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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, insbesondere zur Ermittlung der Materialfeuchte eines Mediums
durch Bestimmung dessen Dielektrizitätskonstanten insbesondere
nach einem Verfahren bei welchem ein pulsförmiges Signal
in das nahe Ende einer Messleitung eingespeist wird, das in einem
Abstand von dem nahen Ende der Messleitung reflektierte Signal an
dem nahen Ende der Messleitung erfasst und mit einem Schwellwert
verglichen wird und die Zeit bis zum Eintreffen des reflektierten
Signals an dem nahen Ende der Messleitung gemessen und ausgewertet
wird, wobei das Medium gegebenenfalls das Dielektrikum der Messleitung
bildet, wobei die Anordnung einen Signalgeber aufweist, der ein
pulsförmiges Signal in das nahe Ende der Messleitung einspeist,
und einen Komparator aufweist, der an dem nahen Ende der Messleitung
das auf der Messleitung und/oder am entfernten Ende der Messleitung
reflektierte Signal empfängt und mit einem Schwellwert
vergleicht, sowie eine Einrichtung aufweist, zum Messen der Zeit, die
zwischen einem vom Beginn des Einspeisens des Signals abhängigen
ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt verstreicht, bei dem
die Amplitude des reflektierten Signals dem Schwellwert entspricht.
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Eine
vorstehend genannte Anordnung ist beispielsweise aus der
EP 0 478 851 A1 bekannt
und wird von der Gebrauchsmusteranmelderin mit großem Erfolg
vermarktet. Bei der bekannten Anordnung wird ein rechteckförmiges
Signal auf eine Messleitung gegeben. Die Pulsdauer des Signals ist
größer als die doppelte Laufzeit des Signals auf
der Messleitung. Am Eingang der Messleitung beziehungsweise am Ausgang
des Messsignalgebers bildet sich daher durch Überlagerung
der jeweiligen Amplituden ein aus dem in die Messleitung eingespeisten
Signal und dem auf oder am Ende der Messleitung reflektierten Signal
bestehendes Summensignal aus.
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Wenngleich
das mittels der bekannten Anordnung durchführbare Verfahren
auch sehr gute Ergebnisse liefert, so haftet ihm dennoch der Nachteil an,
dass die Amplitude des reflektierten Signals Auswirkungen auf die
Messgenauigkeit hat. Dies ist sehr störend, da die Amplitude
des reflektierten Signals von der elektrischen Leitfähigkeit
und damit der Feuchte des Mediums abhängt. Des weiteren
wirkt sich die Umgebungstemperatur der Messleitung auf die Amplitude
des reflektierten Signals aus.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Anordnung derart
auszubilden, dass sie eine höhere Genauigkeit hat.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der
Erfindung ist eine Anordnung, insbesondere zur Ermittlung der Materialfeuchte
eines Mediums durch Bestimmung dessen Dielektrizitätskonstanten,
welches Medium gegebenenfalls das Dielektrikum einer Messleitung
bildet, mit einem Signalgeber, der ein pulsförmiges Signal
in das nahe Ende der Messleitung einspeist, und einem Komparator,
der an dem nahen Ende der Messleitung das auf der Messleitung und/oder
am entfernten Ende der Messleitung reflektierte Signal empfängt
und mit einem Schwellwert vergleicht, sowie einer Einrichtung zum
Messen der Zeit, die zwischen einem vom Beginn des Einspeisens des
Signals abhängigen ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt
verstreicht, bei dem die Amplitude des reflektierten Signals dem Schwellwert
entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbarer Schwellwertgeber
vorhanden ist, dessen Ausgangswert mittels einer Steuerung in Abhängigkeit
der Amplitude des reflektierten Signals einstellbar ist.
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Mittels
der Erfindung lässt sich insbesondere ein Verfahren durchführen
zur Ermittlung der Materialfeuchte eines Mediums durch Bestimmung
dessen Dielektrizitätskonstanten, bei welchem ein pulsförmiges
Signal in das nahe Ende einer Messleitung eingespeist wird, das
in einem Abstand von dem nahen Ende der Messleitung reflektierte
Signal an dem nahen Ende der Messleitung erfasst und mit einem Schwellwert
verglichen wird und die Zeit bis zum Eintreffen des reflektierten
Signals an dem nahen Ende der Messleitung gemessen und ausgewertet
wird, wobei das Medium gegebenenfalls das Dielektrikum der Messleitung
bildet, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schwellwert
in Abhängigkeit der Amplitude des reflektierten Signals
eingestellt wird.
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Es
wurde erkannt, dass die Spannung beim Eintreffen des reflektierten
Signals am nahen Ende der Messleitung beziehungsweise am Ausgang
eines entsprechenden Messsignalgebers nicht senkrecht ansteigt sondern
der Spannungsanstieg des aus dem in die Messleitung eingespeisten
Signals und dem auf oder am Ende der Messleitung reflektierten Signals
gebildeten Summensignals innerhalb einer nicht zu vernachlässigenden
Zeit geschieht, und die Steilheit des Spannungsanstiegs von der
Höhe der Amplitude des reflektierten Signals abhängt.
Bei einer hohen Amplitude erfolgt der Spannungsanstieg schneller,
so dass bei einer hohen Amplitude der Schwellwert des Komparators
schneller erreicht wird. Somit hängt bei festem Schwellwert
der Schaltzeitpunkt des Komparators, das heißt der zweite
Zeitpunkt von der Höhe der Amplitude des reflektierten Signals
ab.
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Entspricht
die Höhe des Schwellwertes bei einer vorbestimmten Amplitude
des reflektierten Signals etwa achtzig Prozent der Amplitude des
reflektierten Signals (zuzüglich der Amplitude des eingespeisten
Signals) so schaltet der Komparator zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ändert
sich die Amplitude des reflektierten Signals beispielsweise durch Temperatureinfluss
oder Feuchtigkeit, so entspricht die Höhe des Schwellwertes
nicht mehr achtzig Prozent der Amplitude des reflektierten Signals
(zuzüglich der Amplitude des eingespeisten Signals). Der Komparator
schaltet dann zu einem anderen Zeitpunkt. Dies ist nachteilig, da
der Schaltzeitpunkt nur von der Laufzeit des Signals abhängen
soll.
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Dadurch,
dass der Schwellwert in Abhängigkeit der Amplitude des
reflektierten Signals einstellbar ist, lässt sich der Schaltpunkt
des Komparators in vorteilhafter Weise an das reflektierte Signal
anpassen. Unterschiede in der Größe der Amplitude
des reflektierten Signals können daher ausgeglichen werden,
wobei es ohne Bedeutung ist, aufgrund welcher Störeinflüsse
sich die Amplitude des reflektierten Signals verändert
hat. Somit wird in äußerst vorteilhafter Weise
auch der Temperaturgang des Mediums, der Messleitung und der Auswerteelektronik
nahezu vollständig eliminiert. Der Schaltzeitpunkt des
Komparators hängt nur noch von der Laufzeit des Signals ab,
was bei einer Laufzeitmessung erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit
hat.
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Als
sehr vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Schwellwert aus der
Summe der Amplitude des eingespeisten Signals und einem Bruchteil
der Amplitude des reflektierten Signals zu bilden, wie dies bei einer
besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.
Hierbei ist es sehr vorteilhaft, wenn der Bruchteil der Amplitude
des reflektierten Signals etwa 50 bis 95 Prozent, insbesondere 65
bis 85 Prozent, vorzugsweise 75 Prozent beträgt.
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Dadurch,
dass zur Bildung des Schwellwertes auf einen Bruchteil der Amplitude
des reflektierten Signals zurückgegriffen wird, kann in
vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der Schaltzeitpunkt des Komparators
etwa immer in demselben Bereich der Flanke der Spannungsänderung
am nahen Ende der Messleitung beziehungsweise am Ausgang des Messsignalgebers
durch das reflektierte Signal liegt. Dies wirkt sich äußerst
günstig auf die Genauigkeit der Messergebnisse aus.
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Als äußerst
vorteilhaft hat sich jedoch eine Ausführungsform der Erfindung
herausgestellt, bei der zur Bildung des Schwellwertes die Änderung
der Spannung pro Zeiteinheit am nahen Ende der Messleitung beziehungsweise
am Ausgang des Signalgebers, das heißt die Steilheit der
Spannungsänderung erfasst wird. Es wurde nämlich
herausgefunden, dass die Messgenauigkeit dann am größten
ist, wenn der Schaltzeitpunkt des Komparators immer an eine Stelle
gelegt wird, an der die Steilheit der Spannungsänderung
des Summensignals über die Zeit immer dieselbe vorbestimmte
Steigung hat.
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Bei
der letztgenannten Ausführungsform ist es sehr vorteilhaft,
wenn der Schwellwert des Komparators der Spannung des aus dem eingespeisten Signal
und dem reflektierten Signal gebildeten Summensignals entspricht,
bei der die Steigung der Spannungsänderung des Summensignals
etwa einem Drittel bis zwei Drittel, insbesondere zwei Fünftel bis
vier Fünftel, vorzugsweise der Hälfte der mittleren Steigung
der ansteigenden Flanke des in die Messleitung eingespeisten Signals
entspricht. Wobei die mittlere Steigung der ansteigenden Flanke
des in die Messleitung eingespeisten Signals aus der Differenz von
90 Prozent der Amplitude des eingespeisten Signals und 10 Prozent
der Amplitude des eingespeisten Signals und den dazugehörigen
Zeitpunkten gebildet wird.
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Zur
Bestimmung der Steigung der Spannungsänderung über
die Zeit kann zunächst ein empirisch ermittelter Schwellwert
eingestellt werden. Mit diesem Schwellwert wird eine erste Messung
durchgeführt. Die so ermittelte Zeit bis zum Eintreffen
des reflektierten Signals am nahen Ende der Messleitung beziehungsweise
der so ermittelte zweite Zeitpunkt wird als erster Messwert festgehalten.
Danach kann der Schwellwert etwas erhöht und eine zweite
Messung durchgeführt werden. Die Differenz der beiden gemessenen
Zeiten wird durch die Differenz der beiden Schwellwerte dividiert.
Hierdurch erhält man den Kehrwert der Steigung der Amplitudenänderung über die
Zeit. Ergibt ein Vergleich mit einem vorbestimmten Wert, dass die
Steigung zu groß ist, wird der vorstehend beschriebene
Vorgang mit größeren Schwellwerten erneut durchgeführt.
Ist die Steigung zu gering, wird der Schwellwert verringert. Die Schwellwerte
werden solange verändert, bis die Steigung innerhalb einer
vorgegebenen Toleranz des vorbestimmten Wertes liegt.
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Durch
den so ermittelten Schwellwert ist gewährleistet, dass
der Schaltzeitpunkt des Komparators immer in demselben Bereich der
Kurve der Spannungsänderung über die Zeit liegt,
unabhängig davon, ob das reflektierte Signal eine große
Amplitude hat oder eine kleine Amplitude. Als sehr vorteilhaft hat
sich ein Bereich herausgestellt, bei dem das reflektierte Signal
etwa 75 Prozent seiner Amplitude erreicht hat.
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Sehr
gute Messergebnisse haben sich bei einem Kehrwert des Quotienten
von etwa 3 Nanosekunden pro Volt bis 8 Nanosekunden pro Volt, insbesondere
4 Nanosekunden pro Volt bis 6 Nanosekunden pro Volt, vorzugsweise
5 Nanosekunden pro Volt ergeben.
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Bei
einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass eine Referenzleitung vorhanden ist, in welcher
an ihrem nahen Ende ein pulsförmiges Signal eingespeist
wird, und ein zweiter Komparator vorhanden ist, der an dem nahen
Ende der Referenzleitung das am entfernten Ende der Referenzleitung
reflektierte Signal empfängt und mit einem Referenz-Schwellwert
vergleicht.
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Mittels
einer derartigen Ausführungsform ist es in vorteilhafter
Weise möglich, die Messung der Signallaufzeit in der Messleitung
erst dann zu starten, wenn das am Ende der Referenzleitung reflektierte Signal
am nahen Ende der Referenzleitung eingetroffen ist. Hierdurch kann
der Signalverlauf am nahen Ende der Messleitung für die
Zeit des Signalverlaufs auf der Referenzleitung ausgeblendet werden.
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zu Beginn der Signallaufzeit
auf der Messleitung am nahen Ende der Messleitung systembedingte
Amplitudenerhöhungen oder Störimpulse auftreten
können.
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Mittels
der letztgenannten Ausführungsform ist es insbesondere
sehr einfach möglich, eine negative Flanke der Kurve der
Amplitudenänderung über die Zeit exakt zu erfassen.
Denn der Beginn der Zeitmessung kann auf einen Zeitpunkt gelegt
werden, zu dem die Amplitude des eingespeisten Signals den Schwellwert
des Komparators sicher überschritten hat. Trifft danach
beispielsweise ein Reflexionssignal mit negativer Amplitude ein,
unterschreitet die Amplitude des aus dem eingespeisten Signal und
dem reflektierten Signal bestehenden Summensignals den Schwellwert,
wodurch die Zeitmessung beendet wird. Der Schwellwert des Komparators
wird hierbei selbstverständlich nach dem zuvor beschriebenen Verfahren
bestimmt.
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Besonders
vorteilhaft bei der letztgenannten Ausführungsform ist
es jedoch, dass Fehler, welche beispielsweise auf einen Temperaturgang
der Auswerteelektronik oder einer Alterung der Bauelemente beruhen,
nahezu vollständig kompensiert werden. Diese Kompensation
tritt neben der dem zuvor beschriebenen Verfahren immanenten Temperaturkompensation
auf.
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Sehr
vorteilhaft bei der letztgenannten Ausführungsform ist
es auch, wenn ein zweiter Signalgeber vorhanden ist, zum Einspeisen
des pulsförmigen Signals in das nahe Ende der Referenzleitung,
wie dies bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen ist.
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Dadurch,
dass die Referenzleitung von einem separaten Signalgeber gespeist
wird, ist der Innenwiderstand des Signalgebers für die
Messleitung geringer, was sich vorteilhaft auf die Genauigkeit der Messung
auswirkt. Des weiteren sind Referenzleitung und Signalleitung vollständig
entkoppelt, so dass sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Des weiteren
können die entsprechenden Schaltungsteile bei einem ASIC
räumlich getrennt werden, wodurch eine sehr gute HF-Entkopplung
stattfindet.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es
zeigt
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1 eine
erste Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung
der Materialfeuchte eines Mediums,
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2 eine
zweite Anordnung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens,
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3 einen
typischen Signalverlauf am Eingang einer Messleitung,
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4a bis 4c idealisierte
Signalverläufe bei einer Reflexion mit negativer Amplitude
und einer Reflexion mit positiver Amplitude auf der Signalleitung
und
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5a bis 5c idealisierte
Signalverläufe bei einer Reflexion mit negativer Amplitude
auf der Signalleitung.
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Wie 1 entnommen
werden kann, ist eine Messleitung 7a, 7b über
eine Anschlussleitung 7' mit einem Signalgeber 1 verbunden.
Der Ausgang des Signalgebers 1 beziehungsweise das nahe
Ende der Messleitung 7a, 7b ist mit einem ersten
Eingang eines ersten Komparators 2 verbunden. Ein zweiter Eingang
des ersten Komparators 2 ist mit einem Ausgang eines einstellbaren
Schwellwertgebers 9 verbunden. Der Ausgang des ersten Komparators 2 ist mit
einer variablen Logikschaltung 8 verbunden. Des weiteren
ist ein Steuerausgang des Signalgebers 1 mit der variablen
Logikschaltung 8 verbunden.
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Der
Signalgeber 1 ist des weiteren mit dem nahen Ende einer
Referenzleitung 13 verbunden. Der entsprechende Ausgang
des Signalgebers 1 beziehungsweise das nahe Ende der Referenzleitung 13 ist
mit einem Eingang eines zweiten Komparators 11 verbunden.
Ein zweiter Eingang des zweiten Komparators 11 ist mit
einem Referenz-Schwellwertgeber 12 verbunden. Der Ausgang
des zweiten Komparators 11 ist mit der variablen Logikschaltung 8 verbunden.
Der Ausgang der variablen Logikschaltung 8 ist mit einem
Eingang eines UND-Gatters 4 verbunden. Ein zweiter Eingang
des UND-Gatters 4 ist mit einem Oszillator 3 verbunden.
Ein Ausgang des UND-Gatters 4 ist mit einem Zähler 5 verbunden.
Der Ausgang des Zählers 5 ist mit einer Steuerung 10 sowie
einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 6 verbunden. Der Ausgang
der Steuerung 10 ist mit einem Steuereingang des einstellbaren
Schwellwertgebers 9 verbunden.
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Die
Funktion der Anordnung wird nachfolgend anhand des in 3 dargestellten
Spannungsverlaufs beschrieben, der am Ausgang des Signalgebers 1 beziehungsweise
am Eingang der Anschlussleitung 7' aufgenommen wurde.
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Zunächst
wird vom Signalgeber 1 ein Messsignal auf die Anschlussleitung 7' gegeben.
Das Messsignal hat denselben Verlauf wie der erste Anstieg des in 3 dargestellten
Spannungsverlaufs. Zum Zeitpunkt t0 beginnt
der Anstieg des Rechtecksignals. Zum Zeitpunkt t0'
hat die Amplitude des Rechtecksignals zehn Prozent (U0')
seiner maximalen Amplitude erreicht. Zum Zeitpunkt t0''
hat die Amplitude des Rechtecksignals neunzig Prozent (U0'') seiner maximalen Amplitude (US) erreicht. Nach Erreichen seiner maximalen
Amplitude (US) bleibt die Amplitude des
Ausgangssignals des Signalgebers 1 für die Dauer
der Laufzeitmessung konstant.
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Bei
dem in 3 dargestellten Spannungsverlauf ist das auf die
Anschlussleitung 7' gegebene Signal beim Übergang
von der Anschlussleitung 7' auf die Messleitung 7a, 7b mit
negativer Amplitude reflektiert worden. Das reflektierte Signal
trifft zum Zeitpunkt t1 am Ausgang des Signalgebers 1 ein,
wodurch sich die Spannung des sich am Ausgang des Signalgebers 1 ergebenden
Summensignals etwas verringert (U1).
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Entsprechend
der zu bestimmenden Materialfeuchte eines betreffenden Mediums wird
das Signal auf der Messleitung 7a, 7b beziehungsweise
am Ende der Messleitung 7a, 7b zeitverzögert
mit positiver Amplitude reflektiert. Das Reflexionssignal trifft etwa
zum Zeitpunkt t2 am Ausgang des Signalgebers 1 ein.
Da die Flanke des Spannungsanstiegs des sich am Ausgang des Signalgebers 1 ergebenden
Summensignals nicht exakt senkrecht verläuft, kann der Zeitpunkt
des Eintreffens des reflektierten Signals in der Regel nur recht
ungenau angegeben werden. Dies insbesondere auch deshalb, da die
Amplitude des reflektierten Signals von der elektrischen Leitfähigkeit
und damit der Feuchte des Mediums abhängt.
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Als
Zeitpunkt des Eintreffens des reflektierten Signals wird gemäß der
vorliegenden Erfindung der Zeitpunkt bestimmt, bei dem das sich
am Ausgang des Signalgebers 1 ergebende Summensignal einem
von der Amplitude des reflektierten Signals abhängigen
Schwellwert entspricht. Zur Bestimmung des Schwellwerts wird beispielsweise
mittels der Steuerung 10 und des Schwellwertgebers 9 am
ersten Komparator 2 zunächst ein erster Such-Schwellwert
U2' eingestellt, welcher etwa der Amplitude
des vom Signalgeber 1 auf die Anschlussleitung 7' gegebenen
Messsignals (US) zuzüglich 40 Prozent
der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals entspricht. Mit diesem ersten Such-Schwellwert U2' wird eine erste Laufzeitmessung durchgeführt,
bei der die Spannung des sich am Ausgang des Signalgebers 1 ergebenden
Signalverlaufs zum Zeitpunkt t2' dem ersten
Such-Schwellwert U2' entspricht.
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Beim
Eintreffen des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 beziehungsweise
am Eingang des ersten Komparators 2 übersteigt
das am Eingang des ersten Komparators 2 anliegende Signal
den am zweiten Eingang des ersten Komparators 2 anliegenden
Schwellwert. Hierdurch wird das am Ausgang des ersten Komparators 2 anstehende
Signal 2b, welches bisher positiv war, null (vgl. 4b).
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Zeitgleich
mit dem Anlegen des Messsignals an die Anschlussleitung 7' wird
vom Signalgeber 1 ein Referenzsignal auf die Referenzleitung 13 gegeben.
Das Messsignal wird auf der Referenzleitung 13 mit positiver
Amplitude reflektiert. Nachdem das auf der Referenzleitung reflektierte
Signal am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 beziehungsweise
am Eingang des zweiten Komparators 11 eingetroffen ist, übersteigt
das am Eingang des zweiten Komparators 11 anliegende Signal 11a den
am zweiten Eingang des zweiten Komparators 11 anliegenden
Referenz-Schwellwert. Hierdurch wird das am Ausgang des zweiten
Komparators 11 ausgegebene Signal 11b, welches
bisher positiv war, null (vgl. 4a). In
der variablen Logikschaltung 8 wird das Ausgangssignal 11b des
zweiten Komparators 11 mit dem Ausgangssignal 2b des
ersten Komparators 2 derart miteinander verknüpft,
dass das am Ausgang der Logikschaltung 8 ausgegebene Signal 8a zum Zeitpunkt,
wenn der zweite Komparator 11 schaltet, positiv wird und
zum Zeitpunkt, wenn der erste Komparator 2 schaltet, wieder
null wird (vgl. 4c).
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Am
Ausgang des UND-Gatters 4 sind somit während der
Zeit vom Eintreffen des auf der Referenzleitung 13 reflektierten
Signals bis zum Eintreffen des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals die Impulse des Oszillators 3 vorhanden. Diese
Impulse werden im Zähler 5 gezählt. Der
Zählwert bildet ein Maß für die Laufzeit
des Messsignals auf der Messleitung 7a, 7b, welches
ein Maß für die Feuchtigkeit des Mediums darstellt,
in dem die Messleitung 7a, 7b eingebracht ist.
Der Ausgangswert des Zählers 5 wird in der Anzeigeeinheit 6 ausgegeben.
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Des
weiteren wird der Ausgangswert des Zählers 5 an
die Steuerung 10 angelegt, welche ihrerseits den Schwellwertgeber 9 einstellt.
Bei der ersten Laufzeitmessung wird der erste Such-Schwellwert eingestellt.
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Nach
Abschluss der ersten Laufzeitmessung wird am ersten Komparator 2 ein
zweiter Such-Schwellwert U2'' eingestellt,
welcher dem Wert der Amplitude des vom Signalgeber 1 auf
die Anschlussleitung 7' gegebenen Messsignals zuzüglich fünfundzwanzig
Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals entspricht. Zur Bildung des zweiten Such-Schwellwerts U2'' wurde der erste Such-Schwellwert U2' somit um fünfzehn Prozent der
Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals verringert. Mit dem zweiten Such-Schwellwert U2''
wird dann eine zweite Laufzeitmessung durchgeführt, bei
der die Spannung des sich am Ausgang des Signalgebers 1 ergebenden
Signalverlaufs zum Zeitpunkt t2'' dem zweiten Such-Schwellwert
U2'' entspricht. Mittels der beiden so erhaltenen
Messwerte wird die Steigung einer Geraden G berechnet, die durch
die durch die beiden Messwerte gebildeten Punkte (U2',
t2'/U2'', t2'') des Spannungsverlaufs des sich am Ausgang
des Signalgebers 1 ergebenden Summensignals verläuft.
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Ist
die Steigung der Geraden G geringer als eine vorbestimmte Steigung,
wird der zuvor beschriebene Messzyklus mit einem neuen ersten und
zweiten Such-Schwellwert erneut durchgeführt, wobei der neue
erste Such-Schwellwert um sechzehn Prozent der Amplitude des auf
der Messleitung 7a, 7b reflektierten Signals geringer
ist als beim zuvor beschriebenen Messzyklus. Der neue erste Such-Schwellwert
beim zweiten Messzyklus entspricht somit der Amplitude des auf die
Anschlussleitung 7' gegebenen Messsignals zuzüglich
vierundzwanzig Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals. Der neue zweite Such-Schwellwert ist wiederum fünfzehn
Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals geringer als der neue erste Such-Schwellwert. Mittels der
beiden mit den neuen, aktuellen Such-Schwellwerten ermittelten neuen
Laufzeit-Messwerten wird erneut die Steigung einer Geraden berechnet,
welche durch die durch die beiden Messwerte bestimmten Punkte des
Signalverlaufs des sich am Ausgang des Signalgebers 1 ergebenden
Summensignals verläuft.
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Falls
die erhaltene Steigung immer noch geringer ist, als die vorbestimmte,
wird ein dritter Messzyklus durchgeführt, bei dem der erste Such-Schwellwert
erneut um sechzehn Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals verringert wird. Die Wiederholung des Messzyklus mit einem
um sechzehn Prozent verringerten ersten Such-Schwellwert geschieht
solange, bis die berechnete Steigung größer ist,
als die vorbestimmte Steigung.
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Ist
die berechnete Steigung größer als die vorbestimmte
Steigung, das heißt ergibt sich beim Vergleich ein Vorzeichenwechsel,
wird der zuletzt eingestellte erste Such-Schwellwert um die Hälfte der
Verringerung, welche bis zum Vorzeichenwechsel durchgeführt
wurde, also hier um die Hälfte von sechzehn Prozent, das
heißt acht Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals erhöht und erneut ein Messzyklus durchgeführt. Allgemein
lässt sich sagen: Solange sich bei einem Vergleich kein
Vorzeichenwechsel ergibt, wird der erste Such-Schwellwert nochmals
um denselben Betrag verändert, um den er für die
vorhergehende Messung verändert wurde. Ergibt sich bei
dem Vergleich ein Vorzeichenwechsel, wird der Such-Schwellwert um
die Hälfte des Betrages verändert, um den er bei
der vorhergehenden Messung verändert wurde. Der zweite
Such-Schwellwert ist stets um fünfzehn Prozent der Amplitude
des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten Signals
kleiner als der erste Such-Schwellwert.
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Die
vorstehend beschriebene iterative Annäherung an die vorbestimmte
Steigung wird solange fortgeführt, bis der erste Such-Schwellwert
um ein Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten
Signals verändert wurde und eine erneute Veränderung
mit umgekehrten Vorzeichen erforderlich wäre.
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Der
so ermittelte erste Such-Schwellwert wird dann abschließend
um zwanzig Prozent der Amplitude des auf der Messleitung 7a, 7b reflektierten Signals
verringert. Dieser Wert bildet dann den Schwellwert, mittels dem
die Ermittlung der Materialfeuchte des Mediums durchgeführt
wird.
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Durch
die Referenzleitung 13 und den hierfür vorgesehenen
zweiten Komparator 11 lässt sich in vorteilhafter
Weise der Beginn der Laufzeitmessung verschieben. So kann die Laufzeitmessung
erst dann gestartet werden, wenn das auf der Referenzleitung 13 reflektierte
Signal am Ausgang des Signalgebers 1 eintrifft. Hierdurch
lässt sich insbesondere eine durch eine Reflexion mit negativer
Amplitude hervorgerufene Änderung des Spannungsverlaufs
am Ausgang des Signalgebers 1 ausblenden, wie dies den 4a bis 4c entnommen
werden kann.
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In 4a ist
der sich am Eingang der Referenzleitung 13 beziehungsweise
am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 ergebende
Signalverlauf 11a, der auch am Eingang des zweiten Komparators 11 vorhanden
ist, sowie der am Ausgang des zweiten Komparators 11 vorhandene
Signalverlauf 11b schematisch dargestellt. In 4b ist
der am Eingang der Anschlussleitung 7' beziehungsweise am
entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 vorhandene Signalverlauf 2a,
der auch am Eingang des ersten Komparators 2 vorhanden
ist, sowie der am Ausgang des ersten Komparators 2 vorhandene Signalverlauf 2b schematisch
dargestellt. In 4c ist der am Ausgang der Logikschaltung 8 vorhandene Signalverlauf 8a schematisch
dargestellt.
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Wie
den 4a und 4b entnommen werden
kann, wird zum Zeitpunkt t0 zeitgleich mit
einem auf die Anschlussleitung 7' gegebenen Messsignals
auf die Referenzleitung 13 ein Referenzsignal gegeben.
Das auf der Referenzleitung 13 reflektierte Signal trifft
zum Zeitpunkt t2 am Ausgang des Signalgebers 1 ein.
Hierdurch schaltet der zweite Komparator 11. Das bis dahin
am Ausgang des zweiten Komparators 11 anstehende Signal 11b wird
dann Null. Hierdurch wird das Ausgangssignal 8a der Logikschaltung 8 positiv,
wie dies 4c entnommen werden kann. Durch
das positive Ausgangssignal 8a der Logikschaltung 8 wird
die Laufzeitmessung zum Zeitpunkt t2 gestartet.
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Trifft
zum Zeitpunkt t3 am entsprechenden Ausgang
des Signalgebers 1 das auf der Messleitung 7a, 7b mit
positiver Amplitude reflektierte Signal ein, schaltet der erste
Komparator 2. Das bis dahin am Ausgang des ersten Komparators 2 anstehende
positive Signal 2b wird dann null. Hierdurch wird das Ausgangssignal 8a der
Logikschaltung 8 null, wodurch die Laufzeitmessung beendet
wird.
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Eine
Laufzeitmessung findet somit nur zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 statt, wie
dies 4c entnommen werden kann. Durch das Eintreffen
einer negativen Reflexion zum Zeitpunkt t1,
wie dies in 4b dargestellt ist, möglicherweise
verursachte Störungen, haben somit keine Auswirkungen.
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In 5a ist
der sich am Eingang der Referenzleitung 13 beziehungsweise
am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 ergebende
Signalverlauf 11a', der auch am Eingang des zweiten Komparators 11 vorhanden
ist, sowie der am Ausgang des zweiten Komparators 11 vorhandene
Signalverlauf 11b' schematisch dargestellt. In 5b ist
der am Eingang der Anschlussleitung 7 beziehungsweise am
entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 vorhandene Signalverlauf 2a',
der auch am Eingang des ersten Komparators 2 vorhanden
ist, sowie der am Ausgang des ersten Komparators 2 vorhandene Signalverlauf 2b' schematisch
dargestellt. In 5c ist der am Ausgang der Logikschaltung 8 vorhandene Signalverlauf 8a' schematisch
dargestellt.
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Wie
den 5a bis 5c entnommen
werden kann, kann die Referenzleitung 13 auch so gewählt
werden, dass das auf der Referenzleitung 13 reflektierte
Signal am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 bereits
dann eintrifft, wenn das beim Übergang von der Anschlussleitung 7' auf
die Messleitung 7a, 7b mit negativer Amplitude
reflektierte Signal am entsprechenden Ausgang des Signalgebers 1 noch
nicht eingetroffen ist. Die Laufzeitmessung kann somit zu einem
Zeitpunkt t2' gestartet werden, zu dem das
auf die Anschlussleitung 7' beziehungsweise Messleitung 7a, 7b gegebene
Signal 2a' seine maximale Amplitude erreicht hat. Hierdurch
ist es möglich, am ersten Komparator 2 einen Schwellwert einzustellen,
der unterhalb der Amplitude des auf die Anschlussleitung 7' gegebenen
Messsignals liegt. Dies wiederum hat den Vorteil, dass eine Reflexion mit
der negativen Amplitude Messbar ist.
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Hierdurch
lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung
beispielsweise zur Füllstandsmessung verwenden. Denn es
hat sich gezeigt, dass, wenn die Messleitung 7a, 7b beispielsweise
teilweise in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, an der Grenzfläche
eine Reflexion mit negativer Amplitude auftritt.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist für
die Referenzleitung 13 ein separater Signalgeber 14 vorgesehen.
Ansonsten unterscheidet sich die in 2 dargestellte
Ausführungsform im wesentlichen nicht von der in 1 dargestellten Ausführungsform.
Gleiche Elemente sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Durch
den separaten Signalgeber 14 für die Referenzleitung 13 kann
der Innenwiderstand des Signalgebers 1 geringer ausgebildet
werden, was sich vorteilhaft auf die Genauigkeit der Messung auswirkt. Darüber
hinaus sind keine Rückwirkungen der Referenzleitung 13 auf
die Messleitung 7a, 7b vorhanden, was sich ebenfalls
vorteilhaft auf die Genauigkeit der Messung auswirkt. Des weiteren
lassen sich die entsprechenden Schaltungsteile räumlich
getrennt aufbauen, wodurch eine sehr gute HF-Entkopplung stattfindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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