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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder
gasförmigen
Mediums, mit einer mit dem Medium gekoppelten Sendeeinrichtung zum
Aussenden eines Sendesignals, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen
eines reflektierten und/oder transmittierten Empfangssignals aus
dem Medium und einer Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der
Phasenverschiebung zwischen dem Sende- und dem Empfangssignal.
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Eine
solche Vorrichtung ist beispielsweise aus
DE 100 36 565 C2 bekannt.
Mit dieser Vorrichtung ist es durch die Auswertung der Phasenverschiebung
zwischen dem Sende- und dem Empfangssignal möglich, Rückschlüsse auf eine etwaige Änderung,
insbesondere der Dichte des Untersuchungsmediums, wie sie sich beispielsweise
bei einer Änderung
der Zusammensetzung des Mediums ergibt, zu ziehen. Unter Verwendung
von mehreren zeilenweise angeordneten Empfängerzellen ist es möglich, zu
einem Sendesignal mehrere unterschiedliche Empfangssignale aufzunehmen,
die aus den unterschiedlichen Weglängen, die das Sendesignal im
Medium bis zur jeweiligen Empfangszelle zurücklegt, resultieren.
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Wenngleich
mit der bekannten Vorrichtung eine graduelle Erfassung einer Änderung
der strukturellen Qualität
eines Mediums möglich
ist, so erfolgt diese bekannte Untersuchung lediglich auf Basis
einer einzigen Sendefrequenz.
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Eine
weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus
US 4,119,950 bekannt, mit der gasförmige Medien
untersucht werden können.
Die offenbarte Vorrichtung dient der Ermittlung einer Änderung
einer Gaskonzentration, um anhand dieses Ermittlungsergebnisses
im Gefahrenfall einen Alarm betätigen
zu können.
Sie ermöglicht
es, quantifizierend eine Änderung
zu erfassen und auszuwerten, um dann anhand einer hinreichenden
Abweichung eine Gefahrensituation zu erkennen und den Alarm auslösen zu können. Hierzu
wird ein Sendesignal gegeben und eine sich bei einer Änderung
der Gaszusammensetzung einstellende Laufzeitdifferenz anhand einer
Phasendifferenz zum Empfangssignal ermittelt. Ist die Phasendifferenz
groß genug,
wird ein Alarm gegeben. In einem Zyklus wird lediglich ein Signal
mit einer Frequenz gegeben bzw. verarbeitet.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben,
die eine verbesserte qualifizierende Untersuchung eines Mediums
zulässt.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einer Untersuchungsvorrichtung der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Sendeeinrichtung zum Senden zum Geben mehrerer Sendesignale
unterschiedlicher Frequenzen und die Empfangseinrichtung zum Empfangen
entsprechender Empfangssignale ausgebildet ist, und dass die Verarbeitungseinrichtung
zum Ermitteln der Phasenverschiebung zu jedem Sende- und Empfangssignalpaar
und zum rechnerischen Ermitteln wenigstens eines das Medium qualifizierenden
Werts anhand dieser Phasenverschiebungswerte ausgebildet ist, wobei
die Verarbeitungseinrichtung zum Ermitteln des qualifizierenden
Werts auf Basis eines Vergleichs der ermittelten Phasenverschiebungswerte
mit Vergleichs-Phasenverschiebungswerten, die zu einem Vergleichsmedium
für die
jeweilige Sendefrequenz bestimmt wurden, ausgebildet ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden nacheinander in unmittelbarer Abfolge Signalpakete unterschiedlicher
Frequenzen gesendet. Die Frequenzen bewegen sich vorzugsweise im
Bereich zwischen 1–15
MHz, vorzugsweise sollte jedes Signalpaket wenigstens 100 Perioden
umfassen, wobei die Signalpakete vorzugsweise in definierten, gesteppten
Frequenzstufen gegeben werden. Zu jedem Signalpaket und damit zu
jeder Frequenzstufe werden über
die eine Empfangseinrichtung (es können natürlich auch mehrere Empfangseinrichtungen
vorgesehen sein, die jeweils separate Empfangssignale liefern) die
spezifischen Empfangssignale aufgenommen, wonach seitens der Verarbeitungseinrichtung zu
jedem frequenzspezifischen Sende- und Empfangssignalpaar der durch
den Durchtritt durch das Medium verursachte Phasenverschiebungswinkel zwischen
den beiden Signalen ermittelt wird. Es werden im Endeffekt durch
diese frequenzspezifische Abtastung des Mediums eine Vielzahl unterschiedlicher
frequenzspezifischer Phasenverschiebungswerte erfasst, deren Anzahl
abhängig
von den Fre quenzstufen ist. Man erhält also auf diese Weise Informationen über das
Verhalten des Mediums aus einem großen Frequenzbereich, definiert über die
einzelnen Frequenzstufen.
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Seitens
der Verarbeitungseinrichtung wird nun basierend auf den unterschiedlichen
Phasenverschiebungswerten wenigstens ein das Medium qualifizierender
Wert ermittelt, der eine das Medium beschreibende Aussage darstellt.
Durch die frequenzspezifische Abtastung des Mediums und die entsprechende
Bestimmung der frequenzbezogenen Phasenwinkel lässt sich eine wesentlich spezifischere Untersuchung
des Mediums erreichen, nachdem sich eine Änderung des Mediums unterschiedlich
auf das jeweilige frequenzspezifische Sendesignal auswirken kann.
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Die
Verarbeitungseinrichtung ist zum Ermitteln des qualifizierenden
Werts auf Basis eines Vergleichs der ermittelten Phasenverschiebungswerte mit
Vergleichs-Phasenverschiebungswerten,
die zu einem Vergleichsmedium für
die jeweilige der gemessenen Phasenverschiebung zugrunde liegende Frequenz
bestimmt wurde, ausgebildet. D. h., zur Bestimmung des qualifizierenden
Werts werden die frequenzspezifischen Phasenverschiebungswerte mit Vergleichs-Phasenverschiebungswerten
eines bekannten Vergleichsmediums, die zu denselben Sendefrequenzen
bestimmt wurden, verglichen und basierend hierauf der qualifizierende
Wert bestimmt. Im Endeffekt beinhaltet also der wenigstens eine
qualifizierende Wert (es können
auch mehrere ermittelt werden, z. B. auch zu jedem Einzelvergleich
ein Wert) eine Aussage darüber,
wie sich das Untersuchungsmedium im Vergleich zu einem Vergleichsmedium
verhält,
und damit, wie ähnlich
das Untersuchungsmedium im Vergleichsmedium ist.
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Eine
spezifische Anwendung kann – nicht abschließend – beispielsweise
in der Klassifizierung des Untersuchungsmediums im Vergleich zu
mehreren bekannten Vergleichsmedien sein, beispielsweise im Bereich
des Brauereiwesens. Sind beispielsweise zu einer bestimmten Biersorte,
die als Standard qualifiziert wurde, die frequenzspezifischen Vergleichs-Phasenverschiebungswerte
erfasst, so kann das Untersuchungsmedium darauf hin untersucht werden,
inwieweit es dem Standard entspricht oder wie weit es von ihm abweicht.
Auf diese Weise kann eine kontinuierliche Qualitätskontrolle und Klassifizierung
erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Verarbeitungseinrichtung
in der Lage ist, die zum Untersuchungsmedium bestimmten Phasenverschiebungswerte
mit Vergleichs-Phasenverschiebungswerten
verschiedener Vergleichsmedien zu vergleichen und zu jedem Vergleichskomplex
wenigstens einen oder mehrere qualifizierende Werte zu ermitteln.
Angewandt wiederum auf das beschriebene Beispiel des Brauereiwesens
kann hierüber beispielsweise
erfasst werden, wie das Untersuchungsmedium im Vergleich zu beispielsweise
zwei oder drei berücksichtigten
Vergleichsmedien „positioniert" ist. Handelt es
sich beispielsweise bei dem Vergleichsmedium um ein Pils-Bier, so
können
im Rahmen der Auswertung als Vergleichs-Phasenwerte die des Standard-Pils-Bieres
sowie beispielsweise die eines Standard-Hell-Bieres herangezogen
werden. Im Rahmen des Vergleichs kann sich dann nun ergeben, dass
das Untersuchungsmedium beispielsweise zu 95 % mit dem Standard-Pils-Bier
und zu 5 % mit dem Standard-Hell-Bier korreliert, d. h., es entspricht annähernd, wenngleich
nicht ganz dem angestrebten Standard-Pils. Ingesamt kann auf diese
Weise eine einfache, schnelle und aussagekräftige Qualifizierung und Klassifizierung
des Untersuchungsmediums erreicht werden.
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Im
Rahmen des Vergleichs ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verarbeitungseinrichtung
zum Vergleichen jeder ermittelten Phasenverschiebung mit einem Werteintervall,
in dem die frequenzspezifischen Vergleichs-Phasenverschiebungswerte liegen, ausgebildet
ist. Es wird jedem Phasenverschiebungswert, der zum Untersuchungsmedium
ermittelt wurde, ein Werteintervall an Vergleichs-Phasenverschiebungswerten
entgegen gehalten, wobei das Werteintervall derart ausgelegt ist,
dass die enthaltenen Vergleichs-Phasenverschiebungswerte
allesamt dem Standard entsprechen bzw. diesen angeben. Liegt also
der Phasenverschiebungswert noch im Werteintervall, so ist er bezogen
auf das Vergleichsmedium noch „zulässig", d. h., er entspricht
dem vom Vergleichsmedium zu dieser Frequenz definierten Standard.
Die Verwendung der Werteintervalle berücksichtigt eine gewisse „Unschärfe", d. h., dass ein Phasenverschiebungswert
auch dann noch dem Vergleichswert entspricht, wenn er mit diesem
nicht zu 100 % übereinstimmt.
Alternativ dazu besteht natürlich
auch die Möglichkeit,
als Referenz lediglich einen Vergleichs-Phasenverschiebungswert
und kein Intervall anzusetzen.
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Zweckmäßig ist
es, wenn die Verarbeitungseinrichtung zum Ermitteln eines Vergleichswerts
zu jedem Vergleichsergebnis und zum Ermitteln des qualifizierten
Werts anhand der Vergleichswerte ausgebildet ist. Die Verarbeitungseinrichtung
bestimmt also zu jedem vorgenommenen Wertevergleich einen Vergleichswert,
der angibt, wie Phasenverschiebungswert und Vergleichs-Phasenverschiebungswert
bzw. das Vergleichs-Werteintervall übereinstimmen. Liegt beispielsweise
der Phasenverschiebungswert im Werteintervall, so wird als Vergleichswert
beispielsweise eine „1" zugeordnet, liegt
er außerhalb,
wird eine „0" zugeordnet. Entsprechend kann
vorgegangen werden, wenn anstelle eines Werteintervalls ein exakter
Vergleichs-Phasenwert angesetzt wird. Zur genaueren Bewertung des
Vergleichs ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verarbeitungseinrichtung
zum Bestimmen eines Vergleichswerts in Abhängigkeit seines Verhältnis ses
zum Vergleichs-Phasenverschiebungswert oder seiner Lage innerhalb
des Werteintervalls ausgebildet ist. D. h., es erfolgt eine Gewichtung über den
Vergleichswert dahingehend, wie der Phasenverschiebungswert bezüglich des
Vergleichs-Phasenverschiebungswertes liegt. Liegt der Phasenverschiebungswert
beispielsweise exakt in der Mitte des Werteintervalls, wird ihm beispielsweise
eine „1" als Vergleichswert
zugeordnet. Dieser Wert sinkt mit zunehmender Entfernung zum Rand
des Werteintervalls auf „0". Hierüber kann also
noch genauer die tatsächliche
Lage des Phasenverschiebungswerts erfasst werden. Entsprechend kann
gewichtet werden, wenn ein definierter Vergleichs-Phasenverschiebungswert
entgegen gehalten wird, wobei dann auch effektiv ein Werteintervall
beigeordnet wird, innerhalb welchem der Vergleichswert z. B. entsprechend
einer Gauß-Funktion fallend
von „1" auf „0" sinkt.
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Die
Verarbeitungseinrichtung ist zum Ermitteln des qualifizierten Wertes
zweckmäßigerweise durch
Summation aller Vergleichswerte und Mittelwertbildung ausgebildet.
Der ermittelte Vergleichswert wird dann am Monitor ausgegeben. Wird
als Vergleichswert ein Wert zwischen „1" und „0" zugeordnet, so würde bei einer 100%igen Übereinstimmung
mit dem Vergleichsmedium als qualifizierender Wert „1" ausgegeben. Erfolgt
die geschriebene graduelle Gewichtung, so wird bei einer nicht vollständigen Übereinstimmung
ein Wert < 1 am
Monitor ausgegeben.
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Zur
Erzeugung der Sendesignale ist ein Modulator und ein über diesen
gesteuerter Generator vorgesehen, über dessen Ausgangssignal die
Sendeeinrichtung betrieben wird. Die Empfangseinrichtung ist zweckmäßigerweise
zur Ermittlung der Phasendifferenz anhand des Empfangssignals und
eines von der Sendesignalerzeugungseinrichtung gegebenen Sende-Referenzsignals
ausgebildet, wobei der Generator mit der Verarbeitungseinrichtung
kommuniziert und das Ausgangssignal als das der Ermittlung der Phasenverschiebung
dienende Sende-Referenzsignal
an die Verarbeitungseinrichtung überträgt.
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Zur
Signalverteilung weist die Verarbeitungseinrichtung vorteilhaft
zwei Multiplexer auf, von denen einer die Sende- oder gegebenenfalls
die Sende-Referenzsignale und der andere die Empfangssignale empfängt, wobei
die Multiplexer der Zusam menführung
der jeweiligen Signalpaare dienen. D. h., über die Multiplexer wird jeweils
ein Sende- oder Sende-Referenzsignal und das zugehörige Empfangssignal
zusammengeführt
und deren nachgeschalteten Verarbeitung gegeben. Zweckmäßigerweise
ist, den Multiplexern nachgeschaltet, für jedes Signalpaar ein Speicherglied
vorgesehen, dem die einzelnen Signale gegeben werden, wobei die
Multiplexer die jeweiligen Signale zum jeweiligen Speicherglied
durchschalten. Jeweils ein Multiplexer überträgt das Signal eines Signalpaares
an das Speicherglied, wo zumindest das jeweils zuerst eingegangene
Signal solange zwischengespeichert wird, bis auch das zweite Signal
vorliegt, so dass sie gemeinsam verarbeitet werden können. Dabei
schalten die Multiplexer zweckmäßigerweise
parallel von einem Speicherglied zum nächsten, so dass ein kongruenter
Betrieb möglich
ist. Der Schaltbetrieb der Multiplexer erfolgt zweckmäßigerweise
auf Basis der Steuersignale des den Generator steuernden Modulators, der
ursächlich
für die
Signalgabe ist. Zur Ermittlung der Phasenverschiebung ist zweckmäßigerweise
für jedes
Sende- und Empfangssignalpaar ein Komparator vorgesehen, in dem
der Phasenverschiebungswert ermittelt wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Darstellung des prinzipiellen
Aufbaus der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung,
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2 ein Diagramm zur Darstellung
des Frequenz- und Amplitudengangs der die Sendeeinrichtung steuernden
Signale des Generators, und
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3 eine Prinzipskizze zur
Darstellung der Ermittlung des frequenzspezifischen Vergleichswerts.
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1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1.
Diese umfasst eine Steuerungseinrichtung 2, die alle notwendigen Abläufe während eines
Messzyklus steuert. Zur Signalerzeugung ist zum einen ein Modulator 3 vorgesehen,
der über
die Steuerungseinrichtung 2 angesprochen wird und dem die
für die
nachfolgende Signalerzeugung erforderlichen Parameter Frequenz,
Amplitude und Sendedauer gegeben werden. Anhand dieser Parameter
steuert der Modulator 3 einen Generator 4, der
anhand der ihm gegebenen Informationen analoge Signale erzeugt,
die über
einen (ggf. optionalen) Verstärker 5 an
die mit dem Untersuchungsmedium gekoppelte Sendeeinrichtung 6,
hier an eine Ultraschallsendeeinrichtung gegeben werden. Die Steuerung
des Generators über
den Modulator erfolgt zweckmäßigerweise über eine
Step-Funktion, die über
Spannungswerte einen Voltage-Controlled-Oscillator (VCO) des Generators 4 steuert.
Die Signalerzeugerzeugungseinrichtung umfasst damit den Modulator 3,
den Generator 4, den Verstärker 5 und die Sendeeinrichtung 6.
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Das
Ausgangssignal des Generators 4 wird wie 1 zeigt nicht nur dem Verstärker 5 und über diesen
der Sendeeinrichtung 6 gegeben, sondern auch auf einen
ersten Multiplexer 7 gelegt. Dieses vom Generator 4 gegebene
Signal dient als Sende-Referenzsignal für die nachfolgende Bestimmung der
Phasenverschiebungswerte. Der Multiplexer 7 verteilt das
ihm gegebene Sende-Referenzsignal auf den ersten Eingang eines im
momentanen Zyklus zugeordneten Speicherelements 8, wobei
so viele Speicherelemente vorgesehen sind, wie einzelne Frequenzstufen
gefahren werden.
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Nach
Gabe des Sendesignals durchläuft
dieses das in einem Rohr oder ähnlichem
stehende oder fließende
Untersuchungsmedium. Eine Empfängereinrichtung 9 empfängt das
das Medium durchlaufende Empfangssignal, das auf ein Verstärker 10 und anschließend auf
einen zweiten Multiplexer 11 gegeben wird. Der Multiplexer 11 gibt
nun das jeweilige Empfangssignal auf den zweiten Eingang des im
jeweiligen Takt zugeordneten Speichergliedes 8. In diesem
liegen also dann das vom Multiplexer 7 gegebene Sende-Referenzsignal
sowie das vom Multiplexer 11 gegebene, zum jeweiligen Sendesignal
gehörende
Empfangssignal an.
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Die
Multiplexer schalten dann, wenn der nächste Signalblock mit der geänderten
Frequenz gegeben wird, auf das nächste
zugeordnete Speicherglied um, d. h., die Sende-Referenzsignale und Empfangssignale,
die gemeinsam ein auszuwerten des Signalpaar bilden, werden über die
Multiplexer auf jeweils ein zugeordnetes Speicherglied 8 verteilt. Der
Schaltbetrieb wird über
das auch den Frequenzgang der Sendesignale steuernde Ausgangssignal des
Modulators 3 gesteuert. Dieses Signal wird als Schaltsignal
auf die beiden Multiplexer 7 und 11 gegeben, so
dass diese zeitgleich und in Korrelation mit dem frequenzspezifischen
Sendebetrieb auf das nächste
Schaltglied 8 umschalten.
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Liegt
sowohl das Sende-Referenzsignal wie auch das zugeordnete Empfangssignal
im Schaltglied, das aus zwei separaten Speicherzellen für jeweils
ein Signal besteht, vor, werden beide Signale an einen den jeweiligen
Speicherglied 8 nachgeschalteten Komparator 9 gegeben.
Der jeweilige Komparator 9 vergleicht die beiden Signale
miteinander und ermittelt daraus ihre Phasenbeziehung, d. h., es
wird die Phasenverschiebung bzw. der Phasenwinkel zwischen Sende-Referenzsignal (das
dem Sendesignal entspricht) und dem Empfangssignal ermittelt. Dieser
Phasenverschiebungswert oder Phasenverschiebungswinkel wird nachfolgend
auf ein Verarbeitungsglied 12 gegeben, das nun ermittelt, wie
die zur jeweiligen frequenzbestimmte Phasenverschiebung oder der
Phasenverschiebungswinkel bezüglich
eines Vergleichswertes liegt. Zu diesem Zweck liegen seitens des
Verarbeitungsgliedes 12, das wie auch die Multiplexer 7 und 11 sowie
die Speicherglieder 8 und die Komparatoren 9 Teil
der Verarbeitungseinrichtung 13 ist, die entsprechenden
Vergleichs-Phasenverschiebungswerte eines Vergleichsmediums vor,
die z. B. aus der Steuerungseinrichtung 2 abgerufen werden.
Diese Vergleichs-Phasenverschiebungswerte wurden zu einem als Standard
qualifizierten Vergleichsmedium vorher einmal aufgenommen und dienen
nun als Referenz, um das Untersuchungsmedium zu qualifizieren. Jeder
Vergleichs-Phasenverschiebungswert
wurde zur selben Frequenz des Sendesignals, das auch mit derselben Amplitude
gegeben wurde, aufgenommen. Im Verarbeitungsglied 12 wird
nun ermittelt, wie der gerade bestimmte Phasenverschiebungswert
des Untersuchungsmediums bezüglich
des Vergleichs-Phasenverschiebungswerts des Vergleichsmediums liegt. Das
Verarbeitungsglied 12 bestimmt nun einen dieses Verhältnis der
beiden Werte beschreibenden Vergleichswert. Dieser Vergleichswert
kann beispielsweise bei einer hinreichenden Übereinstimmung „1" sein, bei einer
hinreichenden Abweichung ist er beispielsweise „0".
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Wie
beschrieben, werden verschiedene Sendesignale unmittelbar nacheinander
mit verschiedenen Frequenzen und Amplitude gegeben, wobei ein stufenweiser
Sendebetrieb erfolgt. Entsprechend viele Empfangssignale werden
aufgenommen, wobei wie beschrieben so viele Speicherglieder und
Komparatoren vorgesehen sein müssen,
wie separate Frequenzstufen gefahren werden. Zu jedem Signalpaar
wird im Verarbeitungsglied 12 der Phasenverschiebungswert
und unter Rückgriff
auf den Vergleichs-Phasenverschiebungswert des Vergleichsmediums
ein Vergleichswert bestimmt. Sind sämtliche Vergleichswerte vorhanden,
erfolgt die Summation über
diese einzelnen Vergleichswerte und anschließende Mittelwertbildung. Dieser
qualifizierende Wert wird anschließend an einen geeigneten Display 14 (das
eine der Eingabe von Steuerungsinformationen für die Steuerungseinrichtung 2 dienende
Tastatur umfasst) aufgegeben. Dieser Wert, der bei einer Vergleichswerteverteilung
zwischen „1" und „0" maximal „1 ", minimal „0" ist, gibt nun an,
wie weit die Untersuchungsprobe mit der Vergleichsprobe übereinstimmt.
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2 zeigt exemplarisch ein
Diagramm, das die Frequenzen und Amplituden des Generatorausgangssignals
zeigt, wobei diese Verteilung dem Frequenz- und Amplitudengang des
von der Sendeeinrichtung 6 in das Untersuchungsmedium gegebenen Sendesignals
entspricht. Im Ausführungsbeispiel werden
insgesamt sieben Signal- oder Frequenzpakete f1–f7 gegeben, wobei die einzelnen
Frequenzen jeweils unterschiedlich sind, wie auch die Zeit unterschiedlich
ist, während
welcher das jeweilige Signalpaket anliegt. Die Amplituden unterscheiden
sich zumeist ebenfalls, wie durch die mehr oder weniger dichte Linierung
der Frequenzfelder dargestellt ist.
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3 zeigt als Prinzipskizze,
was im Rahmen des seitens des Verarbeitungsgliedes 12 vorgenommenen
Vergleichs erfolgt. Gezeigt sind die Phasenwinkeldiagramme bzw.
die Phasenwinkelräume zu
exemplarisch vier unterschiedlichen Sendefrequenzen f1–f4. Der
jeweilige Phasenverschiebungswinkel wird hier als Vektor im Phasenwinkelraum
von 0°–360° angesehen.
Zu jeder Sendefrequenz f1–f4 ist
jeweils eine Werteintervall W1–W4
angegeben, innerhalb welchem ei ne Schar von Vergleichs-Phasenverschiebungswerten
des Vergleichsmediums liegen. Im Rahmen des Vergleichs des jeweiligen
Empfangssignals wird nun durch Vektorrechnung (z. B. multiplikativ)
ermittelt, inwieweit der ermittelte Phasenverschiebungswert oder
Phasenverschiebungswinkel innerhalb des zur jeweiligen Frequenz
zugeordneten Vergleichswerteintervalls liegt. Liegt der Phasenverschiebungswert
außerhalb
des Intervalls, wird ihm beispielsweise „0" als Vergleichswert zugeordnet. Liegt
er innerhalb des zugeordneten Intervalls, so erfolgt eine Bewertung,
ob er mehr am Rand des Intervalls liegt oder mehr in der Mitte liegt.
Liegt beispielsweise der Phasenverschiebungswert exakt in der Intervallmitte,
so wird ihm beispielsweise eine „1" zugeordnet. Liegt er mehr zum Rand
des Intervalls verschoben, wird ein niedrigerer Wert als „1" zugeordnet, wobei
der konkrete Wert abhängig
von der Abweichung von der Intervallmitte ist. Auf diese Weise kann
innerhalb jedes Vergleichs eine zusätzliche Qualifizierung des
ermittelten Phasenverschiebungswerts bezüglich des Vergleichs-Phasenverschiebungswerteintervalls
vorgenommen werden.
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Auf
diese Weise wird nun zu jedem frequenzspezifischen Phasenverschiebungswert
der Vergleich mit dem Werteintervall und die anschließende Qualifizierung
des Vergleichs durch Bestimmung des Vergleichswertes vorgenommen,
anhand welcher Vergleichswerte anschließend die Ermittlung des qualifizierenden
Wertes durch Summation und Mittelwertbildung vorgenommen wird.
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Über den
qualifizierenden Wert kann nach Durchführung der Untersuchung erkannt
werden, wie weit das Untersuchungsmedium mit dem Vergleichsmedium übereinstimmt.
Ergibt sich ein qualifizierender Wert von „1 ", so stimmt das Untersuchungsmedium
vollständig
mit dem Vergleichsmedium überein. Im
beschriebenen Beispiel würde
das bedeuten, dass beispielsweise alle Phasenverschiebungswerte des
Untersuchungsmediums exakt in der jeweiligen frequenzbezogenen Intervallmitte
liegen, mithin also alle Vergleichswerte „1" sind. Ergibt sich ein qualifizierender
Wert von „0,95", so heißt dies,
dass ein oder mehrere Phasenverschiebungswerte etwas von den Vergleichs-Phasenverschiebungswerten
der Intervallmitte abweichen und mithin als Vergleichswert nicht
immer eine „1" zuge ordnet wurde.
Ein qualifizierender Wert von „0,95" bedeutet, dass das
Untersuchungsmedium zu 95 % dem Vergleichsmedium entspricht.
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Es
besteht weiterhin die Möglichkeit,
im Rahmen des Vergleichs nicht nur die Vergleichs-Phasenverschiebungswerte
eines Vergleichsmediums heranzuziehen, sondern die in der Steuerungseinrichtung
abgelegten Vergleichs-Phasenverschiebungswerte
mehrerer Vergleichsmedien. Soll beispielsweise ein Bier hinsichtlich
seiner Art qualifiziert werden, ist es denkbar, mehrere Standard-Arten im Rahmen des
Vergleichs zu berücksichtigen.
Handelt es sich bei dem Untersuchungsmedium grundsätzlich um
ein Pils-Bier, so kann im Rahmen des Vergleichs zum einen der Vergleichs-Phasenverschiebungswertesatz eines
Standard-Pils-Biers herangezogen werden, zum anderen aber auch die
Vergleichs-Sätze eines Standard-Hell-Bieres
wie eines Standard-Export-Bieres. Jeder Vergleichs-Datensatz hat
unterschiedliche, typenspezifische Werteintervalle der Vergleichs-Phasenverschiebungswerte,
d. h., die Intervalle sind von Biertyp zu Biertyp unterschiedlich. Zwangsläufig ist
aber auch die Übereinstimmung
der ermittelten Phasenverschiebungswerte des Untersuchungsmediums
mit den zugeordneten Vergleichs-Phasenverschiebungswerteintervallen
der verschiedenen Biertypen unterschiedlich. Zu jedem Typenvergleich
wird damit ein separater qualifizierender Wert ermittelt. Beispielsweise
wird im Rahmen des Vergleichs mit dem Standard-Pils-Bier ein qualifizierender Wert
von „0,92" ermittelt, zum Standard-Hell-Bier
wird ein Vergleichswert von „0,06" ermittelt und zum
Standard-Export-Bier ein qualifizierender Wert von „0,02". Das bedeutet im
Endeffekt, dass das untersuchte Bier zu 92 % dem Standard-Pils-Bier
entspricht, dass es aber auch zu 6 % typische Anteile des Standard-Hell-Bieres
enthält bzw.
zu 6 % diesem entspricht, wie es auch zu 2 % dem Export-Bier entspricht.
Auf diese Weise kann während
der Messung schnell und kontinuierlich eine Klassifizierung erfolgen.
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Wie
beschrieben, ist es zunächst
erforderlich, die Vergleichs-Referenzwerte zu bestimmen. Zu Beginn
dieser Lernphase werden zunächst
die Messparameter „Mediumname,
Frequenz und Sendedauer" in
die Steuereinheit über
die displayseitige Tastatur eingegeben und eine bekannte Probe,
die als Standard qualifiziert wird, statisch, also ruhend in die
Messtrecke gebracht. Die Messvorrichtung ver gleicht während der
Lernphase ständig
von jeweils einer Frequenz das aufgenommene und gesendete Signal
und ermittelt die Phasenverschiebungswerte. Anhand dieser Phasenverschiebungswerte
wird dann das Werteintervall bestimmt. Dies erfolgt zu jeder Frequenz,
die im Rahmen einer nachfolgenden Messung angelegt wird. Am Ende
dieser Lernphase ist das als Standard definierte Medium analysiert,
d. h., zu ihm liegen Referenz-Phasenverschiebungswerte, die im Rahmen
des Vergleichs berücksichtigt werden,
vor, sie können
gespeichert werden. Auf diese Weise wird mit jedem Standard-Medium
verfahren, bis zu jedem Vergleichsmedium ein entsprechender Datensatz
vorliegt.
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Während der
Auswertephase, wenn also ein unbekanntes Medium untersucht wird,
werden alle notwendigen Messparameter aus der Steuereinrichtung
abgerufen. Es ist erforderlich, dass das Sendesignal mit derselben
Frequenz gegeben wird, zu welcher auch die Vergleichs-Phasenverschiebungswerte
des Vergleichsmediums oder der Vergleichsmedien aufgenommen wurden.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung
vergleicht nun während
der Auswertephase ständig
von jeweils einer Frequenz das aufgenommene und das gesendete Signal
und nimmt den Vergleich mit den Referenzwerten vor bzw. ermittelt
anschließend
den Qualifizierungswert.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
gasförmige
oder flüssige
Medien aller Art untersucht werden. Das angegebene Beispiel der
Klassifizierung eines Bieres ist nicht beschränkend.