DE102020127514B3 - Vibration sensor with integrated waveguide and method for operating a point level sensor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vibrationssensor (10) mit einem mechanischem Schwinger (14) mit einem ersten Zinken (16) und einem zweiten Zinken (18) und einem Schwingungsantrieb zur Anregung des mechanischen Schwingers (14), wobei der Vibrationssensor (10) zudem eine Erzeugungseinheit eines HF-Signals aufweist, wobei sich zur Weiterleitung des HF-Signals ausgehend von der Erzeugungseinheit des HF-Signals ein erster Hohlleiter (22) bis innerhalb des ersten Zinkens (16) erstreckt und/oder ein zweiter Hohlleiter (24) bis innerhalb des zweiten Zinkens (18) erstreckt.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Vibrationssensors (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mechanische Schwinger (14) in Schwingungen versetzt wird und ein HF-Signal durch mindestens einen der Hohlleiter (22, 24) gesendet wird und ein HF-Signal empfangen und ausgewertet wird.The present invention relates to a vibration sensor (10) with a mechanical oscillator (14) with a first tine (16) and a second tine (18) and an oscillating drive for exciting the mechanical oscillator (14), the vibration sensor (10) also having a Generating unit of an HF signal, wherein for forwarding the HF signal starting from the generating unit of the HF signal, a first waveguide (22) extends inside the first prong (16) and/or a second waveguide (24) inside the second prong (18).Furthermore, the invention relates to a method for operating a vibration sensor (10) according to one of the preceding claims, in which the mechanical vibrator (14) is made to oscillate and an HF signal passes through at least one of the waveguides (22, 24) is sent and an HF signal is received and evaluated.
Description
Die Erfindung betrifft einen Vibrationssensor mit einem mechanischen Schwinger, mit einem ersten Zinken und einem zweiten Zinken und mit einem Schwingungsantrieb zur Anregung des mechanischen Schwingers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Vibrationssensor wird insbesondere als Vibrationsgrenzschalter eingesetzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Grenzstandsensors gemäß Anspruch 8.The invention relates to a vibration sensor with a mechanical oscillator, with a first tine and a second tine and with an oscillating drive for exciting the mechanical oscillator according to the preamble of
Aus dem Stand der Technik sind Vibrationssensoren, die beispielsweise als Vibrationsgrenzschalter verwendet werden, allgemein bekannt. Standardmäßig weist ein solcher Vibrationssensor eine über einen Schwingungsantrieb zu einer Schwingung anregbare Membran auf, mittels welcher wiederrum ein an der Membran angeordneter mechanischer Schwinger zu einer Schwingung angeregt werden kann. In Abhängigkeit von einem Bedeckungsgrad des mechanischen Schwingers mit einem Füllgut sowie in Abhängigkeit von der Viskosität des Füllguts schwingt der mechanische Schwinger mit einer charakteristischen Frequenz, die von dem Vibrationssensor detektiert und in ein Messsignal umgewandelt werden kann.Vibration sensors, which are used, for example, as vibration limit switches, are generally known from the prior art. By default, such a vibration sensor has a membrane that can be excited to vibrate via a vibration drive, by means of which a mechanical vibrator arranged on the membrane can in turn be excited to vibrate. The mechanical oscillator oscillates at a characteristic frequency, which can be detected by the vibration sensor and converted into a measurement signal, depending on the degree to which the mechanical vibrator is covered with a filling material and on the viscosity of the filling material.
Beispielsweise ist ein solcher vibronischer Sensor mit einer mechanischen Schwingeinheit aus der
Während des Betriebes des Vibrationssensors kann es zu Beschädigungen am Sensor kommen, beispielsweise durch zu starke Strömung des zu detektierenden Mediums, durch ein Rührwerk im Behälter oder durch Korrosion und Abrasion. Besonders Beschädigungen, welche nur zu kleineren Verformungen des mechanischen Schwingers führen, werden in der Regel nicht oder erst zu spät detektiert, da diese die Frequenz und Amplitude der gemessenen Schwingungen in vergleichbarem Maße ändern, wie sie durch Abdeckungen des mechanischen Schwingers mit Medium hervorgerufen werden.Damage to the sensor can occur during operation of the vibration sensor, for example due to excessive flow of the medium to be detected, due to an agitator in the container or due to corrosion and abrasion. In particular, damage that only leads to minor deformations of the mechanical vibrator is usually not detected or only detected too late, since this changes the frequency and amplitude of the measured vibrations to a comparable extent as are caused by covering the mechanical vibrator with a medium.
Eine weitere Form von Beeinträchtigungen des Vibrationssensors ergibt sich, wenn sich Medium am mechanischen Schwinger ablagert. Insbesondere, wenn als mechanischer Schwinger eine Schwinggabel mit zwei Zinken verwendet wird, kann es dazu kommen, dass die Ablagerungen eine Verbindung zwischen den beiden Zinken bilden. Durch eine solche Verbindung kann fälschlicherweise angenommen werden, dass der mechanische Schwinger bedeckt ist.Another form of impairment of the vibration sensor occurs when medium is deposited on the mechanical vibrator. In particular, if a vibrating fork with two prongs is used as the mechanical vibrator, it can happen that the deposits form a connection between the two prongs. Such a connection can falsely assume that the mechanical vibrator is covered.
Vibrationssensoren werden häufig als sicherheitsrelevante Grenzstandsensoren eingesetzt, um eine Überfüllung von Behältern oder ein Trockenlaufen zu verhindern. Demnach ist es hier besonders wichtig, zuverlässige und ausfallsichere Vibrationssensoren zur Verfügung zu stellen.Vibration sensors are often used as safety-relevant point level sensors to prevent containers from overfilling or running dry. Accordingly, it is particularly important here to provide reliable and fail-safe vibration sensors.
Demnach ist es die zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung, einen Vibrationssensor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Vibrationssensors zur Verfügung zu stellen, welche ein besonders zuverlässiges Betreiben der Vibrationssensoren ermöglichen.Accordingly, it is the underlying object of the invention to provide a vibration sensor and a method for operating such a vibration sensor, which allow particularly reliable operation of the vibration sensors.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen sind in Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments are described in connection with the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Vibrationssensor weist einen mechanischen Schwinger mit einem ersten Zinken und einem zweiten Zinken auf. Ein solcher mechanischer Schwinger wird auch als Schwinggabel bezeichnet. Ferner weist der Vibrationssensor einen Schwingungsantrieb zur Anregung des mechanischen Schwingers auf. Die Anregung erfolgt insbesondere in bekannter Art und Weise piezoelektrisch. Der mechanische Schwinger wird durch den Schwingungsantrieb zu Schwingungen angeregt, insbesondere bei seiner Resonanzfrequenz. Bei einer Bedeckung des mechanischen Schwingers mit einem Medium (Flüssigkeit oder Schüttgut) ändert sich die Schwingungsfrequenz und/oder -amplitude des mechanischen Schwingers. Wird eine Bedeckung oder das Fehlen einer Bedeckung detektiert, so kann ein Schaltsignal ausgegeben werden. Der Vibrationssensor wird üblicherweise als Grenzstandsensor zur Detektion eines maximalen oder minimalen Füllstands eingesetzt.A vibration sensor according to the invention has a mechanical oscillator with a first tine and a second tine. Such a mechanical oscillator is also referred to as a tuning fork. Furthermore, the vibration sensor has an oscillating drive for exciting the mechanical oscillator. The excitation takes place, in particular, piezoelectrically in a known manner. The mechanical oscillator is excited to oscillate by the oscillating drive, particularly at its resonant frequency. When the mechanical vibrator is covered with a medium (liquid or bulk material), the vibration frequency and/or amplitude of the mechanical vibrator changes. If coverage or the absence of coverage is detected, a switching signal can be output. The vibration sensor is usually used as a point level sensor to detect a maximum or minimum level.
Der erfindungsgemäße Vibrationssensor weist zudem eine Erzeugungseinheit zur Erzeugung eines HF-Signals auf, erfindungsgemäß eine Signalerzeugungseinheit mittels welcher eine Sendeelektrode über ein Wechselspannungssignal derart angeregt wird, dass die Sendeelektrode ein Radarsignal aussendet. Die Sendeelektrode kann dabei auch gleichzeitig als Empfangselektrode dienen.The vibration sensor according to the invention also has a generating unit for generating an HF signal, according to the invention a signal generating unit by means of which a transmitting electrode is excited via an AC voltage signal in such a way that the transmitting electrode emits a radar signal. The transmitting electrode can also serve as a receiving electrode at the same time.
Ausgehend von der Erzeugungseinheit des HF-Signals erstreckt sich ein erster Hohlleiter bis innerhalb des ersten Zinkens und/oder ein zweiter Hohlleiter erstreckt sich ausgehend von der Erzeugungseinheit des HF-Signals bis innerhalb des zweiten Zinkens. Die Hohlleiter dienen dabei jeweils zur Übertragung des ausgesandten wie auch eines reflektierten bzw. empfangenen HF-Signals innerhalb des mechanischen Schwingers und des Gehäuses.Starting from the generating unit of the HF signal, a first waveguide extends to inside the first prong and/or a second waveguide extends starting from the generating unit of the HF signal to inside the second prong. The waveguides serve to transmit the emitted as well as a reflected or received HF signal within the mechanical vibrator and the housing.
Durch die Integration einer HF-Signal-Erzeugungseinheit und mindestens eines Hohlleiters in den Vibrationssensor, stellt der Sensor mehrere - im Folgenden noch im Detail erläuterte - Möglichkeiten bereit, die Funktionsweise des Vibrationssensors unabhängig von den Messignalen des mechanischen Schwingers zu überprüfen. Insbesondere lassen sich Beschädigungen oder Ablagerungen an dem mechanischen Schwinger detektieren, welche zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen können. Dadurch werden die Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Vibrationssensors deutlich erhöht.By integrating an HF signal generation unit and at least one waveguide in the vibration sensor, the sensor provides several options—explained in detail below—of checking the functioning of the vibration sensor independently of the measurement signals of the mechanical oscillator. In particular, damage or deposits on the mechanical oscillator can be detected, which can lead to a falsification of the measurement results. This significantly increases the fail-safety and reliability of the vibration sensor according to the invention.
Der Vibrationssensor kann weiterhin besonders kompakt gestaltet sein, wenn sowohl der Schwingungsantrieb, die Erzeugungseinheit des HF-Signals, sowie mindestens eine Sende- und Empfangselektrode für das HF-Signal und eine Auswerteelektronik innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Vorzugsweise ist eine Auswerteelektronik sowohl für die Auswertung der Vibrationsmessung als auch für die Auswertung der Radarmessung vorgesehen. Das Gehäuse ist insbesondere oberhalb des mechanischen Schwingers angeordnet und das HF-Signal wird nicht in dem mechanischen Schwinger selbst erzeugt.The vibration sensor can also be particularly compact if both the vibration drive, the unit generating the HF signal and at least one transmitting and receiving electrode for the HF signal and evaluation electronics are arranged within a housing. Evaluation electronics are preferably provided both for evaluating the vibration measurement and for evaluating the radar measurement. In particular, the housing is arranged above the mechanical vibrator and the HF signal is not generated in the mechanical vibrator itself.
In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationssensors weist der erste Hohlleiter innerhalb des ersten Zinkens einen Reflektionsbereich auf und/oder der zweite Hohlleiter weist innerhalb des zweiten Zinkens ebenfalls einen Reflektionsbereich auf. Mit einem Reflektionsbereich ist vorliegend gemeint, dass hier eine Art „Störstelle“ für das ausgesandte elektromagnetische HF-Signal ausgebildet ist, an der das Signal zurückreflektiert wird. Beispielsweise kann der Reflektionsbereich als Kurzschluss ausgebildet sein.In a practical embodiment of the vibration sensor according to the invention, the first waveguide has a reflection area inside the first prong and/or the second waveguide also has a reflection area inside the second prong. In the present case, a reflection area means that a type of “interference point” for the emitted electromagnetic HF signal is formed here, at which the signal is reflected back. For example, the reflection area can be designed as a short circuit.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform eignet sich zur Überprüfung des Vibrationssensors und genauer des mechanischen Schwingers auf eine mögliche Verformung oder auf Abrasion oder Korrosion des mechanischen Schwingers. Dabei wird ein HF-Signal ausgehend von der Erzeugungseinheit bzw. Sende- und Empfangseinheit durch einen Hohlleiter gesendet und das an dem Reflektionsbereich zurückreflektierte Signal ebenfalls von der Sende- und Empfangseinheit empfangen. Eine Verformung des ersten Zinkens mit darin ausgebildetem Hohlleiter oder auch eine Abrasion oder Korrosion, die zu einer veränderten Struktur des Zinkens führen, können dann durch Veränderung des reflektierten Signals gemessen werden. Das HF-Signal ist besonders sensitiv auf solche Veränderungen. Die vorstehend genannten Beschädigungen können über Veränderungen an der Laufzeit, an der Amplitude oder an der Phasenverschiebung des gesandten Signals erkannt werden. Die HF-Messung bzw. Radarmessung werden insbesondere durch die normale Bedeckung des mechanischen Schwingers mit Medium nicht beeinflusst.The embodiment described above is suitable for checking the vibration sensor and more specifically the mechanical vibrator for possible deformation or for abrasion or corrosion of the mechanical vibrator. In this case, an HF signal is sent from the generating unit or transmitting and receiving unit through a waveguide and the signal reflected back at the reflection area is also received by the transmitting and receiving unit. Deformation of the first tine with the hollow conductor formed therein or also abrasion or corrosion, which lead to a changed structure of the tine, can then be measured by changing the reflected signal. The HF signal is particularly sensitive to such changes. The damage mentioned above can be detected by changes in the propagation time, in the amplitude or in the phase shift of the transmitted signal. The HF measurement or radar measurement are not influenced in particular by the normal covering of the mechanical oscillator with medium.
Alternativ oder zusätzlich kann auch in dem zweiten Zinken eine entsprechende Veränderung am Zinken detektiert werden, wobei dann in dem ersten Zinken ein erster Hohlleiter und in dem zweiten Zinken ein zweiter Hohlleiter ausgebildet ist. Insbesondere weist der Vibrationssensor eine erste Sende- und Empfangseinheit für den ersten Hohlleiter innerhalb des ersten Zinkens und eine zweite Sende- und Empfangseinheit für den zweiten Hohlleiter innerhalb des zweiten Zinkens auf. Alternativ ist nur eine Sende- und Empfangseinheit vorgesehen, wobei dann eine alternierende Aussendung von HF-Signalen und Auswertung des von dem jeweiligen Zinken reflektierten Signals erfolgt.Alternatively or additionally, a corresponding change on the tine can also be detected in the second tine, with a first waveguide then being formed in the first tine and a second waveguide being formed in the second tine. In particular, the vibration sensor has a first transmitting and receiving unit for the first waveguide inside the first prong and a second transmitting and receiving unit for the second waveguide inside the second prong. Alternatively, only one transmitting and receiving unit is provided, in which case HF signals are transmitted alternately and the signal reflected by the respective prong is evaluated.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationssensors erstreckt sich der erste Hohlleiter bis zu einer ersten Öffnung in dem ersten Zinken und der zweite Hohlleiter erstreckt sich bis zu einer zweiten Öffnung in dem zweiten Hohlleiter. Die freien Enden der Hohlleiter sowie korrespondierend die erste Öffnung und die zweite Öffnung sind dabei gegenüberliegend, ineinander zugewandten Flächen des ersten Zinkes und zweiten Zinkens ausgebildet. Diese Ausführungsform kann vor allem dazu dienen, mögliche Ablagerungen und eine ggf. dadurch verursachte Verbindung der beiden Zinken an dem mechanischen Schwinger zu detektieren. Dazu wird ein HF-Signal von der Sende- und Empfangseinheit entlang des ersten Hohlleiters gesendet, das HF-Signal propagiert durch den ersten Zinken und tritt durch die erste Öffnung aus dem ersten Zinken aus. Nachdem das Signal den Zwischenbereich zwischen den Zinken durchlaufen hat, tritt das Signal durch die zweite Öffnung wieder in den mechanischen Schwinger, hier den zweiten Zinken, ein und wird durch den zweiten Hohlleiter zur Sende- und Empfangseinheit übertragen.In a further practical embodiment of the vibration sensor according to the invention, the first waveguide extends to a first opening in the first prong and the second waveguide extends to a second opening in the second waveguide. The free ends of the waveguides and correspondingly the first opening and the second opening are formed opposite, mutually facing surfaces of the first prong and second prong. This embodiment can primarily be used to detect possible deposits and any connection of the two prongs on the mechanical vibrator that may be caused thereby. For this purpose, an HF signal is sent by the transmitting and receiving unit along the first waveguide, the HF signal propagates through the first prong and emerges from the first prong through the first opening. After the signal has passed through the intermediate area between the tines, the signal re-enters the mechanical oscillator, here the second tine, through the second opening and is transmitted through the second waveguide to the transmitting and receiving unit.
Da der mechanische Schwinger üblicherweise aus Metall ist, kann das HF-Signal das Material nicht durchdringen und lediglich über die jeweilige Öffnung in den Zinken eintreten oder aus diesem heraustreten.Since the mechanical vibrator is usually made of metal, the HF signal cannot penetrate the material and can only enter or exit the tines via the respective opening.
Mit der zusätzlichen Radarmessung können bereits beginnende Ablagerungen an dem mechanischen Schwinger detektiert werden. Ablagerungen des Mediums können durch die Veränderung der ausgesendeten Signallaufzeit, der Phasenverschiebung und/oder der Amplitude erfasst werden. Damit kann möglichst frühzeitig auf eine mögliche Beeinträchtigung der Messergebnisse der vibronischen Messung reagiert werden, bevor es zu einer Fehlschaltung kommt.With the additional radar measurement, deposits that are already beginning to form on the mechanical vibrator can be detected. Deposits in the medium can be detected by changing the transmitted signal propagation time, the phase shift and/or the amplitude. In this way, a possible impairment of the measurement results of the vibronic measurement can be reacted to as early as possible before an incorrect switching occurs.
Insbesondere weisen sowohl der erste Hohlleiter in dem ersten Zinken als auch der zweite Hohlleiter in dem zweiten Zinken jeweils eine Richtungsänderung auf. Die Richtungsänderung ergibt sich dadurch, dass sich die Hohlleiter in einem ersten Teilabschnitt jeweils parallel zur Hauptachse des Zinkens erstrecken und in einem zweiten Teilabschnitt quer dazu, in Richtung der Öffnung an einer Seitenflanke des jeweiligen Zinkens. Die Hohlleiter weisen mit anderen Worten eine Biegung oder einen Knick auf. Im Bereich der Richtungsänderung bzw. des Knicks wird ein Teil des ausgesandten HF-Signals reflektiert. Entsprechend dient der Bereich der Richtungsänderung bzw. des Knicks als Reflektionsbereich. Anhand des teilweise zurückreflektierten HF-Signals kann dann zusätzlich zur Überprüfung möglicher Ablagerungen auch die vorstehend beschriebene Überprüfung einer Verformung durchgeführt werden.In particular, both the first waveguide in the first prong and the second waveguide in the second prong each have a change in direction. The change in direction results from the fact that the waveguides each extend parallel to the main axis of the tine in a first section and transversely to it in a second section, in the direction of the opening on a side flank of the respective tine. In other words, the waveguides have a bend or a kink. A part of the emitted HF signal is reflected in the area of the change of direction or the kink. Accordingly, the area of the change of direction or the kink serves as a reflection area. On the basis of the partially reflected HF signal, in addition to checking for possible deposits, the checking of a deformation described above can also be carried out.
Zudem kann die zusätzliche Radarmessung als redundante Messung zur Schwingungsmessung durchgeführt werden, um das Ergebnis der Messung des Vibrationsgrenzschalters zu plausibilisieren und damit eine deutlich höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit zu erhalten. Dies ist insbesondere in Anwendungen mit anhaftenden, abrasiven oder korrosiven Medien vorteilhaft. Zusätzlich können durch die Radarmessung Zusatzinformationen über den Prozess ermittelt werden, die zur besseren Steuerung und Optimierung des Prozesses verwendet werden können, z.B. kann mittels der Radarmessung die Dielektrizitätszahl des Mediums (und damit eine Unterscheidung verschiedener Medien) oder dessen Feuchtigkeitsgehalt oder die Anwesenheit von Schaum ermittelt werden.In addition, the additional radar measurement can be carried out as a redundant measurement for the vibration measurement in order to check the result of the measurement of the vibration limit switch for plausibility and thus achieve significantly higher reliability and availability. This is particularly advantageous in applications with adhesive, abrasive or corrosive media. In addition, the radar measurement can be used to determine additional information about the process that can be used for better control and optimization of the process, e.g. the dielectric constant of the medium (and thus a differentiation between different media) or its moisture content or the presence of foam can be determined using the radar measurement will.
Insbesondere sind der erste Hohlleiter in dem ersten Zinken und/oder der zweite Hohlleiter in dem zweiten Zinken durch eine Materialaussparung innerhalb des korrespondierenden Zinkens gebildet. Vorzugsweise wird die Ausbildung des ersten Hohlleiters und/oder des zweiten Hohlleiters direkt bei der Herstellung des mechanischen Schwingers berücksichtigt, beispielweise, indem das Material direkt während eines Gießverfahrens, eines 3D-Drucks oder während des Pulverspritzgießens im Bereich des Hohlleiters ausgespart wird.In particular, the first waveguide in the first prong and/or the second waveguide in the second prong are formed by a material recess within the corresponding prong. Preferably, the formation of the first waveguide and/or the second waveguide is taken into account directly during the production of the mechanical oscillator, for example by directly cutting out the material during a casting process, 3D printing or during powder injection molding in the area of the waveguide.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationssensors ist der erste Hohlleiter und/oder der zweite Hohlleiter zumindest teilweise mit einem Isolator gefüllt. Der Isolator dient dabei zur Abdichtung des Hohlleiters gegenüber dem Prozessmedium, ist aber gleichzeitig so gewählt, dass das HF-Signal durch den Isolator propagieren kann. Als Material für den Isolator eignet sich beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK).In a further practical embodiment of the vibration sensor according to the invention, the first waveguide and/or the second waveguide is at least partially filled with an insulator. The insulator is used to seal the waveguide from the process medium, but is also chosen so that the HF signal can propagate through the insulator. Polyetheretherketone (PEEK), for example, is a suitable material for the insulator.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines, wie vorstehend beschriebenen Vibrationssensors, wobei der mechanische Schwinger in Schwingungen versetzt wird, ein HF-Signal in Form eines Radarsignals durch mindestens einen der Hohlleiter gesendet wird und ein HF-Signal in Form eines Radarsignals empfangen und ausgewertet wird. Bei dem empfangenen Signal kann es sich dabei um ein reflektiertes Signal und/oder ein, beide Hohlleiter durchlaufendes Signal handeln. Insgesamt wird zusätzlich zu der Schwingungsmessung noch eine Radarmessung durchgeführt. Wie vorstehend bereits beschrieben, kann mit der Radarmessung überprüft werden, ob die Zinken des mechanischen Schwingers beschädigt sind und/oder ob sich Ablagerungen an den Zinken gebildet haben. Damit kann frühzeitig einer mögliche Fehlfunktion des Vibrationssensors vorgebeugt werden.The invention also relates to a method for operating a vibration sensor as described above, wherein the mechanical vibrator is set in motion, an HF signal in the form of a radar signal is transmitted through at least one of the waveguides and an HF signal in the form of a radar signal is received and is evaluated. The received signal can be a reflected signal and/or a signal passing through both waveguides. Overall, a radar measurement is carried out in addition to the vibration measurement. As already described above, the radar measurement can be used to check whether the tines of the mechanical vibrator are damaged and/or whether deposits have formed on the tines. A possible malfunction of the vibration sensor can thus be prevented at an early stage.
Wie oben bereits erläutert, wird für eine Überprüfung auf Verformungen oder Beschädigungen des mechanischen Schwingers, insbesondere ein HF-Signal durch den ersten Hohlleiter innerhalb des ersten Zinkens gesendet und das von dem Reflektionsbereich zurückreflektierte HF-Signal empfangen und anschließend ausgewertet. Dabei erfolgt eine Auswertung der Laufzeit, der Amplitude und/oder der Phase. Wird eine Änderung in der Laufzeit, der Amplitude und oder der Phase des HF-Signals detektiert, so kann auf eine Änderung der Form des Zinkens geschlossen werden.As already explained above, to check for deformations or damage to the mechanical oscillator, in particular an HF signal is sent through the first waveguide inside the first prong and the HF signal reflected back by the reflection area is received and then evaluated. In this case, the runtime, the amplitude and/or the phase are evaluated. If a change in the propagation time, the amplitude and/or the phase of the HF signal is detected, a change in the shape of the tine can be inferred.
Insbesondere werden sowohl der erste Zinken als auch der zweite Zinken überprüft. Dabei kann ein erstes HF-Signal durch den ersten Hohlleiter bis in den ersten Zinken und ein zweites HF-Signal durch den zweiten Hohlleiter in den zweiten Zinken gesendet werden. Die Auswertung erfolgt dann für den jeweiligen Zinken.In particular, both the first tine and the second tine are checked. A first HF signal can be sent through the first waveguide to the first prong and a second HF signal can be sent through the second waveguide to the second prong. The evaluation then takes place for the respective prong.
Eine Überprüfung auf Ablagerungen erfolgt, indem ein HF-Signal durch den ersten Hohlleiter gesendet wird, welches dann durch die Öffnung in dem ersten Zinken austritt und in die gegenüberliegende Öffnung in den zweiten Zinken eintritt und das sich durch den zweiten Hohlleiter ausbreitende HF-Signal empfangen und ausgewertet wird. Analog dazu kann das Signal auch zuerst durch den zweiten Zinken gesendet werden und durch den ersten Zinken dann empfangen werden. Das HF-Signal durchläuft den Vibrationssensor für dieses Verfahren im Wesentlichen in einem Kreis.A check for deposits is made by sending an RF signal through the first waveguide, which then exits through the opening in the first tine and enters the opposite opening in the second tine and receives the RF signal propagating through the second waveguide and is evaluated. Analogously, the signal can also be sent first through the second tine and then received through the first tine. The HF signal essentially runs in a circle through the vibration sensor for this method.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßer Vibrationssensor in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung im Querschnitt, und -
2 ein erfindungsgemäßer Vibrationssensor in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung im Querschnitt.
-
1 a vibration sensor according to the invention in a first embodiment in a schematic representation in cross section, and -
2 a vibration sensor according to the invention in a second embodiment in a schematic representation in cross section.
In
Zudem ist in dem Gehäuse 12 des Vibrationssensors 10 eine Sende- und Empfangseinheit 20 zur Aussendung und zum Empfangen eines HF-Signals angeordnet.In addition, a transmitting and receiving
Ausgehend von der Sende- und Empfangseinheit 20 erstreckt sich ein erster Hohlleiter 22 zunächst durch das Gehäuse 12 bis innerhalb des ersten Zinkens 16. Ferner erstreckt sich ein zweiter Hohlleiter 24 ausgehend von der Sende- und Empfangseinheit 20 durch das Gehäuse 12 bis innerhalb des zweiten Zinkens 18. Im Endbereich des ersten Hohlleiters 22 und des zweiten Hohlleiters 24 ist jeweils ein Reflektionsbereich 26 bzw. 28 ausgebildet.Starting from the transmitting and receiving
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betrieb des Vibrationssensors 10 erläutert. Zum einen wird der mechanischen Schwinger 14 über den Schwingungsantrieb zum Schwingen angeregt.A method for operating the
Ferner wird mittels der Sende- und Empfangseinheit 20 ein erstes HF-Signal S1 durch den ersten Hohlleiter 22 bis in den ersten Zinken 16 gesendet. Dieses erste HF-Signal S1 wird an dem Reflektionsbereich 26 des ersten Hohlleiters 22 reflektiert und das reflektierte HF-Signal E1 wird von der Sende- und Empfangseinheit 20 empfangen. Analog dazu wird ein zweites HF-Signal S2 von der Sende- und Empfangseinheit 20 durch den zweiten Hohlleiter 24 gesendet. Das an dem Reflektionsbereich 28 reflektierte Signal E2 wird dann von der Sende- und Empfangseinheit 20 empfangen und ausgewertet.Furthermore, a first HF signal S 1 is sent through the
Die Signale S1 und E1 bzw. S2 und E2 werden jeweils auf ihren Laufzeitunterschied, ihre Amplitude und ihre Phasenverschiebung hin ausgewertet. Bei Änderungen dieser Parameter kann auf eine Verformung oder Beschädigung des ersten Zinkens 16 bzw. des zweiten Zinkens 18 geschlossen werden.The signals S 1 and E 1 or S 2 and E 2 are each evaluated for their transit time difference, their amplitude and their phase shift. If these parameters change, deformation or damage to the
In
Der Vibrationssensor 10 weist ebenfalls ein Gehäuse 12 und ein unterhalb des Gehäuses 12 angeordneten mechanischen Schwinger 14 mit einem ersten Zinken 16 und einem zweiten Zinken 18 auf.The
In dem Gehäuse 12 des Vibrationssensors 10 ist eine Sende- und Empfangseinheit 20 zur Aussendung und zum Empfangen eines HF-Signals angeordnet.In the
Ausgehend von der Sende- und Empfangseinheit 20 erstreckt sich ein erster Hohlleiter 22 zunächst durch das Gehäuse 12 bis innerhalb des ersten Zinkens 16. Der erste Hohlleiter 22 erstreckt sich in einem ersten Teilabschnitt innerhalb des ersten Zinkens 16 zunächst vertikal, in Erstreckungsrichtung des ersten Zinkens 16. In einem zweiten Abschnitt verläuft der Hohlleiter 22 horizontal bis zu einer ersten Öffnung 30 in einer Seitenfläche des ersten Zinkens 16. Der erste Hohlleiter 22 weist eine Richtungsänderung 32 in Form eines Knicks zwischen dem ersten Teilabschnitt und dem zweiten Teilabschnitt auf.Starting from the transmitting and receiving
Der zweite Hohlleiter 24 in dem zweiten Zinken 18 ist korrespondierend dazu ausgebildet und weist einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt auf, wobei der zweite Teilabschnitt sich bis zu einer zweiten Öffnung 34 in einer Seitenfläche des zweiten Zinkens 18 erstreckt. Auch der zweite Hohlleiter weist eine Richtungsänderung 36 auf.The
Die jeweiligen Enden der Hohlleiter 22, 24 und die erste Öffnung 30 und die zweite Öffnung 34 sind gegenüberliegend zueinander, auf gleicher Höhe angeordnet.The respective ends of the
Ein Verfahren zum Betreiben eines Vibrationssensors 10 gemäß der zweiten Ausführungsform wird im Folgenden im Detail erläutert.A method for operating a
Wieder wird der mechanischen Schwinger 14 über den Schwingungsantrieb zum Schwingen angeregt.Again, the
Ferner wird mittels der Sende- und Empfangseinheit 20 ein HF-Signal S durch den ersten Hohlleiter 22 in dem ersten Zinken 16 gesendet. Das HF-Signal S wird zumindest teilweise an dem als Reflektionsbereich 26 dienenden Knick 32 in dem ersten Hohlleiter 22 reflektiert und ein Signal E1 wird von der Sende- und Empfangseinheit 20 empfangen. Weiterhin propagiert ein Teil des HF-Signals S durch die erste Öffnung 30 und gelangt in den Zwischenraum zwischen dem ersten Zinken 16 und dem zweiten Zinken 18. Das HF-Signal breitet sich weiter in dem Zwischenraum aus und tritt durch die zweite Öffnung 34 in den zweiten Zinken 18 ein. Das HF-Signal S wird dann über den zweiten Hohlleiter 24 zur Sende- und Empfangseinheit übertragen und von dieser empfangen.Furthermore, an HF signal S is sent through the
Die Signale S und E1 werden jeweils auf ihren Laufzeitunterschied, ihre Amplitude und ihre Phasenverschiebung hin ausgewertet. Bei Änderungen dieser Parameter kann auf eine Verformung oder Beschädigung des ersten Zinkens bzw. des zweiten Zinkens geschlossen werden.The signals S and E 1 are each evaluated for their transit time difference, their amplitude and their phase shift. If these parameters change, it can be concluded that the first tine or the second tine has been deformed or damaged.
Ferner werden die Laufzeit, Amplitude und Phase des den mechanischen Schwinger 14 „im Kreis“ durchlaufenden Signals S ausgewertet und daraufhin überprüft, ob Ablagerungen an den Zinken 16, 18 vorhanden sind.Furthermore, the transit time, amplitude and phase of the signal S passing through the
Das HF-Signal S kann auch zuerst den zweiten Zinken 18 und dann den ersten Zinken 16 durchlaufen.The HF signal S can also first pass through the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Vibrationssensorvibration sensor
- 1212
- Gehäusehousing
- 1414
- mechanischer Schwingermechanical vibrator
- 1616
- erster Zinkenfirst prong
- 1818
- zweiter Zinkensecond prong
- 2020
- Sende- und EmpfangseinheitTransmitting and receiving unit
- 2222
- erster Hohlleiterfirst waveguide
- 2424
- zweiter Hohlleitersecond waveguide
- 2626
- Reflektionsbereichreflection area
- 2828
- Reflektionsbereichreflection area
- 3030
- erste Öffnungfirst opening
- 3232
- Richtungsänderung, Knickchange of direction, kink
- 3434
- zweite Öffnungsecond opening
- 3636
- Richtungsänderung, Knickchange of direction, kink
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020127514.5A DE102020127514B3 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Vibration sensor with integrated waveguide and method for operating a point level sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020127514.5A DE102020127514B3 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Vibration sensor with integrated waveguide and method for operating a point level sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102020127514B3 true DE102020127514B3 (en) | 2022-03-03 |
Family
ID=80221881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102020127514.5A Active DE102020127514B3 (en) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | Vibration sensor with integrated waveguide and method for operating a point level sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102020127514B3 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240060818A1 (en) * | 2022-07-11 | 2024-02-22 | Vega Grieshaber Kg | Vibration sensor with an aligning element and method for aligning the oscillation properties of two prongs |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180224318A1 (en) | 2015-07-30 | 2018-08-09 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable |
-
2020
- 2020-10-19 DE DE102020127514.5A patent/DE102020127514B3/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180224318A1 (en) | 2015-07-30 | 2018-08-09 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20240060818A1 (en) * | 2022-07-11 | 2024-02-22 | Vega Grieshaber Kg | Vibration sensor with an aligning element and method for aligning the oscillation properties of two prongs |
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