-
Die Erfindung betrifft eine Sensorschaltung zur Überwachung der elektrischen Leitung eines Sensordrahtes, insbesondere zur strukturellen Überwachung eines Objekts, eine Vorrichtung mit einer flächig ausgedehnten Komponente und einer solchen Sensorschaltung sowie ein Verfahren um Betreiben einer solchen Sensorschaltung.
-
Eine strukturelle Überwachung von Objekten ist in vielen Bereichen des täglichen Lebens vorteilhaft oder notwendig. Mit einer strukturellen Überwachung ist damit gemeint, dass die Integrität einer ausgedehnten Komponente einer Vorrichtung überwacht wird. Damit ist im Grunde gemeint, dass die strukturelle Unversehrtheit der Vorrichtung überwacht wird. Beispielsweise ist es zuweilen notwendig ein Seil oder einen Faden zu überwachen, damit ein Riss schnellstmöglich erkannt werden kann. Jedoch ist nicht nur eine Überwachung longitudinal ausgedehnter Komponenten gewünscht, sondern auch von flächig ausgedehnten.
-
Ein Beispiel dafür ist ein Fischnetz. Damit sind sowohl Netze zum Fangen von Fischen z. B. „Fischernetze“ gemeint, sondern auch Netze die zum Halten von Fischen in einem bestimmten Bereich ausgelegt sind, z. B. für Fischfarmen. Diese Netze bestehen in der Regel aus vielen Fäden, die in Form von Ketten und Einschüssen miteinander netzartig verknotet sind. Wenn einer dieser Fäden reißt, hat das Netz dort ein Loch. Bei einem Riss mehrerer Fäden in einem Bereich kann das Loch so groß werden, dass Fische aus dem Netz entkommen können.
-
Bisher wird eine Überwachung von Netzen visuell oder manuell durchgeführt. Das Netz wird dazu aus dem Wasser genommen und betrachtet oder unter Wasser überprüft.
-
Eine schnelle automatisierte Überprüfung ist bisher nicht möglich.
-
Aufgabe der Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Sensorschaltung und ein Verfahren zur automatisierten Überwachung eines longitudinal oder flächig ausgedehnten Objekts zur Verfügung zu stellen, welches mit einem Minimum an Aufwand eine optimale Überwachung erzielt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Sensorschaltung nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
-
Eine erfindungsgemäße Sensorschaltung dient zur Überwachung der elektrischen Leitung eines Sensorleiters und umfasst die folgenden Komponenten:
- - einen RFID-Transponder mit einem ersten Antenneneingang, einem zweiten Antenneneingang und einem Messeingang zum Messen einer Spannung oder eines Stroms, und dazu ausgelegt den am Messeingang gemessenen Zustand per Funk auszugeben,
- - zwei Sensoranschlüsse, die dazu ausgelegt sind, mit einem Sensorleiter (z.B. einem Draht oder einer Litze) verbunden zu werden, wobei der erste Sensoranschluss mit dem ersten Antenneneingang verbunden ist und der zweite Sensoranschluss mit dem Messeingang verbunden ist,
- - ein Halbleiterbaustein mit einer Sperrrichtung und einer Durchlassrichtung, der mit dem zweiten Antenneneingang (AN) und dem Messeingang (IN) verbunden ist, und Ströme vom Messeingang zum zweiten Antenneneingang sperrt.
-
RFID-Transponder sind im Stand der Technik weitläufig bekannt. RFID (englisch: „radiofrequency identification“, auf Deutsch: „Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wel-00len“) bezeichnet eine Technologie für Sender-Empfänger-Systeme zum automatischen und berührungslosen Datenaustausch im Nahfeldbereich bzw. auch im Fernfeldbereich, insbesondere mit UHF RFID.
-
Typischerweise umfasst ein RFID-Transponder einen Mikrochip (oftmals mit einer Größe im Millimeterbereich) und ein Antennensystem. Eine Energiequelle ist bei passiven Transpondern nicht notwendig, da die Energieversorgung über das Antennensystem von außen durch ein RFID-Lesegerät erfolgen kann.
-
Die Kopplung eines RFID-Transponders mit einem RFID-Lesegerät geschieht durch vom RFID-Lesegerät erzeugte magnetische Wechselfelder in geringer Reichweite oder durch hochfrequente Radiowellen, mittels denen nicht nur Daten übertragen werden, sondern auch der Transponder mit Energie versorgt werden kann. Das RFID-Lesegerät enthält eine Software, die den eigentlichen Leseprozess steuert. Die Kommunikation zwischen Transpondern und RFID-Lesegeräten erfolgt in der Regel in einem definierten Frequenzbereich, der oft regionalen Bestimmungen unterworfen ist. Für die Erfindung besonders vorteilhafte Frequenzbereiche sind „Sehr hohe Frequenzen“ (UHF, 300 MHz - 3 GHz), welche durchaus eine hohe Reichweite haben können.
-
Bei der Übertragung von Daten sendet der RFID-Transponder in der Regel zunächst seine Seriennummer (UID) und ggf. danach weitere Daten (UID) mittels Lastmodulation, das heißt, er verbraucht einen Teil der Energie des Wechselfeldes. Dies kann das RFID-Lesegerät detektieren.
-
Ein für die Erfindung geeigneter RFID-Transponder weist neben den Antenneneingängen zusätzlich einem Messeingang auf, der zum Messen einer Spannung oder eines Stroms ausgelegt ist. Zudem ist der RFID-Transponder dazu ausgelegt, den am Messeingang gemessenen Zustand per Funk (an ein RFID-Lesegerät) auszugeben. Die vorgenannten „weiteren Daten“ umfassen also Daten zu dem am Messeingang gemessenen Zustand. Diese können in Form eines Datenwortes (z.B. bei Verwendung eines Analog-Digital Converters „ADC“) oder einfach eines gesetzten Bits (z.B. bei Verwendung eines Comparators) vorliegen.
-
Dieser RFID-Transponder ist auf besondere Weise verschaltet, so dass ein Signal, das auf eine an den Antennenanschlüssen angeschlossene Antenne trifft, neben der Auslese des RFID-Transponders zusätzlich zur Stimulation des Messeingangs verwendet wird.
-
Hier ist zu beachten, dass die hier beschriebene Schaltung lediglich das funktionale Herz für eine Überwachungsvorrichtung darstellt. Eine Überwachung ist nach Ergänzung der Sensorschaltung mit einer Antenne und einem Sensorleiter möglich (was dann als „Überwachungsvorrichtung“ bezeichnet werden könnte). Diese beiden Komponenten sind jedoch variabel bzw. austauschbar und können durchaus Teil eines anderen Gegenstandes sein. Die Antenne wird bestimmungsgemäß an den Antenneneingängen angeschlossen und der Sensorleiter an den Sensoranschlüssen. Die Sensoranschlüsse sind also dazu ausgelegt, mit dem Sensorleiter (z.B. einem Draht oder einer Litze) verbunden zu werden.
-
Der erste Sensoranschluss ist dabei mit dem ersten Antenneneingang verbunden und der zweite Sensoranschluss mit dem Messeingang. Ist ein Sensorleiter an den Sensoranschlüssen angeschlossen, dann würde also der erste Antenneneingang mit dem Messeingang durch diesen verbunden werden (ggf. über die daran angeschlossenen elektronischen Komponenten).
-
Zusätzlich zu dieser Verbindung umfasst die Sensorschaltung noch einen Halbleiterbaustein mit einer Sperrrichtung und einer Durchlassrichtung, z.B. eine Diode oder einen Transistor, der mit dem zweiten Antenneneingang und dem Messeingang verbunden ist, und Ströme vom Messeingang zum zweiten Antenneneingang sperrt. Eine Diode wäre z.B. mit ihrer Anode mit dem zweiten Antenneneingang verbunden und mit ihrer Kathode mit dem Messeingang. Dieser Halbleiterbaustein sorgt dafür, dass Ströme vom zweiten Antenneneingang zum Messeingang fließen können und sperrt Ströme in Gegenrichtung. Der Halbleiterbaustein dient dabei bevorzugt auch der Spannungsregulierung und ist insbesondere als Z-Diode ausgestaltet.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass mit „Verbunden“ in dieser Anmeldung stets „für Wechselströme leitend verbunden“ bzw. „angeschlossen“ gemeint ist. Dies kann eine kapazitive Kopplung sein, was insbesondere für den RFID-Transponder praktikabel ist, bevorzugt (zumindest für die anderen Komponenten) ist jedoch eine elektrisch leitende Verbindung, also ein direkt leitender (ggf. metallischer) Anschluss.
-
Das Grundprinzip der Erfindung basiert darauf, dass bei einer Auslese des RFID-Transponders durch ein RFID-Lesegerät stets Energie übertragen wird. von dieser Energie, die über die Antenne „empfangen“ wird und an den Antenneneingängen anliegt, wird nun ein Teil über die Sensorleitung abgezweigt und an den Messeingang des RFID-Transponders gegeben. Der Messeingang ändert dadurch seinen Zustand, was per Funk abgefragt werden kann. Liegt eine Beschädigung der Sensorleitung vor, dann wird keine Zustandsänderung erkannt. Es ist hierbei bevorzugt, den RFID-Transponder mehrfach auszulesen, da es mitunter einige Zeit dauern kann, bis eine Zustandsänderung vorliegt oder registriert wird.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein strukturell zu überwachendes Objekt auf. Dieses Objekt ist insbesondere longitudinal ausgedehnt wie ein Seil oder flächig gestaltet wie eine Platte oder ein Netz. Die Vorrichtung umfasst zur Überwachung eine erfindungsgemäße Sensorschaltung mit einem Sensorleiter, dessen Enden bevorzugt bereits mit den Sensoranschlüssen verbunden sind, und eine Antenne, die mit den beiden Antenneneingängen verbunden ist, also im Grunde bevorzugt eine Überwachungsvorrichtung. Der Sensorleiter ist dabei in oder an dem zu überwachenden Objekt angeordnet, bevorzugt so, dass bei einer strukturellen Beschädigung des Objekts der Sensorleiter im Bereich der Beschädigung durchtrennt wird. Dies bedeutet, dass er nicht locker an dem Objekt angebracht ist, so dass er bei einer Beschädigung abfallen kann, sondern dass er so an dem Objekt angebracht ist, dass wenn im Bereich des Sensorleiters eine Kraft wirkt, die das Objekt beschädigen kann, diese Kraft ausreicht, um auch den Sensorleiter dort zu beschädigen. Wird der Sensorleiter durchtrennt, kann dies durch die Sensorschaltung bei ihrer Auslese erkannt werden.
-
Das zu überwachende Objekt ist bevorzugt als ein Netz ausgebildet, besonders bevorzugt als ein Fischnetz (ein Netz zum Fangen oder zum Halten von Fischen), wobei der Sensorleiter an den Fäden des Netzes angebracht ist und einen Flächenbereich des Netzes überspannt. Der Sensorleiter kann aber auch Teil eines Fadens des Netzes sein, insbesondere der Kette und/oder des Einschlags. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt mehrere Sensorschaltungen (bzw. Überwachungsvorrichtungen). Alternativ oder zusätzlich können die Sensorleitungen mehrerer Fäden des Netzes eine Reihenschaltung bilden.
-
Das zu überwachende Objekt ist bevorzugt als ein Zaun ausgebildet, insbesondere als ein Drahtzaun, wobei der Sensorleiter am Zaun angebracht ist oder aus einem Draht eines Zaunes gebildet wird, und einen Flächenbereich des Zauns überspannt. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt mehrere Sensorschaltungen (bzw. Überwachungsvorrichtungen). Alternativ oder zusätzlich können die Sensorleitungen mehrerer Drähte des Zauns eine Reihenschaltung bilden, sollten jedoch an ihren Mantelflächen isoliert sein.
-
Ein für die Überwachung bevorzugtes Objekt kann aber auch ein Gebäude, ein Fahrzeug, eine Straße oder ein Flugzeug sein. Im Grunde ist die Erfindung für jedes Objekt vorteilhaft, dessen Struktur in irgendeiner Weise überwacht werden kann (und soll). Das Objekt umfasst eine Anzahl von Sensorleitungen, welche an oder in dem Objekt angebracht sind, insbesondere im Bereich einer baulichen Schwächungslinie des Objekts. Besonders bevorzugt überspannen sie diese Schwächungslinie, insbesondere quer oder über den Verlauf der Schwächungslinie mäandernd. Das Objekt ist insbesondere als Förderband ausgeführt und mindestens eine der Vorrichtungen ist so in oder an dem Objekt angeordnet, dass dessen Sensorstrecke im Wesentlichen quer zur Länge des Objekts (z.B. Förderbandes) verläuft, wobei die Vorrichtung bevorzugt von Material des Objekts (z.B. Förderbandes) umgeben ist. Aber auch eine Dehnungsfuge einer Brücke könnte auf diese Weise überwacht werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Objekt ist ein Windrad zur Energiegewinnung. Hier kann ein RFID-Lesegerät an einer statischen Komponente im Bereich der Rotorblätter angebracht sein, z.B. am Mast oder an der Gondel und in einem zu überwachenden Rotorblatt ist eine Anzahl von Sensorschaltungen angebracht, deren Sensordrähte über die Länge und/oder Breite des Rotorblatts verlaufen. Die Anzahl von Antennen für die Anzahl von Sensorschaltungen sollte dort angeordnet sein, wo das Lesegerät diese mit Energie versorgen kann und die RFID-Transponder auslesen kann.
-
Ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem zur strukturellen Überwachung eines Objekts umfasst eine Überwachungsvorrichtung, ein RFID-Lesegerät und ein zu überwachendes Objekt mit einer Anzahl von Sensordrähten (in oder am Objekt).
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Sensorschaltung mit einem Sensordraht und einer Antenne (also einer Überwachungsvorrichtung) umfasst die folgenden Schritte:
- - erzeugen einer elektromagnetischen Welle mit einer vorgegebenen Auslesefrequenz des RFID-Transponders mit einer vorgegebenen Mindestleistung, bevorzugt mittels eines RFID-Lesegeräts,
- - Auslese des RFID-Transponders der Sensorschaltung mittels eines RFID-Lesegeräts, wobei eine Information über den am Messeingang gemessenen Zustand ausgelesen wird.
-
Die Information des am Messeingang gemessenen Zustands gibt im Grunde direkt an, ob der Sensordraht intakt ist oder nicht (dieser Fall würde als eine Beschädigung eines zu überwachenden Objekts interpretiert). Die Information, die im Grunde ein Bit groß sein könnte (Spannung ja/nein), kann dann ausgegeben werden oder für eine Steuerung einer Alarmvorrichtung oder einer Anlage verwendet werden. Hierzu sollte jedoch beachtet werden, dass es einige Millisekunden dauern kann, bis der Messeingang eine Zustandsänderung anzeigt. Es ist daher bevorzugt, mehrfach auszulesen und einen intakten Sensorleiter anzunehmen, wenn zumindest ein Mal ein entsprechender Zustand angezeigt worden ist.
-
Beispielsweise kann die Information einfach in einem Datensatz abgespeichert und später zur Auswertung verwendet werden. Es kann aber auch ein Alarm ausgegeben werden, wenn eine strukturelle Änderung (z.B. ein Riss) aufgetreten ist. Zusätzlich oder alternativ zu einer Warnung kann ein Prozess angehalten werden, z.B. ein Förderband gestoppt werden oder ein Windrad, in dessen Rotorblättern sich Vorrichtungen befinden, kontrolliert heruntergefahren werden (in Form eines Notstopps), wenn eine der Vorrichtungen einen Riss (durch ihren Ausfall) anzeigt. Das Verfahren kann also noch den zusätzlichen Schritt enthalten:
- - Steuerung eines Prozesses und/oder eine Alarmanlage basierend auf der Information und/oder Ausgabe der Information, insbesondere auf einer Anzeigevorrichtung und/oder in eine Speichereinrichtung.
-
Risse in einer Straße können z.B. sehr einfach durch Abfahren der Straße mit einem Fahrzeug, an dessen Boden ein RFID-Lesegerät angebracht ist, erkannt werden. Eine Brücke kann eine Überwachungsvorrichtung an ihrer Dehnungsfuge aufweisen, wobei der Sensorleiter sich über die Dehnungsfuge erstreckt.
-
Es kann aber auch die Integrität einer Ladung per Funk überprüft werden. Beispielsweise könnten Elemente mit Kontaktflächen ausgestattet sein, die bei korrekter Positionierung mit Sensoranschlüssen einer Sensorschaltung verbunden sind. Fehlt ein Element oder ist es falsch positioniert, würde dies erkannt werden. Beispielsweise könnten auf diese Weise die Bestückung von Sitzen mit Schwimmwesten in einem Flugzeug überwacht werden.
-
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Patentansprüche einer bestimmten Kategorie auch gemäß den abhängigen Ansprüchen einer anderen Kategorie weitergebildet sein können und Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
-
Eine bevorzugte Sensorschaltung umfasst eine erste Anpassungseinheit zwischen den beiden Antenneneingängen und eine zweite Anpassungseinheit zwischen dem zweiten Antenneneingang und dem Messeingang. Diese Anpassungseinheiten dienen zur Anpassung der durch die Antenne aufgefangenen Signale im Sensorleiter und umfassen bevorzugt eine Induktivität, insbesondere eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität. Die beiden Anpassungseinheiten sind dabei dermaßen aufeinander abgestimmt worden, dass bei einem vorgegebenen Signal an den Antennenanschlüssen mit der Auslesefrequenz des RFID-Transponders, insbesondere einer Trägerfrequenz bzw. einer Sinuswelle, ein maximales Signal den Messeingang erreicht. Dies kann z.B. durch Änderung der Werte beider Anpassungseinheiten bei gleichzeitiger Messung des Signals am Messeingang erreicht werden. Wurde für eine Konfiguration aus Sensorschaltung, Sensorleiter und Antenne eine geeignete Anpassung der Anpassungseinheiten erreicht, kann diese für identische Überwachungsvorrichtungen verwendet werden.
-
Eine bevorzugte Sensorschaltung umfasst eine Diode, die mit ihrer Anode, insbesondere über eine zweite Anpassungseinheit, mit dem ersten Antenneneingang verbunden ist und mit ihrer Kathode mit dem ersten Sensoranschluss. Diese Diode dient der Selektion einer positiven Halbwelle für den Messeingang. Alternativ zu dieser Diode kann im Grunde ein beliebiger Halbleiter verwendet werden, z.B. ein Transistor oder ein FET.
-
Gemäß einer bevorzugten Sensorschaltung ist der Halbleiterbaustein eine Diode, bevorzugt eine Z-Diode, die mit ihrer Anode mit dem zweiten Antenneneingang verbunden ist und mit ihrer Kathode mit dem Messeingang. Alternativ zu dieser Diode kann im Grunde ein beliebiger Halbleiter verwendet werden, z.B. ein Transistor oder ein FET.
-
Der Halbleiterbaustein ist bevorzugt mit einem Kondensator parallel geschaltet, wobei der Kondensator bevorzugt so bemessen ist, dass dessen Ladezeit kleiner ist als 10 ms. Die Ladezeit hängt vom Strom ab, der in den Kondensator fließt und damit vom induzierten Strom und dem Widerstand vor dem Kondensator. Der Kondensator dient der Glättung des Signals am Messeingang. Er sollte nicht zu groß sein, damit bei den niedrigen induzierten Strömen möglichst schnell ein Signal am Messeingang anliegt. Daher sollte die Kapazität des Kondensators bevorzugt weniger als 100 nF betragen, insbesondere weniger als 50 nF, besonders bevorzugt nicht mehr als 20 nF, oder in Spezialfällen insbesondere nicht mehr als 1 nF betragen. Bevorzugt ist die Kapazität größer als 10 pF, insbesondere größer als 100 pF. Einen guten Wert in der Praxis könnte 10 nF darstellen.
-
Der Halbleiterbaustein ist bevorzugt mit einem, insbesondere ohmschen, Widerstand zwischen dem zweiten Sensoranschluss und dem zweiten Antenneneingang in Reihe geschaltet. Der Widerstand ist dabei bevorzugt mit dem zweiten Sensoranschluss und dem Messeingang verbunden. Bei der Reihenschaltung wäre also der Messeingang ein Abgriff zwischen Widerstand und Halbleiterbaustein. Hier ist zu beachten, dass der Widerstand mit einem Sensorleiter in Reihe liegen würde. Er sollte daher unter Berücksichtigung des Widerstandes des Sensorleiters ausgewählt werden.
-
Eine bevorzugte Sensorschaltung umfasst eine Antenne, die mit den beiden Antenneneingängen verbunden ist, bevorzugt eine Dipolantenne.
-
Der zweite Antenneneingang ist bevorzugt mit dem internen GND (Ground) des RFID-Transponders verbunden.
-
Gemäß einer bevorzugten Sensorschaltung umfasst der Messeingang einen ADC oder einen Diskriminator, kann also Spannungen oder Ströme in Zahlenwerten oder zumindest in Bit-Informationen wiedergeben. Der Messeingang ist dabei bevorzugt dazu ausgelegt, eine (insbesondere positive) Spannung oder einen Strom zu detektieren. Der RFID-Transponder ist bevorzugt dazu ausgelegt, die detektierte Spannung bzw. den detektierten Strom in Form eines digitalen Datensatzes (z.B. Datenwort oder Bit) auszugeben.
-
Es ist bevorzugt, dass der Messeingang dazu ausgelegt ist, zu ermitteln, ob eine Spannung oder ein Strom am Messeingang in einem Signal-Wertebereich liegt und in diesem Falle vom RFID-Transponder ein Datenwort generiert oder zumindest ein Bit setzt, welches per Funk aus dem RFID-Transponder ausgelesen werden kann.
-
Eine bevorzugte Sensorschaltung umfasst einen Sensorleiter, dessen Enden mit den Sensoranschlüssen verbunden sind. Der Sensorleiter ist bevorzugt länger ist als 5 cm, insbesondere länger als 50 cm, bevorzugt länger als 1 m, insbesondere länger als 10 m.
-
Hier sollte jedoch für die Praxis beachtet werden, dass jeder Leiter einen Widerstand hat und auch das umgebende Medium einen Widerstand aufweisen kann. Beispielsweise würde bei der Überwachung eines Fischnetzes ein Riss im Sensorleiter nicht zu einer kompletten Unterbrechung des Stromflusses durch den Sensorleiter führen, da ein (kleiner) Teil des Stromes noch durch das Meerwasser fließen kann. Zwar ist der spezifische Widerstand von Meerwasser bedeutend größer als der des Sensorleiters, jedoch könnte dennoch aufgrund geringer Abstände der Enden des Sensorleiters am Riss ein messbarer Strom fließen. Daher ist bevorzugt, dass die Sensorschaltung ausgehend von einem vorgegebenen „Betriebswiderstand“ und einem dazu größeren vorgegebenen „Defektwiderstand“ so eingestellt ist oder so einstellbar ist, dass eine Spannung am Messeingang in dem Signal-Wertebereich liegt, wenn die Sensorleitung den Betriebswiderstand hat und außerhalb des Signal-Wertebereichs liegt, wenn die Sensorleitung mindestens den Defektwiderstand hat. Die besondere Beschaltung der Sensorschaltung, die dazu führt, dass ein Teil der empfangenen Energie als Strom durch den Sensordraht fließen kann, bedingt, dass auch bei kleinen Widerständen eine Entscheidung getroffen werden kann, ob eine Spannung im Signal-Wertebereich liegt oder nicht (da die Spannung ausreichend groß ist). Der Defekt-Widerstand ist bevorzugt kleiner als 1 kΩ, insbesondere kleiner als 100 Ω oder gar kleiner als 50 Ω, jedoch stets größer als der Betriebswiderstand, bevorzugt mehr als 10 Ω größer, insbesondere mehr als 50 Ω größer.
-
Bevorzugt ist der Sensorleiter als Doppelleitung ausgebildet, deren den Sensoranschlüssen abgewandten Enden miteinander verbunden sind. Ein solcher Sensorleiter lässt sich gut in einem Objekt anordnen, ohne dass man darauf achten muss, das Ende des Sensorleiters wieder zurückzuführen.
-
Bevorzugt ist die Sensorschaltung dazu ausgelegt, dass der Messeingang gleichzeitig als Eingang für eine externe Spannungsquelle zur Verbesserung des Signals des RFID-Transponders dient. Es existieren RFID-Transponder mit einem Spannungseingang, der für eine externe Energieversorgung ausgelegt sind (oftmals gegen den zweiten Antenneneingang). Es ist besonders bevorzugt, dass der Zustand dieses Spannungseingangs gleichzeitig im RFID-Transponder gemessen wird und per Funk abgefragt werden kann. Liegen Messeingang und Spannungseingang bei einem RFID-Transponder getrennt vor, ist bevorzugt, dass diese beiden miteinander in der Sensorschaltung verbunden sind. Auf diese Weise kann die durch eine Antenne aufgefangene Energie des RFID-Lesegeräts zusätzlich zur Verstärkung des Signals des RFID-Transponders verwendet werden.
-
Da Objekte neben einer Zerstörung auch einer Abnutzung unterworfen sein können, ist es vorteilhaft, mehrere Sensorleiter in unterschiedlichen Abständen zur Oberfläche des Objekts in dem Objekt einzubetten. Es ist aber auch möglich, die Sensorleiter unterschiedlicher Überwachungsvorrichtungen übereinander anzuordnen. Wird nun die Oberfläche abgenutzt, so werden die Sensorleiter, die dieser Oberfläche am nächsten liegen, zuerst zerstört, was eine Abnutzung anzeigt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Sensorschaltung,
- 2 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung,
- 3 ein Beispiel für einen Sensorleiter als Doppelleitung,
- 4 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowie ein Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
- 5 ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung,
- 6 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Förderband.
-
1 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Sensorschaltung 1 zur Überwachung der elektrischen Leitung eines Sensorleiters S. Dieser Sensorleiter ist hier gestrichelt mit einem Schalter dargestellt, der andeuten soll, dass der Sensorleiter normalerweise intakt ist und seine Durchtrennung einen Defekt des überwachten Objekts anzeigt.
-
Die Sensorschaltung umfasst einen RFID-Transponder 2 mit einem ersten Antenneneingang AP, einem zweiten Antenneneingang AN und einem Messeingang IN. Der Messeingang IN ist in diesem Beispiel ein Eingang, an den eine zusätzliche Spannung (VDD) gegen den zweiten Antenneneingang AN (GND) angelegt werden kann, um die Sendeleistung des RFID-Transponders 2 zu erhöhen und ist gleichzeitig dazu ausgelegt, zu messen, ob dort eine Spannung angelegt ist. Liegt dort eine Spannung an, dann wird in einem Register ein Bit gesetzt. Dieses Register kann bei einer Auslese des RFID-Transponders ausgegeben werden und damit per Funk überprüft werden, ob an dem Messeingang IN eine Spannung anliegt.
-
Der Sensorleiter S, z. B. ein Draht oder eine Litze, ist an zwei Sensoranschlüssen S1, S2 angeschlossen. Diese wiederum sind mittels Elektronikbausteinen mit den Antenneneingängen AP, AN und dem Messeingang IN so verbunden, dass die zur Auslese verwendete elektromagnetische Welle eines RFID-Lesegerätes F (s. z. B. 4), mit der Auslesefrequenz des RFID-Transponders an dem Messeingang als eine Spannung anliegt. Die Energie der Welle kann damit sowohl dazu verwendet werden, die Sendeleistung des RFID-Transponders zu erhöhen als auch die strukturelle Unversehrtheit des Sensorleiters festzustellen. Ist der Sensorleiter S intakt, dann sendet der RFID-Transponder 2 bei einer Abfrage durch ein RFID-Lesegerät F ein starkes Signal mit einer Information, dass das Bit gesetzt ist. Ist der Sensorleiter S defekt (wie hier mit dem geöffneten Schalter angedeutet), dann sendet der RFID-Transponder 2 ein Signal mit einer Information, dass das Bit nicht gesetzt ist.
-
Die Sensorschaltung 1 umfasst dazu die folgenden Bausteine: Eine Z-Diode D1 als Halbleiterbaustein D1, die mit ihrer Anode mit dem zweiten Antenneneingang AN verbunden ist und mit ihrer Kathode mit dem Messeingang IN. Ihre Sperrrichtung ist also dem Messeingang IN zugewandt und sie begrenzt damit die maximale Spannung am Messeingang. Ihre Durchbruchspannung sollte so bemessen sein, dass sie etwas unterhalb der maximal zulässigen Spannung des Messeingangs IN liegt.
-
Die Z-Diode D1 ist mit einem Kondensator C parallel geschaltet, welcher der Glättung der empfangenen Welle dient. Diese Schaltung ist wiederum mit einem ohmschen Widerstand R in Reihe geschaltet, der mit dem zweiten Sensoranschluss S2 und dem Messeingang IN verbunden ist. Der Messeingang IN liegt also als Abgriff zwischen Widerstand R und der Kathode der Z-Diode D1.
-
Der erste Sensoranschluss S1 ist über eine Spule und eine Diode D2 mit dem ersten Antenneneingang AP verbunden. Die Diode dient der Selektion einer positiven Halbwelle der an den Antenneneingängen AP, AN induzierten Welle (Wechselstrom). Die Spule dient als Induktivität L2 zusammen mit einer weiteren Induktivität L1 zwischen den Antenneneingängen AP, AN der Maximierung des Signals am Messeingang IN. An Stelle der Spulen können auch komplexere Anpassungseinheiten L1, L2 verwendet werden. Es ist schwierig, hierzu konkrete Werte oder Verhältnisse der Spulen anzugeben, da dies von den Bauteilen im Stromkreis abhängt. Hier ist es eine vorteilhafte Vorgehensweise, an einem Testaufbau durch verändern der Parameter der Spulen die besten Werte einzustellen.
-
2 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung 3 mit einer Sensorschaltung 2, einer Antenne A und einem Sensorleiter S. Die Sensorschaltung 2 liegt hier auf einer Platine vor, an deren Anschlüsse die Antenne A und der Sensorleiter angelötet sind. In diesem Beispiel wurden Isolatoren um die einzelnen Leiter aufgeschmolzen, was als Verdickungen in Ausnehmungen der Platine zu erkennen ist. Dies dient vorteilhaft der Zugentlastung, wobei der Aufbau auch noch zusätzlich in Kunstharz eingegossen werden kann. Der Sensorleiter S liegt hier in einem flächigen Objekt N und überwacht dessen strukturelle Unversehrtheit. Wird das Objekt N irgendwo beschädigt, dann wird dort auch der Sensorleiter S beschädigt und bei Auslese der Überwachungsvorrichtung 3 eine dementsprechende Information ausgegeben.
-
3 zeigt ein Beispiel für einen Sensorleiter S als Doppelleitung. Dieser ist an seiner einen Seite an die Sensoranschlüsse S1, S2 einer Sensorschaltung 1 angeschlossen und an seiner anderen Seite sind die beiden Leitungen miteinander verbunden, so dass sich eine geschlossene Schleife ergibt. Eine solche Doppelleitung kann sehr unkompliziert in einem Objekt N verlegt werden.
-
4 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4 sowie ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das strukturell zu überwachende Objekt N ist hier als ein Fischnetz N ausgebildet, wobei hier der Sensorleiter S an den Fäden des Netzes angebracht ist und einen Flächenbereich des Netzes überspannt. Alternativ könnte er auch Teil der Fäden des Netzes sein, z.B. als isolierter Draht in die Fäden eingewoben sein, die dann zu dem Netz verknüpft worden sind. Die Antenne A der Überwachungsvorrichtung 3 (also Sensorschaltung 1, Antenne A und Sensorleiter S) ist hier am Rand des Fischnetzes N angeordnet und wird gerade per Schiff ausgelesen. Dieses Schiff hat einen Funkmast F mit einem RFID-Lesegerät F und sendet gerade Funkwellen mit der Auslesefrequenz des RFID-Transponders 2 der Sensorschaltung 1. Diese Funkwellen werden von der Antenne A aufgefangen und ergeben einen Strom in der Sensorschaltung, der durch den geschlossenen Sensorleiter S in einer Spannung am Messeingang IN des RFID-Transponders 2 resultiert. Die Information zum Anliegen dieser Spannung wird während der Vorbeifahrt des Schiffes ausgelesen. Hier kann durchaus mehrfach ausgelesen werden, da es einige Zeit dauern könnte, bis die Spannung am Messeingang IN anliegt.
-
Die Auslese erfolgt durch erzeugen einer elektromagnetischen Welle mit einer vorgegebenen Auslesefrequenz des RFID-Transponders 2 mit einer vorgegebenen Mindestleistung, bevorzugt mittels eines RFID-Lesegeräts F und Auslese des RFID-Transponders 2 der Sensorschaltung 1 mittels eines RFID-Lesegeräts F, wobei eine Information über den am Messeingang IN gemessenen Zustand ausgelesen wird.
-
5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung 3 aus Sensorschaltung 1, Antenne A und Sensorleiter S, die in einer Boje B untergebracht ist.
-
6 zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung (3) in einem Förderband (5). Der Sensorleiter S verläuft hier mäanderförmig durch das Förderband (5) und ist mit einer Sensorschaltung 1 mit Antenne A verbunden. Von dem Förderband (5) ist lediglich ein Teil dargestellt. Es kann eine Vielzahl von solchen Überwachungsvorrichtungen 3 umfassen und mehrere Meter oder gar mehrere hunderte Meter lang sein.
-
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe wie „Element“ oder „Vorrichtung“ nicht aus, dass diese auch aus mehreren, gegebenenfalls auch räumlich getrennten, Untereinheiten bestehen. Der Ausdruck „eine Anzahl“ ist dahingehend zu verstehen, dass die Anzahl größer als Null ist (also als „mindestens eins“).
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensorschaltung
- 2
- RFID-Transponder
- 3
- Überwachungsvorrichtung
- 4
- Vorrichtung
- 5
- Förderband
- A
- Antenne
- AN
- Antenneneingang
- AP
- Antenneneingang
- B
- Boje
- D1
- Z-Diode / Halbleiterbaustein
- D2
- Diode
- C
- Kapazität
- F
- Funkmast / RFID-Lesegerät
- IN
- Messeingang
- L1, L2
- Induktivität / Anpassungseinheit
- N
- Objekt / Fischnetz
- R
- Widerstand
- S
- Sensordraht
- S1, S2
- Sensoranschluss