WO2022162136A1 - Verfahren zur mengenbestimmung eines fluides in einem behälter und vorrichtung hierfür - Google Patents

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WO2022162136A1
WO2022162136A1 PCT/EP2022/052031 EP2022052031W WO2022162136A1 WO 2022162136 A1 WO2022162136 A1 WO 2022162136A1 EP 2022052031 W EP2022052031 W EP 2022052031W WO 2022162136 A1 WO2022162136 A1 WO 2022162136A1
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Felix Wege
Lukas Marik
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Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the quantity of a fluid in a container and a device for carrying out such a method.
  • the object is achieved by a method for determining the quantity of a fluid in a container, having the steps:
  • the object is also achieved by a method for determining the quantity of a fluid in a container, having the steps:
  • the object is also achieved by a device for carrying out such a method.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of elements in embodiments of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic arrangement of antennas in relation to the container according to embodiments of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic arrangement of antennas in relation to the container according to alternative or additional aspects in embodiments of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic arrangement of antennas in relation to the container according to alternative or additional aspects in embodiments of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic arrangement of antennas in relation to the container according to alternative or additional aspects in embodiments of the invention
  • FIG 11 shows another schematic flow chart according to aspects of the invention.
  • FIG. 1 in which a schematic overview of elements in embodiments of the invention is shown. I.e. not all elements shown are necessary for the solution according to the invention.
  • a device 1 for measuring volumes of a liquid in a container B by measuring emitted high-frequency radiation is provided.
  • high-frequency relates, for example, to radiation in the ISM bands, steeling in the range of 1.8 GHz -1.9 GHz, 2.4 GHz - 2.5 GHz, 5.1 GHz - 5.8 GHz and in general Radiation from the frequency range from approximately 26 MHz to approximately 6 GHz.
  • the device 1 has a control unit C, a transmitter TX, at least one first transmitting antenna ANT_TX1 and at least one second transmitting antenna ANT_TX2, at least one first receiving antenna ANT_RX1 and a receiver RX. Such an arrangement is shown schematically in FIG.
  • the transmitter TX is set up to emit high-frequency radiation during operation.
  • the radiation can be modulated at one or more frequencies.
  • the high-frequency radiation carries digital data packets.
  • the first transmitting antenna ANT_TX1 and the second transmitting antenna ANT_TX2 are set up to emit the high-frequency radiation during operation, so that radiation can reach the container B.
  • the receiving antenna ANT_RX1 in turn is set up to pick up high-frequency radiation reflected from the container B during operation.
  • the device 1 has a predetermined arrangement of transmitting antenna(s), container B and receiving antenna(s).
  • the receiver RX is set up to pick up the high-frequency radiation picked up by the receiving antenna ANT_RX1.
  • the control unit C is set up to control the transmitter TX in such a way that the transmitter TX emits high-frequency radiation. This means that the transmitter TX is prompted by the control to emit high-frequency radiation (via one or more antennas) (on one or more frequencies) in a controlled manner.
  • the control unit C is also set up to evaluate the high-frequency radiation picked up by the receiver RX (via one or more antennas) (on one or more frequencies) on the basis of received digital data packets in such a way that a measure of the volume of the liquid in the container B is determined becomes.
  • the measure for the volume of the liquid in the container B is preferably determined from channel state information.
  • Channel state information is used in many wireless (digital) communication systems to characterize the properties of a communication channel.
  • the channel state information thus reflects properties along the propagation path that are influenced, for example, by scattering, attenuation, power drop as a result of distance, etc.
  • channel state information By evaluating channel state information, it is possible, for example, to obtain clues as to how transmission properties should be changed so that a secure connection with preselected properties (such as reaching a specific data rate) can be enabled for given channel properties.
  • this adaptability with the aim of a secure connection is not important in the invention. Only the description of the property of the propagation path is of interest for the invention. As such, other information that similarly reflects the properties of the propagation pathway is equally usable.
  • the invention uses the change in channel state information data packets in the propagation of the signal, especially when passing through liquids: Certain packets show errors after passing through a liquid. The knowledge of the origin of the error along the signal propagation is used to determine the liquid volume.
  • the arrangement as in FIG. 2 can be arranged such that the connecting lines between the transmitting antennas ANT_TX1 and ANT_TX2 used form an angle of 1° to 180°, preferably 30° to 90°, with respect to the container B.
  • a device 1 for measuring volumes of a liquid in a container B by measuring emitted high-frequency radiation is provided.
  • the device 1 in turn has a control unit C, a transmitter TX, at least one first transmitting antenna ANT_TX1 and at least one second transmitting antenna ANT_TX2, at least one first receiving antenna ANT_RX1 and a second receiving antenna ANT_RX2 and a receiver RX.
  • a control unit C a transmitter TX, at least one first transmitting antenna ANT_TX1 and at least one second transmitting antenna ANT_TX2, at least one first receiving antenna ANT_RX1 and a second receiving antenna ANT_RX2 and a receiver RX.
  • the transmitter TX is set up to emit high-frequency radiation during operation.
  • the radiation can be modulated at one or more frequencies.
  • the high-frequency radiation carries digital data packets.
  • the first transmitting antenna ANT_TX1 and the second transmitting antenna ANT_TX2 are set up to emit the high-frequency radiation during operation, so that radiation can reach the container B.
  • the first receiving antenna ANT_RX1 is set up to pick up high-frequency radiation reflected from the container B during operation.
  • the second receiving antenna ANT_RX2 is set up to pick up high-frequency radiation transmitted by the container B during operation.
  • the device 1 has a predetermined arrangement of transmitting antenna(s), container B and receiver antenna(s).
  • the control unit C is set up to control the transmitter in such a way that the transmitter TX emits high-frequency radiation. This means that the transmitter TX is prompted by the control to emit high-frequency radiation (via one or more antennas) (on one or more frequencies) in a controlled manner.
  • the control unit C is also set up to evaluate the high-frequency radiation picked up by the receiver RX on the basis of received digital data packets such that a measure of the volume of the liquid in the container B is determined.
  • the measure for the volume of the liquid in the container B is preferably determined from channel state information.
  • Channel state information is used in many wireless communication systems to characterize the properties of a communication channel.
  • the channel state information thus reflects properties along the propagation path that are influenced, for example, by scattering, attenuation, power drop as a result of distance, etc.
  • the Channel State Information is to be distinguished from the less meaningful RSSI (Received Signal Strength Indicator).
  • channel state information By evaluating channel state information, it is possible, for example, to obtain clues as to how transmission properties should be changed so that a secure connection with preselected properties (such as reaching a specific data rate) can be enabled for given channel properties.
  • the invention exploits the change in channel state information data packets during the propagation of the signal, in particular when passing through liquids: certain packets show errors after passing through a liquid. Knowing how the error occurs along the signal propagation is used to determine the liquid volume used. However, this adaptability to achieve a secure connection is not important in the invention. Only the description of the property of the propagation path is of interest for the invention. As such, other information that similarly reflects the properties of the propagation pathway is equally usable.
  • This second embodiment is particularly well suited for the detection of liquids in bags that tend to change shape, e.g. due to lateral displacement, buckling, etc., with a change in volume.
  • the volume of a liquid in a flexible bag changes, it can wrinkle, buckle, shift, etc., which can have a disruptive effect on other measuring arrangements, since this can cause a wall of the container (namely the bag) to migrate relative to measuring devices such as sensors or antennas.
  • a measure for the volume of the liquid in the container B could be determined within a device 1 both at the same time or with a time delay from a channel state information item in each case. Both dimensions determined in this way can then be made available, e.g. for a plausibility check and/or a notification.
  • one or more antennas can also serve as transmitting and receiving antennas (e.g. for different spatial measurements in one embodiment or in a first measurement according to the first embodiment and in a second measurement according to the second embodiment) by a clever choice.
  • receiver RX and transmitter TX and/or the assigned antennas can be components of a WLAN device.
  • certain network chipsets allow channel state information determine or provide the data on which this determination is based.
  • An exemplary chipset is marketed as the Atheros chipset. Chip sets that make this information available can generally also be found in access points, such as WLAN-enabled routers and MIMO-enabled devices.
  • a chipset or a WLAN card that is capable of channel state information is also offered by Intel, for example.
  • a corresponding device 1 can thus be implemented in a particularly simple manner with a single computer as control unit C and two network interfaces which make it possible to determine a CTI value.
  • the distance between the first transmitting antenna ANT_TX1 and the first receiving antenna ANT_RX1 is at least 3/8 of the wavelength used for the high-frequency radiation to be emitted.
  • the distance between the first transmitting antenna ANT_TX1 and/or the first receiving antenna ANT_RX1 in relation to the container B is at least 3/8 of the wavelength used for the high-frequency radiation to be emitted.
  • the distance between the first transmitting antenna ANT_TX1 and the first receiving antenna ANT_RX1 is approximately four times the wavelength used for the high-frequency radiation to be emitted.
  • radio-frequency radiation, near-field communication system radiation or radiation of a frequency approved for use for industrial, scientific, medical, domestic or similar purposes other than radio use are selected.
  • Typical near-field communication systems are, for example, WLAN, Bluetooth (Low Energy), ZigBee, DECT (Ultra Low Energy) or their successor systems without being limited to a specific specification.
  • Typical frequencies permitted for use in industrial, scientific, medical, domestic or similar non-radio frequency applications are in the frequency ranges 433.05 MHz - 434.79 MHz, 902 MHz -928 MHz, 2.4 GHz - 2.5 GHz, 5.725 GHz - 5.875 GHz, 24 GHz - 24.25 GHz, 61 GHz - 61.5 GHz, 122 GHz - 123 GHz and 244 GHz - 246 GHz, but not limited to these.
  • high-frequency radiation with a frequency in the range from 2 GHz to 4 GHz, in particular 2.4 GHz, and in particular signals in the WLAN spectrum and/or according to the WLAN specification IEEE 802.11 IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802. ln as summarized in IEE 002-11-2020.
  • signals in the DECT spectrum, ZigBee or Bluetooth can also be used, i.e. signals from these transmission technologies can be used.
  • the container B is a bag. Bags are characterized by the fact that they are usually closed and the liquid can flow out of the bag / into the bag via a controlled opening. Furthermore, bags can change their external shape, e.g. when liquid is removed from container B. I.e. especially when a bag B provides a larger volume than a liquid in bag B requires, the outer shape can change under the influence of e.g. gravity.
  • Bags as container B represent a major challenge in determining the volume, but are easy to manage within the scope of the invention.
  • At least one transmitting antenna ANT_TX1 is attached to the container B or a receptacle H.
  • an antenna can be printed or glued on.
  • the antenna can then be contacted with the transmitter by means of a suitable contact device.
  • Providing an antenna on the container B or a receptacle H can be advantageous, for example, if the distance between the transmitting antenna and the container B or the liquid is to be small or defined.
  • at least one receiving antenna ANT_RX1 is attached to the container B or a receptacle H.
  • an antenna can be printed or glued on. The antenna can then be contacted with the transmitter by means of a suitable contact device.
  • Providing an antenna on the container B or a receptacle H can be advantageous, for example, if the distance between the receiving antenna and the container B or the liquid is to be small or defined.
  • the location of the attachment of such a transmitting antenna or receiving antenna can be selected, for example, based on the properties of the container B, for example in such a way that the liquid can be irradiated as independently as possible of the fill level of the liquid in the container B.
  • a transmitting antenna and a receiving antenna can be arranged at the bottom of the container B, respectively.
  • the container B has a flexible wall. It can then be provided that the device 1 for the measurement—as sketched in FIG.
  • the wall can be so high that a bag B full of liquid when it is in the receptacle H does not project beyond the wall.
  • the receptacle H can be designed as a rigid container, for example as a trough or drawer. It can be made of plastic, for example.
  • the base of the receptacle H can, for example, be selected such that a bag B filled with liquid can be inserted into the receptacle H.
  • the base area can be selected in such a way that a bag B fully filled with liquid touches the wall over approximately 50% of the wall area of the bag.
  • the base area can of course also be determined by other considerations. For example, it may be desirable that the basic dimensions of the base area, such as the diameter, do not fall below a certain size, for example at least one wavelength of the radiation used.
  • the receptacle H is designed as one or more spikes or rods onto which a bag can be hung.
  • a bag can have eyelets, for example, so that spikes or rods protrude through the corresponding eyelets when it is hung up.
  • the device 1 also has a receiving antenna ANT_H for determining background radiation.
  • the background radiation can also be determined using one or more existing receiving antennas. This is possible, for example, at times when the receiving antenna is not required for other types of measurements.
  • auxiliary antennas in particular with directional auxiliary antennas (possible both as transmitting and as receiving antenna), the proportion of the attenuation due to the free-space radiation can be determined very reliably, whereby a correcting parameter can be determined. If the influence of the free space damping is small, the determination can be dispensed with.
  • a transmission antenna (or several or all) ANT_TX1, ANT_TX2 can have a directional characteristic as an alternative to an omnidirectional characteristic.
  • a receiving antenna (or several or all) ANT_RX1, ANT_RX2, ANT_RX3, ANT_H can have a directional characteristic as an alternative to an omnidirectional characteristic.
  • Omnidirectional characteristics are provided by a rod antenna, for example.
  • Directional characteristics are exhibited, for example, by dipole-type antennas or panel antennas.
  • the invention can be used in many areas. However, the medical field is of particular importance. In the medical field there are numerous medical devices M in which a weight or a volume of a liquid is monitored, for example during a treatment.
  • a medical device M can measure the volume of a liquid in a container B which is supplied to or removed from a mammalian body or is a liquid in a secondary circuit for treating this liquid.
  • exemplary fluids delivered to a mammalian body include IV fluids, heparin, blood, saline, drugs for intravenous administration, parenteral nutrition, etc.
  • Exemplary fluids removed from a mammalian body include blood or urine.
  • the medical device M can be a dialysis device, the liquid being a liquid associated with dialysis, in particular dialysate.
  • the form of dialysis is not fixed, but can be, for example, kidney dialysis, especially in the form of hemodialysis, peritoneal dialysis, hemofiltration, hemodiafiltration and hemoperfusion, as well as liver dialysis, especially apheresis, single pass albumin dialysis, molecular adsorbents recirculation system , affect.
  • the medical device M is preferably a dialysis machine and the dialysis measures the volume of a liquid in one or more bags.
  • the dialysis machine is connected to a bag B for fresh dialysate and/or for used dialysate.
  • the dialysis machine M can determine the liquid balance during a treatment by measuring fresh and used dialysate.
  • a dialysis machine M has one or more receptacle(s) H, for example for hanging one or more containers B, for example bags—for example for dialysate—on its housing, for example on the lower edge, and a device 1 according to the invention for measurement of the volume of a liquid in such a way that the dialysis machine M can measure the volume of liquid in attached containers B by means of high-frequency radiation.
  • the antennas ANT_1 ... ANT_5 ... ANT_N of the device 1 can be suitably arranged. Different attachment locations in relation to a medical device M are shown schematically in FIGS.
  • the medical device M has, for example, an optional display SC (eg a (flat) screen) on which the results relating to one or more volume measurements, eg current volume, volume change, volume flow, etc. can be displayed.
  • the optional display SC can also provide a user interface with which, for example, a measurement can be initiated manually by the device 1 .
  • Several recording(s) H_1, H_2, H_3_ H_4 are shown in the figures. However, only one recording H or even more recordings can be provided. Likewise, instead of one container B, several containers B can also be provided.
  • the antennas ANT_1 . . . ANT_4 can also be arranged on the underside of the medical device M, as shown in FIGS. 7a-7c. However, this does not exclude other arrangements. For example, as shown in FIGS. 8a-8c, the antennas can also be distributed. While ANT_1 is arranged more centrally on the front, the antennas ANT_2 and ANT_3 can be arranged distributed on the underside, for example. In Figure 9a-9c, for example, antenna ANT_1 is offset from antennas ANT_2 ... ANT_4.
  • the function of the antennas ANT_1 ... ANT_5 ... ANT_N of the device 1, i.e. as a transmitting antenna and/or as a receiving antenna, can be suitably selected.
  • the medical device of Figures 6-9 can be a dialysis treatment machine
  • Container B is typically a 5L plastic canister.
  • a typical liquid stored in such a container B is a concentrate for dialysis treatment.
  • the liquids contain acetates or bicarbonates.
  • the measure for the volume of the liquid in the container B is determined using a large number of individual measurements, e.g. several 10 thousand measurements, for example 27 thousand measurements. For example, a large number of data packets can be sent and received.
  • the associated parameters such as the channel state information, can themselves represent an averaged value or, if necessary, be averaged themselves.
  • the measuring arrangements of transmitting antenna(s) and receiving antenna(s) are present multiple times.
  • a first arrangement could consist of the transmitting antennas ANT_TX1, ANT_TX2 and the receiving antenna ANT_RX1, while a second arrangement, shown as a mirror image, consists of the transmitting antennas ANT_TX3, ANT_TX4 and the receiving antenna ANT_RX2.
  • a predetermined bit sequence is sent via an HF signal from a transmitter TX to a receiver RX.
  • the receiver can thereby determine channel state information.
  • the HF signal is aimed at the container B and in the container B there is a quantity to be determined.
  • the receiver RX receives a reflection or a transmission of the transmitted HF signal.
  • one or more errors and/or error parameters is/are now evaluated.
  • the errors and/or error parameters obtained in this way can then be compared with one or more training parameters in step S600 and thus evaluated.
  • This method is particularly suitable for digital measured values.
  • it can be used to compare a bit error rate related to one (or more) bit sequence(s) with a bit error rate from a training sequence.
  • the measure of the bit error rate can be derived from a channel quality indicator, for example.
  • the known bit sequence can be a training sequence. If, for example, an implementation similar to ping is used on the application layer (in the ISO/OSI layer model), this is particularly easy to represent.
  • the training parameters can also be determined beforehand in embodiments of the invention.
  • the method includes the transmission S20s of the specified bit sequence via an HF signal to determine channel state information, with the signal being aimed at the container B and with a previously known quantity being located in the container B.
  • a reflection or a transmission of the transmitted HF signal is received and at least one training parameter for the comparison of errors and/or error parameters can then be determined in step S500.
  • training parameter determination can be made on each individual device, e.g. "calibrated" with previously known filling levels, or training parameters of a reference device can be stored in the respective devices. These can then be stored, e.g. in the form of a look-up table and be renewed or supplemented if necessary. For this purpose, the corresponding data can be made available, e.g.
  • a method can also be specified for analog measured values.
  • a step S20s a first part of an analog HF signal is sent to determine channel state information, the signal being directed to the container (B) and the container (B) containing a quantity to be determined.
  • a reflection or a transmission of the transmitted RF signal is also received in step S20s.
  • errors and/or error parameters are evaluated in order to compare them with at least one training parameter in step S600.
  • the training parameters can also be determined in embodiments of the invention as before.
  • the method includes the sending S20s of the first part of an analog HF signal to determine channel state information, the signal being directed to the container B and the container B containing a previously known quantity.
  • step S20s a reflection or a transmission of the transmitted HF signal is received and then in step S500 at least one training parameter for the comparison of errors and/or error parameters is determined.
  • a training parameter determination can be carried out on each individual device, e.g. "calibrated" with previously known filling levels, or training parameters of a reference device can be stored in the respective devices.
  • container B eg QR-coded, or readable via an RFID chip, or via a link / a software update.
  • Both individual values and a large number of values can be processed in the respective steps.
  • a large number of values can first be combined and then a comparison with training parameters can be carried out from the combined values, or a comparison with training parameters can be carried out for the individual values and the respective comparisons can be combined.
  • Mixed forms can obviously also be provided.
  • a certain number (e.g. 100) of similar parameters can be recorded and processed, e.g. determined, in a predetermined period of time (e.g. 1 second). If a predetermined number (e.g. 95 or 95%) leads to the same / similar result / classification, the evaluation can be assumed to be reliable.
  • a sliding window can also be used. That is, older results/classifications fall out of the window as soon as new results/classifications are processed. In this respect, a window provides a summary of a large number of values. If the required equality/similarity then occurs, the result/classification can be assumed to be safe. For example, it can be assumed that the values are of the same type if they are within a range of +/- 5% of the (moving) mean value.
  • the parameter can be, for example, the CSI value (complex, scalar, etc.) or also a bit sequence, in particular a (wireless) data packet.
  • the data packet can also only contain the payload data and/or describe individual or multiple header data of a data packet in a transmission frame.
  • a medical device that already has appropriate high-frequency devices for communication purposes can receive radiation that is used for communication purposes "parasitically" by means of an antenna in which the radiation was transmitted through the container, and/or the high-frequency devices can be used in non-communication phases
  • a certain number of HF signals are interspersed in the communication regularly/irregularly/if required.It can also be provided that beamforming is selective is switched on or off for the measurements.
  • a medical treatment device has a WLAN communication device, which is intended for the general data communication of the device.
  • the electromagnetic radiation in normal operation was considered permissible for the intended use and the entire device is approved.
  • a configuration of antennas and transmission/reception capabilities e.g. CSI
  • the communication could be used in addition to its general communication purpose in addition to determining the quantity of a fluid according to the present technical solution. Costs are particularly advantageous here, because one device can fulfill two tasks. Depending on the communication requirements, communication and quantity determination can take place simultaneously or alternately.
  • the transmission S20s of a second part of the (analog) HF signal for determining channel state information is made possible via a previously known channel RP to a reference receiver RX.
  • the previously known channel RP can be a wired interface, with part of the HF signal being routed through an antenna through a signal splitter before it is emitted, with the second part being routed directly to the reference receiver RX.
  • the second part can also be the subject of an attenuation via an attenuator in order to return the signal which can be expected at the receiver to the appropriate signal level.
  • the emitted RF signal from a Antenna is radiated in such a way that a part is (directly) radiated onto an antenna for the reference receiver RX while another part is directed towards the container B.
  • the part radiated onto the antenna for the reference receiver RX can be provided, for example, by a side lobe of an antenna, while the main lobe is directed onto the container B.
  • a reference signal can be made available as a result of this refinement. This is particularly advantageous when the evaluation of phase information is desired or required. That is, the invention can thus also be used in cases where an unknown phase rotation could otherwise occur.
  • the method can also include the transmission in step S20s of a second part of the (analog) HF signal to determine channel state information, via a previously known channel RP to a reference receiver RX to determine a phase training parameter and the transmission S20s a second part of the analog HF signal for determining channel state information, via a previously known channel to a reference receiver RX for comparing errors and/or error parameters with at least the phase training parameter.
  • the steps can be run through multiple times in all of the embodiments, with a comparison of errors and/or error parameters with at least one training parameter only being carried out if a predeterminable confidence criterion is met.
  • the confidence criterion can be met if either a predetermined number of errors and/or error parameters of the same type was determined and/or a predetermined number of errors and/or error parameters were pre-classified.
  • an error parameter and/or a training parameter can be classified prior to an evaluation or determination.
  • an error parameter and/or a training parameter can be determined on the basis of a multiplicity of essentially consecutive values.
  • an error parameter and/or a training parameter can be classified by means of a random forest method before an evaluation or determination.
  • Random Forest is preferred.
  • Other methods such as deep neural nets, boosted tree, linear regression, which enable continuous regression of the fill levels to be determined, or supported vector machines, in particular as a classification algorithm for discrete, previously known fill levels, are not excluded by this.
  • Random Forest can be easily implemented in Python.
  • the practical implementation is simpler than Deep Neural, for example, and requires less computing effort.
  • a linear regression can be advantageous when the container B deforms uniformly. However, if the containers B tend to fold, for example, the linear regression can reach its limits.
  • Supported Vector Machines Unlike Supported Vector Machines, little memory is required. In addition, Supported Vector Machines require complex adjustments.
  • step S100 can stand for the reading out of analog/digital values, for example a CSI value. Such values can be read out directly from some chipsets, for example.
  • a ping command for example, can be used as a signal, which leads to a periodic signal output.
  • This value which is present in a machine-readable format, for example, can be converted into an optional different format, for example a decimal format, in a step S200. This can be done with appropriate Matlab or C routines, for example.
  • Filtering or pre-processing can take place in an optional step S300. For example, in the case of a large number of values that are recorded in a short time, those values can be excluded that deviate from the mean beyond a certain confidence interval. In this way, any measurement errors, e.g. caused by interference, can be filtered out. On the other hand, it is also possible to carry out phase adjustments and/or normalizations.
  • step S400 a decision can then be made about a classification or about a training. If the value is required for training, it can be supplied to the training process in step S500. Otherwise, the value can be supplied to the determination in step S600.
  • This method is expanded somewhat in FIG. 11 because it enables triggering.
  • step S10 it is checked whether a trigger is present. If there is no trigger, the method loops back until a trigger is present.
  • step S20 the sending (on the side of the transmitter TX) or / receiving (on the side of the receiver RX) is initiated in step S20.
  • step S3O it is checked whether an HF signal or a bit sequence is present. If this is not the case, the method returns until an HF signal or a bit sequence is present.
  • the triggered version shows a reduction in interference that could occur, for example, when using devices of the same type in close proximity.
  • a measurement can be controlled (both switching on and switching off) by other devices / alarm conditions / users, for example.
  • the energy consumption as well as possible disturbances of other devices can be minimized.
  • the advantage here is that the amount of liquid to be determined usually changes only slowly, so that, for example, triggering every 5 - 60 seconds can be completely sufficient.
  • step S100 can stand for reading out CSI values (complex, or amplitude and phase, scalar). Such values can be read out directly from some chipsets, for example.
  • a ping command for example, can be used as a signal, which leads to a periodic signal output.
  • this CSI value which is present, for example, in a machine-readable format, can be converted into another format, for example a (decimal) format that is easier to process/read. This can be done with the appropriate Matlab or C routines, for example.
  • Filtering or pre-processing can take place in an optional step S300. For example, phase adjustments and/or normalizations can be made.
  • step S400 a decision can then be made about a classification or about a training. If the value is required for training, it can be supplied to the training process in step S500. Otherwise, the value can be supplied to the determination in step S600. The determination is then based on previously obtained training schedules. In FIG. 11, after the start in step S10, it can be checked whether a trigger is present. If there is no trigger, the method loops back until a trigger is present.
  • step S20s the transmission is initiated in step S20s (on the part of the transmitter TX) and/or reception (on the part of the receiver RX) in step S20.
  • step S30 it is checked whether an HF signal or a bit sequence is present. If this is not the case, the method returns until an HF signal or a bit sequence is present.
  • a device for performing one of the methods described above in particular a medical device M, having a receptacle or a connecting element for a container B, further having at least one control unit C, a transmitter TX, at least one first transmitting antenna ANT_TX1 and at least one second Transmitting antenna ANT_TX2, at least one first receiving antenna ANT_RX1 and a receiver RX, the control unit C being set up (by programming) to carry out a method according to one of the preceding descriptions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter (B), aufweisend die Schritte: - Senden (S20s) einer vorgegebenen Bitsequenz über ein HF-Signal zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter (B) eine zu bestimmende Menge befindlich ist, - Empfangen (S20) einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals, - Auswertung von Fehlern und/oder Fehlerparametern, - Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter (B), aufweisend die Schritte: - Senden (S20s) eines ersten Teils eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter (B) eine zu bestimmende Menge befindlich ist, - Empfangen (20) einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals, - Auswertung von Fehlern und/oder Fehlerparametern, - Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren.

Description

Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter und Vorrichtung hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bekannt, Volumina einer Flüssigkeit mittels eines Messgefäßes zu messen. Allerdings ist das Umfüllen von Flüssigkeiten in ein Messgefäß nicht immer praktikabel. Beispielsweise gibt es Flüssigkeiten, die beim Umfüllen ausgasen oder bei denen ein Teil des Messgutes verdampft. Andere Flüssigkeiten können mit Umgebungsgasen reagieren. Wiederum andere Flüssigkeiten sollen aus hygienischen Gründen mit so wenig anderen Materialien in Kontakt kommen als möglich.
Ebenso ist es bekannt, Volumina bei einer bekannten Dichte mittels Messung des Gewichtes zu bestimmen. Bei einer solchen Messung muss aber dann auch das Gewicht des Behältnisses, in dem sich die Flüssigkeit befindet, bekannt sein. Ist dieses nicht im Vorhinein bekannt, kann eine Volumenbestimmung erst nach Entleerung der Flüssigkeit bzw. nur als Differenzmessung erfolgen. Dies ist häufig nachteilig. Zudem zeigt sich, dass Wiegevorrichtungen vergleichsweise teuer und aufwändig konstruiert sind.
Aufgabe
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und/oder kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, mit der Flüssigkeiten in Behältnissen, insbesondere in flexiblen Behältnissen, bestimmt werden können. Bevorzugt soll die Messung dabei zeitnah, insbesondere in Echtzeit, ermöglicht werden. Kurzdarstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter, aufweisend die Schritte:
• Senden einer vorgegebenen Bitsequenz über ein HF-Signal zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter gerichtet ist und wobei in dem Behälter eine zu bestimmende Menge befindlich ist,
• Empfangen einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals,
• Auswertung von Fehlern und/oder Fehlerparametern,
• Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter, aufweisend die Schritte:
• Senden eines ersten Teils eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter gerichtet ist und wobei in dem Behälter eine zu bestimmende Menge befindlich ist,
• Empfangen einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals,
• Auswertung von Fehlem und/oder Fehlerparametern,
• Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche, der Figuren und der Beschreibung.
Kurzdarstellung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
Figur 1 eine schematische Übersicht von Elementen in Ausführungsformen der Erfindung, Figur 2 eine schematische Anordnung von Antennen in Bezug auf das Behältnis gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 3 eine schematische Anordnung von Antennen in Bezug auf das Behältnis gemäß alternativen oder zusätzlichen Aspekten in Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 4 eine schematische Anordnung von Antennen in Bezug auf das Behältnis gemäß alternativen oder zusätzlichen Aspekten in Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 5 eine schematische Anordnung von Antennen in Bezug auf das Behältnis gemäß alternativen oder zusätzlichen Aspekten in Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 6a-9c schematische Darstellungen von möglichen Ausgestaltungen in Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 10 einen schematischen Ablaufplan gemäß Aspekten der Erfindung und
Fig. 11 einen weiteren schematischen Ablaufplan gemäß Aspekten der Erfindung.
Ausführliche Darstellung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar. Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1% bis zu +/- 10 %.
Nachfolgend werden wir insbesondere auf die Figur 1 Bezug nehmen, in der eine schematische Übersicht von Elementen in Ausführungsformen der Erfindung gezeigt ist. D.h. nicht alle dargestellten Elemente sind für die erfindungsgemäße Lösung notwendig.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung 1 zur Messung von Volumina einer Flüssigkeit in einem Behältnis B mittels Messung einer abgegeben hochfrequenten Strahlung zur Verfügung gestellt. Hochfrequent im Sinne der Erfindung betrifft z.B. Strahlung in den ISM-Bändern, Stählung im Bereich von 1,8 GHz -1,9 GHz, 2,4 GHz - 2,5 GHz, 5,1 GHz - 5,8 GHz und ganz allgemein Strahlung aus dem Frequenzbereich von circa 26 MHz bis circa 6 GHz.
Die Vorrichtung 1 weist eine Steuereinheit C, einen Sender TX, zumindest eine erste Sendeantenne ANT_TX1 und zumindest eine zweite Sendeantenne ANT_TX2, zumindest eine erste Empfangsantenne ANT_RX1 und einen Empfänger RX auf. Eine solche Anordnung ist schematisch in Figur 2 dargestellt.
Der Sender TX ist eingerichtet im Betrieb hochfrequente Strahlung abzugeben. Die Strahlung kann moduliert auf einer oder mehreren Frequenzen sein. Die hochfrequente Strahlung trägt digitale Datenpakete.
Die erste Sendeantenne ANT_TX1 und die zweite Sendeantenne ANT_TX2 sind dazu eingerichtet im Betrieb die hochfrequente Strahlung abzugeben, sodass Strahlung zum Behältnis B gelangen kann.
Die Empfangsantenne ANT_RX1 wiederum ist eingerichtet im Betrieb hochfrequente vom Behältnis B reflektierte Strahlung aufzunehmen.
D.h. die Vorrichtung 1 weist eine vorbestimmte Anordnung von Sendeantenne(n), Behältnis B und Empfängerantenne(n) auf. Der Empfänger RX ist eingerichtet im Betrieb die von der Empfangsantenne ANT_RX1 aufgenommene hochfrequente Strahlung aufzunehmen.
Die Steuereinheit C ist dazu eingerichtet den Sender TX so anzusteuern, dass der Sender TX hochfrequente Strahlung abgibt. D.h. durch die Steuerung wird der Sender TX zur kontrollierten Abgabe von hochfrequenter Strahlung (über eine oder mehrere Antennen) (auf einer oder mehreren Frequenzen) veranlasst.
Die Steuereinheit C ist weiter dazu eingerichtet, die vom Empfänger RX (über eine oder mehrere Antennen) (auf einer oder mehreren Frequenzen) aufgenommene hochfrequente Strahlung auf Basis empfangener digitaler Datenpakete dahingehend auszuwerten, dass ein Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B ermittelt wird.
Bevorzugt wird dabei das Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B aus einer Channel State Information ermittelt.
Eine Channel State Information wird in vielen drahtlosen (digitalen) Kommunikationssystemen dazu verwendet die Eigenschaften eines Kommunikationskanals zu charakterisieren. Die Channel State Information spiegelt damit Eigenschaften entlang des Propagationsweges wider, die z.B. durch Streuung, Dämpfung, Leistungsabfall infolge Abstandes, etc. beeinflusst werden.
Mittels Auswertung einer Channel State Information können z.B. Anhaltspunkte gewonnen werden, wie Sendeeigenschaften geändert werden sollten, sodass bei gegebenen Kanaleigenschaften eine sichere Verbindung mit vorgewählten Eigenschaften (wie z.B. Erreichen einer bestimmten Datenrate) ermöglicht werden kann. Auf diese Anpassbarkeit mit dem Ziel einer sicheren Verbindung kommt es in der Erfindung jedoch nicht an. Für die Erfindung ist lediglich die Beschreibung der Eigenschaft des Propagationsweges von Interesse. Insofern sind andere Informationen, die in ähnlicher Weise die Eigenschaften des Propagationsweges widerspiegeln, in gleicher Weise verwendbar. Die Erfindung nutzt die Veränderung von Channel State Information Datenpaketen bei der Propagation des Signals, insbesondere beim Durchgang durch Flüssigkeiten, aus: Bestimmte Pakete zeigen Fehler nach dem Durchlaufen einer Flüssigkeit. Die Kenntnis der Fehlerentstehung entlang der Signalpropagation wird zur Ermittlung des Flüssigkeitsvolumens herangezogen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann die Anordnung wie in Figur 2 so angeordnet sein, dass die Verbindungslinien zwischen den verwendeten Sendeantennen ANT_TX1 und ANT_TX2 in Bezug auf das Behältnis B einen Winkel von 1° bis zu 180°, bevorzugt 30° bis 90° bilden.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung 1 zur Messung von Volumina einer Flüssigkeit in einem Behältnis B mittels Messung einer abgegeben hochfrequenten Strahlung zur Verfügung gestellt.
Die Vorrichtung 1 weist wiederum eine Steuereinheit C, einen Sender TX, zumindest eine erste Sendeantenne ANT_TX1 und zumindest eine zweite Sendeantenne ANT_TX2, zumindest eine erste Empfangsantenne ANT_RX1 und eine zweite Empfangsantenne ANT_RX2 und einen Empfänger RX auf. Eine solche Anordnung ist schematisch in Figur 5 dargestellt.
Der Sender TX ist dazu eingerichtet im Betrieb hochfrequente Strahlung abzugeben. Die Strahlung kann moduliert auf einer oder mehreren Frequenzen sein. Die hochfrequente Strahlung trägt digitale Datenpakete.
Die erste Sendeantenne ANT_TX1 und die zweite Sendeantenne ANT_TX2 sind eingerichtet im Betrieb die hochfrequente Strahlung abzugeben, sodass Strahlung zum Behältnis B gelangen kann.
Die erste Empfangsantenne ANT_RX1 ist dazu eingerichtet im Betrieb hochfrequente, vom Behältnis B reflektierte, Strahlung aufzunehmen.
Die zweite Empfangsantenne ANT_RX2 hingegen ist dazu eingerichtet im Betrieb hochfrequente, vom Behältnis B transmittierte Strahlung aufzunehmen. D.h. die Vorrichtung 1 weist eine vorbestimmte Anordnung von Sendeantenne(n), Behältnis B und Empfängerantenne(n) auf.
Die Steuereinheit C ist dazu eingerichtet den Sender so anzusteuern, dass der Sender TX hochfrequente Strahlung abgibt. D.h. durch die Steuerung wird der Sender TX zur kontrollierten Abgabe von hochfrequenter Strahlung (über eine oder mehrere Antennen) (auf einer oder mehreren Frequenzen) veranlasst.
Die Steuereinheit C ist weiterhin dazu eingerichtet, die vom Empfänger RX aufgenommene hochfrequente Strahlung auf Basis empfangener digitaler Datenpakete dahingehend auszuwerten, dass ein Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B ermittelt wird.
Bevorzugt wird dabei das Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B aus einer Channel State Information ermittelt.
Eine Channel State Information wird in vielen drahtlosen Kommunikationssystemen dazu verwendet die Eigenschaften eines Kommunikationskanals zu charakterisieren. Die Channel State Information spiegelt damit Eigenschaften entlang des Propagationsweges wider, die z.B. durch Streuung, Dämpfung, Leistungsabfall infolge Abstandes, etc. beeinflusst werden. Die Channel State Information ist dabei zu unterscheiden von dem weniger aussagekräftigen RSSI (Received Signal Strength Indicator).
Mittels Auswertung einer Channel State Information können z.B. Anhaltspunkte gewonnen werden, wie Sendeeigenschaften geändert werden sollten, sodass bei gegebenen Kanaleigenschaften eine sichere Verbindung mit vorgewählten Eigenschaften (wie z.B. Erreichen einer bestimmten Datenrate) ermöglicht werden kann. Die Erfindung nutzt die Veränderung von Channel State Information Datenpaketen bei der Propagation des Signals, insbesondere beim Durchgang durch Flüssigkeiten, aus: Bestimmte Pakete zeigen Fehler nach dem Durchlaufen einer Flüssigkeit. Die Kenntnis der Fehlerentstehung entlang der Signalpropagation wird zur Ermittlung des Flüssigkeitsvolumens herangezogen. Auf diese Anpassbarkeit zur Erreichung einer sicheren Verbindung kommt es in der Erfindung jedoch nicht an. Für die Erfindung ist lediglich die Beschreibung der Eigenschaft des Propagationsweges von Interesse. Insofern sind andere Informationen, die in ähnlicher Weise die Eigenschaften des Propagationsweges widerspiegeln, in gleicher Weise verwendbar.
Diese zweite Ausführungsform ist besonders gut für die Erkennung von Flüssigkeiten in Beuteln geeignet, die bei einer Volumenänderung zur Änderung der Form, z.B. durch seitliche Verschiebung, Beulen, etc., neigen. Bei der Änderung des Volumens einer Flüssigkeit in einem flexiblen Beutel kann es zu Knittern, Beulen, Verlagerungen etc. kommen, was einen störenden Einfluss auf andere Messanordnungen haben kann, da dies zu einem Wandern einer Wand des Behältnisses (nämlich des Beutels) relativ zu Messeinrichtungen wie Sensoren oder Antennen führen kann.
Obwohl vorstehend die Vorrichtungen 1 getrennt beschrieben wurden, kann es vorgesehen sein, dass beide Ausführungsformen in einer gemeinsamen Vorrichtung bereitgestellt werden. Somit könnte innerhalb einer Vorrichtung 1 auf unterschiedlichen Messprotokollen aufbauend sowohl zeitgleich oder auch zeitversetzt ein Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B aus jeweils einer Channel State Information ermittelt werden. Beide so ermittelten Maße können dann z.B. für eine Plausibilitätsprüfung und/oder eine Mitteilung zur Verfügung gestellt werden. Es sei angemerkt, dass durch eine geschickte Wahl auch eine oder mehrere Antennen als Sende- und Empfangsantenne (z.B. für unterschiedliche räumliche Messungen in einer Ausführungsform oder in einer ersten Messung gemäß der ersten Ausführungsform und in einer zweiten Messung gemäß der zweiten Ausführungsform) dienen können.
D.h. aufgrund einer vorgegebenen Struktur kann in besonders einfacher Weise bei allen Ausführungsformen das Volumen in einem Behältnis B berührungsfrei gemessen werden.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann dafür z.B. konventionelle Hardware, wie sie sich z.B. bei WLAN-Geräten vorfinden lässt, verwendet werden. Hierdurch können besonders kostengünstige Vorrichtungen 1 zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können Empfänger RX und Sender TX und/oder die zugeordneten Antennen Komponenten eines WLAN-Gerätes sein. Es ist bekannt, dass z.B. bestimmte Netzwerkchipsätze es ermöglichen, eine Channel State Information zu bestimmen bzw. die Daten, die dieser Bestimmung zu Grunde liegen, zur Verfügung stellen. Ein beispielhafter Chipsatz wird als Atheros-Chipsatz vertrieben. Chipsätze, die diese Information zur Verfügung stellen, sind in aller Regel auch in Zugangspunkten (Access Points), wie z.B. WLAN-fähigen Routern und MIMO-fähigen Geräten zu finden. Ein Chipsatz bzw. eine WLAN-Karte, die zu einer Channel-State-Information fähig ist, wird beispielsweise auch von Intel angeboten.
Besonders einfach kann damit mit einem einzigen Rechner als Steuereinheit C und zwei Netzwerkschnittstellen, die die Ermittlung eines CTI-Wertes ermöglichen, eine entsprechende Vorrichtung 1 realisiert werden.
In Ausführungsformen der Erfindung ist optional vorgesehen, dass der Abstand zwischen der ersten Sendeantenne ANT_TX1 und der ersten Empfangsantenne ANT_RX1 zumindest 3/8 der verwendeten Wellenlänge der abzugebenden hochfrequenten Strahlung beträgt.
In Ausführungsformen der Erfindung ist weiter optional vorgesehen, dass der Abstand zwischen der ersten Sendeantenne ANT_TX1 und/oder der ersten Empfangsantenne ANT_RX1 in Bezug auf das Behältnis B zumindest 3/8 der verwendeten Wellenlänge der abzugebenden hochfrequente Strahlung beträgt.
In Ausführungsformen der Erfindung ist optional vorgesehen, dass der Abstand zwischen der ersten Sendeantenne ANT_TX1 und der ersten Empfangsantenne ANT_RX1 etwa das 4-fache der verwendeten Wellenlänge der abzugebenden hochfrequenten Strahlung beträgt.
Weiterhin ist in Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, dass die hochfrequente Strahlung, Strahlung eines Nahfeldkommunikationssystems oder Strahlung einer Frequenz, die zur Nutzung für industrielle, wissenschaftliche, medizinische, häusliche oder ähnliche Zwecke, die nicht Funkanwendung sind, zugelassen sind, ausgewählt sind. Typische Nahfeldkommunikationssysteme sind z.B. WLAN, Bluetooth (Low Energy), ZigBee, DECT (Ultra Low Energy) oder deren Nachfolgesysteme ohne hierbei auf eine bestimmte Spezifikation beschränkt zu sein. Typische Frequenzen, die zur Nutzung für industrielle, wissenschaftliche, medizinische, häusliche oder ähnliche Zwecke, die nicht Funkanwendung sind, zugelassen sind, sind in den Frequenzbereichen 433,05 MHz - 434,79 MHz, 902 MHz -928 MHz, 2,4 GHz - 2,5 GHz, 5,725 GHz - 5,875 GHz, 24 GHz - 24,25 GHz, 61 GHz - 61,5 GHz, 122 GHz - 123 GHz als auch 244 GHz - 246 GHz zu finden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird jedoch auf hochfrequente Strahlung mit einer Frequenz aus dem Bereich 2 GHz bis 4 GHz, insbesondere 2,4 GHz und insbesondere auf Signale im WLAN- Spektrum und/oder gemäß WLAN-Spezifikation IEEE 802.11 IEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802. lln entsprechend der Zusammenfassung in IEE 002-11-2020 zurückgegriffen. Alternative oder zusätzlich kann auch auf Signale im DECT-Spektrum, ZigBee oder Blueetooth zurückgegriffen werden, d.h. Signale dieser Übertragungstechniken verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Behältnis B ein Beutel. Beutel zeichnen sich dadurch aus, dass diese in aller Regel geschlossen sind und über eine kontrollierte Öffnung die Flüssigkeit aus dem Beutel / in den Beutel strömen kann. Weiterhin können Beutel ihre äußere Form ändern, z.B. wenn Flüssigkeit aus dem Behältnis B entnommen wird. D.h. insbesondere dann, wenn eine Beutel B ein größeres Volumen zur Verfügung stellt als eine Flüssigkeit im Beutel B benötigt, wird sich die äußere Form unter Einfluss von z.B. der Schwerkraft verändern können.
Beutel als Behältnis B stellen eine große Herausforderung an die Volumenbestimmung dar, sind jedoch im Rahmen der Erfindung leicht zu bewältigen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine Sendeantenne ANT_TX1 auf dem Behältnis B oder einer Aufnahme H angebracht. Beispielsweise kann eine Antenne aufgedruckt oder aufgeklebt sein. Mittels einer geeigneten Kontakteinrichtung kann die Antenne dann mit dem Sender kontaktiert werden. Eine Bereitstellung einer Antenne auf dem Behältnis B oder einer Aufnahme H kann z.B. von Vorteil sein, wenn der Abstand zwischen der Sendeantenne und dem Behältnis B bzw. der Flüssigkeit gering bzw. definiert sein soll. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine Empfangsantenne ANT_RX1 auf dem Behältnis B oder einer Aufnahme H angebracht. Beispielsweise kann eine Antenne aufgedruckt oder aufgeklebt sein. Mittels einer geeigneten Kontakteinrichtung kann die Antenne dann mit dem Sender kontaktiert werden. Eine Bereitstellung einer Antenne auf dem Behältnis B oder einer Aufnahme H kann z.B. von Vorteil sein, wenn der Abstand zwischen der Empfangsantenne und dem Behältnis B bzw. der Flüssigkeit gering bzw. definiert sein soll.
Der Ort der Anbringung einer solchen Sendeantenne bzw. Empfangsantenne kann z.B. anhand von Eigenschaften des Behältnisses B gewählt sein, z.B. so, dass z.B. möglichst unabhängig vom Füllstand der Flüssigkeit im Behältnis B die Flüssigkeit durchstrahlt werden kann. Z.B. kann eine Sendeantenne bzw. eine Empfangsantenne am Boden des Behältnisses B angeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Behältnis B eine flexible Wandung auf. Dann kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 1 zur Messung - wie in Figur 1 skizziert - eine Aufnahme H mit einer starren Wandung aufweist, sodass das Behältnis B in einem gefüllten Zustand seitlich an der Aufnahme H anliegt.
Beispielsweise kann die Wandung so hoch sein, dass ein voll mit Flüssigkeit gefüllter Beutel B, wenn er in der Aufnahme H befindlich ist, nicht über die Wandung hinaussteht. Beispielsweise kann die Aufnahme H als starres Behältnis, beispielsweise als Wanne oder Schublade, gestaltet sein. Sie kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein.
Die Grundfläche der Aufnahme H kann z.B. so gewählt sein, dass ein voll mit Flüssigkeit gefüllter Beutel B in die Aufnahme H eingeführt werden kann. Dabei kann die Grundfläche so gewählt sein, dass ein voll mit Flüssigkeit gefüllter Beutel B die Wandung auf etwa 50 % der Wandfläche des Beutels berührt.
Die Grundfläche kann natürlich auch durch andere Überlegungen bestimmt sein. So kann z.B. es wünschenswert sein, dass Basisgrößen der Grundfläche, wie z.B. der Durchmesser, eine bestimmte Größe, z.B. mindestens eine Wellenlänge der verwandten Strahlung nicht unterschreiten. In einer Ausführungsform ist die Aufnahme H als einer oder mehrere Dorne oder Stäbe gestaltet, auf die ein Beutel aufgehängt werden kann. Hierbei kann ein Beutel beispielsweise Ösen aufweisen, sodass beim Aufhängen Dorne bzw. Stäbe durch jeweils korrespondierende Ösen ragen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung 1 weiterhin eine Empfangsantenne ANT_H zur Bestimmung einer Hintergrundstrahlung auf. Die Hintergrundstrahlung kann auch mittels einer oder mehrerer bereits vorhandenen Empfangsantennen ermittelt werden. Dies ist z.B. möglich in Zeiten, in denen die Empfangsantenne nicht für Messungen anderer Art benötigt wird.
Mit Hilfsantennen, insbesondere mit gerichteten Hilfsantennen (sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne möglich), kann z.B. sehr zuverlässig der Anteil der Dämpfung durch die Freiraumausstrahlung bestimmt werden, wodurch ein korrigierender Parameter bestimmt werden kann. Ist der Einfluss der Freiraumdämpfung gering, kann auf die Bestimmung verzichtet werden.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann eine Sendeantenne (oder mehrere oder alle) ANT_TX1, ANT_TX2 eine Richt-Charakteristik alternativ zu einer Rundstrahl-Charakteristik aufweisen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung kann eine Empfangsantenne (oder mehrere oder alle) ANT_RX1, ANT_RX2, ANT_RX3, ANT_H eine Richt-Charakteristik alternativ zu einer Rundstrahl- Charakteristik aufweisen.
Rundstrahl-Charakteristik wird beispielsweise von einer Stabantenne zur Verfügung gestellt. Richtcharakteristik wird beispielsweise von dipolartigen Antennen oder Panelantennen aufgewiesen.
Die Erfindung ist in vielen Bereichen verwendbar. Von besonderer Bedeutung ist jedoch der medizinische Bereich. Im medizinischen Bereich finden sich zahlreiche medizinische Geräte M, bei denen ein Gewicht oder ein Volumen einer Flüssigkeit z.B. während einer Behandlung, überwacht wird.
Beispielsweise kann ein medizinisches Gerät M das Volumen einer Flüssigkeit in einem Behältnis B messen, das einem Körper eines Säugetieres zugeführt oder von einem Körper eines Säugetieres abgeführt wird oder eine Flüssigkeit in einem Sekundärkreislauf zur Behandlung dieser Flüssigkeit ist. Beispielhafte Flüssigkeiten, die einem Körper eines Säugetieres zugeführt werden, sind z.B. Infusionen, Heparin, Blut, Kochsalzlösungen, Medikamente zur intravenösen Verabreichung, parenterale Ernährung, etc. Beispielhafte Flüssigkeiten, die von einem Körper eines Säugetieres abgeführt werden, sind Blut oder Urin.
Insbesondere kann das medizinische Gerät M eine Dialysevorrichtung sein, wobei die Flüssigkeit eine Flüssigkeit in Zusammenhang mit einer Dialyse, insbesondere Dialysat, ist. Dabei ist die Dialyseform nicht festgelegt, sondern kann z.B. die Nierendialyse, insbesondere in der Form der Hämodialyse, der Peritonealdialyse, der Hämofiltration, der Hämodiafiltration und der Hämoperfusion, als auch die Leberdialyse, insbesondere die Apherese, Single Pass Albumin Dialysis, Molecular Adsorbents Recirculation System, betreffen.
Bevorzugt ist das medizinische Gerät M eine Dialysemaschine und die Dialyse misst das Volumen einer Flüssigkeit in einem oder mehreren Beuteln. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dialysemaschine mit einem Beutel B für frisches Dialysat und/oder für gebrauchtes Dialysat verbunden. Die Dialysemaschine M kann die Flüssigkeitsbilanz während einer Behandlung durch die Messung von frischem und verbrauchtem Dialysat ermitteln. In einer weiterführenden Ausführungsform weist eine Dialysemaschine M eine oder mehrere Aufnahme(n) H z.B. zum Hängen, von einem oder mehreren Behältnissen B, z.B. Beuteln - z.B. für Dialysat - an ihrem Gehäuse, beispielweise an der Unterkante, und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Messung des Volumens einer Flüssigkeit derart auf, dass die Dialysemaschine M mittels hochfrequenter Strahlung das Flüssigkeitsvolumen in angehängten Behältnissen B messen kann. Hierbei können die Antennen ANT_1 ... ANT_5 ... ANT_N der Vorrichtung 1 geeignet angeordnet sein. In den Figuren 6 bis 9 sind dazu schematisch unterschiedliche Anbringungsorte in Relation zu einem medizinischen Gerät M gezeigt. Das medizinische Gerät M weist z.B. eine optionale Anzeige SC, (z.B. einen (Flach-)Bildschirm) auf, auf der Ergebnisse in Bezug auf eine oder mehrere Volumenmessungen, z.B. aktuelles Volumen, Volumenänderung, Volumenstrom, etc. dargestellt werden können. Zugleich kann die optionale Anzeige SC aber auch ein User-Interface zur Verfügung stellen, mit dem z.B. eine Messung durch die Vorrichtung 1 manuell veranlasst werden kann. In den Figuren sind mehrere Aufnahme(n) H_l, H_2, H_3_ H_4 gezeigt. Es können jedoch auch nur eine Aufnahme H oder noch mehr Aufnahmen vorgesehen sein. Ebenso können anstatt einem Behältnis B auch mehrere Behältnisse B vorgesehen sein.
Die Antennen ANT_1 ... ANT_4 ... ANT_N der Vorrichtung 1 können z.B. wie in Figur 6a-6c gezeigt auf der Oberseite des medizinischen Gerätes M angeordnet sein. Die Antennen können aber auch wie in Figur 7a-7c gezeigt an der Unterseite des medizinischen Gerätes M angeordnet sein. Jedoch sind auch andere Anordnungen hierdurch nicht ausgeschlossen. Beispielsweise können wie in Figur 8a-8c gezeigt die Antennen auch verteilt angeordnet sein. Während ANT_1 auf der Vorderseite eher zentral angeordnet ist, können die Antennen ANT_2 und ANT_3 z.B. verteilt auf der Unterseite angeordnet sein. In Figur 9a-9c ist z.B. Antenne ANT_1 versetzt zu den Antennen ANT_2 ... ANT_4 angeordnet.
Die Funktion der Antennen ANT_1 ... ANT_5 ... ANT_N der Vorrichtung 1, d.h. als Sendeantenne und/oder als Empfangsantenne kann geeignet gewählt werden.
Hierdurch können beispielsweise teure und aufwändige Waagen eingespart werden und andererseits ergibt sich der Vorteil, dass schwere Beutel B nur unten am Gehäuse des medizinischen Gerätes M angehängt werden müssen und nicht etwa oben auf eine Waagschale aufgelegt werden müssen. Dadurch wird die Handhabung erleichtert. Solche medizinischen Geräte M können in Regionen mit unsteter Wasserversorgung, in temporären oder mobilen Einsätzen oder in Intensivstationen zum Einsatz kommen.
Beispielsweise kann das medizinische Gerät der Figuren 6-9 eine Dialyse-Behandlungsmaschine
(insbesondere Hämodialysemaschine) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sein. Bei solchen Dialyse-Behandlungsmaschinen wird z.B. der Füllstand in einem angeschlossenen Behältnis B gemessen (und überwacht). Das Behältnis B ist typischerweise ein 5 L Kunststoffkanister. Eine typische Flüssigkeit, die in einem solchen Behältnis B bevorratet ist, ist ein Konzentrat für die Dialysebehandlung. Beispielsweise enthalten die Flüssigkeiten Acetate oder Bicarbonate.
Dadurch lässt sich besonders vorteilhaft erreichen, dass das Behältnis B / die Behältnisse B nicht unerwartet während einer Behandlung entleert und die gewünschten Behandlungsparameter nicht eingehalten werden können oder eine Pumpe Luft ansaugt, etc..
In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Maß für das Volumen der Flüssigkeit in dem Behältnis B über eine Vielzahl von Einzelmessungen, z.B. mehrere 10 Tausend Messungen, beispielsweise 27 Tausend Messungen, ermittelt wird. Dabei können z.B. eine Vielzahl von Datenpaketen gesendet und empfangen werden. Die zugehörigen Parameter, wie z.B. das Channel State Information können dabei selbst einen gemittelten Wert darstellen oder gegebenenfalls selbst gemittelt werden.
Zudem kann in allen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die Messanordnungen von Sendeantenne(n) und Empfangsantenne(n) mehrfach vorhanden sind.
Wird z.B. eine Anordnung gemäß Figur 2 mehrfach vorgesehen, so kann z.B. vorgesehen sein, dass die Anordnungen einen Winkel von 15° bis 135° zueinander aufweisen, wie in Figur 4 gezeigt.
In Figur 3 könnte z.B. eine erste Anordnung aus den Sendeantennen ANT_TX1, ANT_TX2 und der Empfangsantenne ANT_RX1 bestehen, während spiegelbildlich dazu gezeigt eine zweite Anordnung aus den Sendeantennen ANT_TX3, ANT_TX4 und der Empfangsantenne ANT_RX2 besteht.
Die Anordnungen können ganz allgemein unterschiedliche Positionen zueinander aufweisen und/oder, die Anordnungen unterschiedlich zueinander aufgebaut sein. In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter B, welches in einer der vorbezeichneten Vorrichtungen verwendet werden kann, wird in einem ersten Schritt S20s eine vorgegebene Bitsequenz überein HF-Signal von einem Sender TX an einen Empfänger RX gesendet. Der Empfänger kann dabei eine Channel State Information ermitteln. Das HF-Signal ist dabei auf den Behälter B gerichtet und in dem Behälter B ist eine zu bestimmende Menge befindlich.
Der Empfänger RX empfängt in einem Schritt S20 eine Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals.
In einem oder mehreren nachfolgenden Schritten wird / werden nun ein oder mehrere Fehler und/oder Fehlerparameter ausgewertet.
Die so erhaltenen Fehler und/oder Fehlerparameter können anschließend in Schritt S600 mit einem oder mehreren Trainingsparametern verglichen und somit bewertet werden.
Dieses Verfahren ist insbesondere für digitale Messwerte geeignet. Insbesondere kann es dazu verwendet werden eine Bitfehlerrate in Bezug auf eine (oder mehrere) Bitsequenz(en) mit einer Bitfehlerrate aus einer Trainingssequenz vergleichen. Dabei kann das Maß für die Bitfehlerrate z.B. aus einem Channel Quality Indicator abgeleitet sein.
Insbesondere kann die bekannte Bitsequenz eine Trainingssequenz sein. Wird z.B. eine ping ähnliche Implementierung auf der Anwendungsschicht (im ISO/OSI Schichtenmodell) verwendet, ist dies besonders einfach darstellbar.
Insbesondere können in Ausführungsformen der Erfindung zuvor auch die Trainingsparameter bestimmt werden. Hierzu weist das Verfahren das Senden S20s der vorgegebenen Bitsequenz überein HF-Signal zur Ermittlung einer Channel State Information auf, wobei das Signal auf den Behälter B gerichtet ist und wobei in dem Behälter B eine vorbekannte Menge befindlich ist. Dabei wird in einem Schritt S20s eine Reflektion oder eine Transmission des gesendeten HF-Signals empfangen und anschließend kann in Schritt S500 zumindest ein Trainingsparameter für den Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern bestimmt werden.
Offensichtlich kann eine solche Trainingsparameterbestimmung sowohl an jedem einzelnen Gerät vorgenommen werden, z.B. mit vorbekannten Füllständen „geeicht" werden, oder aber in den jeweiligen Geräten können Trainingsparameter eines Referenzgerätes hinterlegt sein. Diese können dann z.B. in Form einer Look-Up-Tabelle hinterlegt sein und bei Bedarf erneuert oder ergänzt werden. Hierzu können entsprechende Daten z.B. auf dem Behälter B verfügbar gemacht werden (z.B. QR- codiert, oder über einen RFID-Chip auslesbar, oder über einen Link / ein Softwareupdate abrufbar).
Dies kann z.B. dann von Vorteil sein, wenn sich die Form und/ oder das Material des Behälter B und / oder die Flüssigkeit in einem Behälter B ändert.
In gleicher Weise kann aber auch für analoge Messwerte ein Verfahren angegeben werden. Hierbei wird wiederum in einem Schritt S20s ein erster Teil eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information gesendet, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter (B) eine zu bestimmende Menge befindlich ist. Eine Reflektion oder eine Transmission des gesendeten HF-Signals wird ebenso im Schritt S20s empfangen. Anschließend werden wie zuvor Fehler und/oder Fehlerparameter ausgewertet, um diese in Schritt S600 mit zumindest einem Trainingsparameter zu vergleichen.
Ebenso können auch in diesem analogen Fall in Ausführungsformen der Erfindung wie zuvor auch die Trainingsparameter bestimmt werden. Hierzu weist das Verfahren das Senden S20s des ersten Teils eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information auf, wobei das Signal auf den Behälter B gerichtet ist und wobei in dem Behälter B eine vorbekannte Menge befindlich ist. Dabei wird wiederum in Schritt S20s eine Reflektion oder eine Transmission des gesendeten HF-Signals empfangen und anschließend wird in Schritt S500 zumindest ein Trainingsparameter für den Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern bestimmt. Offensichtlich kann eine solche Trainingsparameterbestimmung sowohl an jedem einzelnen Gerät vorgenommen werden, z.B. mit vorbekannten Füllständen „geeicht" werden, oder aber in den jeweiligen Geräten können Trainingsparameter eines Referenzgerätes hinterlegt sein. Diese können dann z.B. in Form einer Look-Up-Tabelle hinterlegt sein und bei Bedarf erneuert oder ergänzt werden. Hierzu können entsprechende Daten z.B. auf dem Behälter B verfügbar gemacht werden (z.B. QR- codiert, oder über einen RFID-Chip auslesbar, oder über einen Link / ein Softwareupdate abrufbar).
Dies kann z.B. dann von Vorteil sein, wenn sich die Form und/ oder das Material des Behälter B und / oder die Flüssigkeit in einem Behälter B ändert.
In den jeweiligen Schritten können sowohl einzelne Werte als auch eine Vielzahl von Werten verarbeitet werden. Dabei kann sowohl eine Vielzahl von Werten zunächst zusammengefasst werden und dann aus den zusammengefassten Werten ein Vergleich mit Trainingsparametern vorgenommen werden, oder aber für die einzelnen Werte wird jeweils ein Vergleich mit Trainingsparametern vorgenommen und die jeweiligen Vergleiche werden zusammengefasst. Offensichtlich können auch Mischformen vorgesehen sein.
Beispielsweise können eine gewisse Anzahl (z.B. 100) von gleichartigen Parametern in einem vorbestimmten Zeitraum (z.B. 1 Sekunde) aufgenommen und verarbeitet, z.B. bestimmt, werden. Führt eine vorbestimmte Anzahl (z.B. 95 bzw. 95 %) zu einem gleichen / gleichartigen Ergebnis / Klassifikation, so kann die Auswertung als sicher angenommen werden. Dabei kann auch ein gleitendes Fenster verwendet werden. D.h., ältere Ergebnisse / Klassifikationen fallen aus dem Fenster heraus, sobald neue Ergebnisse / Klassifikationen verarbeitet werden. Insofern stellt ein Fenster eine Zusammenfassung einer Vielzahl von Werten zur Verfügung. Tritt dann die geforderte Gleichheit / Gleichartigkeit auf, so kann das Ergebnis / Klassifikation als sicher angenommen werden. Beispielsweise kann angenommen werden, dass die Werte gleichartig sind, wenn sie z.B. in einer Bandbreite von +/- 5 % des (gleitenden) Mittelwertes sich bewegen.
Parameter kann dabei z.B. der CSI-Wert (komplex, Skalar, etc.) oder auch eine Bitfolge, insbesondere ein (drahtloses) Datenpacket sein. Insbsondere kann das Datenpacket auch nur die Nutzlastdaten und/oder einzelne oder mehrere Hedaerdaten eines Datenpacketes in einem Übertragungsrahmen beschreiben.
Beispielsweise konnten in einem Testaufbau im 2,4 GHz Bereich (WLAN) 28000 Pakete pro Sekunde ermittelt werden. In so einem Aufbau würde eine Auswertung von Folgen von 100-10000 Paketen eine Echtzeitverarbeitung problemlos ermöglichen und wäre schnell genug für Echtzeitmessungen. In einem Testaufbau wurden z.B. über ein 3x3 MIMO Übertragungssystem mit 30 Trägern circa 100 Packets / Sekunde versandt. Dabei konnte aus den entsprechenden CSI Daten (Amplitude und Phase oder komplexer Wert oder Quadratur und Inphasenkomponente) , d.h. 54000 Werte pro Sekunde problemlos erfasst und ausgewertet werden.
Dadurch kann die Statistik für die Parametern in einem vorbestimmten Zeitraum verbessert werden. Es kann sogar sein, dass man 100 und mehr Pakete pro Sekunde verarbeiten muss, um zu einer aussagekräftigen Messung zu gelangen, da einzelne Messwerte durch Störungen fehlerhaft sein können, sodass mit einer zunehmenden Anzahl die statistische Wahrscheinlichkeit die Störungen unwahrscheinlicher macht. Dabei kann auch ein Rolle spielen, dass z.B. ein gleitendes Filter verwendet wird, denn es ist bei den Behältnissen davon auszugehen, dass sie sich entweder entleeren oder befüllen, sodass auf Basis eines zuvor als richtig erkannten Wertes für den Normalbetrieb maximale Zu- bzw. Abflussraten zu erwarten sind, sodass bei zeitlich nahen erneuten Messungen die alten Werte als Basis für den Erwartungshorizont dienen können und somit eine Plausibilitätsschranke darstellen können.
Insbesondere im Medizinisches Umfeld bietet sich die Verwendung etablierter oder bereits genutzter drahtloser Übertragungsmedien für die Bereitstellung von HF-Signalen an. Insbesondere die Verwendung von Nahfunkkommunikationssystemen, wie z.B. WLAN oder Bluetooth., die bereits jetzt für Kommunikationszwecke im medizinischen Umfeld und auch zur Kommunikation mit medizinischen Gerätschaften Verwendung finden, bietet sich an, da diese bereits die regulatorischen Anforderungen an Störsicherheit der medizinischen Gerät erfüllen und so keine teure Zulassung notwendig wird. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann sogar vorgesehen sein, dass parasitäre Strahlung verwendet wird. Dabei kann z.B. ein medizinisches Gerät, das bereits für Kommunikationszwecke über entsprechende Hochfrequenzeinrichtungen verfügt, Strahlung, die für Kommunikationszwecke verwendet wird „parasitär" mittels einer Antenne empfangen, bei der die Strahlung durch das Behältnis transmittiert wurde, und / oder die Hochfrequenzeinrichtungen können in Nichtkommunikationsphasen entsprechende HF-Signale für Messzwecke - wie bereits zuvor beschrieben - bereitstellen. Offensichtlich kann aber auch vorgesehen sein, dass z.B. eine bestimmte Anzahl von HF-Signalen in die Kommunikation regelmäßig / unregelmäßig / bei Bedarf eingestreut werden. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Beamforming selektiv für die Messungen ein- oder ausgeschaltet wird.
Gemäß einem optionalen Aspekt der vorliegenden technischen Lösung weist beispielhaft ein medizinisches Behandlungsgerät eine WLAN-Kommunikationseinrichtung auf, welche für die allgemeine Datenkommunikation des Geräts bestimmt ist. Die elektromagnetische Strahlung im Regelbetrieb wurde für den Einsatzzweck für zulässig gehalten und das Gesamtgerät ist zugelassen. Beispielsweise kann dabei eine für die Ausführung der vorliegenden technischen Lösung geeignete Konfiguration von Antennen und Sende-/Empfangsfähigkeiten (z.B. CSI) und ausreichende Auswertungsfähigkeiten ebenfalls. In diesem beispielhaften Fall könnte die Kommunikation neben ihrem allgemeinen Kommunikationszweck zusätzlich zur Mengenbestimmung eines Fluids gemäß der vorliegenden technischen Lösung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft entfallen hier Kosten, denn eine Einrichtung kann zwei Aufgaben erfüllen. Je nach Kommunikationsanforderungen kann gleichzeitig Kommunikation und Mengenbestimmung erfolgen oder abwechselnd.
Insbesondere kann in Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Senden S20s eines zweiten Teils des (analogen) HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal RP an einen Referenzempfänger RX ermöglicht wird. Der vorbekannte Kanal RP kann dabei eine drahtgebundene Schnittstelle sein, wobei ein Teil des HF-Signals vor der Abstrahlung durch eine Antenne durch einen Signalteiler geführt wird, wobei der zweite Teil direkt an den Referenzempfänger RX geführt wird. Der zweite Teil kann auch Gegenstand einer Abschwächung über ein Dämpfungsglied sein, um das am Empfänger erwartbare Signal auf entsprechende Signalpegel zurückzuführen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass durch das abgegebene HF-Signal von einer Antenne so abgestrahlt wird, dass ein Teil (direkt) auf eine Antenne für den Referenzempfänger RX gestrahlt wird während ein anderer Teil auf das Behältnis B gerichtet ist. Der auf die Antenne für den Referenzempfänger RX abgestrahlte Teil kann z.B. durch eine Nebenstrahlungskeule einer Antenne bereitgestellt sein, während die Hauptstrahlungskeule auf das Behältnis B gerichtet ist.
Durch diese Ausgestaltung kann ein Referenzsignal zur Verfügung gestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Auswertung einer Phaseninformation gewünscht oder benötigt ist. D.h., die Erfindung kann somit auch in den Fällen Verwendung finden, in denen ansonsten eine unbekannte Phasenrotation auftreten könnte.
Natürlich kann auch dieser Fall in den jeweiligen Trainingsparametern abgebildet sein. D.h. das Verfahren kann in Ausführungsformen der Erfindung auch das Senden in Schritt S20s eines zweiten Teils des (analogen) HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal RP an einen Referenzempfänger RX zur Bestimmung eines Phasen- Trainingsparameters und des Sendens S20s eines zweiten Teils des analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal an einen Referenzempfänger RX zum Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest dem Phasen-Trainingsparameter aufweisen.
Insbesondere können in allen Ausführungsformen die Schritte mehrfach durchlaufen werden, wobei ein Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter nur dann ausgeführt wird, wenn ein vorbestimmbares Konfidenzkriterium erfüllt ist.
Dies ist insbesondere für ein Training im Sinne eines Machine-Learnings von Vorteil.
Insbesondere kann das Konfidenzkriterium erfüllt sein, wenn entweder eine vorbestimmte Anzahl gleichartiger Fehler und/oder Fehlerparameter bestimmt wurde, und/oder eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern und/oder Fehlerparametern vorklassifiziert wurden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparametervor einer Auswertung bzw. Bestimmung klassifiziert werden.
Weiterhin kann ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparameter auf Basis einer Vielzahl von im Wesentlichen aufeinanderfolgenden Werten ermittelt werden.
Ebenso kann ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparameter vor einer Auswertung bzw. Bestimmung mittels eines Random Forest Verfahrens klassifiziert werden.
Dabei ist Random Forest bevorzugt. Andere Verfahren wie Deep Neural Nets, Boosted Tree, Linear Regression, welche eine kontinuierliche Regression der zu ermittelnden Füllstände ermöglichen, oder aber Supported Vector Machines, insbesondere als Klassifikationsalgorithmus für diskrete, vorab bekannte Füllstände sind hierdurch nicht ausgeschlossen.
Insbesondere kann Random Forest einfach in Phyton implementiert werden. Insbesondere ist die praktische Umsetzung z.B. gegenüber Deep Neural einfacher und erfordert weniger Rechenaufwand.
Eine lineare Regression kann dann vorteilhaft sein, wenn das Behältnis B sich gleichförmig verformt. Neigen die Behältnisse B jedoch z.B. zu Faltenwurf, so kann die lineare Regression an ihre Grenzen stoßen.
Anders als für Supported Vector Machines wird nur wenig Speicher benötigt. Zudem erfordern Supported Vector Machines aufwändige Anpassungen.
In den Figuren 10 und 11 kann z.B. der Schritt S100 für das Auslesen von analogen / digitalen Werten, z.B. einem CSI Wert, stehen. Solche Werte können z.B. aus manchen Chipsätzen direkt ausgelesen werden. Als Signal kann z.B. ein Ping-Befehl verwendet werden, der zu einer periodischen Signalausgabe führt. Dieser z.B. in einem maschinenlesbaren Format vorliegende Wert kann in einem Schritt S200 in ein optionales anderes Format, z.B. ein dezimales Format, überführt werden. Dies kann z.B. mit entsprechenden Matlab oder C Routinen erfolgen.
In einem optionalen Schritt S300 kann eine Filterung bzw. Vorverarbeitung stattfinden. Beispielsweise können bei einer Vielzahl von Werten, die in kurzer Zeit erfasst werden, solche Werte ausgeschlossen werden, die über ein bestimmtes Konfidenzintervall um den Mittelwert hinaus abweichen. Somit können eventuelle Messfehler z.B. durch Störungen herausgefiltert werden. Andererseits ist es aber auch möglich Phasenanpassungen und / oder Normalisierungen vorzunehmen.
In Schritt S400 kann dann über eine Klassifikation oder über ein Training entschieden werden. Wird der Wert für ein Training benötigt, so kann er dem Trainingsablauf in Schritt S500 zugeführt werden. Andernfalls kann der Wert der Bestimmung in Schritt S600 zugeführt werden.
In Figur 11 wird dieses Verfahren noch etwas erweitert, denn es ermöglicht eine Triggerung.
In Schritt S10 wird überprüft, ob ein Trigger vorliegt. Liegt kein Trigger vor, kehrt das Verfahren so oft zurück, bis ein Trigger vorliegt.
Bei Vorliegen eines Triggers wird das Senden (auf Seiten des Senders TX) bzw. / Empfangen (auf Seiten des Empfängers RX) in Schritt S20 angestoßen.
In Schritt S3O wird überprüft, ob ein HF-Signal bzw. eine Bitsequenz vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so kehrt das Verfahren so oft zurück, bis ein HF-Signal bzw. eine Bitsequenz vorliegt. Die getriggerte Ausführung weist eine Reduktion von Störungen auf, wie sie z.B. bei der räumlichen nahen Verwendung von gleichartigen Geräten auftreten könnte. Zudem kann eine Messung z.B. durch andere Geräte / Alarmbedingungen / Benutzer gesteuert (sowohl Einschalten als auch Ausschalten) sein. Ebenso kann mit einer getriggerten (auch zeitgesteuert getriggerten) Ausführung der Energieverbrauch als auch mögliche Störungen anderer Geräte minimiert werden. Dabei ist von Vorteil, dass sich die zu bestimmende Flüssigkeitsmenge in der Regel nur langsam ändert, sodass z.B. eine Triggerung alle 5 - 60 see vollkommen ausreichend sein kann.
Beispielhaft seien nachfolgend anhand der Figuren 10 und 11 konkretere Ausgestaltungen beschrieben.
In der Figur 10 kann z.B. der Schritt S100 für das Auslesen von CSI Werten (Komplex, oder Amplitude und Phase, Skalar) stehen. Solche Werte können z.B. aus manchen Chipsätzen direkt ausgelesen werden. Als Signal kann z.B. ein Ping-Befehl verwendet werden, der zu einer periodischen Signalausgabe führt.
Dieser z.B. in einem maschinenlesbaren Format vorliegende CSI Wert kann in einem Schritt S200 in ein anderes Format, z.B. ein besser prozessierbares / lesbares (dezimales) Format, überführt werden. Dies kann z.B. mit entsprechenden Matlab oder C Routinen erfolgen.
In einem optionalen Schritt S300 kann eine Filterung bzw. Vorverarbeitung stattfinden. Beispielsweise können eine Phasenanpassungen und / oder Normalisierungen vorgenommen werden.
In Schritt S400 kann dann über eine Klassifikation oder über ein Training entschieden werden. Wird der Wert für ein Training benötigt, so kann er dem Trainingsablauf in Schritt S500 zugeführt werden. Andernfalls kann der Wert der Bestimmung in Schritt S600 zugeführt werden. Die Bestimmung basiert dann auf zuvor erhaltenen Trainingsabläufen. In der Figur 11 kann nach dem Start in Schritt S10 überprüft werden, ob ein Trigger vorliegt. Liegt kein Trigger vor, kehrt das Verfahren so oft zurück, bis ein Trigger vorliegt.
Bei Vorliegen eines Triggers wird das Senden in Schritt S20s (auf Seiten des Senders TX) bzw. / Empfangen (auf Seiten des Empfängers RX) in Schritt S20 angestoßen.
In Schritt S30 wird überprüft, ob ein HF-Signal bzw. eine Bitsequenz vorliegen. Ist dies nicht der Fall, so kehrt das Verfahren so oft zurück, bis ein HF-Signal bzw. eine Bitsequenz vorliegt.
Liegen hingegen ein HF-Signal bzw. eine Bitsequenz vor, so kann wie zuvor in Bezug auf Figur 10 beschrieben, verfahren werden.
Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren, insbesondere ein medizinisches Gerät M, aufweisend eine Aufnahme oder ein Verbindungselement für einen Behälter B , weiterhin aufweisend zumindest eine Steuereinheit C, einen Sender TX, zumindest eine erste Sendeantenne ANT_TX1 und zumindest eine zweite Sendeantenne ANT_TX2, zumindest eine erste Empfangsantenne ANT_RX1 und einen Empfänger RX, wobei das Steuergerät C (programmtechnisch) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Beschreibung auszuführen.

Claims

Ansprüche Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter (B), aufweisend die Schritte:
• Senden (S20s) einer vorgegebenen Bitsequenz über ein HF-Signal zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter (B) eine zu bestimmende Menge befindlich ist,
• Empfangen (S20) einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals,
• Auswertung von Fehlern und/oder Fehlerparametern,
• Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsparameter zuvor bestimmt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist aus:
• Senden (S20s) der vorgegebenen Bitsequenz über ein HF-Signal zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter (B) eine vorbekannte Menge befindlich ist,
• Empfangen (S20s) einer Reflektion odereinerTransmission des gesendeten HF-Signals
• Bestimmung von zumindest einem Trainingsparameter für den Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern. Verfahren zur Mengenbestimmung eines Fluides in einem Behälter (B), aufweisend die Schritte:
• Senden (S20s) eines ersten Teils eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter ( B) eine zu bestimmende Menge befindlich ist,
• Empfangen (20) einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals,
• Auswertung von Fehlern und/oder Fehlerparametern,
• Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trainingsparameter zuvor bestimmt werden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist aus:
• Senden (S20s) des ersten Teils eines analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, wobei das Signal auf den Behälter (B) gerichtet ist und wobei in dem Behälter(B) eine vorbekannte Menge befindlich ist,
• Empfangen (S2O) einer Reflektion oder einer Transmission des gesendeten HF-Signals
• Bestimmung von zumindest einem Trainingsparameter für den Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern.
5. Verfahren nach einem Anspruch 3, aufweisend den Schritt:
• Senden (S20s) eines zweiten Teils des analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal (RP) an einen Referenzempfänger (RX).
6. Verfahren nach einem Anspruch 4, aufweisend die Schritte:
• Senden (S20s) eines zweiten Teils des analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal (RP) an einen Referenzempfänger (RX) zur Bestimmung eines Phasen-Trainingsparameters,
• Senden (S20s) eines zweiten Teils des analogen HF-Signals zur Ermittlung einer Channel State Information, über einen vorbekannten Kanal an einen Referenzempfänger (RX) zum Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest dem Phasen-Trainingsparameter.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte mehrfach durchlaufen werden, wobei ein Vergleich von Fehlern und/oder Fehlerparametern mit zumindest einem Trainingsparameter nur dann ausgeführt wird, wenn ein vorbestimmbares Konfidenzkriterium erfüllt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfidenzkriterium erfüllt ist, wenn entweder eine vorbestimmte Anzahl gleichartiger Fehler und/oder Fehlerparameter bestimmt wurde, oder eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern und/oder Fehlerparametern vorklassifiziert wurden. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anzahl mindestens 100 pro Sekunde beträgt. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anzahl maximal 100000 pro Sekunde beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparameter vor einer Auswertung bzw. Bestimmung klassifiziert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparameter auf Basis einer Vielzahl von im Wesentlichen aufeinanderfolgenden Werten ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerparameter und/oder ein Trainingsparameter vor einer Auswertung bzw. Bestimmung mittels eines Random Forest Verfahrens klassifiziert wird. Verfahren nach einem der vorhergehen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das HF- Signal ein Frequenz von mindestens 26 MHz und/oder von maximal 6 GHz aufweist. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere ein medizinisches Gerät M , aufweisend eine Aufnahme oder ein Verbindungselement für einen Behälter (B) , weiterhin aufweisend zumindest eine Steuereinheit (C), einen Sender (I ), zumindest eine erste Sendeantenne (ANT_TX1) und zumindest eine zweite Sendeantenne (ANT_TX2), zumindest eine erste Empfangsantenne (ANT_RX1) und einen Empfänger (RX), wobei das Steuergerät (C) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
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