EP1773172B1 - Verfahren zum kalibrieren von sensoren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren, insbesondere Trübungssensoren in Haushaltgeräten und ein zugehöriges Haushaltgerät zur Durchführung des Verfahrens.
• In Haushaltgeräten, z. B. Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen, werden Trübungssensoren zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades der Reinigungsflüssigkeit, z. B. Spülflotte oder Spüllauge, eingesetzt. Mit Hilfe der durch den Trübungssensor ermittelten Werte des Verschmutzungsgrades erfolgt die weitere Steuerung des Reinigungsprogramms des Haushaltgerätes. In einer Geschirrspülmaschine besteht das Reinigungsprogramm beispielsweise aus den Teilprogrammschritten "Vorspülen", "Reinigen", "Zwischenspülen", "Klarspülen" und "Trocknen". Innerhalb des Teilprogrammschrittes "Zwischenspülen" werden häufig mehrere Zwischenspülschritte ausgeführt. Durch die Verwendung der von dem Trübungssensor ermittelten Werte des Verschmutzungsgrades kann von der Steuerung der Geschirrspülmaschine bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes des Verschmutzungsgrades die Ausführung weiterer Zwischenspülschritte abgebrochen werden. Damit kann eine erhebliche Wasser- und Energieeinsparung bei gleichen Reinigungsergebnissen erzielt werden. Außerdem kann bei einem geringen Verschmutzungsgrad beim "Vorspülen" die Spülflotte aus dem "Vorspülen" für den Teilprogrammschritt "Reinigen" verwendet werden.
• Die Messung der Trübung erfolgt im Allgemeinen durch das Hindurchleiten von Licht durch die Reinigungsflüssigkeit. Es sind jedoch auch andere physikalische Messverfahren, z. B. mit Schall denkbar. Bei der Verwendung des physikalischen Prinzips des Hindurchleitens von Licht durch die Reinigungsflüssigkeit, wobei Teilchen in der Reinigungsflüssigkeit als Suspension einen Teil des Lichts zurückhalten, ist eine Sende- und Empfangsvorrichtung für Licht notwendig. Bei der Sendevorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Lampe oder eine Leuchtdiode sowie bei der Empfangsvorrichtung z. B. um einen Fototransistor. Die Sende- und Empfangsvorrichtungen sind jedoch Abnutzungs- und Alterungsveränderungen ausgesetzt. Außerdem können zum Teil erhebliche Ablagerungen an den optischen Einrichtungen auftreten. Temporäre Verunreinigungen an den Sende- und Empfangsvorrichtungen können zu erheblichen Fehlern bei den Messungen führen. Dies führt im Laufe der Zeit zu sukzessive zunehmenden Fehlern bei den Messungen der Trübung der Reinigungsflüssigkeit. Dadurch kommt es zu Fehlern bei der Steuerung des Haushaltgerätes.
• Aus der EP 0 862 892 B1 ist ein Haushaltgerät mit einer Messeinrichtung zum Ermitteln des Verschmutzungsgrades einer Reinigungsflüssigkeit bekannt. Um Fehlmessungen zu verhindern wird eine Abgleichsmessung mit der Messeinrichtung in einem Reinigungsprogramm, in welchem die Messeinrichtung zum Ermitteln des Verschmutzungsgrades der Reinigungsflüssigkeit verwendet wird, vorhergehenden Reinigungsprogramm durchgeführt, wobei dies vorzugsweise in einem Programmteil mit unverschmutzter Spülflüssigkeit, z. B. dem Klarspülen, durchgeführt wird. Der Messwert für die Abgleichung der Messeinrichtung im nachfolgenden Reinigungsprogramm ist in einem nicht-flüchtigen Speicher speicherbar. Nachteilig ist hierbei, dass bei einem geringen oder ausgeblendeten Zwischenspülen auch beim Klarspülen nicht unerhebliche Verunreinigungen in der Spülflotte enthalten sein können, so dass die Messergebnisse verfälscht sein können. Des Weiteren wird nur eine Abgleichsmessung ausgeführt, so dass bei zufällig auftretenden starken Verschmutzungen, z. B. an der Sendevorrichtung durch punktuelle Ablagerungen, Messwerte für die Abgleichung der Messeinrichtung mit erheblichen Fehlern die Folge sind.
• Aus der DE 101 11 006 A1 ist ein Verfahren zum Abgleichen eines Trübungssensors bekannt. Innerhalb eines Spülprogramms werden mehrere Kalibrierwertmessungen zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt und in einer ersten Speichertabelle gespeichert, wobei Kalibrierwertmessungen in mehreren Spülprogrammen durchgeführt werden. Aus diesen Kalibrierwertmessungen wird für jedes Spülprogramm der Kalibriermesswert mit dem geringsten Verschmutzungsgrad durch Selektion ermittelt und in einer zweiten Speichertabelle eingeschrieben. Aus den gespeicherten, selektierten Kalibriermesswerten der zweiten Speichertabelle wird der Mittelwert berechnet, welcher den Referenzwert bildet für die Messung mit dem Trübungssensor.
• Nachteiligerweise bildet nur eine relativ geringe Anzahl von Kalibriermessungen die Grundlage für die Ermittlung des Referenzwertes, welcher nur der Mittelwert aus mehreren Einzelmessungen innerhalb eines Spülprogramms ist. Damit können Fehlerquellen, die bei mehreren Spülprogrammen oder nur innerhalb eines gesamten Spülprogramms auftreten, z. B. eine Verunreinigung auf der Optik der Sendevorrichtung, nicht erkannt werden. Aufgrund der Ermittlung des Referenzwertes durch eine bloße Mittelwertbildung aus sämtlichen Kalibriermesswerten zu je einem Spülprogramm fließen diese mit häufig erheblichen Fehlern belasteten Kalibriermesswerte bei der Mittelwertbildung nachteiligerweise mit ein. Liegt eine Verunreinigung beispielsweise bei den drei vorhergehenden Spülprogrammen vor und wird diese Verunreinigung in einem nachfolgenden Spülprogramm wieder beseitigt, erfolgt trotzdem die Messung mit dem Referenzwert aus dem Mittelwert der häufig fehlerbehafteten Einzelmessungen, wobei sich dieser Fehler fortsetzt, bis sämtliche Kalibriermessungen, die Basis für den Referenzwert bilden, nicht mehr durch temporäre Verunreinigungen fehlerbehaftet sind.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren und ein zugehöriges Haushaltgerät zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, welches es erlaubt, auf einfache Weise unter sämtlichen Betriebsbedingungen eines Haushaltgerätes, insbesondere bei temporären Verunreinigungen, ein zuverlässiges Kalibrieren von Sensoren, z. B. von Trübungssensoren, zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung von Sensoren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch Unteransprüche gekennzeichnet.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors, insbesondere eines Trübungssensors in einem Haushaltgerät, z. B. eine Geschirrspülmaschine oder eine Waschmaschine, mit Hilfe von Referenzwerten werden die folgenden Schritten ausgeführt:
• Ermitteln von wenigstens zwei Messwerten in wenigstens einem Reinigungsprogrammablauf,
• Selektion wenigstens eines Messwertes durch Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung, der im folgenden Schritt nicht mehr berücksichtigt wird,
• Ermittlung wenigstens eines möglichen Referenzwertes für die Kalibrierung des Sensors aus den nicht selektierten Messwerten und
• Selektion eines optimalen Referenzwertes aus wenigstens einem möglichen Referenzwert, sofern mehr als zwei mögliche Referenzwertes ermittelt wurden.
• Zweckmäßigerweise wird die Selektion des wenigstens einen Messwertes durch Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung, der im folgenden Schritt nicht mehr berücksichtigt wird, jeweils aus einer Reihe von Messwerten ausgeführt wird, die zu gleichen Zeitpunkten innerhalb eines Spülprogrammablaufes gemessen wurden. Damit werden Messwerte selektiert, die zu gleichen Zeitpunkten innerhalb eines Spülprogrammablaufes gemessen wurden, so dass diese untereinander ähnlich und für weitere Auswahlverfahren oder Berechnungen geeignet sind.
• Vorzugsweise werden zur Selektion von wenigstens einem Messwert die folgenden Schritte ausgeführt:
• Ermitteln des arithmetischen Durchschnittes für die Messwerte gemäß der Formel $${\mathrm{d}}_{\mathrm{a}}=\frac{m_a^1+m_a^2+m_a^3+m_a^4+\dots +m_a^s}{s},$$
  
• Bestimmung des mittleren Fehlerquadrates nach der Formel $${{\mathrm{\sigma }}_{\mathrm{a}}}^2=\frac{{\left(m_1^1-d_a\right)}^2+{\left(m_1^2-d_a\right)}^2+\dots +{\left(m_1^s-d_a\right)}^2}{s},$$
  
• Ermittlung der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes, wobei diese innerhalb $$d_a\pm \frac{0,6746}{\sqrt{s}}$$
  
  liegen und
• Selektion der Messwerte, die außerhalb dieser Grenzen liegen.
• In einer weiteren Variante wird, falls kein Messwert außerhalb der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes liegt, das Intervall der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes kleiner angesetzt wird, so dass wenigstens ein Messwert außerhalb liegt und dieser wenigstens eine Messwert selektiert. Dadurch wird immer wenigstens ein Messwert selektiert. Das Verfahren kann dadurch an sich ändernde Verhältnisse angepasst werden.
• In einer weiteren Variante werden zur Ermittlung der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes vorzugsweise ab Werk vorgegebene empirische Werte ergänzend herangezogen, welche im Verfahrensablauf an sich ändernde Verhältnisse automatisch angepasst werden. Dadurch kann das Verfahren auch bei einem neuen Haushaltgerät optimal angewendet werden und es erfolgt eine automatische Anpassung an sich ändernde Verhältnisse, z. B. Verunreinigungen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren "lernfähig" ist.
• Vorzugsweise wird die Ermittlung des wenigstens einen möglichen Referenzwertes für die Kalibrierung des Sensors aus den verbleibenden, nicht selektierten Messwerten durch Mittelwertbildung durchgeführt. Dadurch können die möglichen Referenzwerte für die Reihen von Messwerten für die Messwerte zu je einem Zeitpunkt auf einfache Weise ermittelt werden und unter Umständen noch vorhandene Fehlmessungen haben aufgrund der Mittelwertbildung nur einen geringen Einfluss.
• Zweckmäßigerweise wird die Ermittlung des wenigstens einen möglichen Referenzwertes für die Kalibrierung des Sensors aus den verbleibenden, nicht selektierten Messwerten durch Selektion eines Messwertes mittels Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung ausgeführt wird. Dadurch können Fehler, die aus einzelnen unter Umständen noch vorhandenen Fehlmessungen resultieren, ausgeschlossen werden, weil nur ein einzelner Messwert ausgewählt wird.
• In einer weiteren Variante wird der Messwert mit der höchsten Wahrscheinlichkeitsdichte innerhalb der nicht selektierten Messwerte ausgewählt. Damit können mögliche Fehler gegenüber einer Mittelwertbildung, dem Messwerte zu Grunde liegen, die unter Umständen fehlerbehaftet sind, ausgeschlossen werden.
• Vorzugsweise wird derjenige Messwert als Referenzwert ausgewählt, der dem arithmetischen Mittelwert der nicht selektierten Messwerte am nächsten liegt, durch folgende Schritte:
• Ermittlung der arithmetischen Mittelwerte der nicht selektierten Messwerte,
• Ermittlung des Betrages der Differenz aus dem arithmetischen Mittelwert und dem jeweiligen Messwert, wobei derjenige Messwerten ausgewählt wird, bei welchem der Betrag der Differenz am kleinsten ist.
• In einer ergänzenden Variante wird aus den möglichen Referenzwerten der optimalste, d. h. im Allgemeinen der Referenzwert mit dem kleinsten Verschmutzungsgrad, als Referenzwert für die Kalibrierung des Sensors ausgewählt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der nachfolgenden Zeichnungen beispielhaft erläutert: Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Trübungssensors,

Fig. 2

ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Spülprogramm in einer Geschirrspülmaschine,

Fig. 3

ein erfindungsgemäßes Ablaufschema für die Ermittlung eines Referenzwertes für die Kalibrierung des Trübungssensors und

Fig. 4

ein weiteres erfindungsgemäßes Ablaufschema für die Ermittlung des Referenzwertes für die Kalibrierung des Trübungssensors.

• In Fig. 1 ist schematisiert ein Trübungssensor 6 dargestellt. Er verfügt über eine Sendevorrichtung 1 als Lampe, welche vorzugsweise sichtbares Licht emittiert. Die Sendevorrichtung 1 kann auch elektromagnetische Wellen aus anderen beliebigen Frequenzbereichen, z. B. Infrarotlicht, emittieren. In einer Empfangsvorrichtung 2 als Photozelle wird das auf ihr auftreffende Licht in Strom umgewandelt. Zwischen der Sendevorrichtung 1 und der Empfangsvorrichtung 2 befindet sich die Spülflotte 3 mit Verunreinigungen. Eine Steuerungs- und Auswerteeinheit 4 versorgt die Sendevorrichtung 1 mit Strom und wertet den von der Empfangsvorrichtung 2 gelieferten Strom aus. Die Sendevorrichtung 1 und die Empfangsvorrichtung 2 sind über elektrische Leitungen 5 mit der Steuerungs- und Auswerteeinheit 4 verbunden. Die Steuerungs- und Auswerteeinheit 4 kann auch Teil der Steuerung einer erfindungsgemäßen Geschirrspülmaschine sein, d. h. es ist keine separate Steuerungs- und Auswerteeinheit 4 für den Trübungssensor 6 notwendig. Aufgrund der Änderung des auf der Empfangseinheit 2 auftreffenden Lichts bei vorzugsweise konstanter Stromversorgung für die Sendevorrichtung 1 wird der Verschmutzungsgrad der Spülflotte 3 ermittelt. Je geringer der von der Empfangsvorrichtung 2 gelieferte Strom, desto größer ist der Verschmutzungsgrad. Der Trübungssensor 6 kann in der erfindungsgemäßen Geschirrspülmaschine z. B. im Spülbehälter oder in einer Leitung für Spülflotte eingebaut sein. Mit Hilfe dieses Wertes des Verschmutzungsgrades wird von der Steuerung der erfindungsgemäßen Geschirrspülmaschine der weitere Programmablauf gesteuert. Beispielsweise wird bei Unterschreiten eines bestimmten Verschmutzungsgrades die Durchführung weiterer Zwischenspülschritte abgebrochen oder es erfolgt zwischen Vorspülen und Reinigen kein Wechsel der Spülflotte.
• In Fig. 2 ist ein üblicher Spülprogrammablauf s einer Geschirrspülmaschine dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die Zeit angetragen und auf der Ordinatenachse die Menge der Spülflotte in der Geschirrspülmaschine. Der Spülprogrammablauf besteht aus den Teilprogrammschritten "Vorspülen", "Reinigen", "Zwischenspülen", "Klarspülen" und "Trocknen". Der oder die Messwerte m₁ ¹, m₂ ¹ , m₃ ¹ und m₄ ¹ (m_a ^s mit a als Zeitpunkt t_a der Messungen innerhalb eines Spülprogrammablaufes und s als Zahl der Messungen eines Messwertes m_a ^s zum jeweils gleichen Zeitpunkt t_a in den Spülprogrammabläufen s=1, 2, 3 bis s). Für die Kalibrierung des Trübungssensors 6 werden die Messwerte m₁ ¹, m₂ ¹, m₃ ¹ und m₄ ¹ jeweils zu den Zeitpunkten t_a = t₁, t₂, t₃ und t₄ bestimmt. Es kann innerhalb eines Spülprogrammablaufes s nur ein Messwert, vorzugsweise im Teilprogrammschritt "Klarspülen", gemessen werden oder auch mehrere Referenzwerte innerhalb des Spülprogramms, wobei auch innerhalb eines Teilprogrammschrittes, z. B. "Klarspülen", mehrere Messwerte, z. B. m₃ ¹, m₄ ¹, für die Kalibrierung des Trübungssensors 6 gemessen werden können. Die Messwerte m_a ^s zu einem Zeitpunkt t_a sind als Messreihe in Spalten in Fig. 2 untereinander angeordnet. Innerhalb eines Spülprogrammablaufes erfolgt die Messung der Messwerte jeweils zum gleichen Zeitpunkt. Es wurden gemäß Fig. 2 vier Messungen zu unterschiedlichen Zeiten t_a = t₁, t₂, t₃ und t₄ je Spülprogrammablauf s durchgeführt, so dass vier Spalten von Messreihen in Fig. 2 vorhanden sind. Für unterschiedliche Spülprogramme, z. B. Sanft 50°, Intensiv 70° oder Automatic 55°-65°, mit unterschiedlicher Dauer der einzelnen Teilprogrammschritte erfolgt die Messung jeweils zum gleichen Zeitpunkt nach dem Beginn oder vor dem Ende eines Teilprogrammschrittes. Außerdem kann das Verfahren auch dahingehend verfeinert werden, dass für jedes unterschiedliche Spülprogramm mit wenigstens einer Messung eine gesonderte Messreihe gespeichert wird. Bei dieser Vorgehensweise entspricht die Zahl der Messreihen nicht der Zahl der Messzeitpunkte t_a, sondern der Summe der einzelnen Messzeitpunkte t_a aufsummiert für jedes einzelne Spülprogramm.
• In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Ablaufschema für die Ermittlung des Referenzwertes m_a ^s dargestellt. Im obersten Abschnitt sind die Messwerte m_a ^s dargestellt. In einer Spalte sind jeweils die Messwerte m_a ^s aus den Spülprogrammabläufen s=1 bis s zum jeweils gleichen Zeitpunkt t_a dargestellt. Die Messerte m_a ^s werden vorzugsweise gleitend an den jeweils zum aktuellen Spülprogrammablauf s+1 vorhergehenden Spülprogrammabläufen s= 1 bis s ermittelt. Hierbei ist auch eine andere Vorgehensweise möglich, z. B. werden die Messwerte m_a ^s nur aus Spülprogrammabläufen s ermittelt, die eine geringe Beladung haben, sofern z. B entsprechende Beladungssensoren vorhanden sind. Die Zahl der Messzeitpunkte t_a entspricht damit der Zahl der Spalten. In der ersten Spalte sind z. B zum Zeitpunkt t₁ die Messwerte m_a=1 ^{s=1 bis s} der Spülprogrammabläufe s= 1 bis s aufgeführt, wobei hierin auch Messwerte m_a ^s aus unterschiedlichen Spülprogrammen enthalten sind.
• Unterhalb dieser Spalten ist eine Operationseinheit dargestellt. In dieser obersten Operationseinheit erfolgt durch vorzugsweise statistische Methoden eine Selektion wenigstens eines Messwertes m_a ^s, der bei den weiteren Schritten nicht mehr berücksichtigt wird. Ein Beispiel für eine derartige statistische Methode wird weiter unten beschrieben. Es kommen neben statistischen Methoden auch andere Methoden in Betracht, z. B. mit Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Unterhalb der Operationseinheit sind die Messwerte m_a ^s wieder in Spalten aus den Spülabläufen s angeordnet, wobei jeweils ein Messwert m_a ^s selektiert wurde. Beispielsweise in der 2. Spalte von links wurde der Messwert m₂ ² aus dem Spülablauf s = 2 aussortiert. Unterhalb dieser Spalten ist in Fig. 3 eine Operationseinheit dargestellt. In der Operationseinheit wird der Mittelwert der verbleibenden Messwerte m_a ^s einer Spalte gebildet, d, h. $\overline{m_a^s}$

  

  als möglicher Referenzmesswert ermittelt. Aus diesen Mittelmesswerten $\overline{m_a^s}$

  

  wird im darauffolgenden Operator der optimale Mittelmesswert $\overline{m_a^s}$

  

  ausgewählt, welcher im Allgemeinen der Mittelmesswert $\overline{m_a^s}$

  

  mit dem kleinsten Verschmutzungsgrad, d. h. der größte Mittelmesswert $\overline{m_a^s}$

  

  ist. Dieser optimale Mittelmesswert $\overline{m_a^s}$

  

  ist der Referenzwert für die Trübungsmessung im vorzugsweise darauffolgenden Spülprogramm. Neben dem Kriterium des kleinsten Verschmutzungsgrades können auch andere Kriterien, z. B. nur mögliche Referenzwerte aus einer bestimmten Spalte, wobei diese Kriterien auch ab Werk vorgegeben und/oder automatisch angepasst werden können.
• Alternativ zu dieser Vorgehensweise kann entsprechend Fig. 4 in dieser Operationseinheit auch aus den selektierten Messwerten m_a ^s durch Auswahlverfahren, z. B. mit Methoden der Statistik, der Fehlertheorie oder der Wahrscheinlichkeitsrechnung, ein einziger Messwert m*_a ^s aus je einer Spalte von Messwerten m_a ^s für je ein t_a, d. h. Spalte, ausgewählt werden. Aus diesen Messwerten m*_a ^s als mögliche Referenzwerte wird im darauffolgenden Operator der optimale Messwert m*_a ^s ausgewählt, welcher im Allgemeinen der Messwert m*_a ^s mit dem kleinsten Verschmutzungsgrad, d. h. der größte Messwert m*_a ^s ist. Dieser optimale Messwert m*_a ^s ist der Referenzwert für die Trübungsmessung im vorzugsweise darauffolgenden Spülprogramm.
• Nachfolgend wird eine statistische Methode zur Selektion wenigstens eines Messwertes m_a ^s entsprechend der obersten Operationseinheit in Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben:
• Die Messwerte m_a ^s stellen eine Zahlenreihe m₁ ¹, m₁ ² , m₁ ³ , m₁ ⁴ , m₁ ⁵,..., m₁ ^s für Spülprogrammabläufe s für Messwerte zu einem Zeitpunkt t_a dar. Aus diesen Messwerten m_a ^s wird der arithmetische Durchschnitt d₁ bis d_a für Messwerte m_a ^s zu den Zeitpunkten t₁ bis t_a ermittelt mit s als Zahl der Messwerte m_a ^s zu einem Zeitpunkt t_a $${\mathrm{d}}_{\mathrm{a}}=\frac{m_a^1+m_a^2+m_a^3+m_a^4+\dots +m_a^s}{s}$$

  
• Daran anschließend wird das mittlere Fehlerquadrat σ_a ² je für a = 1, 2 bis a bestimmt. $${{\mathrm{\sigma }}_{\mathrm{a}}}^2=\frac{{\left(m_1^1-d_a\right)}^2+{\left(m_1^2-d_a\right)}^2+\dots +{\left(m_1^s-d_a\right)}^2}{s}$$

  
• Die wahrscheinlichen Grenzen des Referenzwertes m*_a ^s oder $\overline{m_a^s}$

  

  sind nach den Gesetzen der Fehlertheorie $$d_a\pm \frac{0,6746}{\sqrt{s}}$$

  
• Anschließend wird in einem Algorithmus geprüft, ob Messwerte m_a ^s außerhalb dieser wahrscheinlichen Grenze liegen. Liegen Messwerte m_a ^s außerhalb, so werden diese selektiert. Falls eine im Verhältnis zur Zahl der Messwerte m_a ^s zu große Zahl von Messwerten m_a ^s außerhalb liegt, können nur diejenigen Messwerte m_a ^s ausgeschlossen werden, welche um einen bestimmten Wert außerhalb der wahrscheinlichen Grenze liegen. Liegen keine Messwerte m_a ^s außerhalb der wahrscheinlichen Grenze, sind Messwerte m_a ^s auszuschließen, die um einen bestimmten Wert innerhalb der wahrscheinlichen Grenzen liegen. Hierfür können ab Werk auch empirisch ermittelte Werte vorgegeben werden, welche im Verfahrensablauf vorzugsweise an sich ändernde Verhältnisse arithmetisch angepasst werden.
• Dieses Verfahren wird für alle Reihen der Messwerte m_a ^s zu den jeweiligen Zeitpunkten t_a durchgeführt.
• Es ist auch möglich anstatt der Mittelwerte d_a nach der Wahrscheinlichkeitsrechnung die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Messwerte m_a ^s zu bestimmen und denjenigen oder diejenigen Messwerte m_a ^s mit der geringsten oder der geringsten Wahrscheinlichkeit zu selektieren, siehe Fig. 4.
• Im Nachfolgenden wird eine Methode der Wahrscheinlichkeitsrechnung zur Auswahl eines Messwertes m_a ^s entsprechend der von oben zweiten Operationseinheit nach Fig. 4 zur Verwendung als Referenzwert für die Kalibrierung eines Trübungssensors aus einer Reihe von Messwerten m_a ^s, z. B. m₁ ¹ m₁ ², m₁ ³, m₁ ⁴, m₁ ⁵, ..., m₁ ^s für Spülprogrammabläufe s erläutert.
• Nach der Gaußschen Hypothese vom arithmetischen Mittel ist die Wahrscheinlichkeitsdichte für den arithmetischen Mittelwert der Messwert m_a ^s am größten, unabhängig davon wie das Gaußsche Fehlergesetz beschaffen ist.
• Aus der nach der Selektion wenigstens eines Messwertes m_a ^s verbleibenden Messwerte m_a ^s wird das arithmetische Mittel d' bestimmt. Anschließend ist der Abstand der einzelnen Messwerte m_a ^s von diesem arithmetischen Mittel d'_a mit d'₁, d'₂, ...d'_a zu bestimmen, d. h. der Betrag | d'_a- m_a ^s |. Aus diesen Zahlenreihen wird der kleinste Wert mit einem Algorithmus ausgewählt. Der zu diesen kleinsten Wert gehörende Messwert m_a ^s wird als möglicher Referenzwert für die Kalibrierung des Trübungssensors verwendet.
• Als Ausgangsbasis für diese Auswahl eines Messwertes m_a ^s zur Verwendung als Referenzwert können in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Messwerte m_a ^s vor der Selektion in der obersten Operationseinheit des wenigstens einen Messwertes m_a ^s ausgewählt werden. Die in Fig. 4 vorhandene oberste Operationseinheit wird somit nicht genutzt.
• Aus diesen möglichen Referenzwerten m*_a ^s, deren Anzahl a der Zahl a der Zeitpunkte t_a für Messung der Messwerte m_a ^s innerhalb der Spülprogrammabläufe s entspricht, wird der optimalste Referenzwert ausgewählt, welcher im Allgemeinen der Referenzwert mit des kleinsten Verschmutzungsgrades ist. Dies erfolgt mit Hilfe eines entsprechenden Algorithmus zur Bestimmung des größten Wertes.
• Abweichend von dieser Vorgehensweise kann nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung für jeden Messwert m_a ^s die Wahrscheinlichkeitsdichte ermittelt werden und derjenige Messwert als Referenzwert ausgewählt werden, der die größte Wahrscheinlichkeitsdichte aufweist. Die in diesem Verfahren ermittelten Zwischen- oder Endwerte werden vorzugsweise in nicht-flüchtigen Speichern zwischengespeichert. Die Steuerung wird mit einem entsprechenden Computersystem durchgeführt.
• Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren zum Kalibrieren von Sensoren in Haushaltgeräten ermöglicht durch die Selektion einzelner Messwerte durch statistische Methoden Fehler zu minimieren, die aus der Verwendung von Messwerten mit großen Abweichungen, z. B. durch temporäre Verunreinigungen, innerhalb einer Messreihe zur Ermittlung des Referenzwertes resultieren. Einzelne Messwerte mit großen Abweichungen werden insbesondere mit statistischen Methoden selektiert.
• Die Auswahl eines einzelnen Messwertes als Referenzwert, insbesondere mit Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung, erlaubt gegenüber einer Mittelwertbildung den Fehler, der durch Messwerte mit insbesondere starken Abweichungen, bedingt durch Fehlmessungen, z. B. bei kurzfristig vorhandenen Ablagerungen auf den Empfangs- oder Sendevorrichtungen, entsteht, zu verhindern.

Claims (10)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Sensors, insbesondere eines Trübungssensors (6) in einem Haushaltgerät, z. B. eine Geschirrspülmaschine oder eine Waschmaschine, mit Hilfe von Referenzwerten ( $\overline{m_a^s},$

   

   m*_a ^s) mit folgenden Schritten:

   - Ermitteln von wenigstens zwei Messwerten (m_a ^s) in wenigstens einem Reinigungsprogrammablauf (s),

   - Selektion wenigstens eines Messwertes (m_a ^s) durch Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung, der im folgenden Schritt nicht mehr berücksichtigt wird und

   - Ermittlung wenigstens eines möglichen Referenzwertes ( $\overline{m_a^s},$

   

   m*_a ^s) für die Kalibrierung des Sensors aus den nicht selektierten Messwerten (m_a ^s) und

   - Selektion eines optimalen Referenzwertes ( $\overline{m_a^s},$

   

   m*_a ^s) aus dem wenigstens einem möglichen Referenzwert ( $\overline{m_a^s},$

   

   m*_a ^s), sofern mehr als zwei mögliche Referenzwerte ( $\overline{m_a^s},$

   

   m*_a ^s) ermittelt wurden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektion des wenigstens einen Messwertes (m_a ^s) durch Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung, der im folgenden Schritt nicht mehr berücksichtigt wird, jeweils aus einer Reihe von Messwerten (m_a ^s) ausgeführt wird, die zu gleichen Zeitpunkten (t_a) innerhalb eines Spülprogrammablaufes (s) gemessen wurden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Selektion von wenigstens einem Messwert (m_a ^s) die folgenden Schritte ausgeführt werden:

   - Ermitteln des arithmetischen Durchschnittes (d₁ bis d_a) für die Messwerte (m_a ^s für a= 1, 2, ..., a) gemäß der Formel $${\mathrm{d}}_{\mathrm{a}}=\frac{m_a^1+m_a^2+m_a^3+m_a^4+\dots +m_a^s}{s},$$

   

   - Bestimmung des mittleren Fehlerquadrates (σ_a ² für σ₁ ² bis σ_a ²) mit d_a aus dem ersten Schritt nach der Formel $${{\mathrm{\sigma }}_{\mathrm{a}}}^2=\frac{{\left(m_1^1-d_a\right)}^2+{\left(m_1^2-d_a\right)}^2+\dots +{\left(m_1^s-d_a\right)}^2}{s},$$

   

   - Ermittlung der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes (m*_a ^s, $\overline{m_a^s}$

   

   für m*₁ ^s, $m_1^s$

   

   bis m*_a ^s, $\overline{m_a^s}$

   

   ), wobei diese innerhalb $$d_a\pm \frac{0,6746}{\sqrt{s}}$$

   

   liegen und

   - Selektion der Messwerte (m_a ^s), die außerhalb dieser Grenzen liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass falls kein Messwert (m_a ^s) außerhalb der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes (m*_a ^s, $\overline{m_a^s}$

   

   ) liegt, das Intervall der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes (m^* _a ^s, $\overline{m_a^s}$

   

   ) kleiner angesetzt wird, so dass wenigstens ein Messwert (m_a ^s) außerhalb liegt und dieser wenigstens eine Messwert (m_a ^s) selektiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der wahrscheinlichen Grenzen des möglichen Referenzwertes (m*_a ^s, $\overline{m_a^s}$

   

   ) vorzugsweise ab Werk vorgegebene empirische Werte ergänzend herangezogen werden, welche im Verfahrensablauf an sich ändernde Verhältnisse automatisch angepasst werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des wenigstens einen möglichen Referenzwertes $\left(\overline{m_a^s}\right)$

   

   für die Kalibrierung des Sensors aus den verbleibenden, nicht selektierten Messwerten (m_a ^s) durch Mittelwertbildung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des wenigstens einen möglichen Referenzwertes (m^* _a ^s) für die Kalibrierung des Sensors aus den verbleibenden, nicht selektierten Messwerten (m_a ^s) durch Selektion eines Messwertes (m_a ^s) mittels Methoden der Statistik oder Wahrscheinlichkeitsrechnung ausgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert (m_a ^s) mit der höchsten Wahrscheinlichkeitsdichte innerhalb der nicht selektierten Messwerte (m_a ^s) ausgewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Messwert (m_a ^s) als möglicher Referenzwert (m*_a ^s) ausgewählt wird, der dem arithmetischen Mittelwert der nicht selektierten Messwert m_a ^s am nächsten liegt durch folgende Schritte:

   - Ermittlung der arithmetischen Mittelwerte (d'_a für a= 1, 2, a) der nicht selektierten Messwerte (m_a ^s)

   - Ermittlung des Betrages von | d'_a- m_a ^s |, wobei derjenige Messwert (m_a ^s) ausgewählt wird, bei welchem der Betrag von | d'_a-m_a ^s |am kleinsten ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den möglichen Referenzwerten ( $\overline{m_a^s},$

    

    m*_a ^s) der optimalste, d. h. im Allgemeinen der Referenzwert ( $\overline{m_a^s},$

    

    m*_a ^s) mit dem kleinsten Verschmutzungsgrad, als Referenzwert ( $\overline{m_a^s},$

    

    m*_a ^s) für die Kalibrierung des Sensors ausgewählt wird.

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