DE10209254B4 - Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Gasblasen - Google Patents

Abstract

Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Gasblasen in flüssigkeitsgefüllten Leitungen mit nichtsteifen Rohrwänden, bestehend aus einem Ultraschallsender und einem Ultraschall- Empfänger, sowie einer elektronischen Ansteuer- und Auswerteschaltung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,
a) Der Ultraschall- Sender gibt einen kurzen Ultraschall- Impuls ab;
b) Die Auswerteschaltung enthält zwei Trigger- Schaltungen mit unterschiedlichen Schwellenwerten;
c) Die Sensitivität für definierte Größen von Gasblasen wird durch den Abstand der Schwellenwerte der Trigger- Schaltungen bestimmt;
d) Die Reglung der Verstärkung des Systems für die Erfassung von Gasblasen im optimalen Bereich erfolgt schnell zu niedrigen Werten und langsam zu höheren Werten;
e) Die Einrichtung enthält eine Schaltungsanordnung zur Selbstkontrolle der gesamten Signalkette vom Ultraschall- Sender zum Ultraschall- Empfänger bis zur Messwerterfassung, dabei wird ein kleiner Teil der Ultraschall- Impulse des Senders ohne zu prüfende Leitung zum Empfänger geleitet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Gasblasen in flüssigkeitsgefüllten Leitungen mit nichtsteifen Rohrwänden.
• Aus der Medizintechnik sind bereits Einrichtungen zur Erfassung von Luftblasen in Schläuchen, z. B. Infusionsschläuchen, bekannt.
• Die DE 196 51 355 A1 beschreibt spezielle Elektroden zur Feststellung von Kapazitätsveränderungen.
• Ultraschalleinrichtungen für derartige Zwecke bestehen aus einander gegenüber angeordneten Ultraschall-Wandlern, von denen ein Wandler als Ultraschall-Sender und der andere Wandler als Ultraschall-Empfänger arbeitet. Zwischen den beiden Ultraschall-Wandlern sind die zu prüfenden flüssigkeitsgefüllten Schläuche angeordnet. Bekannte Lösungen dazu befassen sich mit der Anordnung von Schläuchen in zwischengeschalteten Adaptern (vgl. DE 692 06 209 T2 ) und in speziellen Schaltungsanordnungen für Ultraschall-Sender, wie in der DE 197 38 146 A1 .
• Aus dem EP 0 643 301 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung von Luftblasen bekannt. Diese Vorrichtung arbeitet nach dem cw-Verfahren mit einem Durchschnittswert und bedingt eine aufwendige Ansteuer- und Auswerteschaltung. Der Durchschnittswert wird konstant ausgeregelt, kann jedoch kurzfristige Änderungen von Blasengrößen nicht berücksichtigen.
• Alle bekannten Lösungen erfordern entweder einen hohen Schaltungsaufwand oder den Einsatz spezieller Adapter u.ä.. Sie ermöglichen zwar die Erkennung ausreichend großer Gasblasen, reagieren aber auch auf Verunreinigungen an den Schlauchoberflächen, Schlauchinhomogenitäten bzw. sich verändernde Umweltbedingungen und wechselnde Größen von Gasblasen, d.h. eine ausreichende Sicherheit und Genauigkeit der Detektion von Gasblasen ist nicht gewährleistet.
• Der Erfindung liegt deshalb das Problem zu Grunde, eine Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Glasblasen in flüssigkeitsgefüllten Leitungen mit nichtsteifen Rohrwänden zu entwickeln, die mit geringem technischen Aufwand auch wechselnden akustischen Bedingungen ständig gerecht wird.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschalleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
• Danach ist die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Gasblasen durch folgende Merkmale gekennzeichnet,
• a) Der Ultraschall- Sender gibt einen kurzen Ultraschall- Impuls ab;
• b) Die Auswerteschaltung enthält zwei Trigger- Schaltungen mit unterschiedlichen Schwellenwerten;
• c) Die Sensitivität für definierte Größen von Gasblasen wird durch den Abstand der Schwellenwerte der Trigger- Schaltungen bestimmt;
• d) Die Reglung der Verstärkung des Systems für die Erfassung von Gasblasen im optimalen Bereich erfolgt schnell zu niedrigen Werten und langsam zu höheren Werten;
• e) Die Einrichtung enthält eine Schaltungsanordnung zur Selbstkontrolle der gesamten Signalkette vom Ultraschall- Sender zum Ultraschall- Empfänger bis zur Messwerterfassung, dabei wird ein kleiner Teil der Ultraschall- Impulse des Senders auch ohne zu prüfende Leitung zum Empfänger geleitet.
• Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ultraschalleinrichtung wird wie folgt erläutert:
  Vom Ultraschall- Sender wird ein kurzer Ultraschall- Impuls abgegeben und vom Ultraschall- Empfänger aufgenommen und verstärkt. Das verstärkte Eingangssignal wird auf den Eingang von zwei Trigger- Schaltungen mit unterschiedlichen Schwellenwerten geführt. Der Schwellenwert der ersten Trigger- Schaltung ist deutlicher niedriger eingestellt als der Schwellenwert der zweiten Trigger-Schaltung. Die erste Trigger- Schaltung ist zuständig für die Erkennung von Gasblasen und mit der zweiten Trigger- Schaltung wird die Grundempfindlichkeit des Systems geregelt.
• Ist die zu prüfende Leitung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt, führt das verstärkte Eingangssignal zu einer Auslösung der ersten Triggerschaltung. Wird das Signal durch eine Gasblase geschwächt, kann keine Auslösung mehr erfolgen.
• Die Verstärkung des Systems wird so von einem Mikrocontroller geregelt, dass die Empfindlichkeit des Systems langfristig geringfügig unter der Auslösung der zweiten Triggerschaltung gehalten wird. Dabei wird die Verstärkung schnell zu niedrigen und langsam zu höheren Werten eingeregelt.
• Die Gasblasensensitivität wird damit maßgeblich durch den Abstand der Schwellenwerte beider Triggerschaltungen bestimmt.
• Die Ultraschalleinrichtung ist so gestaltet, dass auch ohne zu prüfende Leitungen in der Messzelle ein kleiner Teil der Ultraschall-Impulse des Senders zum Empfänger geleitet wird. Bei einer eingestellten hohen Gesamtempfindlichkeit kann nun auch ohne zu prüfende Leitungen und ohne zusätzliche Simulation der Blasen die gesamte Signalkette vom Ultraschall-Sender zum Ultraschall-Empfänger, Verstärker, Triggeranordnungen und Messwerterfassung sowohl im Bedarfsfall als auch zyklisch überprüft werden.
• Die erfindungsgemäße Ultraschalleinrichtung kann z. B. in der Medizintechnik, für biotechnologische Prozesse, bei Dosiervorrichtungen und bei Versorgungsleistungen in der Fahrzeugtechnik eingesetzt werden.
• Als besonderer Vorteil ist die automatische Empfindlichkeitsregelung anzusehen, durch die sowohl Sicherheit gegenüber mögliche Störungen als auch Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie unterschiedliche Oberflächen und Materialien der Leitungen erreicht werden.

Claims (1)

1. Ultraschalleinrichtung zur Detektion von Gasblasen in flüssigkeitsgefüllten Leitungen mit nichtsteifen Rohrwänden, bestehend aus einem Ultraschallsender und einem Ultraschall- Empfänger, sowie einer elektronischen Ansteuer- und Auswerteschaltung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, a) Der Ultraschall- Sender gibt einen kurzen Ultraschall- Impuls ab; b) Die Auswerteschaltung enthält zwei Trigger- Schaltungen mit unterschiedlichen Schwellenwerten; c) Die Sensitivität für definierte Größen von Gasblasen wird durch den Abstand der Schwellenwerte der Trigger- Schaltungen bestimmt; d) Die Reglung der Verstärkung des Systems für die Erfassung von Gasblasen im optimalen Bereich erfolgt schnell zu niedrigen Werten und langsam zu höheren Werten; e) Die Einrichtung enthält eine Schaltungsanordnung zur Selbstkontrolle der gesamten Signalkette vom Ultraschall- Sender zum Ultraschall- Empfänger bis zur Messwerterfassung, dabei wird ein kleiner Teil der Ultraschall- Impulse des Senders ohne zu prüfende Leitung zum Empfänger geleitet.