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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Leckagen mit
einem Ultraschallsensor und mit einer Frequenzumsetzungsschaltung
zur Umsetzung der Signale des Ultraschallsensors in Audiosignale,
die in einem für
den Menschen hörbaren Frequenzbereich
liegen, wobei die Audiosignale mittels eines Schallwandlers hörbar gemacht
werden.
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Derartige
Vorrichtungen werden vorwiegend zur Detektion von Leckagen in Druckluftleitungen verwendet.
Aufgrund der turbulenten Ausströmung der
Druckluft aus einem Leck in einer Druckluftleitung werden Strömungsgeräusche erzeugt,
deren Frequenz im hörbaren
Bereich und auch im Ultraschallbereich liegt. Die Turbulenz entsteht
aufgrund des Vorbeiströmens
der Druckluft an den scharfkantigen Rändern der Öffnungen, welche die Leckagen
bilden. Als Ultraschall bezeichnet man Schallsignale, deren Frequenz
oberhalb der menschlichen Hörschwelle liegt.
Dies sind normalerweise Frequenzen zwischen 20 Kilohertz und 1 Gigahertz.
Der an den Druckluftleckagen erzeugte Ultraschall eignet sich gut
zur Detektion der Leckagen, da der Ultraschall von anderen Umgebungsgeräuschen,
die in dem für
den Menschen hörbaren
Frequenzbereich liegen, anhand der Frequenz gut unterschieden werden
kann.
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Bekannte
Vorrichtungen zur Leckagedetektion weisen eine Frequenzumsetzungsschaltung
auf. Diese dient dazu, die mittels eines Ultraschallsensors aus
der Umgebung aufgenommenen Ultraschallsignale in für den Menschen
hörbare
Audiosignale umzusetzen. Bei dem Frequenzumsetzungsvorgang werden
die im hörbaren
Frequenzbereich liegenden Umgebungsgeräusche ausgeblendet. Die erzeugten Audiosignale
werden dann mittels eines Schallwandlers, beispielsweise in Form
eines Kopfhörers,
hörbar gemacht. Über den
Kopfhörer
hört ein
Benutzer der Detektionsvorrichtung das beim Ausströmen der Druckluft
aus dem Leck erzeugte Rauschen in einem für den Benutzer hörbaren Frequenzbereich.
Anhand der Lautstärke
des Rauschens ist es für
den Benutzer der Vorrichtung möglich,
das Leck zu orten. Bekannt sich Leckagedetektionsvorrichtungen,
bei denen der Schallwandler gleichzeitig die Funktion der Frequenzumsetzungsschaltung
erfüllt.
Wenn der Kopfhörer
mit den eigentlich nicht hörbaren
Ultraschallsignalen beaufschlagt wird, so setzt er diese aufgrund
seiner elektrischen Eigenschaften um, dass ein hörbares Signal entsteht. Eine
Frequenzumsetzungsschaltung bei einer Leckagedetektionsvorrichtung
der vorliegend interessierenden Art kann also jedwede Schaltungsanordnung
sein, mittels welcher die aufgenommenen Ultraschallsignale in Audiosignale
umgewandelt werden. Dabei ist es auch möglich, dass, wie zuvor erläutert, die
Frequenzumsetzungsschaltung und der Schallwandler eine einzige Komponente
der Vorrichtung sind, in welcher die entsprechenden Funktionen vereinigt
sind.
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Herkömmliche
Vorrichtungen zur Detektion von Leckagen in Druckluftleitungsnetzen
ermöglichen
eine präzise
Leckageortung nur auf eine Entfernung von wenigen Metern. Hier ergibt
sich das Problem, dass Druckluftleitungen in Industriebetrieben häufig in
mehreren Metern Höhe über dem
Boden verlegt sind. Dies gilt insbesondere für die Leitungen zur Druckluftverteilung.
Zur präzisen
Ortung von Leckagen an derartig hoch liegenden Leitungen müssen die
Leitungen Stück
für Stück unter
Zuhilfenahme einer Leiter mit einer entsprechenden Leckagedetektionsvorrichtung
abgegangen werden. Dies ist nachteiligerweise sehr umständlich.
Als praktischer hat es sich erwiesen, zur Leckageortung eine mehrere
Meter lange Lanze zu verwenden, an deren Spitze der Ultraschallsensor
befestigt wird. Mittels der Lanze kann der Ultraschallsensor vom
Boden aus in ausreichende Nähe
zu den zu untersuchenden Druckluftleitungen gebracht werden. Bei
diesem Vorgehen ist allerdings nachteilig, dass die Signale des
Ultraschallsensors über
geeignete Kabelverbindungen über
die gesamte Länge
der Lanze übertragen
werden müssen,
um dann mittels der Frequenzumsetzungsschaltung und der übrigen Elektronik
der Leckagedetektionsvorrichtung weiter verarbeitet werden zu können. Zur
Untersuchung von unterschiedlich hoch verlegten Druckluftleitungen
werden üblicherweise
Lanzen verwendet, die zur Längenverstellung
teleskopierbar sind. Die Führung
von Kabeln an oder durch derartige teleskopierbare Lanzen ist technisch
sehr aufwendig und störanfällig.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Leckagedetektionsvorrichtung bereitzustellen, die eine Lecksuche
an hoch liegenden Druckluftleitungen in einfacher und zuverlässiger Weise
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs angegebenen
Art dadurch, dass der Ultraschallsensor und die Frequenzumsetzungsschaltung
in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet sind, wobei Signalübertragungsmittel
zur drahtlosen Übertragung
der Audiosignale an den von dem Gehäuse räumlich getrennten Schallwandler
vorgesehen sind.
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Gemäß der Erfindung
ist der Ultraschallsensor gemeinsam mit der Frequenzumsetzungsschaltung
und den übrigen
elektronischen Komponenten der Vorrichtung in einem gemeinsamen
Gehäuse
untergebracht. Insofern entfallen sämtliche Kabelverbindungen zwischen
dem Ultraschallsensor und den übrigen
Komponenten der Vorrichtung. Weiterhin sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Signalübertragungsmittel
zur drahtlosen Übertragung
der Audiosignale vorgesehen. Die Audiosignale werden drahtlos an
den Schallwandler, beispielsweise an den vom Benutzer der Vorrichtung
getragenen Kopfhörer, übertragen.
Somit entfallen auch sämtliche
Kabelverbindungen, die zur Übertragung
der Audiosignale an den Schallwandler bei den aus dem Stand der
Technik bekannten Vorrichtungen erforderlich sind.
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Das
Gehäuse
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann mit Vorteil an einem Ende einer teleskopierbaren Lanze angebracht
werden, um eine präzise
Ortung von Leckagen an in mehreren Metern Höhe verlegten Druckluftleitungen
durchzuführen. Die
Audiosignale werden drahtlos an den von dem Gehäuse der Vorrichtung räumlich getrennten
Schallwandler, das heißt
z. B. an den von dem Benutzer der Vorrichtung getragenen Kopfhörer, übertragen.
Aufwendige und störanfällige Kabelverbindungen
entlang der Lanze sind gemäß der Erfindung
obsolet. Der Benutzer der Vorrichtung kann sich auf das Führen der
Lanze zur Leckortung konzentrieren und wird dabei nicht durch irgendwelche
Kabel behindert.
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Gemäß einer
sinnvollen Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens ein Signalfilter
zur frequenzselektiven Filterung der Signale des Ultraschallsensors
und/oder der Audiosignale auf. Derartige frequenzselektive Filter
(Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassfilter) sind sinnvoll, um sicherzustellen,
dass die Leckagedetektionsvorrichtung gezielt auf das an den Leckagen
erzeugte Ausströmgeräusch anspricht.
Besonders sinnvoll ist es, wenn die Charakteristik des Signalfilters
einstellbar ist, um die Vorrichtung an unterschiedlich geartete
Leckagen anpassen zu können.
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Die
Signalübertragungsmittel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
beispielsweise zur Übertragung
der Audiosignale per Funk ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist besonders einfach und kostengünstig zu realisieren, wenn die
Funkübertragung
analog erfolgt. Vorgefertigte Komponenten zur amplituden- oder frequenzmodulierten
Funkübertragung
von Audiosignalen sind zu geringen Kosten erhältlich. Die Trägerfrequenzen
geeigneter Funkübertragungsmodule
liegen im Bereich gängiger
Radiofrequenzen.
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Alternativ
können
die Signalübertragungsmittel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur digitalen Funkübertragung
der Audiosignale ausgelegt sein. Die Signalübertragung der Audiosignale
kann beispielsweise gemäß dem Blue-Tooth-Standard erfolgen.
Der Industriestandard Blue-Tooth bietet eine drahtlose Schnittstelle,
die flexibel einsetzbar ist. Hauptzweck von Blue-Tooth ist das gemäß der Erfindung
angestrebte Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen den Komponenten
von Geräten. Blue-Tooth-Geräte senden
als sogenannte Short-Range-Devices im lizenzfreien ISM-Band (Industrial,
Scientific and Medical Band) im Bereich von etwa 2,4 Gigahertz.
Dieses Frequenzband hat den Vorteil, dass es weltweit zulassungsfrei
betrieben werden kann. Außerdem
hat die Signalübertragung gemäß dem Blue-Tooth-Standard
den Vorteil, dass sie besonders robust gegenüber Umgebungsstörungen ist,
wie sie häufig
in industriellen Umgebungen auftreten.
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Bei
einer Leckagedetektionsvorrichtung der eingangs angegebenen Art
kann mit Vorteil ein Ultraschallsensor eingesetzt werden, der eine
Richtcharakteristik aufweist. Ein derartiger Ultraschallsensor nimmt
primär
den frontal eintreffenden Ultraschall auf. Ultraschall aus anderen
Richtungen wird mit stärkerer
Dämpfung
in elektrische Signale umgesetzt. Um eine besonders ausgeprägte Richtcharakteristik
zu erzielen, kann der Ultraschallsensor, ähnlich wie ein herkömmliches
Richtmikrofon, ein Interferenzrohr aufweisen, um eine möglichst
geringe Empfindlichkeit für
Ultraschall außerhalb
der Frontalrichtung zu erzielen. Eine möglichst ausgeprägte Richtcharakteristik
ist von Vorteil, um die präzise
Ortung eines Lecks auch aus größeren Entfernungen zu
erleichtern. Durch einfaches Verschwenken des Ultraschallsensors
bzw. des Gehäuses
der Leckagedetektionsvorrichtung, in welchem der Ultraschallsensor
angeordnet ist, kann einfach und komfortabel eine Druckluftleitung
bei der Lecksuche abgetastet werden.
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Gemäß einer
besonders sinnvollen Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Lichtquelle auf, die einen Lichtstrahl in Richtung der maximalen
Empfindlichkeit des Ultraschallsensors emittiert. Diese Lichtquelle
kann beispielsweise wie ein herkömmlicher
Laserpointer ausgebildet sein. Der Benutzer der Vorrichtung verschwenkt
diese bei der Lecksuche. Dabei wird die jeweils angepeilte Ultraschallquelle
für den
Benutzer optisch sichtbar, nämlich
als Lichtpunkt an der Stelle, an welcher der Lichtstrahl auftrifft.
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Die
Ausgestaltung einer Leckagedetektionsvorrichtung der erfindungsgemäßen Art
mit einem Ultraschallsensor mit Richtcharakteristik in Kombination
mit einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl entsprechend der Richtcharakteristik
des Ultraschallsensors emittiert, ist sinnvoll auch unabhängig von
der oben beschriebenen drahtlosen Übertragung der Audiosignale
an den Schallwandler der Leckagedetektionsvorrichtung.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Leckagedetektionsvorrichtung;
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2 Leckagedetektionsvorrichtung
gemäß 1,
angebracht an der Spitze einer teleskopierbaren Lanze.
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Die
in der 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Detektion
von Leckagen in Druckluftleitungen. Eine Druckluftleitung 1 mit
einer Leckage 2 ist in der 1 schematisch
angedeutet. Die Vorrichtung weist einen Ultraschallsensor 3 auf.
Dieser ist nach Art eines Mikrofons aufgebaut, welches Schallsignale
im Ultraschallbereich in elektrische Signale umwandelt. Die elektrischen
Signale des Ultraschallsensors 3 werden einem frequenzselektiven
Filter 4 zugeführt.
Mittels des Filters 4 erfolgt eine Bandpassfilterung, um
Umgebungsgeräusche,
die nicht auf das Ausströmgeräusch im
Bereich der Leckage 2 zurückzuführen sind, auszublenden. Das
gefilterte Ultraschallsignal wird sodann mittels einer Frequenzumsetzungsschaltung 5 in
ein Audiosignal umgesetzt, wobei die Frequenz des Audiosignals in
einem für den
Menschen hörbaren
Frequenzbereich liegt. Mittels eines Kopfhörers 6 werden die
Audiosignale hörbar
gemacht. Der Kopfhörer 6 wird
von einem Benutzer der Vorrichtung bei der Lecksuche getragen. Das im
Bereich des Lecks 2 entstehende Ausströmgeräusch hört der Benutzer der Vorrichtung
als Rauschen. Anhand der Lautstärke
des Rauschens kann das Leck 2 geortet werden. Wie in der 1 dargestellt,
sind der Ultraschallsensor 3, das Filter 4 sowie die
Frequenzumsetzungsschaltung 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet.
Auf diese Weise ergibt sich ein mobiles Gerät, das der Benutzer der Vorrichtung
per Hand führen
und verschwenken kann, um das Leck 2 aufzuspüren. Zur
Stromversorgung der elektronischen Komponenten der Vorrichtung weist
diese eine Batterie oder einen wiederaufladbaren Akku auf. In dem
Gehäuse 7 ist
außerdem ein
Funkmodul 8 angeordnet. Dem Funkmodul 8 werden
die Audiosignale von der Frequenzumsetzungsschaltung 5 zugeführt. Außerdem ist
das Funkmodul 8 mit einer Antenne 9 verbunden.
Das Funkmodul 8 fungiert zusammen mit der Antenne 9 als
Signalübertragungsmittel
zur drahtlosen Übertragung
der Audiosignale an den von dem Gehäuse 7 räumlich getrennten
Kopfhörer 6.
Die von der Antenne 9 emittierten Funksignale 10 werden
mittels einer entsprechenden Antenne 11, die am Kopfhörer 6 angeordnet ist,
empfangen. Der Kopfhörer 6 ist
seinerseits mit einem Funk-Empfangsmodul 12 ausgestattet,
welches die Radiosignale 10 wiederum in hörbare Audiosignale
umwandelt. Das Empfangsmodul 12 ist ebenfalls batterie-
oder akkubetrieben, um die Mobilität zu gewährleisten. 7
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In
der 1 ist weiterhin dargestellt, dass der Ultraschallsensor 3 eine
Richtcharakteristik aufweist. Die Richtcharakteristik wird durch
die in der 1 dargestellte gestrichelte
Keule 13 veranschaulicht. Der Ultraschallsensor 3 nimmt
primär
den aus den Bereichen innerhalb der Keule 13 emittierten,
d. h. den frontal auf den Ultraschallsensor 3 eintreffenden
Ultraschall auf. Ultraschall aus Bereichen außerhalb der Keule 13 wird
stärker
gedämpft
in elektrische Signale umgesetzt. Zur vereinfachten Ortung des Lecks 2 weist
die dargestellte Vorrichtung außerdem
eine Lichtquelle 14 auf. Diese ist ähnlich wie ein herkömmlicher
Laserpointer ausgebildet und emittiert einen Lichtstrahl 15 in
Richtung der maximalen Empfindlichkeit des Ultraschallsensors 3.
Am Auftreffpunkt 16 des Lichtstrahls 15 auf die
Druckluftleitung 1 wird somit ein für den Benutzer der Vorrichtung
deutlich erkennbarer Lichtpunkt erzeugt. Der Lichtpunkt gibt dem
Benutzer den Ort der für
ihn mittels der Vorrichtung hörbar
gemachten Ultraschallemission an. Hierdurch wird die Ortung des
Gaslecks 2 für
den Benutzer besonders einfach und komfortabel.
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In
der 2 ist eine teleskopierbare Lanze 17 dargestellt.
An dem vorderen Teleskopsegment der Lanze 17 ist eine Halterung 18 angeordnet,
so dass das Gehäuse 7 der
Leckagedetektionsvorrichtung am Ende der Lanze 17 lösbar befestigbar
ist. Am anderen Ende der Lanze 17 befindet sich ein Griff 19,
an welchem der Benutzer die Lanze ergreift, um diese zur Untersuchung
von in mehreren Metern Höhe
verlegten Druckluftleitungen entsprechend zu führen. Der Benutzer trägt dabei
den Kopfhörer 6,
an den die Audiosignale als Funksignale 10 drahtlos übertragen
werden.