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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Auswertung von Signalen eines Sensors, insbesondere eines Mikrowellensensors
zur Erfassung der Dicke, Masse, Dichte oder Feuchtigkeit eines in
Bezug auf den Sensor bewegten Faserbandes an einem Streckwerk, wobei
der Sensor pro Zeiteinheit eine Anzahl erster Signale über den
aktuellen Zustand des Faserbandes in digitaler Form erzeugt sowie eine
entsprechende Vorrichtung zur Auswertung von Signalen eines solchen
Sensors.
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In der Textilindustrie werden Faserbänder, welche
in ihrem Querschnitt aus einer Vielzahl einzelner Fasern bestehen,
häufig
auf ihre Dicke, Masse, Dichte oder Feuchtigkeit gemessen. Dies ist
beispielsweise im Bereich eines Streckwerks erforderlich, um ein
oder mehrere Faserbänder
zu verstrecken, d.h. die Anzahl oder Masse ihrer Fasern im Querschnitt
zu verringern. Ziel ist dabei häufig
ein besonders gleichmäßiges Faserband
zu erzeugen, d.h. ein Faserband, welches über seine gesamte Länge möglichst
die gleiche Faseranzahl oder Masse im Querschnitt aufweist. Derartige
Streckwerke werden beispielsweise am Ausgang von Karden, in Strecken oder
in Spinnmaschinen eingesetzt. Um die Bandmasseschwankungen der Faserbänder ausregulieren
zu können,
sind beispielsweise an Strecken Bandsensoren angeordnet, welche
die Banddicke bzw. die Bandmasse und deren Schwankungen messen und
diese Informationen an eine Reguliereinheit weitergeben. Über die
Reguliereinheit wird mindestens eines der Verzugsorgane des Streckwerks
angesteuert. Zusätzlich
wird häufig
am Ausgang der Streckwerke untersucht, ob der Streckvorgang wunschgemäß erfolgt
ist, d.h. ob das Faserband bezüglich
seiner Masse vergleichmäßigt wurde.
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Zur Messung der Banddickenschwankung sind
insbesondere mechanische Abtastungen bekannt. Nachteilig sind diese
mechanischen Abtastungen insbesondere bei extrem hohen Liefergeschwindigkeiten
von mehr als 1.000 m pro Minute, wie sie in modernen Hochleistungsstrecken
vorliegen. Außerdem
ist die starke mechanische Verdichtung, welche bei den mechanischen
Sensoren erforderlich ist, negativ für den anschließenden Verzugsvorgang.
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Neben der mechanischen Abtastung
der Banddickenschwankungen sind Abtastprinzipien, wie die Banddicke
berührungslos
durchdringende optische Strahlung, kapazitiv oder pneumatisch arbeitende
Messmethoden, Röntgenstrahlung
oder ähnliche Methoden
bekannt geworden. Diese Messmethoden weisen jedoch individuelle
Nachteile auf, welche sie bisher für den dauerhaften industriellen
Einsatz in der Textilindustrie nicht tauglich erscheinen ließen.
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Als besonders vorteilhafter Sensor
zur Messung der Faserbandqualität
hat sich ein Mikrowellensensor herausgestellt. Mit Mikrowellensensoren
läßt sich
die Dicke, Masse, Dichte oder Feuchtigkeit eines in Bezug auf den
Sensor bewegten Faserbandes sehr zuverlässig feststellen. Der Sensor
liefert pro Zeiteinheit eine große Anzahl von Signalen, welche Auskunft über den
aktuellen Zustand des Faserbandes geben. Die Signale liegen in digitaler
Form vor. Die Signale des Mikrowellensensors werden pro Zeiteinheit
abgegeben. Nachteilig dabei ist es, daß bei einer Zuordnung der zeitabhängigen Signale
auf die entsprechende Stelle im Faserband ein großer rechnerischer
Aufwand aufgrund der Fülle
der gelieferten Informationen erforderlich ist. Zudem muß die Zuordnung
der Signale zu der Stelle des Faserbandes genau zu dem Zeitpunkt
erfolgen, zu dem sie sich in dem Streckwerk befindet, Dies ist insbesondere
bei sehr schnell laufenden Faserbändern mit Hilfe eines Mikrowellensensors
bei einem vertretbaren Kostenaufwand kaum zu realisieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es somit ein schnelles und kostengünstiges Auswerteverfahren und
eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, wodurch die Mikrowellentechnik
bei der Beurteilung des Faserbandzustandes industriell einsetzbar
ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem
Verfahren und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß liefert der Mikrowellensensor
pro Zeiteinheit eine Anzahl erster Signale in digitaler Form, aus
welchen gemäß einem
vorbestimmten Algorithmus digitale zweite Signale gebildet werden.
Diese zweiten Signale werden anschließend zur Regulierung des Streckwerks
und/oder zur Beurteilung der Faserbandqualität am Ein- oder Auslauf des Streckwerks
verwendet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Fülle
der ersten digitalen Signale auf wenige zweite digitale Signale
reduziert. Zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal findet
keine Umwandlung in analoge Signale statt. Es handelt sich um eine
reine digitale Verarbeitung der von dem Sensor gelieferten Signale.
Der vorbestimmte Algorithmus wird ausgewählt entsprechend den Anforderungen
an die Analyse des Zustandes des Faserbandes, die Geschwindigkeit
des Durchlaufs des Faserbandes durch den Sensor und die Verarbeitungsgeschwindigkeit
der Computer, welche den Algorithmus anwenden. Im allgemeinen ist
die Anzahl der zweiten Signale wesentlich geringer als die Anzahl
der ersten Signale, beispielsweise 1/50 der ersten Signale. Hierdurch
ist eine geringere Datenflut von dem Mikroprozessor des Computers
zu bewältigen.
Die ausgewerteten zweiten Signale können somit schneller an die
Regulierung oder die Qualitätsüberwachung
weitergegeben werden. Darüber
hinaus kann die Regulierung oder die Qualitätsüberwachung des Faserbandes
eindeutiger reagieren, wenn die Anzahl der zu verarbeitenden Signale
geringer ist.
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Vorteilhafterweise ist der Algorithmus
zur Bildung des zweiten Signals eine Funktion der Geschwindigkeit
des Faserbandes. Dies bedeutet, daß beispielsweise wenn das Faserband
schneller an dem Sensor entlang läuft eine größere Anzahl zweiter Signale
pro Zeiteinheit benötigt
wird, als wenn das Faserband mit einer geringeren Liefergeschwindigkeit
betrieben wird.
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Für
einzelne Anwendungsfälle
ist es vorteilhaft, wenn der Algorithmus zur Bildung des zweiten Signals
abhängig
vom Material des Faserbandes ist. Viscose, Baumwolle, Polyester
oder andere Materialien reagieren sehr unterschiedlich auf die Verzugskräfte im Streckwerk.
Die unterschiedliche Verarbeitung der ersten digitalen Signale kann
hier hinsichtlich der Geschwindigkeit der Verarbeitung der Signale
oder auch der Größe der Signale
einen Ausgleich schaffen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
jeweils eine vorbestimmte Anzahl erster Signale übersprungen wird, und daß das so
ausgewählte
Signal als zweites Signal dient. Dies bedeutet, daß aus der
zur Verfügung
gestellten großen
Anzahl erster digitaler Signale nur einzelne Signale ausgewählt werden. Dies
reduziert die Menge der Signale und somit den Aufwand bei der Weiterverarbeitung.
Wird beispielsweise nur jedes 50. erste Signal ausgewählt, so
ist der Weiterverarbeitungsaufwand entsprechend geringer. Eine Vielzahl
der Anwendungen führt
dies trotzdem zu sehr guten Ergebnissen und Aussagen über den
Zustand des Faserbandes.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird
aus einer vorbestimmter Anzahl erster digitaler Signale der Mittelwert
gebildet, welcher sodann das zweite digitale Signal darstellt. Kurzzeitige
Schwankungen im Zustand des Faserbandes, welche für die Weiterverarbeitung
oder Bewertung des Faserbandes unberücksichtigt bleiben können, werden
auf diese Weise gemittelt und stellen eine ausreichende Beschreibung
des Faserbandzustandes dar.
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Entsprechen die übersprungenen oder den Mittelwert
bildenden ersten Signale einer vorbestimmten Länge des Faserbandes, so kann
davon ausgegangen werden, daß entsprechend
dieser vorbestimmten Länge
des Faserbandes jeweils ein Meßwert
gebildet wird zur Charakterisierung des Zustandes des Faserbandes.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Länge zwischen 1 und 10 mm des
Faserbandes erwiesen, innerhalb welcher zumindest ein Zustandssignal
erzeugt werden soll.
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Das erste und das zweite Signal sind
jeweils in digitaler Form vorliegend. Zur Weiterverwendung des zweiten
Signals ist es insbesondere bei entsprechenden Einrichtungen, welche
das zweite Signal verarbeiten müssen,
vorteilhaft, wenn das digitale zweite Signal vor seiner Weiterverwendung
in ein analoges Signal umgewandelt wird. Dieses analoge Signal kann
anschließend
beispielsweise einem Servoverstärker
bzw. Servomotor zugeführt
werden, welcher über
ein Differentialgetriebe einzelne Streckwerkswalzen des Streckwerks
mit variierender Geschwindigkeit antreibt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Auswertung von Signalen eines Sensors besteht darin, daß dem Sensor
eine Hochfrequenzeinrichtung zur Erzeugung eines ersten digitalen
Signals aus den Hochfrequenzsignalen des Mikrowellensensors zugeordnet
ist. Weiterhin weist sie eine Prozessoreinheit zur Erzeugung eines
zweiten Signals auf. Der Sensor kann am Einlauf und/oder am Auslauf
des Streckwerks angeordnet sein. Ist er am Einlauf des Streckwerks
angeordnet, so dient er insbesondere der Messung der einlaufenden
Faserbänder
und der Regulierung der Geschwindigkeit von Streckwerkswalzen des
Streckwerks. Am Auslauf wird der Sensor zur Überprüfung der Qualität des verstreckten
Faserbandes verwendet. Darüber
hinaus kann das Signal zur Regelung des Streckwerks verwendet werden.
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Ist die Hochfrequenzeinrichtung in
unmittelbarer Nähe
des Sensors angeordnet, so ist es möglich eine besonders kurze
Kabelverbindung zwischen Sensor und Hochfrequenzeinrichtung zu verwenden. Das
Kabel, welches Hoch frequenzsignale überträgt, wirkt als Antenne und könnte bei
einer zu großen Länge die
Signale verfälschen.
Die Genauigkeit der Messung des Faserbandes würde darunter leiden. Nachdem
die modernen Streckwerke extrem genau arbeiten, würde dies
zu unzulässigen
Meßergebnissen,
insbesondere bei den hochpräzisen
Regulierstrecken führen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich
erwiesen, den Abstand der Hochfrequenzeinrichtung von dem Sensor,
d.h. insbesondere die Kabellänge
zwischen Hochfrequenzeinrichtung und Sensor möglichst kurz, jedoch nicht
länger
als 1,5 m zu wählen.
Je kürzer das
Kabel ist, desto präziser
können
die Signale an die Hochfrequenzeinrichtung übertragen werden und somit
eine entsprechend präzisere
Messung des Faserbandes bewirken.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Hochfrequenzeinrichtungen und/oder Prozessoreinheiten für Einlauf-
und Auslaufsensor über
Kommunikationsleitungen miteinander verbunden sind. Die jeweiligen
Ergebnisse der Auswertung der Faserbandzustände vor dem Streckwerk und
nach dem Streckwerk können
verglichen und gegebenenfalls korrigiert werden. Es besteht hierdurch
auch die Möglichkeit
einen geschlossenen Regelkreis zu bilden, um eine präzise Vergleichmäßigung des
Faserbandes zu ermöglichen.
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Besonders kostengünstig ist es, wenn die Hochfrequenzeinrichtungen
und/oder Prozessoreinheiten für
Einlauf- und Auslaufsensor in einer Baueinheit zusammengefaßt sind.
Nachdem Mikrowellensensoren im Gegensatz zu den herkömmlichen
Sensoren sehr nahe an dem Streckwerk angeordnet werden können, ist
es möglich
die Kabellängen
entsprechend kurz auszuführen,
so daß keine
Störsignale einwirken
oder erzeugt werden. Aus diesem Grunde ist es möglich die Hechfrequenzeinrichtungen
und Prozessoreinrichtungen des Einlauf- und Auslaufsensors in einer
-Baueinheit zusammenzufassen. Reaktionsgeschwindigkeiten auf Grund
von Verarbeitungszeiten und Herstellkosten werden hierdurch günstig beeinflußt.
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Mit einer entsprechend hochwertigen
Technik ist es auch möglich
und im Einzelfall vorteilhaft, wenn für den Einlauf- und Auslaufsensor
eine einzige Hochfrequenzeinrichtung und/oder eine einzige Prozessoreinheit
verwendet wird. Sind die Hochfrequenzeinrichtung und die Prozessoreinheit
so ausgeführt, daß sie die
eingehenden Signale entsprechend schnell verarbeiten können, so
kann es ausreichend sein jeweils nur eine Einrichtung bzw. Einheit
zu verwenden, welche sowohl für
den Einlauf- als auch für den
Auslaufsensor zuständig
ist.
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Vorteilhafterweise dient der Einlaufsensor zur
Erzeugung von Signalen, welche zur Regulierung des Streckwerks verwendet
werden. Der Auslaufsensor dient im allgemeinen der Erzeugung von
Signalen zur Qualitätsüberwachung
des versteckten Faserbandes. Diese Signale können zusätzlich verwendet werden zur
Regelung des Streckwerks.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind
in Verbindung mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigt
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- 1 ein
vereinfachtes Blockbild eines Streckwerks mit Mikrowellensensoren,
- 2 eine Prinzipdarstellung
eines Mikrowellensensors am Einlauf und Auslauf eines Streckwerks,
- 3 eine Prinzipdarstellung
eines zusammengefaßten
Ein- und Auslaufsensors,
- 4 eine Prinzipdarstellung
einer einzigen Verarbeitungseinrichtung für einen Ein- und Auslaufsensor
und
- 5 eine Prinzipdarstellung
eines teilweise getrennt aufgebauten Ein- und Auslaufsensors.
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In 1 ist
ein vereinfachtes Blockbild eines Streckwerks 1 mit Mikrowellensensoren
dargestellt. In das Streckwerk 1 läuft ein Faserband 2 in
Pfeilrichtung hinein und als verstrecktes Faserband 2' wieder heraus. Üblicherweise
befinden sich am Einlauf des Streckwerks 1 mehrere Faserbänder 2,
welche durch das Streckwerk 1 zu einem Faserband 2' am Auslauf des
Streckwerks 1 zusammengefaßt bzw. verstreckt wurden.
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Am Einlauf des Streckwerks 1 ist
ein Einlaufsensor 3 angeordnet. Der Einlaufsensor 3 arbeitet
mit Mikrowellentechnologie und ermittelt den Zustand des oder der
einlaufenden Faserbänder 2.
Das mit dem Einlaufsensor 3 erzeugte Signal wird an eine Steuerung 5 der
Maschine weitergeleitet. In die Steuerung 5 wird bei dem
hier dargestellten Blockbild auch das Signal eines Auslaufsensors 4,
welcher am Auslauf des Streckwerks 1 angeordnet ist, geleitet. Der
Auslaufsensor 4 ist fakultativ. Es ist nicht in jedem Falle
erforderlich, daß an
dem Streckwerk 1 sowohl ein Einlauf- als auch ein Auslaufsensor 3, 4 angeordnet
ist. Üblicherweise
ist der Auslaufsensor 4 nur dann erforderlich, wenn das
Streckergebnis des Streckwerks 1 überprüft und ausgewertet oder in
eine Regelung des Streckwerks 1 eingebracht werden soll.
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Das Signal des Einlaufsensors 3 wird
in der Steuerung 5 einer Regulierung 6 zugeführt. In
der Steuerung 5 oder bereits in dem Einlaufsensor 3 wird das
digitale Signal in ein analoges Signal umgewandelt. Dieses analoge
Signal der Regulierung 6 wird einem Servoverstärker 8 und
einem damit verbundenen Servomotor 9 übermittelt. Der Servomotor 9 treibt über ein
Differentialgetriebe 10 Teile des Streckwerks 1 mit
variierender Geschwindigkeit an, um unterschiedliche Zustände der
Faserbänder 2 am Einlauf
des Streckwerks 1 auszugleichen.
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Das Signal des Mikrowellenauslaufsensors 4 wird
einer Qualitätsüberwachung 7 zugeführt. Hier können statistische
Auswertungen oder visuelle Darstellungen des erzielten Streckergebnisses
erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich können diese Ergebnisse in die
Regulierung 6 oder eine Regelung des Streckwerks 1 einfließen.
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Die Bedienung und/oder Visualisierung
der gewünschten
und erhaltenen Streckergebnisse sowie eventuell die Eingabe verschiedener
Parameter erfolgt über
eine Bedienoberfläche 11,
welche mit der Steuerung 5 verbunden ist.
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2 zeigt
den prinzipiellen Aufbau eines Einlaufsensors 3 und eines
Auslaufsensors 4. Mit dem Einlaufsensor 3 ist
eine Verarbeitungseinheit 12 verbunden. In der Verarbeitungseinheit 12 ist
eine Mikrowellenkarte 13, eine Prozessorkarte 14 eines
Mikroprozessors, Stromversorgung 15 und eventuell weitere,
nicht dargestellte Auswerte- oder Versorgungseinrichtungen oder
Schnittstellen angeordnet. Die mit dem Einlaufsensor 3 erzeugten
Signale werden der Mikrowellenkarte 13 zugeführt. Die
Mikrowellenkarte 13 arbeitet mit Hochfrequenztechnik. Der Abstand
zwischen dem Sensor 3 und der Mikrowellenkarte 13 ist
daher wichtig, um eine möglichst
kurze Kabellänge
verwenden zu können
und eventuell auftretende Störsignale
hierdurch zu vermeiden. Mit Hilfe der Mikrowellenkarte 13 werden
erste digitale Signale erzeugt. Diese ersten digitalen Signale werden in
der darauffolgenden Prozessorkarte 14 weiter verarbeitet
in zweite digitale Signale. Diese zweiten digitalen Signale, welche
nach einem vorbestimmten Algorithmus erzeugt werden, dienen schließlich der Regulierung
des Streckwerks 1 und werden in Regulierungssignale, welche
analog sein können,
umgewandelt. Diese Umwandlung kann entweder mit der Prozessorkarte 14 oder
in der Regulierung 6 der 1 erfolgen.
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Mit einem ähnlichen Aufbau wie beim Einlaufsensor 3 arbeitet
auch der Auslaufsensor 4. Die Signale des Auslaufsensors 4 werden
der Mikrowellenkarte 13' zugeführt. Diese
ersten digitalen Signale werden schließlich in der Prozessorkarte 14' in zweite digitale
Signale gemäß einem
auch hier vorbestimmten, gegebenenfalls von dem Einlaufsensor abweichenden
Algorithmus weiter verarbeitet. Diese weiterverarbeiteten zweiten
Signale dienen der Qualitätsüberwachung
des auslaufenden Faserbandes 2'. Eine Stromversorgung und eventuell
weitere Ein- oder Ausgänge
sind mit dem Kasten 15' angedeutet.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel als
Prinzipskizze dargestellt. Die Auswerteeinheiten 13, 13' und 14, 14' sind in einer
gemeinsamen Verarbeitungseinheit 12'' angeordnet.
Die Mikrowellenkarten 13 des Einlaufsensors und 13' des Auslaufsensors 4 kommunizieren
miteinander und können
somit Ergebnisse austauschen und gegebenenfalls für die eigene
Auswertung einsetzen. Gleiches gilt für die Prozessorkarte 14 des
Einlaufsensors 3 und 14' des Auslaufsensors 4.
Auch diese kommunizieren miteinander und können gegebenenfalls die Qualitätsdaten des
auslaufenden Faserbandes 2' für die Regulierungssignale
einsetzen. Bei einer derartigen Bauausführung ist ein schneller Datenaustausch
und darüber
hinaus eine kostengünstigere
Bauweise zu erzielen. In den meisten Fällen ist es ausreichend, eine gemeinsame
Stromversorgung und Datenschnittstelle 15'' einzusetzen.
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4 zeigt
eine weitere Zusammenfassung in Form der Verarbeitungseinheit 12'''.
Bei einer entsprechend leistungsfähigen Technik ist es ausreichend,
wenn lediglich eine Mikrowellenkarte 13'' und eine
Prozessorkarte 14'' für den Einlaufsensor 3 und den
Auslaufsensor 4 verwendet wird. Die entsprechenden Signale
der Sensoren 3 und 4 können in einer einzigen Mikro-Wellenkarte 13'' verarbeitet und an die Prozessorkarte 14'' übergeben werden. Die Prozessorkarte 14'' kann gleichzeitig die Signale
der Mikrowellenkarte 13'' verarbeiten
und in Regulierungs- und Qualitätsüberwachungssignale
umwandeln. Die Auswertung der Signale des Einlauf- und Auslaufsensors 3, 4 ist
auf diese Weise besonders schnell durchführbar. Eine derartige Lösung erfordert jedoch
entsprechend leistungsstarke Mikrowellen- und Prozessorkarten, welche
hauptsächlich
für sehr anspruchsvolle
Anwendungen vorteilhaft sind.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Aufbaus eines Mikrowellensensors am Einlauf und am Auslauf in Verbindung
mit der Weiterverarbeitung der Signale. Am Einlaufsensor 3 ist
lediglich die Mikrowellenkarte 13 angeordnet. Gleiches
gilt für den
Auslaufsensor 4. Auch hier ist lediglich die Mikrowellenkarte 13' vorgesehen.
Die erforderlichen Kabellängen
von dem Sensor zur Mikrowellenkarte können hierdurch sehr kurz gehalten
werden. Das in der Mikrowellenkarte 13 bzw. 13' erzeugte Signal
wird an eine gemeinsame Prozessorkarte 14'' in
einer Verarbeitungseinheit 12'''' gesandt. Die gemeinsame Prozessorkarte 14'' verarbeitet die so erhaltenen
Signale und gibt sie zur Weiterverarbeitung oder Auswertung als
Regulierungssignale oder Qualitätsüberwachungssignal
weiter. Bei dieser Ausführung
der Erfindung ist lediglich ein leistungsstarker Mikroprozessor erforderlich,
welcher die beiden Signale vom Einlaufsensor 3 und Auslaufsensor 4 schnell
verarbeiten kann. Es kann eine einzige Stromversorgung 15'' vorgesehen sein, welche über die
Verbindungsleitungen auch die Sensoren 3, 4 und
die entsprechenden Mikrowellenkarten 13 und 13' versorgt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Insbesondere können
auch andere als Mikrowellensensoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben werden. Auch sind weitere, nicht beschriebene Kombinationen
im Rahmen der Erfindung von den unabhängigen Patentansprüchen mit
umfaßt.