DE10206760A1

DE10206760A1 - Ultrasonic device for particle and bubble detection within a liquid carrying monitoring length, whereby an envelope curve generator is used with a peak detector to detect signal peaks caused by bubbles or particles

Info

Publication number: DE10206760A1
Application number: DE2002106760
Authority: DE
Inventors: Rainer Lange; Dietmar Bachmann; Peter Braumiller; Manuel Schoenauer; Reiner Wolf
Original assignee: Schubert und Salzer Control Systems GmbH
Current assignee: Schubert und Salzer Control Systems GmbH
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-28

Abstract

Device comprises ultrasonic transducers (10, 12; 21, 23) arranged on either side of the liquid carrying measurement length (41) for transmission and receipt of ultrasound waves. An evaluation circuit (30) evaluates the ultrasound signal and comprises an envelope curve generator (43) and a peak detector (44, 45) for measurement of a signal peak in the envelope curve. The peak detector has a threshold comparator with at least one variable threshold (S1, A, B, C). The invention also relates to a corresponding liquid circulating machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Partikel- und/oder Blasendetektion mittels Ultraschall an einer fluidführenden Meßstrecke, mit zumindest einem Ultraschallwandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen sowie einer Auswerteschaltung zum Erfassen von Partikel- und/oder Blasenreflektionssignalen. The invention relates to a device for particle and / or bubble detection by means of ultrasound on a fluid-carrying measuring section, with at least one Ultrasonic transducer for sending and receiving ultrasonic waves and an evaluation circuit for detecting particle and / or Bubble reflection signals.

Aus der DE 34 21 176 C2 ist eine Vorrichtung zur Blasendetektion mittels Ultraschall bekannt. Dabei sind an der Außenwand eines fluiddurchströmten Rohres zwei Ultraschallwandler angeordnet, von denen ein erster Ultraschallwandler eine Ultraschallwelle aussendet und ein zweiter, unter einem Winkel angeordneter Ultraschallwandler Reflektionen der vom ersten Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallwelle registriert. Vom ersten Ultraschallwandler wird die Ultraschallwelle gepulst ausgesendet, während der zweite Ultraschallwandler einen ersten Reflektionsimpuls von einer vorhandenen Blase detektiert und zusätzlich zeitlich versetzt die von der Rückwand des Rohres zurücklaufende Ultraschallwelle registriert. Das von der Rückwand des Rohres reflektierte Ultraschallsignal wird zur Normierung eines Reflektionssignals von einer Luftblase verwendet. Durch die Normierung des von einer Blase reflektierten Impulses mittels des rückwandreflektierten Signals wird erreicht, daß Änderungen in der Ankopplung des ersten oder zweiten Ultraschallwandlers an das Rohr herausgerechnet werden. Somit ist die Vorrichtung unempfindlich gegen Änderungen der akustischen Kopplung. Durch den Impulsbetrieb ist es notwendig, daß in einem Zeitfenster das Ultraschallsignal ausgesendet und in einem darauffolgenden Zeitfenster die Reflektionen nacheinander registriert werden. Das Signal wird daher nicht kontinuierlich gemessen, so daß in bestimmten Zeitfenstern keine Erfassung von Luftblasen erfolgen kann. Durch Reflektionen an größeren Luftblasen, deren Reflektion im Vergleich zu Partikeln wesentlich höher ist, können jedoch Mehrfachreflektionen zwischen Luftblase und Wand auftreten, die ein verfälschtes Hintergrundsignal liefern. Durch die Normierung mit einem verfälschten Hintergrundsignal können sich jedoch Artefakte bei der Luftblasenerkennung ergeben. Treten neben den Luftblasen noch zusätzlich Partikel oder eine Vielzahl von unschädlichen, kleinen Luftblasen auf, so kann durch die Überlagerung der reflektierten Signale von vielen Teilchen bzw. Luftblasen eine Reflektionsamplitude erreicht werden, die vermeintlich einer großen Luftblase entspricht. In diesem Fall führt die Normierung nicht unbedingt zum Erfolg, da das transmittierte und an der Rückwand zum zweiten Ultraschallwandler reflektierte Ultraschallsignal durch die Vielzahl der Partikel bzw. Luftblasen nicht merklich abgeschwächt wird. DE 34 21 176 C2 describes a device for bubble detection Ultrasound known. In this case, a fluid flows through on the outer wall Tube arranged two ultrasonic transducers, one of which is a first Ultrasound transducer sends out an ultrasound wave and a second one, under one Angular ultrasonic transducer reflections from the first Ultrasound transducer registered transmitted ultrasound wave. From the first Ultrasonic transducer, the ultrasonic wave is emitted during the pulse second ultrasonic transducer a first reflection pulse from one existing bubble is detected and additionally offset from the back wall of the tube returning ultrasound wave registered. That from the Back wall of the tube reflected ultrasonic signal is used to normalize a Reflection signal used by an air bubble. By normalizing the pulse reflected by a bubble by means of the back wall reflected Signal is achieved that changes in the coupling of the first or second ultrasonic transducer can be calculated on the pipe. So is the device is insensitive to changes in the acoustic coupling. Due to the pulse operation, it is necessary that the Ultrasound signal emitted and in a subsequent time window Reflections can be registered one after the other. The signal is therefore not measured continuously, so that in certain time windows no detection of air bubbles can occur. Through reflections on larger air bubbles, whose reflection is significantly higher compared to particles however, multiple reflections occur between the air bubble and the wall deliver distorted background signal. By standardizing with a distorted background signal, however, artifacts can occur in the Air bubble detection result. In addition to the air bubbles, there are additional particles or a large number of harmless, small air bubbles, so it can pass through the superimposition of the reflected signals from many particles or Air bubbles have a reflection amplitude that is supposed to be a large one Air bubble corresponds. In this case, standardization does not necessarily lead to Success since the transmitted and on the back wall to the second Ultrasonic transducer reflected ultrasonic signal due to the large number of particles or Air bubbles are not noticeably weakened.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Partikel- und/oder Blasendetektion bzw. eine medienführende Arbeitsmaschine mit einer solchen Meßvorrichtung vorzusehen, die eine hohe Nachweisempfindlichkeit gegenüber Partikel- und/oder Blasen aufweisen und an veränderte Bedingungen des Fluids anpaßbar sind. It is therefore an object of the invention to provide a device for particle and / or Bubble detection or a media-carrying machine with one to provide such a measuring device that has a high detection sensitivity have particle and / or bubbles and changed Conditions of the fluid are customizable.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 16 gelöst. This object is achieved with the features of claims 1 and 16, respectively.

Bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 werden Partikel- und/oder Blasen mittels Ultraschall in einem Fluid innerhalb einer Meßstrecke gemessen, wobei zumindest ein Ultraschallwandler zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen an der Meßstrecke angeordnet ist und das an einem Partikel und/oder einer Blase reflektierte Ultraschallsignal durch eine Auswerteschaltung erfaßt wird. Die Auswerteschaltung weist eine Hüllkurvenerzeugungseinrichtung auf, die aus dem hochfrequenten Ultraschallsignal die Einhüllende der Amplitude herausfiltert und diese Hüllkurve einem Peakdetektor zum Erfassen von Peaks in der Hüllkurve zuführt. Der Peakdetektor weist einen Schwellwertvergleicher mit zumindest einem veränderbaren Schwellwert auf. In the device according to claim 1, particle and / or bubbles measured by means of ultrasound in a fluid within a measuring section, wherein at least one ultrasonic transducer for transmitting and receiving Ultrasonic waves is arranged on the measuring section and that on a Particles and / or a bubble reflected by an ultrasonic signal Evaluation circuit is detected. The evaluation circuit has one Envelope generating device, which from the high-frequency ultrasonic signal Filtered out the amplitude and this envelope a peak detector to detect peaks in the envelope. The peak detector points a threshold value comparator with at least one changeable one Threshold on.

Durch die Anpaßbarkeit des Schwellwerts ist es möglich, eine Blasen- und/oder Partikeldetektion an sich verändernde Bedingungen des Fluids oder äußere Einflüsse, wie zum Beispiel die Betriebsbedingungen einer Arbeitsmaschine, anzupassen. Sollen beispielsweise Luftblasen in einem Lack kontrolliert werden, der einer Sprühanlage zugeführt wird, so hängt die absolute Höhe des insgesamt reflektierten Ultrallschallsignals von der Art des Lacks ab. Bei Lack für eine Metallic-Lackierung sind beispielsweise Partikel im Lack vorhanden, so daß diese ein gleichmäßiges Hintergrundsignal erzeugen, welches möglicherweise den Schwellwert zur Luftblasendetektion bereits überschreitet. Soll in der gleichen Anlage ein Lack ohne Partikel verarbeitet werden, so muß zur Detektion einer Luftblase der gleichen Größe der Schwellwert abgesenkt werden. Durch die Änderbarkeit des Schwellwerts läßt sich eine Anpassung an die veränderten Betriebsparameter erreichen. Ein weiteres Beispiel ist die Luftblasendetektion in einem Hydrauliksystem, bei dem Luftblasen bei kaltem Hydrauliköl einen sehr geringen Durchmesser aufweisen und daher ein kleines Signal erzeugen, während bei bereits erhitztem Öl eine Luftblase mit dem der gleichen Luftmenge ein wesentlich größeres Luftvolumen einnimmt, obwohl beide Luftblasen trotz unterschiedlicher Größe einen gleichen Defekt der Anlage bewirken könnten. The adaptability of the threshold value makes it possible to and / or particle detection for changing conditions of the fluid or external influences, such as the operating conditions of a Work machine to adapt. For example, air bubbles in a paint controlled, which is supplied to a spraying system, then the absolute amount of the total reflected ultrasound signal of the type Paint off. For example, in the case of paint for a metallic paint, there are particles present in the paint, so that this gives a uniform background signal generate, which may be the threshold for bubble detection already exceeds. Should be a paint without particles in the same system must be processed to detect an air bubble of the same size the threshold value can be lowered. Due to the changeability of the Threshold can be adjusted to the changed operating parameters to reach. Another example is air bubble detection in one Hydraulic system in which air bubbles in cold hydraulic oil have a very low level Have diameter and therefore generate a small signal, while at already heated oil into an air bubble with the same amount of air takes up much larger air volume, although both air bubbles despite different sizes could cause the same defect in the system.

Vorteilhaft wird der veränderbare Schwellwert im Peakdetektor mittels einer veränderbaren Spannung eingestellt, so daß zum Beispiel durch Anlegen einer äußeren, veränderbaren Spannung der Schwellwert bei Bedarf dynamisch angepaßt werden kann. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schwellwert in Abhängigkeit eines gemittelten Hintergrundsignals des reflektierten Signals verändert. Damit wird eine automatische Korrektur des absoluten Schwellwerts bei einem zeitlich veränderbaren Hintergrundsignal automatisch angepaßt. Wird beispielsweise ein anderer Lack verwendet, so paßt sich der Schwellwert aufgrund des an Partikeln im Lack gestreuten Signals automatisch an eine mittlere Partikelkonzentration an. Beim Hydrauliköl erfolgt bei einer zunehmenden Verschmutzung des Hydrauliköls durch Rußteilchen oder dergleichen automatisch eine Anpassung, so daß Luftblasen noch sicher erkannt werden können, während eine ständige Abschaltung der Hydraulikanlage aufgrund von zunehmender Verunreinigung in einem tolerierbaren Maß vermieden wird. Vorteilhaft wird die automatische Anpassung des Schwellwerts in Form eines gemittelten Hintergrundsignals durch ein maximal zulässiges Hintergrundsignal begrenzt. The variable threshold value in the peak detector is advantageous by means of a adjustable voltage, so that for example by applying an external, changeable voltage, the threshold value if necessary can be dynamically adjusted. In an advantageous embodiment, the Threshold value as a function of an averaged background signal from the reflected signal changed. This will automatically correct the absolute threshold for a time-varying background signal automatically adjusted. If, for example, a different lacquer is used, it fits the threshold value due to the signal scattered on particles in the paint automatically to an average particle concentration. With hydraulic oil takes place with increasing contamination of the hydraulic oil Soot particles or the like automatically adjust so that air bubbles can still be safely detected during a constant shutdown of the Hydraulic system due to increasing pollution in one tolerable measure is avoided. Automatic adjustment is advantageous the threshold value in the form of an averaged background signal by a maximum permitted background signal limited.

Durch eine Klassifiziereinrichtung werden die erfaßten Peaks der Hüllkurvenamplitude in Abhängigkeit von deren Peakeigenschaft verschiedenen Klassen zugewiesen. Damit wird es möglich, anhand der Peaks eine Unterscheidung nach Partikelanzahl, Größe und/oder Art des reflektierenden Teilchens bzw. Gasblase vorzunehmen. Vorzugsweise wird hier die Höhe, die Breite der Peaks (z. B. bei einer bestimmten Amplitude) und/oder die Fläche der einzelnen Peaks verwendet, um eine solche Klassifikation vorzunehmen. The recorded peaks of the Envelope amplitude different depending on their peak characteristics Classes assigned. This makes it possible to use the peaks Differentiation according to particle number, size and / or type of reflective Particle or gas bubble. Preferably the height here Width of the peaks (e.g. at a certain amplitude) and / or the area of the individual peaks used to make such a classification.

Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind beim Schwellwertvergleicher zumindest zwei Schwellwerte einstellbar und die Klassifiziereinrichtung weist die Peaks ihrer Klasse in Abhängigkeit von diesen einstellbaren Schwellwerten zu. Damit wird es ermöglicht, das Klassifizierungs- Schema mittels der einstellbaren Schwellwerte zu verändern, so daß die Klassifizierung an veränderbare Parameter des Fluids oder der Arbeitsmaschine anpaßbar sind, oder daß vom Nutzer die Kriterien festgelegt werden können, nach denen klassifiziert wird. In a very particularly advantageous embodiment, the Threshold value comparator adjustable at least two threshold values and the Classifying means assigns the peaks of their class depending on these adjustable threshold values. This enables the classification Modify the scheme using the adjustable threshold values so that the Classification according to changeable parameters of the fluid or the Machine are adaptable, or that the criteria are set by the user can be classified according to.

Durch Zählen der durch den Peakdetektor erfaßten Peaks wird es ermöglicht, mittels der Meßvorrichtung eine Statistik zu erstellen. Die Statistik kann beispielsweise als Qualitätskriterium für einen verwendeten Lack oder für die Funktion einer Arbeitsmaschine ausgewertet werden. Zählt die Zähleinrichtung die Peaks für einen einzelnen, mehrere oder alle, der durch die Klassifiziereinrichtung klassifizierten Peaks, so kann die Qualitätserfassung bzw. Statistik anhand der durch das Klassifizierschema vorgegebenen Kriterien gezielt erfolgen. Durch eine Mittelwerteinrichtung wird ein zeitlicher Mittelwert der erfaßten Peaks erstellt, so daß zum Beispiel ein mittleres Hintergrundsignal ersichtlich ist oder die mittlere Blasenzahl, die durch die Meßvorrichtung hindurchströmt. Vorteilhaft wird auch hier die Mittelwertbildung in Abhängigkeit der Peakklasse ausgeführt, so daß eine Unterscheidung nach den Klassifizierungskriterien ermöglicht wird. By counting the peaks detected by the peak detector, it becomes makes it possible to create statistics using the measuring device. The statistics can for example as a quality criterion for a paint used or for the Function of a work machine can be evaluated. Counts the Count the peaks for a single, multiple, or all of those passing through the Classification device classified peaks, the quality recording or Statistics based on the criteria specified by the classification scheme targeted. A mean value means a temporal mean value of the peaks recorded, so that, for example, a medium Background signal can be seen or the average number of bubbles by the measuring device flowing. Here, too, the averaging in is advantageous Dependence of the peak class executed, so that a distinction according to Classification criteria is made possible.

Vorteilhaft wird aus dem oder den gebildeten Mittelwerten in einer Berechnungseinrichtung ein abgeleiteter Wert gebildet. Beispielsweise kann durch Multiplikation des Mittelwerts mit einem fließgeschwindigkeitsabhängigen Faktor des Fluids eine mittlere Partikel- und/oder Blasendichte des Fluids errechnet und beispielsweise angezeigt werden. The mean value or values formed in one is advantageous Calculation device formed a derived value. For example, by Multiplication of the mean by a flow velocity dependent Factor of the fluid is an average particle and / or bubble density of the fluid calculated and displayed, for example.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden zwei Ultraschallwandler eingesetzt, wobei der eine das Meßsignal aussendet und der andere das reflektierte Signal empfängt. Dadurch wird ein kontinuierlicher Meßbetrieb der Vorrichtung ermöglicht, so daß keine Totzeiten bei der Erfassung vorhanden sind. Stehen zusätzlich die Senderichtung und die Empfangsrichtung unter einem Winkel zueinander, so wird vermieden, daß der empfangende Ultraschallwandler ein direktes Signal vom Sender empfängt. Spannen die Sende- und Empfangsrichtung eine Ebene auf, die einen Winkel ungleich 90 Grad zur Strömungsrichtung einnimmt, so treffen auch Wandreflektionen von der Meßstrecke nicht auf den empfangenden Ultraschallwandler. In an advantageous embodiment, two ultrasonic transducers used, one sending out the measurement signal and the other the received reflected signal. As a result, continuous measurement operation of the Device allows so that there are no dead times in the detection are. In addition, the sending direction and the receiving direction are under at an angle to each other, it is avoided that the receiving Ultrasonic transducer receives a direct signal from the transmitter. Tension the Send and receive direction on a plane that is not at an angle of 90 degrees to the direction of flow, wall reflections of the measuring section not on the receiving ultrasonic transducer.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung strahlt der aussendende Ultraschallwandler mit einer Komponente der Strahlrichtung entgegen der Strömungsrichtung des Fluids ab. Dadurch wird ein Reflektionssignal auch in dem Fall erhalten, in dem zum Beispiel nach einem Riss einer Fluidleitung die Leitung trockenläuft und so kein Reflektionssignal von der Rückseite der Luftblase auftreten kann. In an advantageous embodiment, the emitter radiates Ultrasonic transducer with a component of the beam direction against the Flow direction of the fluid. This will result in a reflection signal even in the case obtained, for example, after a tear in a fluid line, the line runs dry and so no reflection signal from the back of the air bubble can occur.

Ist einer oder sind beide Ultraschallwandler mittels eines Schalleitkörpers an eine Begrenzungswand des Strömungskanals angekoppelt, wobei der Schalleitkörper eine Anlagefläche entsprechend der Form des Strömungskanals aufweist, so wird aufgrund der Schallbrechung ein besonders großer Bereich innerhalb des Strömungskanals mit dem gesendeten Ultraschall bestrahlt bzw. von dem Empfangstrichter des empfangenden Ultraschallwandlers erfaßt. Dadurch wird besonders im Falle der Ankopplung beider Ultraschallwandler mit einem derart ausgebildeten Schalleitkörper an einem Strömungskanal mit gekrümmter Außenwand (z. B. rund, oval) eine großvolumige Erfassung des Fluids ermöglicht. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn bei geringer Partikel- oder Blasendichte eine besonders sichere Erfassung von Partikeln oder Blasen über den ganzen Querschnitt des Strömungskanals gewährleistet sein soll. Is one or both ultrasonic transducers on by means of a sound guide a boundary wall of the flow channel is coupled, the Schalleitkörper a contact surface according to the shape of the Has flow channel, is particularly large due to the sound refraction Area within the flow channel with the transmitted ultrasound irradiated or from the receiving funnel of the receiving Ultrasonic transducer detected. This is particularly useful when both are connected Ultrasonic transducer with such a formed sound guide on one Flow channel with curved outer wall (e.g. round, oval) one large volume detection of the fluid enables. This is particularly advantageous if a particularly safe one with low particle or bubble density Detection of particles or bubbles across the entire cross section of the Flow channel should be guaranteed.

Bei einer anderen Ausführungsform ist dagegen der Ultraschallwandler mittels eines Schalleitkörpers mit dem Fluid verbunden und die dem Ultraschallwandler gegenüberliegende Stirnfläche ist senkrecht zur Ultraschallausbreitungsrichtung ausgebildet. Dadurch wird der Ultraschallstrahl vom sendenden Ultraschallwandler geradlinig und ohne Brechung ins Medium gekoppelt, was einen engen Ultraschallkegel ermöglicht. Auch der Empfangskegel des empfangenden Ultraschallwandlers ist bei einer solchen Anordnung schmal ausgebildet, so daß das zu detektierende Meßvolumen eng begrenzt ist und hoch aufgelöst wird. Diese Anordnung ist bei Fluiden von Vorteil, bei denen die Partikel- bzw. Luftblasendichte sehr hoch ist und so aufgrund des begrenzten Meßvolumens im Strömungskanal eine gute Einzelauflösung einzelner Reflektionspeaks ermöglicht wird. In another embodiment, however, is the ultrasonic transducer connected to the fluid by means of a sound guide and the The end face opposite the ultrasonic transducer is perpendicular to the Ultrasound propagation direction formed. This will make the ultrasound beam straight from the sending ultrasonic transducer and without refraction into Medium coupled, which enables a narrow ultrasonic cone. Also the The receiving cone of the receiving ultrasonic transducer is one of these Arrangement narrow, so that the measuring volume to be detected is narrow is limited and high-resolution. This arrangement is for fluids from Advantage in which the particle or air bubble density is very high and so a good one due to the limited measuring volume in the flow channel Single resolution of individual reflection peaks is made possible.

Bei der medienführenden Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 16 kommt eine Vorrichtung gemäß der obigen Ausgestaltungen zum Einsatz, wobei zumindest ein Schwellwert in Abhängigkeit von einem Betriebsparameter der Arbeitsmaschine einstellbar ist. Hiermit wird zum Beispiel (wie oben beschrieben) eine Anpassung an die Temperatur des strömenden Fluids bzw. Mediums vorgenommen, so daß eine Peakdetektion in Abhängigkeit dieses Parameters erfolgt. Beispielsweise ändert sich die Gaslöslichkeit des Fluids in Abhängigkeit der Temperatur oder das Volumen der Gasblasen. Auch die Mitnahme von Rußpartikeln oder sonstigen Teilchen wird im Laufe des Betriebs und somit der Erwärmung der Arbeitsmaschine erhöht, beispielsweise die Mitnahme von Verunreinigung aus einem Ölsumpf, wobei die Verunreinigung an sich noch unter einem tolerierbaren Schwellwert liegen. In the media-carrying work machine according to claim 16 comes one Device according to the above configurations for use, wherein at least one threshold value depending on an operating parameter of the Working machine is adjustable. For example (as above described) an adaptation to the temperature of the flowing fluid or Medium made so that a peak detection depending on this Parameters. For example, the gas solubility of the fluid changes to Dependence of the temperature or the volume of the gas bubbles. Also the Taking along soot particles or other particles will occur in the course of Operating and thus the heating of the working machine increases, for example taking contamination from an oil sump, the Contamination itself is still below a tolerable threshold.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Es zeigen: With reference to drawings, embodiments of the invention explained. Show it:

Fig. 1A eine schematische Querschnittsansicht einer Ultraschallmeßanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig. 1A is a schematic cross-sectional view of a Ultraschallmeßanordnung according to a first embodiment,

Fig. 1B eine schematische Querschnittsansicht der Anordnung von Fig. 1A in der senkrechten Schnittebene, Fig. 1B is a schematic cross-sectional view of the arrangement of Fig. 1A in the vertical sectional plane,

Fig. 2A und Fig. 2B schematische Querschnittsansichten einer Ultraschallmeßanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, Figs. 2A and 2B are schematic cross-sectional views. A Ultraschallmeßanordnung according to a second embodiment,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektronischen und elektroakustischen Komponenten für eine Anordnung von Fig. 1A oder 2A, Fig. 3 is a block diagram of the electronic and electro-acoustic components of an arrangement of Fig. 1A or 2A,

Fig. 4 eine Unterscheidung von Reflektionspeaks anhand von Schwellwerten, Fig. 4 is a distinction between reflection peaks based on threshold values,

Fig. 5 ein Klassifikationsschema für Signalpeaks und Fig. 5 shows a classification scheme for signal peaks and

Fig. 6 Signalpeaks bei Überlagerung von mehreren Ultraschallreflektionen oder bei verschiedenen Reflektoren. Fig. 6 signal peaks when superimposing several ultrasonic reflections or with different reflectors.

Die Fig. 1A und 1B zeigen schematische Querschnitssansichten einer ersten Meßanordnung 1 zur Messung einer Ultraschallreflektion in einem Medium 15 längs und senkrecht zur Strömungsrichtung. Bei der ersten Meßanordnung 1 ist ein Ultraschallwandler 10 auf einem Schalleitkörper 11 aufgeklebt, wobei der Ultraschallwandler beispielsweise ein piezokeramisches Element ist. Der Schalleitkörper 11 ist wiederum auf die Außenwand eines Rohrs 14 aufgeklebt. Die vom Ultraschallwandler erzeugten Ultraschallschwingungen werden vom Schalleitkörper 11 weitergeleitet und über die Rohrwand 14 in das Medium 15 abgestrahlt. Die Strömungsrichtung des Mediums 15 ist durch den dünnen Pfeil angedeutet. Wie in Fig. 1B dargestellt, wird der Ultraschall an den Grenzflächen der Rohrwand gebrochen, so daß der Ultraschallstrahl mit zunehmendem Abstand von der Berührungsfläche zwischen Rohr und Schalleitkörper 11 aufgeweitet wird. Die Schallrichtung steht unter einem Winkel zur Rohrachse und hat eine Komponente entgegen der Strömungsrichtung des Mediums 15. Gegenüberliegend zum Ultraschallwandler 10 und Schalleitkörper 11 ist ein weiterer Ultraschallwandler 12 und Schalleitkörper 13 angeordnet, die entsprechend dem Ultraschallwandler 10 und dem Schalleitkörper 11 ausgebildet sind. Die Empfangsrichtung 17 des unteren Ultraschallwandlers 12 kreuzt sich mit der Abstrahlrichtung 16 des oberen Ultraschallwandlers 12, wobei Reflektionen des ausgesendeten Ultraschallstrahls 16 an der Rohrwand 14 vom empfangenden Ultraschallwandler 12 wegreflektiert werden. Wie in Fig. 1B dargestellt, ist der Empfangskegel zum Empfang des Empfangsstrahls 17 ebenfalls durch Brechung an der Wand des Rohres 14 aufgeweitet, so daß das Schnittvolumen zwischen bestrahltem Volumen und Reflektionsempfangsvolumen den Rohrquerschnitt fast vollständig ausfüllt. Hält sich eine Luftblase 18 oder ein Partikel in dem erfaßten Meßvolumen auf, so wird die Reflektion des Ultraschallstrahls 16 an der Luftblase 18 als Empfangsstrahl 17 zum Ultraschallwandler 12 geleitet. FIGS. 1A and 1B show schematic Querschnitssansichten a first measuring device 1 for measuring an ultrasonic reflection in a medium 15 along and perpendicular to the flow direction. In the first measuring arrangement 1 , an ultrasonic transducer 10 is glued to a sound guide 11 , the ultrasonic transducer being, for example, a piezoceramic element. The sound guide 11 is in turn glued to the outer wall of a tube 14 . The ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic transducer are forwarded by the form guide 11 and emitted into the medium 15 via the tube wall 14 . The direction of flow of the medium 15 is indicated by the thin arrow. As shown in FIG. 1B, the ultrasound is refracted at the interfaces of the tube wall, so that the ultrasound beam is widened with increasing distance from the contact surface between the tube and the form guide element 11 . The sound direction is at an angle to the pipe axis and has a component opposite to the flow direction of the medium 15 . Opposite the ultrasonic transducer 10 and the sound guide body 11 there is a further ultrasonic transducer 12 and the sound guide body 13 , which are designed in accordance with the ultrasonic transducer 10 and the sound guide body 11 . The receiving direction 17 of the lower ultrasound transducer 12 intersects with the radiation direction 16 of the upper ultrasound transducer 12 , with reflections of the emitted ultrasound beam 16 on the tube wall 14 being reflected away by the receiving ultrasound transducer 12 . As shown in Fig. 1B, the receiving cone for receiving the receiving beam 17 is also widened by refraction on the wall of the tube 14 , so that the cutting volume between the irradiated volume and the reflection receiving volume almost completely fills the tube cross section. If there is an air bubble 18 or a particle in the detected measurement volume, the reflection of the ultrasound beam 16 on the air bubble 18 is conducted as a reception beam 17 to the ultrasound transducer 12 .

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine zweite Ausführungsform einer zweiten Meßanordnung 20, bei der ein Ultraschallwandler 21 über einen Schalleitkörper 23 den Ultraschall unmittelbar in ein Medium 28 einkoppelt. Durch den senkrechten Durchtritt des Ultraschalls vom Schalleitkörper 22 in das Medium 28 wird der gesendete Ultraschallstrahl 26 nicht gebrochen, so daß sich ein enger bestrahlter Kegel ergibt. Zum Empfangen eines reflektierten Empfangsstrahls 27 sind ein Ultraschallwandler 23 und ein Schalleitkörper 24 entsprechend dem Ultraschallwandler 21 und dem Schalleitkörper 22 diesen gegenüberliegend angeordnet, so daß auch der Empfangskegel wie in Fig. 2B gestrichelt dargestellt, sehr schmal ist. Das detektierende Volumen, welches sich als Schnittvolumen des Sendekegels und des Empfangskegels ergibt, ist hierbei relativ eng, so daß nur ein Teil des durch das Rohr 25 strömenden Mediums 28 mit der zweiten Meßanordnung 20 erfaßt wird. Figs. 2A and 2B show a second embodiment of a second measuring device 20, in which an ultrasonic transducer 21 couples over a 23 Schalleitkörper the ultrasound directly in a medium 28. Due to the vertical passage of the ultrasound from the sound guide 22 into the medium 28 , the transmitted ultrasound beam 26 is not refracted, so that a cone irradiated more narrowly results. To receive a reflected reception beam 27 , an ultrasound transducer 23 and a sound guide body 24 are arranged opposite to the ultrasound transducer 21 and the sound guide body 22 , so that the reception cone, as shown in dashed lines in FIG. 2B, is also very narrow. The detecting volume, which results as the cutting volume of the sending cone and the receiving cone, is relatively narrow, so that only a part of the medium 28 flowing through the tube 25 is detected by the second measuring arrangement 20 .

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Meßanordnung und Auswerteschaltung 30 zur Auswertung der Reflektionssignale. Aus Kostengründen und zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit ist die Auswerteschaltung 30 vorzugsweise aus analog-elektronischen Komponenten aufgebaut. An den Ultraschallwandler 10 oder 21 wird von einem Ultraschallgenerator 40 ein Ultraschallsignal angelegt. Die Ultraschallwelle wird vom Medium 15 oder 28 durch die Meßstrecke 41 übertragen und vom Ultraschallwandler 12 bzw. 23 empfangen. Das empfangene Ultraschallsignal vom Wandler 12, 23 wird in einem Verstärker 42 verstärkt und in einen Hüllkurvengenerator 43 eingegeben. Der Hüllkurvengenerator 43 ist beispielsweise ein Amplitudendemodulator, der einen hintereinander geschalteten Gleichrichter und Tiefpaß umfaßt. Dadurch wird die Amplitudenhüllkurve S_M des Ultraschallsignals gebildet. Anstelle von analog-elektronischen Komponenten kann die Auswerteschaltung 30 auch einen Signalprozessor (DSP) umfassen mit dem die Auswertung durchgeführt wird. Dabei kann dann dem Signalprozessor der Verstärker 42 und der Hüllkurvengenerator 43 sowie ein A/D-Wandler zum Digitaliserien des Hüllkurvensignals vorgeschaltet sein. Fig. 3 shows the block diagram of the measuring device and evaluation circuit 30 is for analyzing the reflection signals. For cost reasons and to increase the reaction rate, the evaluation circuit 30 is preferably constructed from analog-electronic components. An ultrasonic signal is applied to the ultrasonic transducer 10 or 21 by an ultrasonic generator 40 . The ultrasonic wave is transmitted from the medium 15 or 28 through the measuring section 41 and received by the ultrasonic transducer 12 or 23 . The received ultrasound signal from the transducer 12 , 23 is amplified in an amplifier 42 and input into an envelope generator 43 . The envelope generator 43 is, for example, an amplitude demodulator which comprises a rectifier and low-pass filter connected in series. This forms the amplitude envelope S _{M of} the ultrasound signal. Instead of analog-electronic components, the evaluation circuit 30 can also comprise a signal processor (DSP) with which the evaluation is carried out. The amplifier 42 and the envelope generator 43 and an A / D converter for digitizing the envelope signal can then be connected upstream of the signal processor.

Bei der Auswerteschaltung 30 wird das Hüllkurvensignal einem Komparator 44 und einem Diskriminator 45 zugeleitet. Der Komparator 44 vergleicht das Amplitudensignal S_M der Hüllkurve mit einem Schwellwert S~, der durch eine Eingabeeinrichtung 46 einstellbar ist. In the evaluation circuit 30 , the envelope signal is fed to a comparator 44 and a discriminator 45 . The comparator 44 compares the amplitude signal S _{M of} the envelope with a threshold value S ~, which can be set by an input device 46 .

Bei einer weiteren Ausführungsform empfängt ein Mittelwertbildner 43a ebenfalls das Signal S_M vom Hüllkurvengenerator 43 und bildet daraus den Mittelwert S_H des Hintergrundsignals. Der maximale Wert des Hintergrundsignals H_max wird ebenfalls einstellbar über die Eingabeeinrichtung 46 vorgegeben, so daß das gemittelte Hintergrundsignal auf diesen maximalen Wert festgelegt ist. Dies begrenzt das maximale Ansteigen des Hintergrundsignals S_H, falls im gemessenen Signal S_M die Peakdichte sehr hoch ist. Bei dieser Ausführungsform spricht der Komparator 44 erst dann an, wenn das Hüllkurvensignal S_M größer der Summe des ersten Schwellwerts S₁ und des Hintergrundsignals S_H ist: S_M ≥ S₁ + S_H. Bei Überschreiten des Schwellwerts S₁ oder S₁ + S_H wird ein Signal vom Komparator 44 an eine Ein- /Ausgabeeinheit 49 und eine Anzeigeeinrichtung 48 ausgegeben. Die Ein- /Ausgabeeinheit 49 leitet das Schwellwertsüberschreitungssignal über eine Schnittstelle und eine Kommunikationsverbindung an eine Steuereinrichtung 50 einer Arbeitsmaschine, um diese beispielsweise abzustellen. Bei der Ein- /Ausgabeeinheit 49 wird das Überschreiten des Schwellwerts beispielsweise mittels einer roten Leuchte angezeigt. In a further embodiment, an averager 43 a also receives the signal S _M from the envelope generator 43 and forms the average S _{H of} the background signal therefrom. The maximum value of the background signal H _max is likewise set in an adjustable manner via the input device 46 , so that the averaged background signal is fixed at this maximum value. This limits the maximum rise of the background signal S _H if the peak density in the measured signal S _{M is} very high. In this embodiment, the comparator 44 only responds when the envelope signal S _{M is} greater than the sum of the first threshold value S ₁ and the background signal S _H : S _M S S ₁ + S _H. If the threshold value S ₁ or S ₁ + S _H is exceeded, a signal from the comparator 44 is output to an input / output unit 49 and a display device 48 . The input / output unit 49 passes the threshold value exceeded signal via an interface and a communication link to a control device 50 of a work machine, for example in order to switch it off. In the input / output unit 49 , the exceeding of the threshold value is indicated, for example, by means of a red light.

Der Diskriminator 45 empfängt von der Einstelleinrichtung 46 die drei einstellbaren Schwellwerte A, B, C und vergleicht das Hüllkurvensignal S_M mit diesen Schwellwerten. Wahlweise wird auch hier das Hintergrundsignal S_H beim Schwellwertvergleich berücksichtigt, indem entweder das Hintergrundsignal S_H vom Hüllkurvensignal S_M abgezogen oder das Hintergrundsignal S_H jeweils zu den Schwellwerten A, B, C hinzuaddiert wird. Das Ereignis einer Schwellwertüberschreitung wird separat in Abhängigkeit des Schwellwertes A, B oder C an einen Ereigniszähler/Mittelwertbildner 47 weitergegeben. Das Ereignis des Überschreitens des nächsthöheren Schwellwerts setzt ggf. das kurz vorher stattfindende Ereignis des Ansprechens beim geringeren Schwellwerts zurück. Beispielsweise wird durch den Peak P₁ in Fig. 4 nur das Schwellwertereignis B ausgelöst, obwohl kurz vorher bereits der Schwellwert A überschritten wurde. Beim Peak P₂ wird lediglich das Ereignis der Schwellwertüberschreitung C ausgelöst, obwohl zunächst die Schwellwerte A und B überschritten wurden. Somit wird gewährleistet, daß jeder Peak im Hüllkurvensignal S_M lediglich als ein Peak erfaßt wird. Im Ereigniszähler 47 werden die Ereignisse des Überschreitens eines der Schwellwerte separat gezählt, z. B. durch einen digitalen Zähler oder durch ein Integrationsglied. Diese werden dann getrennt nach Ereignis A, B oder C zur Anzeigeeinrichtung 48 übertragen und dort getrennt nach Ereignis dargestellt. Zusätzlich wird im Ereigniszähler 47 durch einen Mittelwertbildner (beispielsweise ein Differenzierglied) der Mittelwert der Ereignisse getrennt nach Schwellwertklasse gebildet, so daß die Anzeigeeinrichtung 48 die pro Schwellwertklasse A, B oder C erfaßte, mittlere Peakzahl anzeigt. Die Peakgesamtzahl oder der Mittelwert hiervon wird ebenfalls zur Ein- /Ausgabeeinheit 49 übertragen, von wo sie zur Steuereinrichtung 50 übermittelt werden kann. The discriminator 45 receives the three adjustable threshold values A, B, C from the setting device 46 and compares the envelope signal S _M with these threshold values. Here too, the background signal S _H is optionally taken into account in the threshold value comparison, either by subtracting the background signal S _H from the envelope curve signal S _M or by adding the background signal S _H to the threshold values A, B, C in each case. The event of a threshold being exceeded is forwarded separately to an event counter / averager 47 depending on the threshold value A, B or C. The event of exceeding the next higher threshold value may reset the event of the response at the lower threshold value which took place just before. For example, only the threshold event B is triggered by the peak P ₁ in FIG. 4, although the threshold value A was exceeded shortly before. At peak P ₂ , only the event of threshold value exceeding C is triggered, although threshold values A and B were initially exceeded. This ensures that each peak in the envelope signal S _{M is} only detected as one peak. In the event counter 47 , the events of exceeding one of the threshold values are counted separately, e.g. B. by a digital counter or by an integrator. These are then transmitted to the display device 48 separately according to event A, B or C and are shown there separately according to event. In addition (for example, a differentiating element) is the average of events is formed separately by Schwellwertklasse in the event counter 47 by an averaging unit, so that the display device 48, the detected per Schwellwertklasse A, B or C, indicating average peak number. The total peak number or the mean value thereof is also transmitted to the input / output unit 49 , from where it can be transmitted to the control device 50 .

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist im Diskriminator 45 zusätzlich ein Zeitzähler 45a integriert, der bei Überschreiten einer bestimmten Amplitude des Hüllkurvensignals S_M die Peakbreite mißt. Der Zeitzähler ist beispielsweise ein Integrierglied, das einen festen Spannungswert integriert. In den Fig. 4 und 6 wird die Zeitmessung bei Überschreiten des Schwellwerts A gestartet und bei Unterschreiten des Schwellwerts A gestoppt. Damit lassen sich durch den Zeitzähler 45a die Peakbreiten ΔT₁ für den Peak P₁ und ΔT₂ des Peaks P₂ erfassen und ebenfalls an den Ereigniszähler 47 übermitteln. Durch die zusätzliche Erfassung der Peakbreite mittels des Zeitzählers 45a sind im Ereigniszähler 47 die Peaks des Hüllkurvensignals S_M nicht nur eindimensional in Abhängigkeit des Überschreitens eines der Schwellwerte A, B, C erfaßbar, sondern zweidimensional klassifizierbar in Abhängigkeit vom Ereignis des Überschreitens eines der Schwellwerte A, B, C und der Breite des Peaks, wie dies in Fig. 5 als Klassiermatrix dargestellt ist. Dabei wird der von dem Zeitzähler 45a erfaßte Zeitwert T als Entsprechung für die Peakbreite durch Vergleich mit den Einstellbaren Schwellwerten T₁, T₂ und T₃ nach drei Klassen klassifiziert, wobei für die erste Klasse T₁ ≤ T < T₂, die zweite Klasse T₂ ≤ T < T₃ und die dritte Klasse T₃ ≤ T gilt. In a further embodiment, a time counter 45 a is additionally integrated in the discriminator 45 , which measures the peak width when a certain amplitude of the envelope signal S _M is exceeded. The time counter is, for example, an integrator that integrates a fixed voltage value. In Figs. 4 and 6, the time measurement is started when exceeding the threshold value A and stopped at below the threshold value A. The time widths 45 a can thus detect the peak widths ΔT ₁ for the peak P ₁ and ΔT _{2 of} the peak P ₂ and also transmit them to the event counter 47 . Through the additional detection of the peak width by means of the time counter 45 a, the peaks of the envelope signal S _M in the event counter 47 are not only detectable one-dimensionally as a function of one of the threshold values A, B, C being exceeded, but can also be classified two-dimensionally as a function of the event of one of the threshold values being exceeded A, B, C and the width of the peak, as shown in Fig. 5 as a classification matrix. The time value T recorded by the time counter 45 a is classified as a correspondence to the peak width by comparison with the adjustable threshold values T ₁ , T ₂ and T ₃ according to three classes, with the first class T ₁ ≤ T <T ₂ , the second Class T ₂ ≤ T <T ₃ and the third class T ₃ ≤ T applies.

Durch die zweidimensionale Klassifizierung der Peaks des einhüllenden Signals S_M wird eine weitere Differenzierung nach der Art oder Größe des reflektionsauslösenden Partikels oder der reflektionsauslösenden Blase ermöglicht. In Fig. 6 ist dargestellt, wie eine solche differenzierte Klassifizierung auf verschiedene Teilchen zurückgeführt werden kann. Die Peaks P₃ und P₄ sind Überlagerungssignale von zwei gleichzeitig im Meßvolumen vorhanden, gleich großen Partikeln. Jeder dieser Partikel löst ein Reflektionssignal P₀ aus. Beim Peak P₃ liegen diese zeitlich versetzt zueinander, so daß die Höhe der Amplitude den Schwellwert B zwar nicht überschreitet, aber der zeitliche Schwellwert T₂ für die Peakbreite überschritten wurde. Beim Peak P₄ wird durch die zeitgleiche Überlagerung zweier Reflektionssignale von gleich großen Partikeln der Schwellwert B in der Amplitude überschritten, während die Breite des Peaks noch unterhalb T₂ liegt. Der Peak P₃ würde im Klassifizierschema von Fig. 5 als Klasse (A, T₂) klassifiziert und der Peak P₄ als Klasse (B, T₁). Eine Luftblase ergibt dagegen das in Fig. 6 mit P₅ bezeichnete Reflektionssignal, das sowohl den Schwellwert C als auch den Schwellwert T₃ überschreitet und im Klassifizierschema als Ereignis der Klasse (C, T₃) gezählt würde. The two-dimensional classification of the peaks of the enveloping signal S _M enables further differentiation according to the type or size of the reflection-inducing particle or the reflection-inducing bubble. FIG. 6 shows how such a differentiated classification can be attributed to different particles. The peaks P ₃ and P ₄ are superposition signals of two particles of the same size present in the measurement volume at the same time. Each of these particles triggers a reflection signal P ₀ . At peak P ₃ these are offset in time from one another, so that the height of the amplitude does not exceed the threshold value B, but the time threshold value T ₂ for the peak width was exceeded. At peak P ₄ , the simultaneous superimposition of two reflection signals from particles of the same size exceeds the threshold value B in amplitude, while the width of the peak is still below T ₂ . The peak P ₃ would be classified in the classification scheme of FIG. 5 as a class (A, T ₂ ) and the peak P ₄ as a class (B, T ₁ ). An air bubble, on the other hand, gives the reflection signal designated P ₅ in FIG. 6, which exceeds both the threshold value C and the threshold value T ₃ and would be counted as an event of the class (C, T ₃ ) in the classification scheme.

Sind bei einem zu messenden Fluid die zu erwartenden Peaks und deren verursachende Partikel bzw. Blasen bekannt, so läßt sich durch Einstellen der Schwellwerte A, B, C und T₁, T₂, T₃ ein gewünschtes Klassifizierschema einstellen, welches dann einen Hinweis auf die im Medium vorhandenen Teilchen oder Blasen gibt. Bei dem Beispiel von Fig. 6 sind in dem Fluid erwünschte Partikel mit einer relativ engen Größenverteilung vorhanden, die sich statistisch gesehen teilweise überlagern können, wie durch die Peaks P₃ und P₄ angedeutet. Weiterhin sollen Verunreinigungen (P₁) und Luftblasen (Peak P₂, P₅) erfaßt werden. Damit lassen sich den Klassen von Fig. 5 die folgenden, wahrscheinlichen Ursachen für die Peakereignisse zuweisen:
Einzelpeak-Klasse P₁: (A, T₁);
Doppelpeak-Klasse P₃, P₄: (B, T₁), (A, T₂);
Dreifachpeak-Klasse: (A, T₃), (C, T₁);
Verunreinigungs-Klasse P₁: (B, T₂), (C, T₂), (B, T₃);
Luftblasen-Klasse P₂, P₅: (C, T₃). If the expected peaks and their causing particles or bubbles are known for a fluid to be measured, a desired classification scheme can be set by setting the threshold values A, B, C and T ₁ , T ₂ , T ₃ , which then indicates the particles or bubbles present in the medium. In the example of FIG. 6, desired particles with a relatively narrow size distribution are present in the fluid, which statistically can partially overlap, as indicated by the peaks P ₃ and P ₄ . Furthermore, impurities (P ₁ ) and air bubbles (peak P ₂ , P ₅ ) should be detected. The following probable causes of the peak events can thus be assigned to the classes of FIG. 5:
Single peak class P ₁ : (A, T ₁ );
Double peak class P ₃ , P ₄ : (B, T ₁ ), (A, T ₂ );
Triple peak class: (A, T ₃ ), (C, T ₁ );
Impurity class P ₁ : (B, T ₂ ), (C, T ₂ ), (B, T ₃ );
Air bubble class P ₂ , P ₅ : (C, T ₃ ).

Wird dabei vor der Peakklassifizierung das Hintergrundsignal S_H vom einhüllenden Signal S_M abgezogen, so wird bei allmählicher Anreicherung von sehr vielen kleineren Partikeln oder Störungen bis zu einem tolerierbaren Maß verhindert, daß sich die Klassifikationsgrenzen verschieben. Wird weiterhin im Ereigniszähler 47 eine Mittelwertbildung der einzelnen Klassen vorgenommen, so kann das Einhalten von (Dichte-)Grenzwerten bei den erwünschten Partikeln (Einzelpeak, Doppelpeak) kontrolliert werden, während beispielsweise bei Vorliegen einer Luftblase (Klasse (C, T₃)) von dem Ereigniszähler 47 ein Warnsignal zur Ein-/Ausgabeeinheit 49 und von dort zur Steuereinrichtung 50 einer Arbeitsmaschine ausgegeben wird. Gleichzeitig wird das Ereignis der Luftblase an der Anzeigeeinrichtung 48 angezeigt. If the background signal S _{H is} subtracted from the enveloping signal S _M before the peak classification, gradual accumulation of very many smaller particles or disturbances prevents the classification limits from shifting to a tolerable extent. If, in event counter 47, averaging of the individual classes continues, compliance with (density) limit values for the desired particles (single peak, double peak) can be checked, for example if an air bubble (class (C, T ₃ )) is present the event counter 47 receives a warning signal to the input / output unit 49 and from there to the control device 50 of a work machine. At the same time, the event of the air bubble is displayed on the display device 48 .

Durch Anlegen von veränderbaren Steuerspannungen oder vorzugsweise durch Übertragung von digitalen Werten von der Maschinensteuerung 50 zur Ein-/Ausgabeeinheit 49 (oder lediglich einer hier nicht dargestellten Eingabeeinrichtung) werden die Schwellwerte T₁, T₂, T₃ und S₁ oder eines Teils der Schwellwerte durch die Maschinensteuerung 50 vorgegeben. Wird beispielsweise in einem zu überwachenden Hydrauliksystem die Ölsorte geändert, so ändert sich in der Regel auch die Schallleitfähigkeit bzw. Dämpfung des zu messenden Mediums. Die kritische Größe einer mit dem Schwellwert S₁ zu erfassenden Luftblase bleibt zwar unverändert, aber aufgrund der unterschiedlichen Dämpfung verschiedener Ölsorten ändert sich die Amplitude des empfangenen Reflektionssignals. Daher wird durch die Maschinenzentrale der Wechsel der Ölsorte erfaßt (z. B. durch eine Leitfähigkeitsmessung oder ein Viskosimeter) oder manuell eingegeben und aufgrund dieser Information ändert die Maschinenzentrale die Vorgabe für den Schwellwert S₁. Analog kann die Maschinenzentrale die Schwellwerte T₁, T₂ und T₃ ändern, wenn eine andere Klassifikation und Überwachung erforderlich ist. Ist die Maschine, bei der das Medium zu überwachen ist, beispielsweise eine Kunststoff-Spritzmaschine, so kann durch Änderung der Schwellwerte eine Anpassung an unterschiedliche Qualitätsanforderungen bei den Spritzgußteilen erreicht werden (z. B. Menge und/oder Größe der Luft- und/oder Fremdstoffeinschlüße). By applying variable control voltages or preferably by transferring digital values from the machine control 50 to the input / output unit 49 (or only an input device not shown here), the threshold values T ₁ , T ₂ , T ₃ and S ₁ or part of the threshold values predetermined by the machine controller 50 . If, for example, the type of oil is changed in a hydraulic system to be monitored, the sound conductivity or damping of the medium to be measured generally also changes. The critical size of an air bubble to be detected with the threshold value S ₁ remains unchanged, but the amplitude of the received reflection signal changes due to the different damping of different types of oil. Therefore, the change in the type of oil is recorded by the machine center (e.g. by a conductivity measurement or a viscometer) or entered manually and based on this information, the machine center changes the specification for the threshold value S ₁ . Similarly, the machine control center can change the threshold values T ₁ , T ₂ and T ₃ if a different classification and monitoring is required. If the machine on which the medium is to be monitored is, for example, a plastic injection molding machine, then by changing the threshold values, an adaptation to different quality requirements for the injection molded parts can be achieved (e.g. quantity and / or size of the air and / or Fremdstoffeinschlüße).

Bei einer weiteren Ausführung kann für die vom Zeitzähler 45a erfaßte Zeit (entsprechend der Amplitudenbreite) ein Kalibrierungsfaktor von der Maschinenzentrale vorgegeben werden. Durch diesen wird beispielsweise berücksichtigt, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit in der Meßstrecke aufgrund einer Änderung der Förderleistung erniedrigt oder erhöht. Anhand der Normierung mittels des Kalibrierungsfaktors wird dann bei der Klassifizierung berücksichtigt, daß die Peakbreite von der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums abhängig ist. In a further embodiment, a calibration factor can be specified by the machine center for the time recorded by the time counter 45 a (corresponding to the amplitude width). This takes into account, for example, if the flow velocity in the measuring section decreases or increases due to a change in the delivery rate. On the basis of the normalization by means of the calibration factor, it is then taken into account in the classification that the peak width is dependent on the flow velocity of the medium.

Claims

1. Device for particle and / or bubble detection by means of ultrasound in a fluid ( 15 , 28 ) with a fluid-carrying measuring section ( 41 ), at least one ultrasonic transducer ( 10 , 12 ; 21 , 23 ) arranged on the measuring section for transmitting and receiving ultrasonic waves and an evaluation circuit ( 30 ) for detecting particles and / or bubbles ( 18 ) by evaluating the ultrasound signal reflected and received by a particle and / or a bubble, the evaluation circuit ( 30 ) having an envelope generator ( 43 ) for generating an envelope signal (S _H ) of the received ultrasound signal and a peak detector ( 44 , 45 , 47 ) for detecting a signal peak (P0-P5) of the envelope signal, characterized in that the peak detector has a threshold value comparator ( 44 , 45 ) with at least one variable threshold value (S1, a , b, c).

2. Device according to claim 1, characterized in that at least a changeable threshold value (S1, a, b, c) by means of a changeable Voltage is adjustable.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the threshold value (S1, a, b, c) can be changed as a function of an averaged background signal (S _H ).

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized by a classification device ( 47 ) for assigning the detected peaks (P0-P5) depending on the peak properties to different classes.

5. The device according to claim 4, characterized in that the classifying device ( 47 ) assigns the detected peaks (P0-P5) on the basis of their amplitude height (Ampl), amplitude width (t) and / or area different classes.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the threshold value comparator ( 45 ) has at least two adjustable threshold values (a, b, c), the peaks detected (P0-P5) by the classification device ( 47 ) depending on the result the threshold value comparator can be assigned to one of at least two classes.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized by a counting device ( 47 ) for counting the peaks detected by the peak detector ( 45 , 47 ).

8. The device according to claim 7 with reference to claim 4, 5 or 6, characterized in that the detected and classified peaks (P0-P5) can be counted separately for each class by the counting device ( 47 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized by an averaging device ( 47 ) for averaging over time the number of peaks detected by the peak detector ( 45 , 47 ).

10. The device according to claim 9 with reference to claim 4, 5 or 6, characterized in that the averaging in dependence on the peak class can be carried out by the mean value device ( 47 ).

11. The device according to claim 9 or 10, characterized by a calculation device ( 47 ) for calculating a particle and / or bubble density from the mean value formed using predetermined and / or predeterminable conversion factors.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first transmitting and a second receiving ultrasonic transducer ( 10 , 12 ; 21 , 23 ) are arranged on the measuring section ( 41 ) such that the direction of propagation of the first ultrasonic transducer ( 10 ; 21 ) emitted ultrasound beam ( 16 , 26 ) and the direction ( 17 , 27 ) of the reflected ultrasound signal received by the second ultrasound transducer ( 12 ; 23 ) are at an angle to one another.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the measuring section ( 41 ) in a flow channel ( 14 , 25 ) for the fluid ( 15 , 28 ) is arranged and the first ultrasonic transducer ( 10 ; 21 ) the ultrasonic wave at an angle against the Direction of flow of the fluid emits.

14. The apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that at least one of the two ultrasonic transducers ( 10 , 12 ) is coupled by means of a sound guide ( 11 , 13 ) to a boundary wall of the flow channel ( 14 ), the sound guide having a contact surface, the Shape of the outer shape of a section of the flow channel is adapted.

15. The apparatus of claim 12, 13 or 14, characterized in that the flow channel has at least one side opening and at least one of the two ultrasonic transducers ( 21 , 23 ) the ultrasonic wave by means of a guided through the opening Schalleitkörper ( 22 , 24 ) directly into the fluid ( 28 ) couples in, the end face (s) of the sound guide body opposite the ultrasound transducer ( 21 , 23 ) being perpendicular to the direction of ultrasound propagation.

16. Fluid-carrying work machine with a device for particle and / or bubble detection in a fluid ( 15 , 28 ) by means of ultrasound according to one of the preceding claims, in which at least one threshold value (S1, a, b, c) as a function of an operating parameter Machine is changeable.

17. Working machine according to claim 16, characterized in that the operating parameter is the operating temperature of the working machine and / or the fluid ( 15 , 28 ).