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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Klassierung eines Mediums, eine Datenverarbeitungseinrichtung und ein Messgerät.
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Es gibt Messgeräte verschiedener Art, die zur Auswertung eines Zustands in Behältnissen wie Tanks, Rohren und dergleichen eingesetzt werden. Zum Beispiel werden sogenannte Grenzstandsensoren verwendet. Grenzstandsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise zur Messung von Grenz- oder Füllständen. Eine definierte Füllhöhe in einem Behältnis kann somit erfasst werden. Grenzstandsensoren werden dabei häufig als sogenannte Grenzschalter eingesetzt, das heißt zur Bestimmung, ob ein Füllmedium eine bestimmte Füllhöhe, den sogenannten Grenzstand, über- oder unterschreitet, in unterschiedlichen Flüssigkeiten, sowie granulierten und pulverförmigen Schüttgütern. Einige Grenzstandsensoren sind auch dazu in der Lage, zwischen unterschiedlichen Arten von Füllmedien zu unterscheiden oder einen Aggregatzustand eines Füllmediums zu ermitteln.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Grenzstandsensoren bekannt, die je nach Einsatzgebiet, Prozessbedingungen und Eigenschaften des Füllmediums ausgewählt werden. Beispielsweise kommen nach dem Prinzip TDR (Time Domain Reflectometry) arbeitende Sensoren, Vibrationsgrenzstandsensoren und kapazitiv arbeitende Sensoren zum Einsatz. Ein Schaltbefehl des Grenzschalters kann beispielsweise Befülleinrichtungen oder Entleereinrichtungen starten oder stoppen, um entsprechend ein Überlaufen oder Leerlaufen des jeweiligen Prozessbehältnisses zu vermeiden.
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Auf der Grundlage von Messwerten kann ein Messgerät bestimmen, welches Medium sich in einem Behältnis befindet. Wenn mehrere Medien unterschiedlichen Medienklassen zugeordnet werden, dann wird dies als Klasseneinteilung oder auch als Klassierung bezeichnet. Um Medien unterschiedlichen Klassen zuordnen zu können, müssen zunächst Klassengrenzen vorgegeben werden. Die Erstellung von Klassengrenzen wird als Klassifizierung bezeichnet. Die Gesamtheit aller Klassen bildet eine Klassifikation.
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In der Regel wird ein Messgerät wie beispielsweise ein Grenzstandsensor für einen spezifischen Anwendungsfall vorkonfiguriert. Zum Beispiel kann ein Grenzstandsensor so vorkonfiguriert werden, dass er zwischen zwei spezifischen Medien unterscheiden kann. Ein Algorithmus zur Erkennung dieser Medien wird zu diesem Zweck speziell angepasst. Es wird also bereits ab Werk eine Klassifizierung unterschiedlicher Medien vorgenommen. Dies hat den Nachteil, dass der Grenzstandsensor zur Erkennung weiterer Medien nicht verwendet werden kann. Er ist also nur für einen speziellen Anwendungsfall geeignet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein computerimplementiertes Verfahren zur Klassierung eines Mediums anzugeben, das eine Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle erlaubt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Datenverarbeitungseinrichtung anzugeben, die solch ein computerimplementiertes Verfahren ausführen kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät anzugeben, das auf einfache Weise für unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden kann. Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können. Dies gilt insbesondere auch über die Grenzen der verschiedenen Anspruchskategorien hinaus.
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Die Aufgaben werden gelöst durch Angabe des computerimplementierten Verfahrens nach Anspruch 1, der Datenverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 15 und des Messgeräts nach Anspruch 16. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die im Rahmen des technisch Möglichen beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Klassierung eines Mediums vorgeschlagen, mit den Schritten: Veranlassung, dass ein erster Kalibrierungsmesswert bei einem ersten Kalibrierungszustand an einer Messstelle bestimmt wird, Generierung mindestens eines Klassifikators, der zur Wiedererkennung des ersten Kalibrierungszustands geeignet ist, unter Verwendung des ersten Kalibrierungsmesswerts, Veranlassung, dass ein Prüfmesswert in einem Prüfzustand an der Messstelle bestimmt wird, und Durchführung einer Klassierung des Prüfzustands mittels des Klassifikators unter Verwendung des mindestens einen Prüfmesswerts.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Kalibrierungszustand an einer Messstelle bestimmt. Bei dem Kalibrierungszustand soll es sich insbesondere um einen Befüllungszustand eines Behältnisses handeln, der zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkannt werden soll. Beispielsweise kann das Behältnis bei unterschiedlichen Kalibrierungszuständen mit unterschiedlichen Medien befüllt sein. Es wird erfindungsgemäß ein Klassifikator generiert, der es erlaubt, den Kalibrierungszustand wiederzuerkennen. Die Begrifflichkeit, dass ein Klassifikator generiert wird, soll weit zu verstehen sein: Erfindungsgemäß könnte ein neuronales Netz angelernt werden, das den Kalibrierungszustand wiedererkennen kann, es könnten Parametergrenzen gesetzt werden oder es kann auch auf beliebige andere Weise eine Grundlage dafür geschaffen werden, dass der Kalibrierungszustand zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkannt werden kann.
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Nach der Generierung des Klassifikators kann bei einem Prüfzustand ermittelt werden, ob sich ein dem Kalibrierungszustand ähnlicher Zustand an der Messstelle einstellt. Bei dem Prüfzustand könnte zum Beispiel ein Behältnis mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, für welche auf Grundlage einer Messung bei dem Kalibrierungszustand ein Klassifikator generiert worden ist. Es soll nun festgestellt werden, ob es sich um jene Flüssigkeit handelt. In dem Prüfzustand wird ein Prüfmesswert bestimmt. Anschließend wird eine Klassierung des Prüfzustands mittels des Klassifikators unter Verwendung des mindestens einen Prüfmesswerts vorgenommen. Es ist erfindungsgemäß möglich, dass der mindestens eine Klassifikator bei der Klassierung den Prüfzustand dem ersten Kalibrierungszustand zuordnet. Somit erfolgt also eine Klassierung des Mediums, das sich bei dem Prüfzustand an der Messstelle befindet.
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Falls der mindestens eine Klassifikator so erstellt wurde, dass er zusätzlich zur Erkennung weiterer Kalibrierungszustände geeignet ist, also auch andere Medien wiedererkennen kann, dann ist es möglich, dass der Klassifikator bei der Klassierung den Prüfzustand einem anderen Kalibrierungszustand zuordnet. Es ist erfindungsgemäß ferner möglich, dass der Klassifikator den Prüfzustand keinem Kalibrierungszustand zuordnen kann. In diesem Fall ist es dem Klassifikator folglich nicht möglich, das Medium an der Messstelle wiederzuerkennen.
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Es ist ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens, dass ein Anlernen beliebiger Kalibrierungszustände möglich ist. So kann erfindungsgemäß ein Messgerät verschiedenste Kalibrierungszustände erlernen und kann auf diese Weise für unterschiedlichste Anwendungsfälle angepasst werden. Eine Anpassung für sämtliche denkbaren Anwendungsfälle ab Werk ist nicht mehr zwangsläufig notwendig.
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Das Verfahren weist vorzugsweise ferner die folgenden Schritte auf: Erhalt eines Bezeichners für den ersten Kalibrierungszustand und Veranlassung, dass eine Ausgabe des Bezeichners auf einem Anzeigemittel erfolgt, falls der Klassifikator bei der Klassierung den Prüfzustand dem ersten Kalibrierungszustand zuordnet. Bei dem Bezeichner für den ersten Kalibrierungszustand kann es sich erfindungsgemäß um eine Zeichenkette handeln, zum Beispiel „Sensor bedeckt“ oder „Sensor unbedeckt“. In Abhängigkeit von dem Prüfzustand können also unterschiedliche Zeichenketten angezeigt werden. Falls der Klassifikator den Kalibrierungszustand wiedererkennt, wird erfindungsgemäß eine Ausgabe des Bezeichners auf einem Anzeigemittel veranlasst. Bei dem Anzeigemittel kann es sich beispielsweise um einen Bildschirm oder ein sonstiges Display des Messgeräts handeln. Es kann sich dabei jedoch auch um einen von dem Messgerät entfernt angeordnetes Anzeigemittel handeln.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Erhalt mindestens eines Steuerparameters für den ersten Kalibrierungszustand und Veranlassung, dass eine Ausgabe des Steuerparameters durchgeführt wird, falls der Klassifikator bei der Klassierung den Prüfzustand dem ersten Kalibrierungszustand zuordnet. Ein Messgerät, welches das beschriebene Verfahren ausführt, wird bevorzugt dazu verwendet, Steuerparameter auszugeben, die sich in Abhängigkeit von dem Prüfzustand unterscheiden können. Unter der Ausgabe des Steuerparameters kann erfindungsgemäß dessen Ausgabe über einen Schaltausgang oder eine Netzwerkschnittstelle des Messgeräts verstanden werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein Grenzstandmessgerät einen Pegelstand in einem Rohr überwacht und bei einer Überschreitung eines gewissen Grenzpegels einen Befehl ausgibt, einen Zufluss in das Rohr zu reduzieren. Bei diesem Beispiel könnte für einen Kalibrierungszustand, in dem ein Sensor des Grenzstandmessgeräts bedeckt ist, ein Steuerparameter hinterlegt werden, der bewirkt, dass der Zufluss in das Rohr reduziert wird. Der Steuerparameter wird ausgegeben, falls der Grenzpegel überschritten ist.
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Es ist bevorzugt, wenn zur Generierung des mindestens einen Klassifikators zusätzlich mindestens ein Vergleichsmesswert eines vordefinierten Vergleichszustands verwendet wird, der sich von dem ersten Kalibrierungszustand unterscheidet. Um den Klassifikator zu generieren, müssen die Eigenschaften eines Kalibrierungszustands sozusagen erlernt werden, sodass der Kalibrierungszustand zu einem späteren Zeitpunkt wiedererkannt werden kann. Eine Klassifizierung kann in der Regel nur effektiv vorgenommen werden, wenn bereits ein anderer Zustand bekannt ist. Zu diesem Zweck kann der Vergleichszustand vorab bereitgestellt werden. Für den Vergleichszustand liegt mindestens ein Vergleichsmesswert vor. Beispielsweise kann ab Werk in einem Messgerät mindestens ein Vergleichsmesswert hinterlegt sein. Der mindestens eine Vergleichsmesswert kann auf mindestens einem tatsächlich gemessenen Wert beruhen. Es ist aber auch möglich, dass der mindestens eine Vergleichsmesswert auf frei ausgewählten Werten beruht. Der Klassifikator wird somit auf Grundlage sowohl des Kalibrierungsmesswerts als auch des Vergleichsmesswerts generiert.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der vordefinierte Vergleichszustand einen Zustand darstellt, bei dem sich Luft an der Messstelle befindet, und dass sich bei dem ersten Kalibrierungszustand ein anderes Medium an der Messstelle befindet. Bei der Generierung des mindestens einen Klassifikators wird also gemäß dieser Variante des computerimplementierten Verfahrens mindestens ein Klassifikator generiert, der eine Unterscheidung erlaubt, ob sich Luft oder ein anderes Medium an der Messstelle befindet. Bei dem anderen Medium kann es sich gemäß Ausführungsformen der Erfindung um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut handeln.
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Es kann gemäß einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass ferner veranlasst wird, dass ein zweiter Kalibrierungsmesswert bei einem zweiten Kalibrierungszustand an der Messstelle bestimmt wird, wobei zur Generierung des mindestens einen Klassifikators zusätzlich der zweite Kalibrierungsmesswert verwendet wird. Demgemäß muss also kein vordefinierter Vergleichszustand verwendet werden, um eine Klassifizierung vorzunehmen. Stattdessen wird bei dem zweiten Kalibrierungszustand der zweite Kalibrierungsmesswert bestimmt. Der Klassifikator wird dann folglich auf Grundlage des ersten Kalibrierungsmesswerts und des zweiten Kalibrierungsmesswerts generiert. Der zweite Kalibrierungsmesswert beruht bevorzugt auf derselben Messgröße wie der erste Kalibrierungsmesswert.
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Es ist erfindungsgemäß möglich, dass sich bei dem ersten Kalibrierungszustand ein erstes Medium an der Messstelle befindet und sich bei dem zweiten Kalibrierungszustand ein zweites Medium, das sich von dem ersten Medium unterscheidet, an der Messstelle befindet. Der auf dieser Grundlage generierte Klassifikator kann also zwischen dem ersten und dem zweiten Kalibrierungszustand unterscheiden beziehungsweise zwischen den Medien, welche sich bei diesen Zuständen an der Messstelle befinden. Bei den Medien kann es sich vorzugsweise um flüssige, gasförmige oder sonstige Medien handeln, deren Eigenschaften sich voneinander unterscheiden.
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Bevorzugt wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren veranlasst, dass ein dritter Kalibrierungsmesswert bei einem dritten Kalibrierungszustand an der Messstelle bestimmt wird, wobei zur Generierung des mindestens einen Klassifikators zusätzlich der dritte Kalibrierungsmesswert verwendet wird. Es können somit durchaus mehr als zwei Kalibrierungsmesswerte zur Generierung des mindestens einen Klassifikators eingesetzt werden. Der dritte Kalibrierungsmesswert beruht bevorzugt auf der gleichen Messgröße wie der erste Kalibrierungsmesswert und der zweite Kalibrierungsmesswert. Nach Ausführungsformen der Erfindung können sogar mehr als drei Kalibrierungsmesswerte zur Generierung des mindestens einen Klassifikators verwendet werden. Es können dementsprechend auch mehr als drei Kalibrierungszustände beziehungsweise drei Medien bei der Klassierung voneinander unterschieden werden.
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Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei dem ersten Kalibrierungszustand, dem zweiten Kalibrierungszustand und dem dritten Kalibrierungszustand unterschiedliche Phasen an der Messstelle vorhanden sind. Dies bedeutet, dass an der Messstelle Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften vorzufinden sind. So ist es gemäß einer Ausführungsvariante möglich, dass bei dem ersten Kalibrierungszustand ein flüssiges Medium an der Messstelle befindlich ist, bei dem zweiten Kalibrierungszustand ein gasförmiges Medium an der Messstelle befindlich ist, und in dem dritten Kalibrierungszustand ein Schaum an der Messstelle befindlich ist. Erfindungsgemäß können mittels des vorgeschlagenen Verfahrens die Eigenschaften aller drei Kalibrierungszustände erlernt werden und bei der Klassierung des Prüfzustands kann somit bestimmt werden, ob sich an der Messstelle ein flüssiges Medium, ein gasförmiges Medium oder ein Schaum befindet. Die Erfindung erlaubt ein Anlernen und Wiedererkennen dieser drei Phasen im Betrieb.
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Es ist bevorzugt, wenn bei dem ersten Kalibrierungszustand ein erstes Medium an mindestens einem Sensor, der zur Bestimmung des mindestens einen ersten Kalibrierungsmesswerts verwendet wird, anhaftet. Es ist erfindungsgemäß also möglich, dass der Klassifikator so generiert wird, dass er dazu geeignet ist, zu erkennen, ob an dem mindestens einen Sensor eine Anhaftung besteht. Es ist besonders bevorzugt, wenn eine Reinigung des mindestens einen Sensors veranlasst wird, falls der Klassifikator bei der Klassierung den Prüfzustand dem ersten Kalibrierungszustand zuordnet. Unter der Veranlassung einer Reinigung ist zu verstehen, dass entweder eine automatische oder eine manuelle Reinigung eines Messgeräts, insbesondere des mindestens einen Sensors des Messgeräts, angestoßen wird. So kann die Veranlassung der Reinigung beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass eine Nachricht übermittelt wird oder deren Anzeige auf einem Anzeigemittel veranlasst wird. Die Nachricht enthält bevorzugt die Information, dass der mindestens eine Sensor des Messgeräts zu reinigen ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine automatische Reinigung des Messgeräts beziehungsweise des mindestens einen Sensors veranlasst werden. Zum Beispiel kann das Messgerät mit einer Reinigungsvorrichtung ausgerüstet sein, welche so angesteuert werden kann, dass der mindestens eine Sensor gereinigt wird.
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Gemäß einer besonderen Variante der Erfindung ist das Verfahren so ausgestaltet, dass veranlasst wird, dass mindestens ein erster Zusatz-Kalibrierungsmesswert, dessen Messgröße sich von einer Messgröße des ersten Kalibrierungsmesswerts unterscheidet, bei dem ersten Kalibrierungszustand an der Messstelle bestimmt wird, dass die Generierung des mindestens einen Klassifikators, der zur Wiedererkennung des ersten Kalibrierungszustands geeignet ist, zusätzlich unter Verwendung des mindestens einen ersten Zusatz-Kalibrierungsmesswerts erfolgt, dass veranlasst wird, dass mindestens ein erster Zusatz-Prüfmesswert in dem Prüfzustand an der Messstelle bestimmt wird, und dass die Klassierung des Prüfzustands mittels des mindestens einen Klassifikators zusätzlich unter Verwendung des mindestens einen Zusatz-Prüfmesswerts erfolgt. Demgemäß wird nicht nur eine Messgröße zur Klassifikation und zur Klassierung herangezogen, sondern noch mindestens eine weitere zusätzliche Messgröße.
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Unterschiedliche Zustände an der Messstelle beziehungsweise Prüfmedien können auf diese Weise besser voneinander unterschieden werden. So ist es zum Beispiel möglich, dass sich zwei Medien im Hinblick auf eine erste Messgröße beinahe nicht unterscheiden, aber im Hinblick auf eine zweite Messgröße ein großer Unterschied besteht. So ist es erfindungsgemäß zum Beispiel denkbar, dass die erste Messgröße ein Druck des Mediums an der Messstelle ist und dass die zweite Messgröße eine Impedanz des Mediums an der Messstelle ist. Es könnten aber auch beliebige andere Kombinationen von Messgrößen ausgewählt werden. Es versteht sich, dass bei den vorhergehend beschriebenen Varianten der Erfindung, bei denen ein zweiter Kalibrierungsmesswert, ein dritter Kalibrierungsmesswert oder auch noch weitere Kalibrierungsmesswerte in verschiedenen Kalibrierungszuständen ermittelt werden, entsprechend auch mindestens ein zweiter Zusatz-Kalibrierungsmesswert, mindestens ein dritter Zusatz-Kalibrierungsmesswert etc. zu ermitteln sind, sowie auch bei der Klassierung mindestens ein zweiter Zusatz-Prüfmesswert, mindestens ein dritter Zusatz-Prüfmesswert etc. ermittelt werden können. Es werden also für jedes Medium sowohl bei der Klassifizierung als auch bei der Klassierung unterschiedliche Messgrößen ermittelt.
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Vorzugsweise wird gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren veranlasst, dass der erste Kalibrierungsmesswert und der mindestens eine erste Zusatz-Kalibrierungsmesswert mittels Sensoren bestimmt werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend einen Vibrationsgrenzstandsensor, einen Absolutdrucksensor, einen Relativdrucksensor, einen Differenzdrucksensor, einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor, einen Widerstandsensor, einen kapazitiven Sensor, einen Impedanzsensor, einen radiometrischen Sensor, einen optischen Sensor, einen Dichtesensor und einen Multisensor. Diese Liste ist nicht abschließend, es könnten auch beliebige andere Sensoren verwendet werden. Bei einem Multisensor handelt es sich um einen Sensor, der unterschiedliche Messwerte bestimmen kann. Es ist erfindungsgemäß möglich, dass ausschließlich der Multisensor den ersten Kalibrierungsmesswert und den mindestens einen ersten Zusatz-Kalibrierungsmesswert bestimmt. Weitere Sensoren müssen in diesem Fall nicht verwendet werden. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch der zweite Kalibrierungsmesswert, der zweite Zusatz-Kalibrierungsmesswert, der dritte Kalibrierungsmesswert etc. mittels der genannten Sensoren bestimmt werden können.
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Zur Generierung des mindestens einen Klassifikators wird bevorzugt mindestens ein Verfahren aus der Gruppe von Klassifikationsverfahren verwendet, die umfasst: Klassifikation mittels logistischer Regression, Generierung eines Quader-Klassifikators, Generierung eines Abstandsklassifikators, Nächste-Nachbarn-Klassifikation, Generierung eines Polynomklassifikators, Klassifikation mittels eines Clusterverfahrens, Klassifikation mittels eines künstlichen neuronalen Netzes und Klassifikation mittels latenter Klassenanalyse. Es ist aber auch die Verwendung beliebiger anderer Klassifikationsverfahren möglich, um den mindestens einen Klassifikator zu generieren. Es ist denkbar, dass nur ein Klassifikator generiert wird. Die Genauigkeit des Verfahrens kann jedoch erhöht werden, wenn zwei oder mehr Klassifikatoren zum Einsatz kommen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgeschlagen, die Mittel zur Ausführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens umfasst. Bei solch einer Datenverarbeitungseinrichtung kann es sich erfindungsgemäß um einen Computer, einen Industrierechner, einen Microcontroller oder dergleichen handeln. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann gemäß einer Variante der Erfindung in einem Messgerät integriert sein. Es ist alternativ möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung an einem anderen Ort angeordnet ist, beispielsweise in einem Server oder in einem Rechenzentrum, und beispielsweise Messschritte aus der Ferne veranlasst. Erfindungsgemäß denkbar ist auch eine örtlich verteilte Anordnung der Datenverarbeitungseinrichtung, sodass erfindungsgemäße Schritte beispielsweise teils von einem Messgerät und teils durch ein örtlich entferntes Rechenzentrum ausgeführt werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Messgerät mit mindestens einem Sensor vorgeschlagen, das mit der vorhergehend beschriebenen Datenverarbeitungseinrichtung ausgestattet ist. Bei dem Messgerät handelt es sich bevorzugt um einen Grenzstandsensor. Es kann sich erfindungsgemäß aber auch um ein Messgerät anderer Art handeln. Das Messgerät weist bevorzugt Mittel zur Datenübertragung auf, die zum Empfang und/oder zum Versand von Daten geeignet sind. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Netzwerkschnittstelle handeln. Auf diese Weise können zum Beispiel Daten empfangen oder ausgegeben werden, falls dies zur Durchführung der vorangehend beschriebenen Verfahrensschritte notwendig ist. Insbesondere können so gemäß Varianten der Erfindung Kalibrierungsmesswerte und Prüfmesswerte empfangen werden, oder auch Bezeichner von Kalibrierungszuständen. Auch Steuerparameter können gemäß Varianten der Erfindung empfangen und ausgegeben werden. Der mindestens eine Sensor des Messgeräts ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend einen Vibrationsgrenzstandsensor, einen Absolutdrucksensor, einen Relativdrucksensor, einen Differenzdrucksensor, einen Radarsensor, einen Ultraschallsensor, einen Widerstandsensor, einen kapazitiven Sensor und einen Impedanzsensor. Es ist aber auch die Verwendung sonstiger Sensoren erfindungsgemäß möglich.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Messgerät, das zwischen zwei Medien innerhalb eines Behältnisses unterscheiden kann,
- 2 ein Messgerät, das zwischen drei Medien innerhalb eines Behältnisses unterscheiden kann,
- 3 ein Messgerät, das Anhaftungen erkennen kann,
- 4 ein Ablaufdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 5 einen Graphen, der unterschiedliche Kalibrierungsmesswerte darstellt, die zur Klassifikation genutzt werden.
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1 zeigt ein Messgerät 1, das zwischen zwei Medien innerhalb eines Behältnisses 2 unterscheiden kann. In dem Behältnis 2 befindet sich Wasser 3. Das Messgerät 1 kann erkennen, ob das Wasser 3 einen Sensor 4 des Messgeräts 1 bedeckt. Ist der Sensor 4 nicht von dem Wasser 3 bedeckt, dann ist er von Luft 5 umgeben. Das Messgerät 1 kann also die Medien Wasser 3 und Luft 5 voneinander unterscheiden. Um eine entsprechende Unterscheidung zu ermöglichen, hat das Messgerät 1 einen Klassifikator generiert. Das Messgerät 1 hat zunächst mit Hilfe des Sensors 4 einen ersten Kalibrierungsmesswert ermittelt, als der Sensor 4 mit Wasser 3 bedeckt war. Das Messgerät 1 hat ferner einen zweiten Kalibrierungsmesswert ermittelt, als der Sensor 4 von Luft 5 umgeben war. Der Klassifikator wurde auf Grundlage des ersten Kalibrierungsmesswerts und des zweiten Kalibrierungsmesswerts generiert. Mit Hilfe des Klassifikators bestimmt das Messgerät 1, ob der Sensor von Wasser 3 oder Luft 5 umgeben ist. Das Messgerät 1 ist als ein Grenzstandsensor geeignet, da es ermitteln kann, ob ein Pegel in Höhe des Sensors 4 durch das Wasser 3 überschritten wird.
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2 zeigt ein Messgerät 1, das zwischen drei Medien innerhalb eines Behältnisses 2 unterscheiden kann. Bei diesem Messgerät 1 werden zur Kalibrierung bei unterschiedlichen Kalibrierungszuständen ein erster Kalibrierungsmesswert, ein zweiter Kalibrierungsmesswert und ein dritter Kalibrierungsmesswert ermittelt. Der erste Kalibrierungsmesswert wird ermittelt, während sich ein Sensor 4 des Messgeräts 1 unter Wasser 3 befindet. Der zweite Kalibrierungsmesswert wird ermittelt, während der Sensor 4 des Messgeräts 1 von Luft 5 umgeben ist. Der dritte Kalibrierungsmesswert wird ermittelt, während der Sensor 4 des Messgeräts 1 mit Schaum 6 bedeckt ist. Aus den Kalibrierungsmesswerten wird ein Klassifikator generiert, der zur Wiedererkennung eines ersten Kalibrierungszustands, eines zweiten Kalibrierungszustands und eines dritten Kalibrierungszustands geeignet ist. Zur Generierung des Klassifikators wird ein neuronales Netz entsprechend trainiert. Somit ist das Messgerät 1 zur Wiedererkennung dreier unterschiedlicher Zustände geeignet, bei denen sich unterschiedliche Medien an einer Messstelle des Messgeräts 1 befinden.
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Das Messgerät 1 kann veranlassen, dass ein Prüfmesswert an einer Messstelle 7 innerhalb des Behältnisses 2 bestimmt wird. Der Sensor 4 des Messgeräts 1 ist mit Wasser 3 bedeckt. Eine Klassierung des Prüfzustands kann auf Grundlage des Prüfmesswerts erfolgen. Das Messgerät 1 klassiert den Prüfzustand mittels des Klassifikators, also des neuronalen Netzes, und ermittelt dabei, dass der Sensor 4 von dem Wasser 3 bedeckt ist. Die Klassifikation erfolgt mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung, die in dem Messgerät 1 angeordnet ist. In Abhängigkeit von dem Prüfzustand gibt das Messgerät 1 einen Steuerparameter über eine Netzwerkschnittstelle des Messgeräts aus. Damit wird eine externe Vorrichtung angesteuert, die einen Flüssigkeitsstand in dem Behältnis 2 reguliert.
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3 zeigt ein Messgerät 1, das Anhaftungen erkennen kann. Ein Klassifikator zur Erkennung von Anhaftungen wurde ähnlich wie vorangehend erläutert generiert. Es befindet sich eine Anhaftung 8 aus Rückständen an dem Messgerät 1. Das Messgerät 1 ist erfindungsgemäß dazu in der Lage, dies mittels eines Klassierungsschritts zu erkennen. Wird die Anhaftung erkannt, dann gibt das Messgerät 1 über eine Netzwerkschnittstelle einen Befehl an eine Reinigungseinheit aus, sodass eine Reinigung des Messgeräts 1 veranlasst wird. Das Messgerät 1 weist ferner ein Anzeigemittel 9 auf, bei dem es sich um ein LCD-Display handelt. Da erkannt wird, dass sich die Anhaftung 8 an dem Messgerät 1 befindet, veranlasst das Messgerät 1 eine entsprechende Ausgabe auf dem LCD-Display. Auf diese Weise kann zum Beispiel Wartungspersonal visuell davon in Kenntnis gesetzt werden, dass Sensoren 4 des Messgeräts 1 gereinigt werden müssen. Das hier dargestellte Messgerät 1 verfügt über drei Sensoren 4. Wie nachfolgend näher erläutert wird, kann mittels einer größeren Anzahl von Sensoren 4 eine akkuratere Bestimmung des Mediums erfolgen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die nachfolgenden Schritte stellen ein computerimplementiertes Verfahren dar, das von einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird. In einem Kalibrierungsmessschritt 10 wird veranlasst, dass ein erster Kalibrierungsmesswert bei einem ersten Kalibrierungszustand an einer Messstelle bestimmt wird, und dass ein zweiter Kalibrierungsmesswert bei einem zweiten Kalibrierungszustand an der Messstelle bestimmt wird. Bei dem ersten Kalibrierungszustand ist ein Sensor eines Messgeräts, dem die Datenverarbeitungseinrichtung zugehörig ist, unbedeckt, und bei dem zweiten Kalibrierungszustand ist der Sensor bedeckt. In einem Generierungsschritt 11 wird ein Klassifikator, der zur Wiedererkennung des ersten Kalibrierungszustands und des zweiten Kalibrierungszustands geeignet ist, auf Grundlage des ersten Kalibrierungsmesswerts und des zweiten Kalibrierungsmesswerts generiert. Dies erfolgt durch ein Anlernen eines neuronalen Netzwerks.
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Darauf folgt ein Bezeichnungsschritt 12. In dem Bezeichnungsschritt 12 erhält die Datenverarbeitungseinrichtung einen ersten Bezeichner für den ersten Kalibrierungszustand sowie einen zweiten Bezeichner für den zweiten Kalibrierungszustand. Der Bezeichner wird zunächst von dem Messgerät über eine Netzwerkschnittstelle des Messgeräts empfangen und an die Datenverarbeitungseinrichtung weitergeleitet. Der Bezeichner für den ersten Kalibrierungszustand lautet „Unbedeckt“ und der Bezeichner für den zweiten Kalibrierungszustand lautet „Bedeckt“. Im Anschluss folgt ein Steuerparameterschritt 13, in dem die Datenverarbeitungseinrichtung einen ersten Steuerparameter erhält, der dem ersten Kalibrierungszustand zugeordnet ist, sowie einen zweiten Steuerparameter, der dem zweiten Kalibrierungszustand zugeordnet ist. Auch dieser Steuerparameter wird zunächst von dem Messgerät über die Netzwerkschnittstelle des Messgeräts empfangen. Die Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt den ersten Bezeichner, den zweiten Bezeichner, den ersten Steuerparameter und den zweiten Steuerparameter in einem Speicher des Messgeräts.
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Es folgt ein Prüfmessschritt 14, in dem die Datenverarbeitungseinrichtung veranlasst, dass ein Prüfmesswert in einem Prüfzustand an der Messstelle bestimmt wird. An der Messstelle befindet sich ein Prüfmedium, dessen Eigenschaften bestimmt werden sollen. Das Messgerät führt eine entsprechende Messung durch. Darauf folgt ein Klassierungsschritt 15, bei dem die Datenverarbeitungseinrichtung den Prüfmesswert verwendet, um das Prüfmedium zu klassieren. Dabei ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung, dass der Sensor unbedeckt ist. In einem Ausgabeschritt 16 wird von der Datenverarbeitungseinrichtung eine Ausgabe des Schriftzugs „Unbedeckt“ auf einem LCD-Display des Messgeräts veranlasst, entsprechend dem Ergebnis der Klassierung. Ebenfalls in Entsprechung zu dem Ergebnis der Klassierung wird von der Datenverarbeitungseinrichtung in einem Steuerschritt 17 veranlasst, dass der erste Steuerparameter von dem Messgerät über eine Netzwerkschnittstelle an eine entfernte Gegenstelle übermittelt wird.
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5 zeigt einen Graphen, der unterschiedliche Kalibrierungsmesswerte darstellt, die zur Klassifikation genutzt werden. Eine X-Achse 18 unterscheidet verschiedene Messgrößen. Es werden Messgrößen unterschieden, die mittels eines Sensors A, eines Sensors B und eines Sensors C eines Messgeräts gemessen werden. Auf einer Y-Achse 19 sind Messwerte verzeichnet. In einem ersten Kalibrierungszustand, also bei Vorhandensein eines ersten Mediums in einem Messbereich des Messgeräts, wird ein erster Kalibrierungsmesswert 20 von dem Sensor A gemessen, ein erster Zusatz-Kalibrierungsmesswert 22 von dem Sensor B gemessen und ein erster weiterer Zusatz-Kalibrierungsmesswert 24 von dem Sensor C gemessen. In einem zweiten Kalibrierungszustand, also bei Vorhandensein eines zweiten Mediums in dem Messbereich des Messgeräts, wird ein zweiter Kalibrierungsmesswert 21 von dem Sensor A gemessen, ein zweiter Zusatz-Kalibrierungsmesswert 23 von dem Sensor B gemessen und ein zweiter weiterer Zusatz-Kalibrierungsmesswert 25 von dem Sensor C gemessen.
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Wie zu erkennen ist, unterscheiden sich die durch den Sensor B gemessenen Werte, nämlich der erste Zusatz-Kalibrierungsmesswert 22 und der zweite Zusatz-Kalibrierungsmesswert 23, nur geringfügig voneinander. Würde also lediglich der Sensor B verwendet werden, um die Medien voneinander zu unterscheiden, dann könnten sich eventuell Klassierungsfehler ergeben. Um dem entgegenzuwirken, wird ein Klassifikator generiert, der Messwerte, die von dem Sensor B gemessen werden, nur sehr schwach gewichtet, und Messwerte, die von den Sensoren A und C gemessen werden, hingegen stärker gewichtet. Somit kann eine Datenverarbeitungseinrichtung des Messgeräts die beiden Medien mit einer erhöhten Erfolgswahrscheinlichkeit korrekt klassieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgerät
- 2
- Behältnis
- 3
- Wasser
- 4
- Sensor
- 5
- Luft
- 6
- Schaum
- 7
- Messstelle
- 8
- Anhaftung
- 9
- Anzeigemittel
- 10
- Kalibrierungsmessschritt
- 11
- Generierungsschritt
- 12
- Bezeichnungsschritt
- 13
- Steuerparameterschritt
- 14
- Prüfmessschritt
- 15
- Klassierungsschritt
- 16
- Ausgabeschritt
- 17
- Steuerschritt
- 18
- X-Achse
- 19
- Y-Achse
- 20
- Erster Kalibrierungsmesswert
- 21
- Zweiter Kalibrierungsmesswert
- 22
- Erster Zusatz-Kalibrierungsmesswert
- 23
- Zweiter Zusatz-Kalibrierungsmesswert
- 24
- Erster weiterer Zusatz-Kalibrierungsmesswert
- 25
- Zweiter weiterer Zusatz-Kalibrierungsmesswert
