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Die Erfindung betrifft ein unbemanntes Luftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung und einer mit der Sensoreinrichtung datenleitend verbundenen Sende- und Empfangseinheit.
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Derartige unbemannte Luftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese auch als „Drohnen“ bezeichneten Luftfahrzeuge werden für unterschiedliche Anwendungen, etwa Transportanwendungen, zur Aufzeichnung von Fotos und Videos sowie zunehmend auch für Überwachungsaufgaben eingesetzt, beispielsweise auch zur Überwachung von energie- oder verfahrenstechnischen Anlagen, auch als Prozessanlagen bezeichnet.
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Solche Prozessanlagen weisen typischerweise eine Reihe von Komponenten auf, die regelmäßig auf ihre Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit hin zu überprüfen sind. Bei fluidführenden Leitungen sowie Armaturen, zu denen beispielsweise auch sogenannte Kondensatableiter zählen, erfolgt eine Überprüfung heute zumeist durch Wartungspersonal. Beispielsweise kann bei einem Kondensatableiter ein sogenannter Dampfdurchschlag auftreten, bei dem ein Kondensatableiter nicht mehr ordnungsgemäß zwischen Dampf und Kondensat trennt. Hierdurch kann in unerwünschter Weise Dampf in das Kondensatnetz gelangen. Ein solch unerwünschter Zustand des Kondensatableiters soll durch die regelmäßigen Überprüfungen rechtzeitig erkannt werden. Hierzu wird ein Messinstrument mit einer zu überwachenden Komponente in Anlage gebracht und eine Messung durchgeführt. Wenngleich sich diese Art der Überwachung grundsätzlich bewährt hat, resultiert hieraus ein hoher personeller Aufwand. Darüber hinaus sind Rohre und Armaturen, je nach Konfiguration der Prozessanlage, gelegentlich nur unter großen Schwierigkeiten erreichbar.
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Erste Ansätze, unbemannte Luftfahrzeugen allgemein in Zusammenhang mit Prozessanlagen einzusetzen sind zwar aus dem Stand der Technik bekannt, etwa aus
DE 10 2019 126 463 A1 , ermöglichen jedoch keine zufriedenstellende Überprüfung von Rohrleitungen und Armaturen, insbesondere Kondensatableitern.
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Ferner betrifft
US 2016/0 282 872 A1 ein industrielles Anlagenüberwachungssystem, das zur Überwachung der Ausrüstung einer Industrieanlage eingerichtet ist. Das Überwachungssystem umfasst ein autonomes Fahrzeug mit mindestens einem Sensor. Aus US 2020 / 0 207 488 A1 ist ein System zur zerstörungsfreien Inspektion bekannt, das ein unbemanntes Luftfahrzeug umfasst, welches eine Körperstruktur und mindestens einen Tragarm umfasst. US 2020 / 0 096 993 A1 offenbart ein Überwachungssystem zur Datenerfassung in Bezug auf eine Produktionslinie in einer industriellen Umgebung.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein unbemanntes Luftfahrzeug der eingangs bezeichneten Art dahingehend weiterzubilden, dass die im Stand der Technik aufgefundenen Nachteile möglichst weitgehend behoben werden. Insbesondere war ein unbemanntes Luftfahrzeug anzugeben, welches eine verbesserte Überprüfung von Rohrleitungen und Armaturen, insbesondere Kondensatableitern, ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem unbemannten Luftfahrzeug der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Anordnung einer Messspitze an dem unbemannten Luftfahrzeug erreicht werden kann, dass das Luftfahrzeug derart an einen Messgegenstand, etwa einen Kondensatableiter, angenähert und mit diesem in Kontakt gebracht werden kann, das eine berührungsbasierte Messung von Messgrößen an dem Messgegenstand möglich wird. Auf diese Weise ist es nicht länger erforderlich, dass ein Bediener den Messgegenstand aufsucht und eine kontaktbasierte Messung an dem Messgegenstand vornimmt, sondern diese Aufgabe kann vielmehr von dem unbemannten Luftfahrzeug übernommen werden. Hierdurch lässt sich Wartungspersonal einsparen, das Gefährdungspotenzial für das Wartungspersonal herabsetzen und es lässt sich in einem gegebenen Zeitintervall eine größere Anzahl von Messgegenständen vermessen.
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Die Sensoreinrichtung weist einen Schallsensor auf, welcher dazu eingerichtet ist, von dem Messgegenstand emittierten Schall zu sensieren. Der Schallsensor weist einen Körperschallsensor auf, welcher dazu eingerichtet ist, Körperschall des Messgegenstandes während des Kontakts zwischen der Messspitze und dem Messgegenstand zu sensieren. Eine derartige Körperschallmessung ermöglicht eine besonders zuverlässige und valide Bewertung des Zustandes von Armaturen, insbesondere Kondensatableitern.
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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass der Schallsensor einen Luftschallsensor aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, von einem Messgegenstand emittierten Schall berührungslos zu sensieren.
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Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, zusätzlich zu der berührungsbasierten Körperschallmessung eine Möglichkeit zur berührungslosen Luftschallmessung bereitzustellen. Eine solche Messung könnte etwa bereits dann durchgeführt werden, wenn sich das unbemannte Luftfahrzeug einem Messgegenstand, etwa einem Kondensatableiter, nähert, um zusätzliche Informationen über dessen Zustand bereitzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schallsensor einen Ultraschallsensor und/oder ein Mikrofon auf. Ein Ultraschallsensor eignet sich besonders zur berührungsbasierten Vermessung des Messgegenstandes. Mittels des Mikrofons kann insbesondere Luftschall sensiert werden.
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Weiterhin bevorzugt weist die Sensoreinrichtung einen Lasersensor auf. Vorzugsweise ist der Lasersensor dazu eingerichtet, Vibrationen eines Messgegenstandes und/oder eine Distanz zu einem Messgegenstand zu sensieren. Hierdurch lassen sich zusätzliche Informationen über den Zustand des Messgegenstandes, beispielsweise eines Kondensatableiters, gewinnen. Auf Basis der Vibrationen kann beispielsweise auf eventuelle Betriebsstörungen rückgeschlossen werden. Die Distanzmessung kann beispielsweise zusammen mit weiteren Messgrößen zur Verbesserung der Messgenauigkeit eingesetzt werden. Beispielsweise ermöglicht die Kombination aus einer Messung der Distanz zu einem Messgegenstand und dem emittierten Luftschall eine genauere Aussage zum Zustand des Messgegenstandes als beispielsweise eine alleinige Luftschallmessung mit einem Mikrofon.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung ferner einen Temperatursensor auf. Der Temperatursensor ist vorzugsweise als Platinsensor (PT-Sensor) und/oder Infrarotsensor ausgebildet. Die betreffende Temperaturmessung kann insbesondere kontaktbasiert oder kontaktlos erfolgen. Der Platinsensor ermöglicht insbesondere eine kontaktbasierte exakte Temperaturmessung, wohingegen der Infrarotsensor auch eine berührungslose Temperaturmessung ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das unbemannte Luftfahrzeug als wenigstens eines der folgenden ausgebildet: Multicopter, insbesondere Quadrocopter, Helikopter. Insbesondere die Ausbildung des unbemannten Luftfahrzeugs als Multicopter bzw. Quadrocopter ermöglicht es, das unbemannte Luftfahrzeug wendig und exakt steuerbar auszubilden, wobei derartige Luftfahrzeugsysteme heute kostengünstig verfügbar sind und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Sende- und Empfangseinheit eine Bluetooth-Schnittstelle aufweist. Eine derartige Bluetooth-Schnittstelle ermöglicht eine standardisierte Verbindung der Sende- und Empfangseinheit des unbemannten Luftfahrzeugs mit Bluetooth-Sendern bzw. -Empfängern. Aufgrund der hohen Verbreitung des Bluetooth-Übertragungsstandards eröffnen sich somit weitreichende Verbindungsmöglichkeiten, etwa mit mobilen Endgeräten.
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Weiterhin bevorzugt ist die Sende- und Empfangseinheit datenleitend mit einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Luftfahrzeugs verbunden, wobei das unbemannte Luftfahrzeug eine mit der Steuerungseinrichtung signalleitend verbundene Flugsensoreinheit aufweist, welche wenigstens einen der folgenden Sensoren aufweist: Positionssensor, insbesondere GPS-Empfänger, Näherungssensor, Höhenmesssensor, Fluglagesensor, Kamera. Darüber hinaus ist die Flugsensoreinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, auch auf die weiteren Sensoren des unbemannten Luftfahrzeugs zum Zwecke der Flugsteuerung zuzugreifen. Neben einer Positionssensierung auf Basis von GPS ist darüber hinaus auch die Verwendung von Indoor-Positionierungssystemen vorgesehen. Hierdurch wird ermöglicht, dass das unbemannte Luftfahrzeug auch in geschlossenen Umgebungen, etwa Hallen und dergleichen, eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung ist vorstehend unter Bezugnahme auf ein unbemanntes Luftfahrzeug beschrieben worden. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeugsystem mit einem unbemannten Luftfahrzeug und einer Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung zur Fernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs und zum Empfangen von Daten von dem unbemannten Luftfahrzeug.
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Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf das Luftfahrzeug-System, in dem das unbemannte Luftfahrzeug nach einen der vorstehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Das Luftfahrzeug-System macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäß unbemannte Luftfahrzeug. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.
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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung wenigstens eines der folgenden aufweist oder daraus ausgebildet ist: Computer, Smartphone, Tablet, Smartwatch.
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Derartige Endgeräte sind kostengünstig verfügbar, weisen typischerweise die benötigte Konnektivität auf und sind über entsprechende Software bzw. Apps individualisierbar.
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Weiterhin bevorzugt weist das Luftfahrzeugsystem eine Cloud auf, wobei die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung und/oder die Sende- und Empfangseinheit des Luftfahrzeugs dazu eingerichtet sind, mit der Cloud bidirektional zu kommunizieren. Unter einer Cloud wird vorliegend eine sogenannte Datenwolke zum Speichern von Daten und zur Ausführung von Rechenoperationen verstanden. Darüber hinaus kann die betreffende Cloud auch dazu eingerichtet sein, weitere Aufgaben zu übernehmen, etwa eine Datenauswertung- und Aufbereitung. Die betreffende Cloudlösung ermöglicht eine Entlastung der zur Steuerung des Luftfahrzeugs verwendeten Endgeräte dergestalt, dass bestimmte Auswertungs-, Steuerungs- oder Rechenoperationen in die Cloud ausgelagert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Cloud eine ortsunabhängige Verfügbarkeit der betreffenden Daten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung dazu eingerichtet, ein von dem Luftfahrzeug empfangenes Kamerabild und/oder von dem Messgegenstand emittierten Körperschall oder Luftschall auszugeben. Die Ausgabe des Kamerabildes ermöglicht eine manuelle Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs, eine optische Überwachung der Positionierung desselben oder eine optische Überprüfung des Messgegenstandes. Die Ausgabe der sensierten Schallsignale ermöglicht dem Überwachungspersonal darüber hinaus eine unmittelbare Einschätzung betreffend den Zustand insbesondere eines Kondensatableiters auf Basis ausgegebener akustischer Signale, alternativ oder zusätzlich zu automatisierten Datenauswertungen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Prozessanlage mit wenigstens einer von einem Medium durchströmbaren Armatur oder Rohrleitung und einem Luftfahrzeug-System zur Überwachung der Armatur oder Rohrleitung.
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Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf die Prozessanlage, indem das Luftfahrzeug-System nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die Prozessanlage macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäße unbemannte Luftfahrzeug und das erfindungsgemäße Luftfahrzeug-System. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.
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Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Armatur als Kondensatableiter ausgebildet ist. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage durch ein unbemanntes Luftfahrzeug, wobei die Prozessanlage wenigstens eine von einem Medium durchströmbare Armatur oder Rohrleitung aufweist.
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Die Erfindung löst die eingangs bezeichnete Aufgabe in Bezug auf das Verfahren durch die Schritte: Anfliegen eines Messgegenstandes, insbesondere eines Messpunktes an der Armatur oder Rohrleitung, durch das Luftfahrzeug, derart, dass eine Messspitze einer Sensoreinrichtung des Luftfahrzeugs mit dem Messpunkt in Kontakt tritt, Sensieren von Körperschall des Messpunktes während des physikalischen Kontakts zwischen der Messspitze und dem Messpunkt.
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Das Verfahren macht sich die gleichen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen zunutze wie das erfindungsgemäß unbemannte Luftfahrzeug, das Luftfahrzeugsystem sowie die Prozessanlage. Diesbezüglich wird auf die obigen Ausführungen verwiesen und deren Inhalt hier mit einbezogen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
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Hierbei zeigen:
- 1: Eine Prozessanlage mit einem erfindungsgemäßen Luftfahrzeugsystem in einer schematischen Darstellung;
- 2: das Luftfahrzeugsystem gemäß 1 in einer schematischen Darstellung;
- 3a-c: ein erfindungsgemäßes unbemanntes Luftfahrzeug in verschiedenen Darstellungen;
- 4: Komponenten des unbemannten Luftfahrzeugs gemäß 3 in einem Blockschaltbild; und
- 5a-c: Sensoren des unbemannten Luftfahrzeugs in schematischen Darstellungen.
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1 zeigt eine Prozessanlage 2. Die Prozessanlage 2 ist beispielsweise eine verfahrenstechnische Anlage. Die Prozessanlage 2 weist eine von einem Medium durchströmbare Armatur 4 und eine Rohrleitung 6 auf. Die Armatur 4 stellt ein Beispiel für einen Messgegenstand 22 dar und weist einen Messpunkt 72 auf. Der Messpunkt 72 ist dazu eingerichtet, von einem Messgerät kontaktierend oder berührungslos vermessen zu werden.
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Die Prozessanlage 2 weist ferner ein Luftfahrzeug-System 10 auf. Das Luftfahrzeug-System 10 weist ein unbemanntes Luftfahrzeug 14 sowie eine Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 zur Fernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs 14 und zum Empfangen von Daten von dem unbemannten Luftfahrzeug 14 und zum Senden von Daten an das unbemannte Luftfahrzeug 14 auf. Das Luftfahrzeug-System 10 weist ferner eine Cloud 70 auf. Das unbemannte Luftfahrzeug, die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 und die Cloud 70 sind jeweils dazu eingerichtet, mit den übrigen Bestandteilen des Luftfahrzeug-Systems 10 bidirektional zu kommunizieren.
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Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist eine Sensoreinrichtung 16 auf. Mit der Sensoreinrichtung 16 ist eine Sende- und Empfangseinheit 18 datenleitend verbunden. Die Sensoreinrichtung 16 weist eine Messspitze 20 auf. Das Luftfahrzeug 14 ist dazu eingerichtet, die Messspitze 20 mit einem Messgegenstand 22 in Kontakt zu bringen. Der Messgegenstand 22 ist vorliegend die Armatur 4, die als Kondensatableiter 8 ausgebildet ist. Der Messgegenstand 22 weist den Messpunkt 72 auf, der dazu eingerichtet ist, von der Messspitze 20 kontaktiert zu werden.
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2 zeigt eine separierte Darstellung des Luftfahrzeug-Systems 10. In 2 ist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 näher detailliert. Demnach weist die Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung 12 eines, mehrere oder alle der Folgenden auf: Tablet 66, Smartphone 64, Smartwatch 68, Computer 62. im Übrigen wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
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In den 3a-c sind Dreiseitenansichten eines unbemannten Luftfahrzeugs 14 gezeigt. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 ist vorliegend als Quadrokopter44 mit vier Rotoren 26 ausgebildet. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist darüber hinaus einen Rumpf 24 auf, an dem die Sensoreinrichtung 16 mit der Messspitze 20 angeordnet ist. Unter dem Rumpf 24 ist die Sende- und Empfangseinheit 18 angeordnet. Benachbart zu der Sende- und Empfangseinheit 18 ist darüber hinaus eine Kamera 60 angeordnet. Das unbemannte Luftfahrzeug 14 weist darüber hinaus ein Landegestell 74 auf.
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Ausgewählte Baugruppen des unbemannten Luftfahrzeugs 14 sind in 4 anhand eines Blockschaltbilds detailliert. 4 zeigt die Sensoreinrichtung 16. Die Sensoreinrichtung 16 weist die Messspitze 20 auf. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Schallsensor 27 auf. Der Schallsensor 27 weist einen Körperschallsensor 28 auf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Körperschall eines Messgegenstandes 22 während des Kontakts zwischen der Messspitze 20 mit dem Messgegenstand 22 zu sensieren. Der Schallsensor 27 weist darüber hinaus einen Luftschallsensor 30 auf. Der Luftschallsensor 30 ist dazu eingerichtet, von einem Messgegenstand 22 emittierten Schall berührungslos zu sensieren. Der Schallsensor 27 weist einen Ultraschallsensor 32 und ein Mikrofon 34 auf. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Lasersensor 36 auf. Der Lasersensor 36 ist dazu eingerichtet, Vibrationen eines Messgegenstandes 22 und/oder eine Distanz zu einem Messgegenstand 22 zu sensieren. Die Sensoreinrichtung 16 weist ferner einen Temperatursensor 38 auf. Der Temperatursensor 38 wiederrum weist einen Platinsensor 40 sowie einen Infrarotsensor 42 auf. Mit der Sensoreinrichtung 16 signalleitend verbunden ist die Sende- und Empfangseinheit 18. Die Sende- und Empfangseinheit 18 weist eine Bluetooth-Schnittstelle 46 auf.
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Mit der Sende- und Empfangseinheit 18 ist eine Steuerungseinrichtung 48 signalleitend verbunden. Mit der Steuerungseinrichtung 48 ist ferner eine Flugsensoreinheit 50 signalleitend verbunden. Die Flugsensoreinheit 50 weist einen Positionssensor 52 auf, der als GPS-Empfänger ausgebildet sein kann. Die Flugsensoreinheit 50 weist darüber hinaus einen Näherungssensor 54, einen Höhenmesssensor 56, einen Fluglagesensor 58 sowie die Kamera 60 auf.
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In den 5a-c sind einige der Sensortypen schematisch dargestellt. 5a zeigt eine Messspitze 20, 5b einen Lasersensor 36 und 5c einen Temperatursensor 38.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Prozessanlage
- 4
- Armatur
- 6
- Rohrleitung
- 8
- Kondensatableiter
- 10
- Luftfahrzeug-System
- 12
- Fernsteuerungs- und Empfangseinrichtung
- 14
- Unbemanntes Luftfahrzeug
- 16
- Sensoreinrichtung
- 18
- Sende- und Empfangseinheit
- 20
- Messspitze
- 22
- Messgegenstand
- 24
- Rumpf
- 26
- Rotoren
- 27
- Schallsensor
- 28
- Körperschallsensor
- 30
- Luftschallsensor
- 32
- Ultraschallsensor
- 34
- Mikrofon
- 36
- Laser-Sensor
- 38
- Temperatursensor
- 40
- Platin Sensor (PT-Sensor)
- 42
- Infrarotsensor
- 44
- Multicopter (Quadrocopter)
- 46
- Bluetooth Schnittstelle
- 48
- Steuerungseinrichtung
- 50
- Flugsensoreinheit
- 52
- Positionssensor, insbesondere GPS-Empfänger
- 54
- Näherungssensor
- 56
- Höhenmesssensor
- 58
- Fluglagesensor
- 60
- Kamera
- 62
- Computer
- 64
- Smartphone
- 66
- Tablet
- 68
- Smartwatch
- 70
- Cloud
- 72
- Messpunkt
- 74
- Landegestell
