung 134 der Vorrichtung zum Applizieren des Spülgases an die äußere Oberfläche des Antennensystems 100 appliziert werden.
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Die 7 skizziert schematisch wie das Mikrowellenmodul 110 mit dem Antennensystem 100, welches eine angekoppelte Hornantenne 620 aufweist, verwendet werden kann, um einen Abstand zwischen dem Antennensystem 100 und einem Medium 710, wie beispielsweise Schüttgut, zu bestimmen. Der Aufbau entspricht dem Aufbau der 6 mit dem Unterschied, dass das Mikrowellenmodul 110 an einen Träger 720 mechanisch gekoppelt ist. Dabei ist das Antennensystem 100 in Richtung auf das Schüttgut 710 ausgerichtet.
