DE10324990B3 - Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums - Google Patents

Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums Download PDF

Info

Publication number
DE10324990B3
DE10324990B3 DE2003124990 DE10324990A DE10324990B3 DE 10324990 B3 DE10324990 B3 DE 10324990B3 DE 2003124990 DE2003124990 DE 2003124990 DE 10324990 A DE10324990 A DE 10324990A DE 10324990 B3 DE10324990 B3 DE 10324990B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
comparison
phase shift
value
signal
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2003124990
Other languages
English (en)
Inventor
Miroslaw Wrobel
Andreas Freibert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VISIT VIDEO STROBOSKOP INNOVAT
Visit Video-Stroboskop Innovations-Technik & Co KG GmbH
Original Assignee
VISIT VIDEO STROBOSKOP INNOVAT
Visit Video-Stroboskop Innovations-Technik & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VISIT VIDEO STROBOSKOP INNOVAT, Visit Video-Stroboskop Innovations-Technik & Co KG GmbH filed Critical VISIT VIDEO STROBOSKOP INNOVAT
Priority to DE2003124990 priority Critical patent/DE10324990B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10324990B3 publication Critical patent/DE10324990B3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/348Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/024Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02Food
    • G01N33/14Beverages
    • G01N33/146Beverages containing alcohol

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

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 Empfangssignal, wobei die Sendeeinrichtung zum Senden mehrerer Sendesignale unterschiedlicher Frequenz und die Empfangseinrichtung zum Empfangen entsprechender Empfangssignale ausgebildet ist, 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.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die eine verbesserte qualifizierende Untersuchung eines Mediums zulässt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung,
  • 2 ein Diagramm zur Darstellung des Frequenz- und Amplitudengangs der die Sendeeinrichtung steuernden Signale des Generators, und
  • 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Ermittlung des frequenzspezifischen Vergleichswerts.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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".
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können gasförmige oder flüssige Medien aller Art untersucht werden. Das angegebene Beispiel der Klassifizierung eines Bieres ist nicht beschränkend.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, mit einer mit dem Medium gekoppelten Ultraschall-Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Ultraschall-Sendesignals, einer Ultraschall-Empfangseinrichtung zum Empfangen eines reflektierten und/oder transmittierten Ultraschall-Empfangssignals aus dem Medium und einer Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen dem Sende- und dem Empfangssignal, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (6) zum Geben mehrerer Ultraschall-Sendesignale unterschiedlicher Frequenz und die Empfangseinrichtung (9) zum Empfangen entsprechender Ultraschall-Empfangssignale ausgebildet ist, und dass die Verarbeitungseinrichtung (13) 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 (13) 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.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zum Vergleichen jeder ermittelten Phasenverschiebung mit einem Werteintervall (W1, W2, W3, W4), in dem die frequenzspezifischen Vergleichs-Phasenverschiebungswerte liegen, im Rahmen des Vergleichs ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zum Ermitteln eines Vergleichswertes zu jedem Vergleichsergebnis und zum Ermitteln des qualifizierenden Werts anhand der Vergleichswerte ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zum Bestimmen eines Vergleichswerts in Abhängigkeit seines Verhältnisses zum Vergleichs-Phasenverschiebungswert oder seiner Lage innerhalb des Werteintervalls (W1, W2, W3, W4) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zum Ermitteln des qualifizierenden Werts durch Summation aller Vergleichswerte und Mittelwertbildung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Sendesignale ein Modulator (3) und ein über diesen gesteuerter Generator (4) vorgesehen ist, über dessen Ausgangssignal die Sendeeinrichtung (6) betrieben wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zur Ermittlung der Phasendifferenz anhand des Empfangssignals und eines von der Sendesignalerzeugungseinrichtung gegebenen Sende-Referenzsignal ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) mit der Verarbeitungseinrichtung (13) zur Kommunikation verbunden ist und das Ausgangssignal als das der Ermittlung der Phasenverschiebung dienendes Sende-Referenzsignal an die Verarbeitungseinrichtung (13) überträgt.
  9. Vorrichtung nach eine der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zwei Multiplexer (7, 11) aufweist, von denen einer die Sende- oder gegebenenfalls die Sende-Referenzsignale und der andere die Empfangssignale empfängt, und die der Zusammenführung der jeweiligen Signalpaare dienen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Signalpaar ein Speicherglied (8) vorgesehen ist, dem die einzelnen Signale gegeben werden, wobei die Multiplexer (7, 11) die jeweiligen Signale zum jeweiligen Speicherglied (8) durchschalten.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexer (7, 11) parallel von einem Speicherglied (8) zum nächsten schalten.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbetrieb der Multiplexer (7, 11) auf Basis der Steuersignale des den Generator (4) steuernden Modulators (3) erfolgt.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Phasenverschiebung für jedes Sende- und Empfangssignalpaar ein Komparator (9) vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (13) zum Ermitteln mehrerer das Medium qualifizierender Werte, insbesondere anhand von Vergleichs-Phasenverschiebungswerten verschiedener Vergleichsmedien ausgebildet ist.
DE2003124990 2003-06-03 2003-06-03 Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums Expired - Fee Related DE10324990B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003124990 DE10324990B3 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003124990 DE10324990B3 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10324990B3 true DE10324990B3 (de) 2004-11-04

Family

ID=33103673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2003124990 Expired - Fee Related DE10324990B3 (de) 2003-06-03 2003-06-03 Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10324990B3 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007000047A1 (en) 2005-06-28 2007-01-04 Nimtech Inc. Advanced ultrasonic interferometer and method of non-linear classification and identification of matter using same
WO2009083050A1 (de) * 2007-12-21 2009-07-09 Thomas Fritsch Vorrichtung zur untersuchung der eigenschaften eines mediums
DE102015118226A1 (de) 2015-07-17 2017-01-19 Sonovum AG Vorrichtung zur Untersuchung von Materialien durch akustische Spektroskopie
DE102016102131A1 (de) 2015-07-17 2017-01-19 E3 Technology Sp. z o.o. Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von Materialien durch akustische Spektroskopie

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119950A (en) * 1976-04-07 1978-10-10 Redding Robert J Gas detection
EP0035391A2 (de) * 1980-02-29 1981-09-09 Electric Power Research Institute, Inc Verfahren und Vorrichtung für die Multifrequenz-Wirbelstromprüfung
EP0833158A1 (de) * 1996-09-27 1998-04-01 Unilever Plc Herstellung von Teststreifen
DE10036565C2 (de) * 2000-07-27 2002-07-25 Sonem Gmbh Vorrichtung zur Feststellung der Änderung der Dichte eines Mediums

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4119950A (en) * 1976-04-07 1978-10-10 Redding Robert J Gas detection
EP0035391A2 (de) * 1980-02-29 1981-09-09 Electric Power Research Institute, Inc Verfahren und Vorrichtung für die Multifrequenz-Wirbelstromprüfung
EP0833158A1 (de) * 1996-09-27 1998-04-01 Unilever Plc Herstellung von Teststreifen
DE10036565C2 (de) * 2000-07-27 2002-07-25 Sonem Gmbh Vorrichtung zur Feststellung der Änderung der Dichte eines Mediums

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007000047A1 (en) 2005-06-28 2007-01-04 Nimtech Inc. Advanced ultrasonic interferometer and method of non-linear classification and identification of matter using same
WO2009083050A1 (de) * 2007-12-21 2009-07-09 Thomas Fritsch Vorrichtung zur untersuchung der eigenschaften eines mediums
DE102015118226A1 (de) 2015-07-17 2017-01-19 Sonovum AG Vorrichtung zur Untersuchung von Materialien durch akustische Spektroskopie
DE102016102131A1 (de) 2015-07-17 2017-01-19 E3 Technology Sp. z o.o. Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von Materialien durch akustische Spektroskopie
WO2017012792A1 (de) 2015-07-17 2017-01-26 Sonovum AG Vorrichtung zur untersuchung von materialien durch akustische spektroskopie
WO2017012794A1 (de) 2015-07-17 2017-01-26 E3 Technology Sp. z o.o. Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von materialien durch akustische spektroskopie
US10613057B2 (en) 2015-07-17 2020-04-07 E3 Technology Sp. z o.o. Device and method for examining materials by means of acoustic spectroscopy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0039793B1 (de) Verfahren und Anordnung zum Auswerten einer Fehlersignalspannung
DE102007059908A1 (de) Sensorfunktion zur Ansteuerung mit variabler Sendefrequenz zum Zwecke der Verschmutzungserkennung
DE10237980A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle innerhalb von Rohren
DE102008051654A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Dichte von fluiden Medien
EP3325961A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur untersuchung von materialien durch akustische spektroskopie
DE10324990B3 (de) Vorrichtung zur Untersuchung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums
DE2715710A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der elastischen eigenschaften von materialien
EP0840117A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Konzentration eines Stoffes in einem gasförmigen Medium
DE3802138A1 (de) Nachweissystem fuer materialfehler
DE3909763A1 (de) Ultraschall-abbildungsvorrichtung
EP1721152B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bewitterung und gleichzeitigen Ultraschallanalyse von Proben
DE3429367A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur fortlaufenden messung physikalischer zustandsgroessen mittels ultraschall
DE2757355A1 (de) Ultraschallvorrichtung zur zerstoerungsfreien pruefung von bindeflaechen
DE4022152C2 (de)
EP3133411A1 (de) Verfahren zum überwachen des betriebszustands von brennstoffzellen
DE102005040743B4 (de) Verfahren und Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung
DE2128663B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Spinresonanzspektren
DE10226331A1 (de) Verfahren und Anordnung zum Testen von Brennstoffzellen
DE19943022B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Überwachung des Druckübertragungsverhaltens eines flüssigkeitsgefüllten Systems
DE2649264C3 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Messung von nichtlinearen Verzerrungen quasilinearer Systeme
DE2737812A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur automatischen analyse von transienten schallimpulsen
DE924105C (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ausfuehren von Analysen
DE19537402A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen und quantitativen Beschreibung von komplexen elektrischen Generatoren, insbesondere Schweißstromquellen
DE1294544B (de) Verfahren zur Untersuchung von Geraeusch-Spannungen oder -Stroemen hinsichtlich AEnderungen ihrer frequenzmaessigen Zusammensetzung, insbesondere von elektrobiologischenSpannungen oder Stroemen
DE102014104909A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall unter Berücksichtigung der frequenzabhängigen Schallschwächung

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee