DE102012111009B4

DE102012111009B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion mindestens eines Objektes in einem Messbereich mittels Ultraschallwellen

Info

Publication number: DE102012111009B4
Application number: DE102012111009.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Frage; Stephan Korbmacher
Original assignee: Di-Soric & Co KG GmbH
Current assignee: Di-Soric & Co KG GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: DE102012111009A1

Abstract

Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels Ultraschallwellen, mit wenigstens – einem Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, – einem Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen, – einer Auswerteeinheit zum Vergleich wenigstens eines aus einem Empfangssignal ermittelten Messwertes mit einem in der Auswerteeinheit hinterlegten Schwellwert, wobei anhand des Vergleichs mit dem Schwellwert von der Auswerteeinheit detektiert wird, ob sich ein Objekt in dem Messbereich befindet, und – einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal den wenigstens einen Messwert zu ermitteln und an die Auswerteeinheit zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (6, 7) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal (ES2’) wenigstens ein Paar von Messwerten (610, 620) zu ermitteln und an die Auswerteeinheit (4) zu übertragen, und die Auswerteeinheit (4) aus einem Paar von Messwerten (610, 620) anhand eines Vergleichs mit wenigstens einem Schwellwert bestimmt, ob sich ein Objekt in dem Messbereich (10) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels Ultraschallwellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 14 sowie insbesondere ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19 oder 26.
Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung werden zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich Ultraschallwellen von einem Sender der Vorrichtung emittiert und von einem Empfänger der Vorrichtung, üblicherweise einem Ultraschallwandler, empfangen, der beim Empfang von Ultraschallwellen Empfangssignale generiert. Derartige Vorrichtungen zur Verwendung in der Verkehrstechnik sind beispielsweise aus der JP H08-292257 A und der JP 2010-185706 A bekannt. In der DE 10 2007 062 460 A1 wiederum ist eine gattungsgemäße Vorrichtung für einen Etikettensensor vorgeschlagen.
Zur Detektion eines Objekts auf Basis des generierten Empfangssignals ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die einen aus einem Empfangssignal ermittelten Messwert mit einem in der Auswerteeinheit hinterlegten Schwellwert vergleicht. So lässt sich beispielsweise anhand der Intensität empfangener Ultraschallwellen und damit auf Basis eines hierzu gehörigen Empfangssignals entscheiden, ob sich ein Objekt, z.B. ein auf einem Trägermaterial befindlichen Etikett zwischen Sender und Empfänger in dem Messbereich befindet. Da eine unmittelbarere Verwertung des von dem Empfänger erzeugten Signals, bei dem es sich regelmäßig um ein Wechselspannungssignal handelt, hierbei allenfalls bedingt möglich ist, zum Beispiel insbesondere auf Grund der Reflektion der Ultraschallwellen in und an einem Gehäuse der Vorrichtung, wird ein Empfangssignal zunächst weiter aufbereitet, z.B. verstärkt und gefiltert. In einer der Auswerteeinheit vorgeschalteten Schaltungsanordnung der Vorrichtung wird aus einem Empfangssignal dann ein Messwert, z. B. ein Wert für das Amplitudenmaximum des Empfangssignals ermittelt und an die Auswerteeinheit übertragen. Diese vergleicht dann den ermittelten Messwert mit wenigstens einem Schwellwert, der in der Auswerteeinheit hinterlegt ist und dessen Überschreiten zum Beispiel anzeigt, dass Ultraschallwellen nahezu ungestört von dem Sender zu dem Empfänger gelangen und sich somit kein Objekt in dem Messbereich befindet.
Bei bisher am Markt erhältlichen gattungsgemäßen Vorrichtungen in Form von Ultraschalletikettensensoren wird lediglich ein einzelner Messwert bzw. über Dauer des Empfangssignals ein einzelner Messwertverlauf ermittelt und auf dieser Basis von einer elektronischen Auswerteeinheit bestimmt, ob zwischen Sender und Empfänger ein Objekt vorliegt oder nicht.
Des Weiteren ergibt sich bei bekannten Vorrichtungen häufig die Problematik, dass mit derselben Vorrichtung Objekte unterschiedlichen Materials zuverlässig erkannt werden sollen. Dies ist beispielsweise bei Ultraschalletikettensensoren insoweit problematisch, dass nicht nur ein Etikett in dem Messbereich zuverlässig erkannt werden soll, sondern auch ein bandartiges Trägermaterial, an dem mehrere Etiketten hintereinander, oftmals mehrere tausend, angeordnet sind sowie die zwischen den Etiketten befindlichen Lücken und Verbindungsstellen zu einem nachfolgenden Trägermaterial. Ein solches Trägermaterial ist jedoch je nach Anwendungsfall stark unterschiedlich. So kann es sich hierbei beispielsweise um ein folienartiges, transparentes Plastikmaterial für die Etikettierung von Arzneimitteln oder um ein papierähnliches Material bei der Papier- oder Fließverarbeitung handeln. Die verwendeten Trägermaterialien und insbesondere deren Verbindungsstellen sind damit aber in unterschiedlichem Maße stark durchlässig für die von einem Sender der Vorrichtung emittierten Ultraschallwellen.
Aus der DE 10 2007 062 460 A1 ist beispielsweise zur Lösung dieses Problems bekannt, die Sendeleistung des Senders zu variieren, um angepasst an das zu detektierende Objekt und/oder an das Material eines das Objekt tragenden Trägermaterials eine Sendeleistung einstellen zu können. In der DE 10 2007 062 460 A1 wird dabei zur Veränderung der Sendeleistung vorgeschlagen, die Längen von Ansteuerimpulspaketen zu variieren, mittels denen die Ultraschallwellen erzeugt werden. Vorzugsweise wird hier eine Pulsfolgenfrequenz der Impulse der Ansteuerimpulspakete ebenso konstant gehalten wie die Amplitude und Dauer der einzelnen Impulse, aber die Anzahl der Impulse innerhalb eines Ansteuerimpulspakets verändert, um die Sendeleistung des die Ultraschallwellen emittierenden Senders zu verändern.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich der Vorrichtung mittels Ultraschallwellen weiter zu verbessern und insbesondere eine Vorrichtung und ein Detektionsverfahren bereitzustellen, welche hinsichtlich der Auswertung eines Empfangssignals genauer und flexibler sind und einen besseren Dynamikbereich aufweisen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß sowohl mit den Vorrichtungen der Ansprüche 1 und 14 wie auch mit den Verfahren der Ansprüche 19 und 26 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind auch durch die Unteransprüche gegeben.
Dabei zeichnen sich eine Vorrichtung des Anspruchs 1 und ein Verfahren des Anspruchs 19 prinzipiell dadurch aus, dass aus einem Empfangssignal wenigstens ein Paar von Messwerten ermittelt wird und aus einem Paar von Messwerten anhand eines Vergleichs mit einem einzigen Schwellwert bestimmt wird, ob sich ein Objekt in dem Messbereich befindet.
Hierbei wird von dem Grundgedanken ausgegangen, dass für die Bewertung, ob ein (bestimmtes) Objekt in einem Messbereich der Vorrichtung vorliegt, auf mehrere auf das Empfangssignal zurückgehende Parameter in Form der Messwerte zurückgegriffen werden sollte. Hierdurch kann die Detektion eines Objekts zuverlässiger, d.h., insbesondere mit geringerer Messunsicherheit, erfolgen.
So handelt es sich bei dem durch den Empfänger beim Empfang einer Ultraschallwelle erzeugten Empfangssignal üblicherweise um ein Wechselspannungssignal, dass nach geeigneter Filterung und/oder Verstärkung zur Ermittlung eines repräsentativen Messwerts genutzt wird. Bei den bisher am Markt üblichen Vorrichtungen in Form von Ultraschalletikettensensoren wird lediglich ein bestimmter Anteil eines solchen Wechselspannungssignals ausgewertet und hieraus ein einzelner Messwert bzw. Messwertverlauf für den Vergleich mit einem Schwellwert oder mehreren Schwellwerten genutzt. Dabei handelt es sich beispielsweise um den positiven, d.h., über 0V liegenden, Anteil des Wechselspannungssignals, von dem dann nur die maximale Amplitude ausgewertet wird, um zu entscheiden, ob ein bestimmtes Objekt in dem Messbereich vorliegt oder nicht.
Eine Schaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung ist dagegen vorzugsweise dazu ausgebildet und vorgesehen, aus einem (ggf. bereits verstärktem) Wechselspannungssignal des Empfängers wenigstens ein Paar von Messwerten zu ermitteln, wobei ein erster Messwert des Paares von Messwerten für einen unter einem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals repräsentativ ist und ein zweiter Messwert des Paares von Messwerten für einen über dem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals repräsentativ ist.
Mittels der Schaltungsanordnung einer solchen Ausführungsvariante kann folglich aus dem unter dem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals ein erster Messwert ermittelbar sein, der in dem Maße abnimmt, in dem die Amplitude des Wechselspannungssignals unterhalb des Referenzpotentials, also der – bezogen auf das Referenzpotential – negative Anteil des Wechselspannungssignals abnimmt. Alternativ, vorzugsweise jedoch ergänzend kann mittels der Schaltungsanordnung aus dem über dem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals ein zweiter Messwert ermittelbar sein, der in dem Maße ansteigt, in dem die Amplitude des Wechselspannungssignals oberhalb des Referenzpotentials, also der – bezogen auf das Referenzpotential – positive Anteil des Wechselspannungssignals zunimmt.
Die Vorrichtung ist hier dann ferner bevorzugt empfängerseitig derart ausgebildet und das Referenzpotential derart gewählt, dass die aus dem Wechselspannungssignal ermittelten ersten und zweiten Messwerte stets positiv sind, um deren schaltungstechnische Verarbeitung zu erleichtern. Es werden somit stets positive erste und zweite Messwerte gewonnen und weiterverarbeitet.
In einer Ausführungsvariante wird dann in der Auswerteeinheit aus einem Paar von Messwerten durch Subtraktion ein Differenzwert gebildet und dieser Differenzwert mit dem wenigstens einen Schwellwert verglichen, um ein bestimmtes Objekt in dem Messbereich, z.B. ein Etikett, eine Lücke zwischen zwei benachbarten Etiketten und/oder einen Riss in dem Trägermaterial, das durch den Messbereich geführt wird, zu detektieren. Vorzugsweise ist der aus einem Paar von Messwerten gebildete Differenzwert stets positiv, so dass auch hier die Signalverarbeitung vergleichsweise einfach gehalten wird.
Alternativ kann aus einem Paar von Messwerten selbstverständlich auch ein Summenwert berechnet und dieser mit einem hinterlegten Schwellwert oder mehreren hinterlegten Schwellwerten in der Auswerteeinheit verglichen werden. Auch eine Multiplikation der ermittelten Messwerte oder deren Division ist möglich. Ein wesentlicher Aspekt ist lediglich, dass die durch beide ermittelten Messwerte zur Verfügung gestellte Information rechnerisch in eine Vergleichsgröße einfließt, die dann zum Vergleich mit wenigstens einem Schwellwert in der Auswerteeinheit genutzt wird.
In einer als besonders vorteilhaft erachteten Ausführungsvariante weist die Schaltungsanordnung wenigstens einen Gleichrichter mit einem Integrator, beispielsweise in Form eines Kondensators, zum Ermitteln eines Messwerts aus dem Empfangssignal auf. Der Integrator stellt hier dann einen Messwert für die Übertragung an die Auswerteeinheit bereit. Aus einem an dem Integrator aufintegrierten Spannungswert wird hier folglich einer der Messwerte gewonnen, anhand dessen – zusammen mit wenigstens einem weiteren Messwert – auf das Vorliegen eines Objekts geschlossen wird.
In einer Weiterbildung ist für jeden der zu ermittelten Messwerte jeweils ein Gleichrichter mit zugehörigem Integrator vorgesehen.
Ferner kann eine mit (je) einem Gleichrichter gekoppelte Reset-Einheit in einer Vorrichtung vorgesehen sein. Eine solche Reset-Einheit stellt den Integrator des Gleichrichters auf eine definierte Startspannung ein. Ein Spannungswert für die Startspannung und ein Spannungswert für das Referenzpotential sind bevorzugt identisch und liegen beispielsweise bei 2,5V.
Indem die Reset-Einheit eine Startspannung einstellt, kann an dem Integrator ein neuer Messzyklus gestartet werden, nachdem sich beispielsweise ein an dem Integrator des Gleichrichters aufintegrierter Spannungsmesswert (innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums) nicht mehr ändert und somit – je nachdem, ob hieran der positive oder der negative Anteil des Wechselspannungssignals aufintegriert wird – ein Maximum oder Minimum erreicht hat.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante, in der sowohl aus einem oberhalb des Referenzpotentials (z.B. 2,5V) liegenden, „positiven“ Anteil x_pos des Wechselspannungssignals (2,5V ≤ x_pos ≤ 5V) ein Maximum als auch aus dem unterhalb des Referenzpotentials liegenden, „negativen“ Anteil x_neg des Wechselspannungssignals (0V ≤ x_neg ≤ 2,5V) ein Minimum bestimmt werden, werden das Maximum und das Minimum als erster und zweiter Messwert weiterverarbeitet und hieraus auf das Vorliegen eines Objekts geschlossen. Über eine Reset-Einheit wird dann jeweils der zugehörige Integrator wieder auf die Startspannung eingestellt, nachdem ein Messzyklus abgeschlossen und die beiden Messwerte weiterverarbeitet wurden.
Ein Messzyklus ist dabei üblicherweise durch eine Anzahl an Impulsen in einem Sende-Burstpaket zur Erzeugung von Ultraschallwellen durch einen Sender der Vorrichtung vorgegeben. Treffen die Ultraschallwellen nun beispielsweise bei einer Vorrichtung in Form eines Ultraschallsensor nahezu ungehindert am Empfänger auf, liegen das Maximum, das sich aus dem oberhalb des Referenzpotentials liegenden Anteil des empfangenen Wechselspannungssignals ergibt, und das Minimum, das sich aus dem unterhalb des Referenzpotential liegenden Anteil des empfangenen Wechselspannungssignals ergibt, maximal auseinander. Eine aus beiden Messwerten bestimmte Vergleichsgröße, z.B. die Differenz, die Summe, das Produkt oder der Quotient, ist somit charakteristisch für das nahezu ungehinderte Auftreffen der erzeugten Ultraschallwellen am Empfänger und damit das Fehlen eines (zu erfassenden) Objekts. Ebenso kann aus den beiden Messwerten auch anhand einer hieraus bestimmten Vergleichsgröße sicher auf das Vorliegen unterschiedlicher Objekte im Ausbreitungspfad der Ultraschallwellen geschlossen werden, z.B. Trägermaterial für ein Etikett mit und ohne darauf angeordnetes Etikett, da auch hier die aus den beiden Messwerten bestimme Vergleichsgröße einen charakteristischen Wert annehmen bzw. einen bestimmten Schwellwert unter- oder überschreiten wird.
Ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich wird nach den zuvor erläuterten Gesichtspunkten mit einer Vorrichtung umgesetzt, die folglich wenigstens

– einen Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, und
– einen Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen,

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Einklang mit einer Vorrichtung des Anspruchs 1 aus einem Empfangssignal wenigstens ein Paar von Messwerten ermittelt und wird aus einem Paar von Messwerten anhand eines Vergleichs mit einem einzigen Schwellwert bestimmt, ob sich ein Objekt in dem Messbereich befindet.
Aus einem Paar von Messwerten wird auch hier zum Beispiel ein Differenz- oder Summenwert – oder eine andere Vergleichsgröße – gebildet und dieser Differenz- oder Summenwert mit dem wenigstens einen Schwellwert verglichen, um ein Objekt in dem Messbereich zu detektieren.
Bevorzugt erzeugt auch hier der Empfänger als Empfangssignal ein Wechselspannungssignal und wird aus einem Wechselspannungssignal des Empfängers wenigstens ein Paar von Messwerten ermittelt, bei dem ein erster Messwert für einen unter einem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals repräsentativ ist und ein zweiter Messwert für einen über dem Referenzpotential liegenden Anteil des Wechselspannungssignals repräsentativ ist. Aus diesen beiden Messwerten wird somit eine Vergleichsgröße bestimmt, die anhand des Über- oder Unterschreitens des Schwellwerts auf das Vorliegen eines Objekts in dem von den Ultraschallwellen durchstrahlten Messbereichs hinweist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich folglich ein Messwert durch Integration eines von einem Referenzpotential abweichenden Spannungssignals.
Bei einer Vorrichtung des Anspruchs 14 und einem Verfahren des Anspruchs 26, die ohne Weiteres mit der Vorrichtung des Anspruchs 1 bzw. dem Verfahren des Anspruchs 19 kombiniert werden können, steht ferner im Vordergrund, dass ein von dem Empfänger erzeugtes Empfangssignal um einen Verstärkungsfaktor verstärkt wird, der variabel ist und durch dessen Änderung die Messempfindlichkeit der Vorrichtung empfängerseitig einstellbar ist.
So wird bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß diesem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal den wenigstens einen Messwert zu ermitteln und an die Auswerteeinheit zu übertragen, eine Verstärkerschaltung mit einem Verstärker vorgeschaltet, wobei der Verstärker einen variablen Verstärkungsfaktor aufweist und mittels des Verstärkers eine Messempfindlichkeit der Vorrichtung empfängerseitig einstellbar ist.
Die Einstellung der Messempfindlichkeit erfolgt hierbei bevorzugt ohne Beeinflussung der emittierten Ultraschallwellen, insbesondere unabhängig von deren Amplitude und/oder unabhängig von der Dauer, Amplitude und Anzahl von Sendeimpulsen des Senders zur Erzeugung der Ultraschallwellen, wie dies beispielsweise in der DE 10 2007 062 460 A1 vorgesehen ist.
Der Verstärker verstärkt hierbei in einer bevorzugten Ausführungsvariante ein Spannungssignal des Empfängers und ist so einstellbar, dass ein Ausgangsspannungssignal des Verstärkers unterhalb einer Versorgungsspannung des Verstärkers liegt.
Darüber hinaus ist auch hier das von dem Verstärker verstärkte Empfangssignal ein Wechselspannungssignal, wobei der Verstärker dieses Wechselspannungssignal dann um ein vorgegebenes Referenzpotential herum verstärkt.
Ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich wird demgemäß mit einer Vorrichtung umgesetzt, die wenigstens

Erfindungsgemäß ist der Verstärkungsfaktor variabel und wird die Messempfindlichkeit der Vorrichtung empfängerseitig durch Änderung des Verstärkungsfaktors eingestellt.
Eine erfindungsgemäße Lösung schließt dabei insbesondere ein, dass ein Verstärkungsfaktor kleiner 1 eingestellt werden kann, so dass ein erzeugtes Empfangssignal vor Ermittlung eines Messwerts (auch) gedämpft werden kann.
Wie bereits einleitend erläutert ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl gemäß dem ersten als auch gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bevorzugt für die Detektion eines Etiketts, insbesondere eines Etiketts, das auf einem bandartigen Trägermaterial angeordnet ist, vorgesehen und damit in Form eines Ultraschalletikettensensors ausgestaltet.
Ein solcher Ultraschalletikettensensor weist bevorzugt ein im Querschnitt U-förmiges Gabel-Gehäuse auf, mit zwei sich gegenüberliegenden Schenkeln, zwischen denen der Messbereich definiert wird und in denen der Sender oder der Empfänger mit der zugehörigen Schaltungselektronik untergebracht ist.
Analog sind die erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt für die Detektion eines Etiketts, insbesondere eines Etiketts, das auf einem bandartigen Trägermaterial angeordnet ist, und zur Umsetzung mit einem Ultraschalletikettensensor vorgesehen.
Alternativ oder ergänzend können mittels eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors Riss- und/oder Klebestellen in einem bandartigen und durch den Messbereich geführten (Träger-)Material festgestellt werden. Über die Stärke und/oder Anzahl der am Empfänger auftreffenden Ultraschallwellen kann hier automatisiert eine Aussage darüber getroffen werden, ob eine Riss- und/oder eine Klebestelle an dem Material vorliegt. So weichen diese von der Stärke und/oder Anzahl der auftreffenden Ultraschallwellen (in charakteristischer Weise) ab, wenn sich diese durch ein unbeschädigtes Material bzw. ein Material ohne Klebestellen ausbreiten konnten.
Die Erkennung eines Objekts schließt grundsätzlich insbesondere die Möglichkeit ein, dass die Vorrichtung ein Objekt daran erkennt, dass am Empfänger überhaupt keine Ultraschallwellen auftreffen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1A eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Ultraschallsensors;
1B eine Schnittansicht des Ultraschallsensors der 1A;
2 eine Darstellung der Funktionsblöcke des Ultraschallsensors;
3A ein Blockschaltbild der Empfängerseite des Ultraschallsensors;
3B eine Einzeldarstellung eines empfängerseitigen Verstärkers mit einstellbarem Verstärkungsfaktor;
3C eine Einzeldarstellung einer empfängerseitigen, dem Verstärker nachgeschalteten Schaltungsanordnung;
4A–4E unterschiedliche Signalverläufe für an der Schaltungsanordnung auftretende und bereitgestellte Signale;
5A–5G unterschiedliche Signalverläufe für dem Verstärker der 3A zugeführte und von diesem ausgegeben, verstärkte Empfangssignale.
Die 1A und 1B zeigen in unterschiedlichen Ansichten einen Ultraschallsensor 1 zum Detektieren metallisierter, teilmetallisierter, nichtmetallisierter oder transparenter Etiketten und/oder für die Doppellagenerkennung, die Klebestellenerfassung sowie für die Prüfung auf Risse in einem (Etiketten-)Trägermaterial.
Der Ultraschallsensor 1 weist hier ein im Querschnitt U-förmiges Gabel-Gehäuse mit zwei sich gegenüberliegenden Schenkel 11 und 12 auf, die zwischen sich einen Messbereich 10 definieren. In einem Schenkel 11 ist ein Sender S mit der zugehörigen, auf einer Sender-Platine 2 angeordneten Schaltungselektronik untergebracht. Diesem Sender S zur Erzeugung von Ultraschallwellen liegt ein Empfänger E in Form eines Ultraschallwandlers gegenüber, der mit seiner zugehörigen, auf einer Empfänger-Platine 3 angeordneten Schaltungselektronik 3 in dem anderen Schenkel 12 untergebracht ist.
An dem Gehäuse des Ultraschallsensors 1 ist ferner ein Anschluss 13 für die Übertragung von Schaltsignalen sowie eine Bedieneinheit 120 mit einem Display und einem Bedienknopf vorgesehen.
Die aus der 2 ersichtlichen Funktionsblöcke veranschaulichen den prinzipiellen schaltungstechnischen Aufbau des Ultraschallsensors 1. So weist dieser eine Auswerteeinheit 4 in Form eines Mikrocontrollers (µControllers) auf, der senderseitig mit einer Impulserzeugungsschaltung 8 und einer Impulsverstärkerschaltung 9 sowie empfängerseitig mit einer Verstärkerschaltung 5, einer Gleichrichterschaltung 6 und wenigstens einem Integratorglied 7 gekoppelt ist.
Anhand des Blockschaltbilds der 3A für die Empfängerseite wird deutlich, dass die Verstärkerschaltung 5 unter anderem einen Verstärker 50 mit benutzerseitig – vorzugweise über die Bedieneinheit 120 – einstellbarem Verstärkungsfaktor sowie eine Schaltungsanordnung aufweist, die hier insbesondere durch die Gleichrichterschaltung 6 und das Integrationsglied 7 gebildet wird.
Der Ultraschallsensor 1 arbeitet vorliegend mit einer festen Anzahl an Impulsen im Sende-Burstpaket zur Erzeugung von Ultraschallwellen durch den Sender S. Die Anzahl der Impulse ist so gewählt, dass der eingesetzte (Ultraschall-)Sender S am Ende des Sende-Burstpakets mit seiner maximalen Amplitude schwingt und so seine maximale Schallleistung abgibt.
Mit dem adaptiven Verstärker 50 kann nun eine Messempfindlichkeit des Ultraschallsensors 1 in einem weiten Bereich einstellt werden. An einem aus der 3B ersichtlichen Punkt 1 liegt ein von dem Empfänger E erzeugtes und bereits teilweise aufbereitetes Empfangssignal ES1 an. Dies wird um ein Referenzpotential RF – in den gezeigten Schaltungen auch mit VGND bezeichnet – herum verstärkt und der nachfolgendem Schaltungsanordnung 6, 7 an einem Punkt 2 als verstärktes Empfangssignal ES2 weitergegeben. Das Referenzpotential RF ist hier > 0V und mit einem (festen) Wert von +2,5 V vorgegeben.
Ist das Empfangssignal ES1 an Punkt 1 aufgrund eines dünnen, in dem Messbereich 10 befindlichen Materials bereits so hoch, dass die verstärkte Ausgangsspannung (das verstärkte Empfangssignal ES2) des Verstärkers 50 an Punkt 2 in den Bereich der Versorgungsspannung des Verstärkers 50 kommt, kann der Verstärkungsfaktor (durch ein Stellglied IC11) des Verstärkers 50 herabgesetzt werden. Hierdurch kann der Verstärker 50 wieder innerhalb seiner Betriebsspannung arbeiten. Andersherum kann die Verstärkung aufgrund zu niedriger Signalspannung an Punkt 2 durch das Stellglied IC11 erhöht werden, damit wieder ein auswertbares, verstärktes Empfangssignal ES2 an Punkt 2 vorliegt.
Über eine Veränderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 50 kann somit in einfacher Weise die Messempfindlichkeit des Ultraschallsensors 1 angepasst werden.
Zur besseren Veranschaulichung sind in den 5A und 5B der Verlauf eines zu verstärkenden Empfangssignals ES1 und der Verlauf eines verstärkten Empfangssignals ES2 bei einem optimalen – ggf. von Hand eingestellten oder automatisch vorgegebenem – Verstärkungsfaktor von 2 dargestellt.
Bei einem anderem, für Ultraschallwellen durchlässigeren, z.B. dünneren Material, das hier als Trägermaterial für zu detektierende Etiketten verwendet wird, würde der Verstärkungsfaktor 2 demgegenüber entsprechend den Verläufen der 5C und 5D so einem übermäßig verstärkten Empfangssignal ES2_err,1 führen.
Aus den Verläufen der 5E und 5F ist wiederum ersichtlich, dass bei einem fest eingestellten Verstärkungsfaktor von 2 aber auch unter Umständen eine zu geringere Verstärkung erzielt wird und damit ein verstärktes Empfangssignale ES2_err,2 nicht ausreichend verstärkt wird, um dieses in der nachgeschalteten Schaltungsanordnung 6, 7 für die sichere Detektion eines Objekts zu verwerten. Hier wäre somit die Messempfindlichkeit des Ultraschallsensors 2 als zu klein einzustufen. Der Ultraschallsensor 1 wäre somit nicht ausreichend empfindlich eingestellt, so dass hiermit beispielsweise überhaupt nicht mehr oder allenfalls sehr eingeschränkt das Trägermaterial sowie etwaige hieran mit dem Ultraschallsensor 1 ebenfalls festzustellende Risse oder Verbindungs-/Klebestellen detektiert werden könnten.
Anstelle nun in solchen Fälle die Sendeleistung des Senders S zu variieren, ist in dem vorliegenden Ultraschallsensor 1 der Verstärker 50 benutzerseitig einstellbar ausgelegt. Es handelt sich somit um einen „adaptiven Verstärker“. Es wäre im Übrigen auch grundsätzlich denkbar, den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 50 automatisiert zu verändern und z.B. für unterschiedliche, erkannte Messsituationen einen bestimmten Verstärkungsfaktor vorzugeben.
Die 5G zeigt den Verlauf eines verstärkten Empfangssignals ES2, das bei einem Verstärkungsfaktor von 5 aus dem eingehenden Empfangssignal ES1 der 5E entsteht.
Mit der 3C wird im Detail die Schaltungsanordnung 6, 7 veranschaulicht, die der Auswerteeinheit 4 in Form des Mirkocontrollers ein Paar von Messwerten 610 und 620 bereitstellt, deren Differenz die Auswerteeinheit 4 zum Vergleich mit einem in der Auswerteeinheit 4 hinterlegten bzw. gespeicherten Schwellwert oder mehreren Schwellwerten nutzt, um automatisch zu bewerten, ob sich ein bestimmtes Objekt, hier ein Etikett und/oder ein Trägermaterial, in dem Messbereich 10 befindet oder nicht.
Die Schaltungsanordnung 6, 7 nutzt hierbei mittels zweier Gleichrichter 61, 62 sowohl die positive (über dem Referenzpotential RF liegende) als auch die negative (unter dem Referenzpotential RF liegende) Halbwelle eines ihr zugeführten Empfangssignals ES2’, das sich aus dem verstärkten Empfangssignal ES2 ergibt, nach dem dieses insbesondere über einen Bandpass (bzw. Bandbreitenfilter) 51 geführt wurde.
Das verstärkte und weiter aufbereitete Empfangssignal ES2’ ist dabei in der 4A dargestellt. Es handelt sich um ein Wechselspannungssignal mit einem DC-Offset von 2,5V, der sich durch das gewählte Referenzpotential RF ergibt. Das Empfangssignal ES2’ ist hier an einem Punkt T_AN3 der in der 3C gezeigten Schaltung abgegriffen.
Zwei in der 3C umrandete Schaltungsteile stellen jeweils eine Reset-Einheit 63A oder 63B dar. Eine Reset-Einheit 63A, 63B dient der Herstellung eines definierten Ausgangszustandes beim Start der Gleichrichtung. Sie stellt jeweils die (Start-)Spannung an Kondensatoren C43 und C41 der Gleichrichter 61, 62 im Resetfall auf einen definierten Wert von 2,5V ein, der auch dem Wert des Referenzpotentials RF entspricht.
Ein weiterhin in der 3C umrandeter (unterer) Schaltungsteil zeigt einen aktiven Gleichrichter 62 für die positive Halbwelle des Empfangssignals ES2’. Wird das Empfangssignal ES2’ an einem „Pin 5“ (positiver Eingang) eines Komparators IC14/B des Gleichrichters 62 größer als das an einem „Pin 6“ (negativer Eingang), schaltet der Komparator seinen Ausgang („Pin 7“) auf 5V und den Kondensator C41 wird über einen Widerstand R25 und eine Diode D8 geladen. Die Spannung an dem Kondensator C41 folgt dem Signal an „Pin 5“.
Wird das Signal an „Pin 5“ aufgrund der abklingenden Amplitude kleiner als das Signal an „Pin 5“ schaltet der Komparator seinen Ausgang auf 0V. Die Diode D8 sorgt dafür, dass der erreichte Spannungswert an „Pin 5“ erhalten bleibt. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis das Empfangssignal ES2’ an „Pin 5“ nicht mehr größer als dasjenige Signal bzw. der Spannungswert an „Pin 6“ wird. Der Kondensator C41 arbeitet hier demnach als Integrator, der einen Messwert 620 für die Übertragung an die Auswerteeinheit 4 bereitstellt.
Den Verlauf bei der Aufintegration des Messwerts 620 zeigt die 4B, in der das an einem Punkt AN_2 der in der 3C gezeigten Schaltung messbare Spannungsverlauf bzw. Verlauf des Messwerts 620 über der Zeit dargestellt ist. Aus dieser ist ersichtlich, dass der Messwert 620 jeweils dann ansteigt, wenn der Anteil des Empfangssignals ES2’ einerseits über dem Referenzpotential von RF 2,5V liegt und andererseits über den Wert des zuletzt aufgetretenen Amplitudenmaximums ansteigt. Dann steigt der Messwert 620 nahezu linear bis zu Zeitpunkten t1, t3, t5 und t7 weiter an. Fällt der oberhalb des Referenzpotentials RF liegende Anteil des Empfangssignals ES2’, wurde also zum Zeitpunkt t7 eine Maximalamplitude überschritten, wird der erreichte Messwert 620 gehalten, bis – nach einem definierten Zeitraum, in dem kein weiterer Anstieg des Messwerts 620 auftritt – ein Reset durch die zugeordnete Reset-Einheit 63B erfolgt. Der Kondensator C41 wird also stets weiter aufgeladen, wenn das verstärkte Empfangssignal ES2’ über einen zuvor erreichten maximalen Amplitudenwert hinaus ansteigt. Die weitere Aufladung des Kondensators C41 endet dann jeweils zu den Zeitpunkten t3, t5 und t7, an denen das verstärkte Empfangssignale ES2’ sein aktuelles Maximum erreicht hat und wieder abfällt.
Ein in der 3C ebenfalls umrandeter (oberer) Schaltungsteil zeigt den aktiven Gleichrichter 61 für die negative Halbwelle der Empfangssignals ES2’ dar. Die Funktion ist analog zum ersten beschriebenen Gleichrichter 62 nur mit umgekehrten Vorzeichen.
Dementsprechend arbeitet hier ein Kondensator C43 als Integrator, der einen weiteren Messwert 610 für die Übertragung an die Auswerteeinheit 4 bereitstellt. Dabei zeigt sich insbesondere an dem in der 4C dargestellten Verlauf des Messwerts 610, der an einem Punkt AN_1 der in der 3C gezeigten Schaltung gemessen ist, das der Messwert 610 über den dargestellten Gleichrichter 61 ebenfalls an dem Kondensator C43 aufintegriert wird, hier jedoch vom Spannungswert her abfällt. Dabei fällt der Messwert 610 jeweils dann ab, wenn der Anteil des Empfangssignals ES2’ einerseits unter dem Referenzpotential von RF 2,5V liegt und andererseits über den Wert des zuletzt aufgetretenen Amplitudenminimums abfällt. Dann fällt der Messwert 610 nahezu linear bis zu Zeitpunkten t2, t4, t6 und t8 weiter ab. Hat der unterhalb des Referenzpotentials RF liegende Anteil des Empfangssignals ES2’ sein Amplitudenminimum zum Zeitpunkt t8 unterschritten, wird der erreichte Messwert 610 gehalten, bis – nach einem definierten Zeitraum, in dem kein weiterer Abfall des Messwerts 610 auftritt – ein Reset durch die zugeordnete Reset-Einheit 63A erfolgt. Der Kondensator C43 wird also stets weiter entladen, wenn das verstärkte Empfangssignal ES2’ unter einen zuvor erreichten minimalen Amplitudenwert hinaus abfällt. Die weitere Entladung des Kondensators C43 endet dann jeweils zu den Zeitpunkten t2, t4, t6 und t8, an denen das verstärkte Empfangssignale ES2’ sein aktuelles Minimum erreicht hat und wieder ansteigt.
Mittels der Schaltungsanordnung 6, 7 wird somit aus dem unter dem Referenzpotential RF liegenden Anteil des Wechselspannungssignals ES2’ ein (erster) Messwert 610 ermittelt, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals ES2’ unterhalb des Referenzpotentials RF abnimmt. Darüber hinaus wird mittels der Schaltungsanordnung 6, 7 aus dem über dem Referenzpotential RF liegenden Anteil des Wechselspannungssignals ES2’ ein anderer (zweiter) Messwert 620 ermittelt, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals ES2’ oberhalb des Referenzpotentials RF zunimmt.
Hierbei ist grundsätzlich zu beachten, dass die Aufintegration an den Kondensatoren C41 und C43 jeweils bereits kurz vor Erreichen des jeweiligen lokalen Maximums bzw. Minimums des Wechselspannungssignals ES2’ endet, um die Schaltungsanordnung insbesondere weniger anfällig für Störungen zu machen. Unter einem erfassten Messwert für ein (lokales oder absolutes) Amplitudenmaximum bzw. Amplitudenminimum wird somit auch ein Messwert verstanden, der zeitlich kurz vor Erreichen des jeweiligen Maximum bzw. Minimums erhalten wird, z.B. in den 4B und 4A ca. 0,1 oder 0,05 µs zuvor.
Die 4D zeigt noch ergänzend das Signal an einem Ausgang A2 (IC14/B7) des Komparators IC14/B für die Gleichrichtung der negativen Halbwelle, während die 4E zeigt das Signal an einem Ausgang A1 (IC14/A1) des Komparators IC14/A für die Gleichrichtung der positiven Halbwelle.
Anhand eines stets positiven Differenzwerts (Messwert 620 – Messwert 610), der hier in einem Intervall von [0V; 5V] liegt, kann die Auswerteeinheit 4 unter Nutzung beider Halbwellen des Empfangssignals ES2’ somit ermitteln, ob und welcher Art ein Objekt in dem Messbereich 10 ist. Hierzu wird der Differenzwert mit vorgegebenen Schwellwerten verglichen, also zum Beispiel ermittelt, ob der Differenzwert über einen ersten Schwellwert ansteigt, wodurch eine Lücke zwischen zwei Etiketten angezeigt würde, oder sogar über einen zweiten, größeren Schwellwert ansteigt, wodurch ein Riss des die Etiketten tragenden Trägermaterials angezeigt würde. In der Auswerteeinheit 4 sind folglich wenigstens zwei unterschiedliche Schwellwerte hinterlegt, um anhand eines Paares von Messwerten 610, 620 mehrere unterschiedliche Messzustände bestimmen zu können.
Beispielsweise ist bei der Erfassung von Etikettenlücken das gewonnene Empfangssignal ES2’ in der Lücke größer als auf dem Etikett. Der Ultraschallsensor 1 wird so konditioniert, dass er bei einer Lücke, also bei einem über einen vorgegebenen Schwellwert ansteigenden Differenzwert schaltet. Bei der Erfassung von Klebestellen oder Etiketten ist es anders herum. Hier schaltet der Ultraschallsensor 1 bei einem unter einen vorgegebenen Schwellwert abfallenden Differenzwert. Für die Schaltpunkte werden folglich entsprechende Schaltschwellen bzw. Schwellwerte definiert. Eine Kombination beider genannter Fälle kann durch zwei Schaltausgänge abgebildet werden. Einer schaltet bei Überschreiten eines Schwellwertes, der andere beim Unterschreiten.
Alternativ oder ergänzend kann ein Toleranzbereich mit einem unteren und einem oberen Schwellwert definiert sein und mittels eines einzigen Schaltungssignal gearbeitet werden. Dieses Schaltungssignal zeigt dann an, dass eine aus einem Paar von Messwerten bestimmte Vergleichsgröße, beispielsweise ein Differenzwert, nicht (mehr) innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Das Schaltungssignal wird somit zum Beispiel erzeugt, wenn der Differenzwert unterhalb eines unteren Schwellwerts oder oberhalb eines oberen Schwellwerts liegt. Durch die Vorgabe eines Toleranzbereiches bzw. Schaltfenster können somit über ein und dasselbe Schaltsignal zwei unterschiedliche Zustände angezeigt werden, beispielsweise sowohl das Vorliegen einer Klebestelle an einem Trägermaterial innerhalb des Messebereichs, wodurch sich die Durchlässigkeit für Ultraschallwellen verringert, als auch das Vorliegen eines Risses oder einer Perforation in dem Trägermaterial innerhalb des Messebereichs, wodurch sich die Durchlässigkeit für Ultraschallwellen vergrößert.
Vorteil der dargestellten Schaltungsanordnung 6, 7 ist die Nutzung des kompletten, von dem Sensorelement des Empfängers E erzeugten Empfangssignals ES1 bzw. seines verstärkten und weiter aufbereiteten Pendants ES2’.
Bezugszeichenliste

1: Ultraschallsensor
10: Messbereich
11: Senderschenkel
12: Empfängerschenkel
120: Bedieneinheit
13: Anschluss
2: Sender-Platine
3: Empfänger-Platine
4: Mikrocontroller
5: Verstärkerschaltung
50: Adaptiver Verstärker
51: Bandpass
6: Gleichrichterschaltung
61: Gleichrichter (für untere Halbwelle)
610, 620: Aufintegrierter Gleichrichterwert (Messwert)
62: Gleichrichter (für obere Halbwelle)
63A, 63B: Reset-Einheit
7: Integratorglied
8: Impulserzeugungsschaltung
9: Impulsverstärkerschaltung
A1, A2: Komparatorausgang
E: Empfänger
ES1: Empfängersignal
ES2: Verstärktes Empfängersignal
ES2’: Aufbereitetes Empfängersignal
ES2_err,1, ES2_err,2: Fehlerhaft verstärktes Empfängersignal
GS1, GS2: Gleichrichtersignal
RF: Referenzpotential
S: Sender
t1–t8: Zeitpunkt

Claims

Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels Ultraschallwellen, mit wenigstens – einem Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, – einem Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen, – einer Auswerteeinheit zum Vergleich wenigstens eines aus einem Empfangssignal ermittelten Messwertes mit einem in der Auswerteeinheit hinterlegten Schwellwert, wobei anhand des Vergleichs mit dem Schwellwert von der Auswerteeinheit detektiert wird, ob sich ein Objekt in dem Messbereich befindet, und – einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal den wenigstens einen Messwert zu ermitteln und an die Auswerteeinheit zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (6, 7) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal (ES2’) wenigstens ein Paar von Messwerten (610, 620) zu ermitteln und an die Auswerteeinheit (4) zu übertragen, und die Auswerteeinheit (4) aus einem Paar von Messwerten (610, 620) anhand eines Vergleichs mit wenigstens einem Schwellwert bestimmt, ob sich ein Objekt in dem Messbereich (10) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (E) als Empfangssignal ein Wechselspannungssignal (ES1) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (6, 7) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Wechselspannungssignal (ES2’) des Empfängers (E) wenigstens ein Paar von Messwerten (610, 620) zu ermitteln, wobei ein erster Messwert (610) des Paares von Messwerten (610, 620) für einen unter einem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) repräsentativ ist und ein zweiter Messwert (620) des Paares von Messwerten (610, 620) für einen über dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) repräsentativ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schaltungsanordnung (6, 7) aus dem unter dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) ein erster Messwert (610) ermittelbar ist, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals (ES2’) unterhalb des Referenzpotentials (RF) abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schaltungsanordnung (6, 7) aus dem über dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) ein zweiter Messwert (620) ermittelbar ist, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals (ES2’) oberhalb des Referenzpotentials (RF) zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass empfängerseitig die aus dem Wechselspannungssignal (ES2’) ermittelten ersten und zweiten Messwerte (610, 620) stets positiv sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (6, 7) wenigstens einen Gleichrichter (61, 62) zum Ermitteln eines Messwerts (610, 620) aus dem Empfangssignal (ES1) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (61, 62) einen Integrator (C41, C43) aufweist, der einen Messwert (610, 620) für die Übertragung an die Auswerteeinheit (4) bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Gleichrichter (61, 62) gekoppelte Reset-Einheit (63A, 63B) vorgesehen ist, die den Integrator (C41, C43) des Gleichrichters (61, 62) auf eine definierte Startspannung einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 und dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Startspannung und das Referenzpotential den gleichen Spannungswert (RF) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Paar von Messwerten (610, 620) einen Differenz- oder Summenwert zu bilden und diesen mit dem wenigstens einen Schwellwert zu vergleichen, um ein Objekt in dem Messbereich (10) zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) empfängerseitig derart ausgebildet ist, dass ein aus einem Paar von Messwerten (610, 620) gebildeter Differenz- oder Summenwert stets positiv ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (4) wenigstens zwei unterschiedliche Schwellwerte hinterlegt sind, um anhand eines Paares von Messwerten (610, 620) mehrere unterschiedliche Messzustände bestimmen zu können.
Vorrichtung zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels Ultraschallwellen, mit wenigstens – einem Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, – einem Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen, – einer Auswerteeinheit zum Vergleich wenigstens eines aus einem Empfangssignal ermittelten Messwertes mit einem in der Auswerteeinheit hinterlegten Schwellwert, wobei anhand des Vergleichs mit dem Schwellwert von der Auswerteeinheit bestimmt wird, ob sich ein Objekt in dem Messbereich befindet, – einer Schaltungsanordnung, die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, aus einem Empfangssignal den wenigstens einen Messwert zu ermitteln und an die Auswerteeinheit zu übertragen, wobei der Schaltungsanordnung eine Verstärkerschaltung vorgeschaltet ist, um ein von dem Empfänger erzeugtes Empfangssignal zu verstärken, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerschaltung (5) wenigstens einen Verstärker (50) mit variablem Verstärkungsfaktor enthält, mittels dem eine Messempfindlichkeit der Vorrichtung (1) empfängerseitig einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor des Verstärkers (50) von einem Benutzer der Vorrichtung (1) nach deren bestimmungsgemäßen Zusammenbau einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (50) ein Spannungssignal (ES1) verstärkt und so einstellbar ist, dass ein Startspannungssignal (ES2) des Verstärkers (50) unterhalb einer Versorgungsspannung des Verstärkers (50) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Verstärker (50) verstärkte Empfangssignal ein Wechselspannungssignal (ES1) ist und der Verstärker (50) dieses Wechselspannungssignal (ES1) um ein vorgegebenes Referenzpotential (RF) herum verstärkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) für die Detektion eines Etiketts, insbesondere eines auf einem bandartigen Trägermaterial angeordneten Etiketts ausgebildet ist.
Verfahren zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels einer Vorrichtung mit wenigstens – einem Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, – einem Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen, wobei zur Detektion eines Objekts in dem Messbereich, aus einem Empfangssignal des Empfängers wenigstens ein Messwert ermittelt und der Messwert mit einem Schwellwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Empfangssignal (ES2’) wenigstens ein Paar von Messwerten (610, 620) ermittelt wird und aus einem Paar von Messwerten (610, 620) anhand eines Vergleichs mit wenigstens einem Schwellwert bestimmt wird, ob sich ein Objekt in dem Messbereich (10) befindet.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (E) als Empfangssignal ein Wechselspannungssignal (ES1) erzeugt und aus einem Wechselspannungssignal (ES2’) des Empfängers (E) wenigstens ein Paar von Messwerten (610, 620) ermittelt wird, bei dem ein erster Messwert (610) für einen unter einem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) repräsentativ ist und ein zweiter Messwert (620) für einen über dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) repräsentativ ist.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem unter dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) ein erster Messwert (610) ermittelt wird, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals (ES2’) unterhalb des Referenzpotentials (RF) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem über dem Referenzpotential (RF) liegenden Anteil des Wechselspannungssignals (ES2’) ein zweiter Messwert (620) ermittelt wird, der bei steigender Amplitude des Wechselspannungssignals (ES2’) oberhalb des Referenzpotentials (RF) zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Wechselspannungssignal (ES2’) ermittelten ersten und zweiten Messwerte (610, 620) stets positiv sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Messwert (610, 620) durch Integration eines von einem Referenzpotential (RF) abweichenden Spannungssignals (ES2’) ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Paar von Messwerten (610, 620) ein Differenzwert gebildet und dieser Differenzwert mit dem wenigstens einen Schwellwert verglichen wird, um ein Objekt in dem Messbereich (10) zu detektieren.
Verfahren zur Detektion mindestens eines Objekts in einem Messbereich mittels einer Vorrichtung mit wenigstens – einem Sender zum Emittieren von Ultraschallwellen in Richtung eines Empfängers der Vorrichtung, – einem Empfänger zum Empfang von Ultraschallwellen, die den Messbereich zwischen Sender und Empfänger durchquert haben, und zur Erzeugung von Empfangssignalen beim Empfang von Ultraschallwellen, wobei ein von dem Empfänger erzeugtes Empfangssignal um einen Verstärkungsfaktor verstärkt und aus dem verstärkten Empfangssignal wenigstens ein Messwert ermittelt und der Messwert mit einem Schwellwert verglichen wird, um ein Objekt in dem Messbereich zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaktor variabel ist und die Messempfindlichkeit der Vorrichtung (1) empfängerseitig durch Änderung des Verstärkungsfaktors eingestellt wird.