AT528327B1 - Verfahren zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung sowie System hierzu - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter. Um eine besonders genaue Füllstandsveränderung auch bei nur kleinen Änderungen des Füllstandes zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Behälter angeregt und ein Schwingungsverhalten des Behälters, welches eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz umfasst, erfasst wird, wonach das Schwingverhalten mit einem zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten des Behälters verglichen und bei einer einen vordefinierten Schwellwert überschreitenden Abweichung des Schwingungsverhaltens auf eine Füllstandsveränderung geschlossen wird. Weiter betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter, aufweisend eine Einrichtung zur mechanischen Anregung des Behälters, insbesondere einen Signalgeber.

Description

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Beschreibung

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINER FÜLLSTANDSVERÄNDERUNG SOWIE SYSTEM HIERZU

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter, aufweisend eine Einrichtung zur mechanischen Anregung des Behälters, insbesondere einen Signalgeber.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Bestimmung einer Füllstandsveränderung bekannt geworden. Herkömmliche Systeme stellen dabei in der Regel darauf ab, dass mittels eines Abstandsensors, welcher beispielsweise als Ultraschallsensor oder Infrarotsensor ausgebildet sein kann, ein Abstand von einer Oberkante des Behälters bis zu einer Oberfläche eines im Behälter befindlichen Füllgutes bestimmt wird, um anhand des Abstandes einen Füllstand zu bestimmen.

[0004] Die Dokumente DE 44 11 478 A1, DE 10 2019 214 172 A1, AT 179661 B, DE 10 2005 053 656 A1, WO 2005/100928 A1 sowie EP 0 449 023 B1 offenbaren die Erfassung einer Füllstandsveränderung anhand einer Veränderung einer Eigenfrequenz.

[0005] Derartige Systeme und Verfahren haben sich jedoch als nicht geeignet dafür erwiesen, zu bestimmen, ob ein Behälter völlig leer ist oder zumindest einen gegebenenfalls dünnwandigen Gegenstand enthält. Dies ist jedoch entscheidend für eine füllstandsbasierte Entleerung von bestimmten Behältern wie beispielsweise von Briefkästen, zumal sichergestellt sein muss, dass ein Briefkasten bereits dann beispielsweise am nächsten Werktag entleert wird, wenn auch nur ein einziger Brief in den Briefkasten eingeworfen wurde. So ist es mit Verfahren des Standes der Technik in Anbetracht gegebener Toleranzen nicht möglich, zuverlässig und gleichzeitig mit geringem Aufwand festzustellen, ob in einem Briefkasten nur ein einziger Brief beispielsweise flach am Boden liegt oder der Briefkasten leer ist. Briefkästen werden daher gemäß dem Stand der Technik noch unabhängig von einem tatsächlichen Füllstand in vorbestimmten Zeitintervallen, beispielsweise täglich, entleert. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung elektronischer Kommunikation werden dabei vielfach leere Briefkästen angefahren, sodass durch Leerfahrten Kosten generiert werden, welchen keine Briefsendungen gegenüberstehen.

[0006] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Füllstandsveränderung mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig auch bereits dann bestimmbar ist, wenn auch nur ein sehr flacher Gegenstand in einen Behälter eingebracht wird.

[0007] Weiter soll ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens angegeben werden.

[0008] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem der Behälter angeregt und ein Schwingungsverhalten des Behälters, welches eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz umfasst, erfasst wird, wonach das Schwingungsverhalten mit einem zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten des Behälters verglichen und bei einer einen vordefinierten Schwellwert überschreitenden Abweichung des Schwingungsverhaltens auf eine Füllstandsveränderung geschlossen wird.

[0009] Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass sich ein Schwingungsverhalten, welches eine Echocharakteristik sowie optional eine Eigenfrequenz des Behälters umfasst, bereits dann signifikant ändert, wenn auch nur ein einziger Gegenstand in den Behälter eingebracht wird, beispielsweise ein Brief in einen Briefkasten. Durch Erfassen der Schwingungscharakteristik und Vergleich derselben mit einer zu einem früheren Zeitpunkt erfassten Schwingungscharakteristik kann somit auf zuverlässige und gleichzeitig einfache Weise bestimmt werden, ob der Füllstand verglichen mit der früheren Messung verändert wurde.

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[0010] Die Schwingungscharakteristik kann beispielsweise erfasst werden, indem der Behälter oder ein Volumen im Behälter mechanisch zu Schwingungen angeregt wird, beispielsweise mittels eines Signalgebers wie eines Lautsprechers, wobei beispielsweise ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, oder einer Anschlageinrichtung wie einem Hammer, oder dergleichen, wonach Schwingungen des Behälters selbst oder ein akustisches Signal im Behälterinneren gemessen werden. Ein Vergleich des aktuellen Schwingungsverhaltens mit dem früheren Schwingungsverhalten kann durch einen direkten Vergleich der erfassten Schwingung über einen bestimmten Zeitabschnitt, beispielsweise 15 Sekunden nach der Anregung, erfolgen. Ergänzend kann eine Frequenzanalyse des gemessenen Signals durchgeführt werden, um dominierende Frequenzen in der Schwingungsantwort zu identifizieren, welche charakteristisch für einen bestimmten Füllstand sein können. So kann sich beispielsweise eine Eigenfrequenz des Behälters signifikant durch Einwurf eines einzigen Briefes ändern, sodass anhand einer ergänzenden Erfassung der Eigenfrequenz eine Füllstandsveränderung zuverlässig erfasst werden kann.

[0011] Die Ermittlung einer Füllstandsveränderung kann ausschließlich durch Erfassung einer Änderung bei einem Schwingungsverhalten erfolgen. Eine Qualität des Ergebnisses kann jedoch erhöht werden, wenn darüber hinaus weitere Parameter erfasst werden, welche Auswirkungen auf das Schwingungsverhalten haben können.

[0012] Beispielsweise kann zur Erreichung eines besonders genauen Ergebnisses bevorzugt vorgesehen sein, dass mit dem Schwingungsverhalten auch eine Temperatur gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch die Temperatur mit der zum früheren Zeitpunkt gemessenen Temperatur verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhalten von dem zum früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf die Temperaturveränderung zurückgehen. So hat sich gezeigt, dass sich ein Schwingungsverhalten eines Behälters mit der Temperatur ändert, weswegen die Berücksichtigung einer Temperaturänderung, welcher der Behälter seit der Referenzmessung, also der Messung des Schwingungsverhaltens zum früheren Zeitpunkt, ausgesetzt war, dazu geeignet ist, eine Qualität der Bestimmung einer Füllstandsveränderung zu erhöhen. Die Berücksichtigung kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass empirisch oder rechnerisch ermittelt wird, wie sich eine Temperaturänderung auf das Schwingungsverhalten, welches eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz des Behälters umfasst, auswirkt und anschließend anhand der tatsächlichen Temperaturänderung seit der Referenzmessung eine auf die Temperaturveränderung zurückgehende Änderung des Schwingungsverhaltens errechnet wird, welche von der tatsächlichen Änderung des Schwingungsverhaltens subtrahiert wird, um die durch eine mögliche Füllstandsveränderung bedingte Änderung des Schwingungsverhaltens zu ermitteln. Überschreitet diese verbleibende Änderung eine Schwelle, welche ebenfalls empirisch oder rechnerisch ermittelt werden kann, kann auf eine Füllstandsveränderung geschlossen werden.

[0013] Es versteht sich, dass neben der Temperatur auch weitere Größen erfasst werden können, welche sich auf ein Schwingungsverhalten des Behälters auswirken, um zu vermeiden, dass auf eine Füllstandsveränderung lediglich aufgrund einer Änderung des Schwingungsverhaltens geschlossen wird, welche Änderung auf vom Füllstand unabhängige Faktoren wie die Temperatur oder dergleichen zurückgeht.

[0014] Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass mit dem Schwingungsverhalten auch eine Luftfeuchtigkeit gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch die Luftfeuchtigkeit mit der zum früheren Zeitpunkt gemessenen Luftfeuchtigkeit verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhaltens von dem zum früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf eine Änderung der Luftfeuchtigkeit zurückgehen. Eine Änderung der Luftfeuchtigkeit hat insbesondere Auswirkungen auf eine Schallgeschwindigkeit, weswegen die Änderung der Luftfeuchtigkeit auch Auswirkungen auf eine Echocharakteristik im Inneren eines Behälters haben kann. Durch Berücksichtigung einer Änderung der Luftfeuchtigkeit seit der Referenzmessung kann somit eine

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Qualität der Bestimmung der Füllstandsveränderung erhöht werden. Die Berücksichtigung kann dabei beispielsweise dadurch erfolgen, dass empirisch oder rechnerisch ermittelt wird, wie sich eine Änderung der Luftfeuchtigkeit auf das Schwingungsverhalten, welches eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz des Behälters umfasst, auswirkt und anschließend anhand der tatsächlichen Änderung der Luftfeuchtigkeit seit der Referenzmessung eine auf die Temperaturveränderung zurückgehende Änderung des Schwingungsverhaltens errechnet wird, welche von der tatsächlichen Änderung des Schwingungsverhaltens subtrahiert wird, um die durch eine mögliche Füllstandsveränderung bedingte Änderung des Schwingungsverhaltens zu ermitteln. Überschreitet diese verbleibende Änderung eine Schwelle, welche ebenfalls empirisch oder rechnerisch ermittelt werden kann, kann auf eine Füllstandsveränderung geschlossen werden.

[0015] Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit dem Schwingungsverhalten auch ein barometrischer Druck gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhalten mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch der barometrische Druck mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen barometrischen Druck verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhaltens von dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf die Änderung des barometrischen Drucks zurückgehen. So hat auch eine Änderung des barometrischen Drucks eine Änderung der Schallgeschwindigkeit zur Folge, welche Auswirkungen auf eine Echocharakteristik hat.

[0016] Um Fehler bei der Bestimmung einer Füllstandsveränderung, welche auf eine Veränderung des barometrischen Drucks zurückgehen, ausschließen zu können, ist somit bevorzugt vorgesehen, dass Änderungen des barometrischen Drucks bei Analyse der Änderung des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden.

[0017] Zur Ermittlung der Auswirkungen, welche eine Temperaturänderung, eine Änderung der Luftfeuchtigkeit sowie eine Änderung des barometrischen Drucks auf ein Schwingungsverhalten haben, kann vorgesehen sein, dass das Schwingungsverhalten bei unterschiedlichen Temperaturen, Luftfeuchtigkeiten und Drücken ermittelt wird, rechnerisch und/oder empirisch, und die gemessenen oder errechneten Daten mit Änderungen der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des Druckes korreliert werden, um die Einflüsse, welche die einzelnen Parameter auf das Schwingungsverhalten haben, zu ermitteln. Zur Bestimmung der Änderung des Schwingungsverhaltens, welche auf vom Füllstand unabhängige Parameter, insbesondere Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit, zurückgehen, kann dann auf die gefundene Korrelation zurückgegriffen werden, um anhand der gemessenen Änderungen von Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit seit der Referenzmessung auf die durch die Änderung dieser Parameter bedingte Änderung des Schwingungsverhaltens schließen zu können, sodass jener Teil der Änderung des Schwingungsverhaltens bestimmt werden kann, welcher nicht auf Änderungen dieser Parameter zurückgeht, und somit auf eine Füllstandsveränderung schließen lässt.

[0018] Alternativ zum Vergleich mit dem Schwingungsverhalten bzw. dem Echo bei einem bekannt leeren Behälter kann natürlich auch vorgesehen sein, dass ein aktuelles Schwingungsverhalten, insbesondere ein Echo, mit einem zuletzt aufgezeichneten Schwingungsverhalten, insbesondere einem letzten Echo, verglichen wird, um eine Füllstandsveränderung zu erfassen. Insbesondere dann, wenn in regelmäßigen Zeitabständen Echos erfasst werden, kann dadurch eine Füllstandsveränderung mit hoher Genauigkeit erfasst werden.

[0019] Günstig ist es, wenn das Schwingungsverhalten bei leerem Behälter gemessen und eine spätere Messung des Schwingungsverhaltens mit dem Schwingungsverhalten des leeren Behälters verglichen wird. Die Messung des Schwingungsverhaltens bei leerem Behälter kann beispielsweise bei Auslieferung des Behälters oder nach einer Entleerung des Behälters erfolgen, sodass ein Referenzwert erfasst wird, bei welchem mit Sicherheit der Behälter entleert ist.

[0020] Es kann auch vorgesehen sein, dass ein leerer Behälterzustand, welcher die Durchführung einer Referenzmessung des Schwingungsverhaltens bei leerem Behälter auslöst, akustisch, optisch, mechanisch, insbesondere durch Erfassung von Bewegungen und/oder Beschleunigungen, durch Abgleich mit einem Entleerungsplan und/oder einer Route eines Entleer-Fahrzeuges

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bestimmt wird. So kann beispielsweise ein Sensor wie ein Mikrophon, ein Beschleunigungssensor und/oder ein optischer Sensor im Inneren des Behälters vorgesehen sein, mit welchem Sensor Lageänderungen, akustische und/oder optische Signale erfasst werden können, welche üblicherweise im Zusammenhang mit einer Entleerung stehen, um einen leeren Behälterzustand zu ermitteln.

[0021] Es versteht sich, dass ein derartiger Sensor auch eingesetzt werden kann, um eine Schwingungsmessung zur Erfassung einer Füllstandsveränderung auszulösen, beispielsweise wenn mittels des Sensors eine Lageänderung, ein akustisches und/oder ein optisches Signal erfasst wird, welches signifikant für einen Einwurf eines Gegenstandes in den Behälter ist.

[0022] Ferner kann ein leerer Behälterzustand und/oder eine Veränderung eines Füllstandes erfasst werden, indem eine Behälteröffnung, insbesondere eine Deckelöffnung, mechanisch, optisch und/oder akustisch überwacht wird. Der Zustand bzw. die Zustandsveränderung kann in weiterer Folge für eine Erfassung des Schwingungsverhaltens genutzt werden. Beispielsweise können Bewegungen wie insbesondere Lage oder Winkeländerungen an der Behälteröffnung bzw. einem Verschluss einer Behälteröffnung, durch welche ein Einwurf und/oder über welche eine Entleerung erfolgen kann, mechanisch durch Bewegungs- und/oder Beschleunigungssensoren, optisch und/oder akustisch erfasst werden, um auf Zeitpunkte schließen zu können, zu welchen mit erhöhter Wahrscheinlichkeit eine Füllstandsveränderung erfolgt, sodass in weiterer Folge basierend auf der erhöhten Wahrscheinlichkeit für die Füllstandsveränderung ein Schwingungsverhalten erfasst wird.

[0023] Günstig ist es, wenn das Schwingungsverhalten in festen Zeitabständen analysiert wird und dann auf eine Füllstandsveränderung geschlossen wird, wenn sich das Schwingungsverhalten innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls um mehr als einen vordefinierten Schwellwert ändert. So kann beispielsweise eine sehr langsame Änderung des Schwingungsverhaltens durch eine Temperaturänderung, eine Druckänderung, eine Änderung einer Luftfeuchtigkeit oder Alterungseffekte des Behälters bewirkt sein. Anhand der Geschwindigkeit, mit welcher sich das Schwingungsverhalten ändert, kann auf eine Änderung geschlossen werden, welche beispielsweise allein aufgrund der geringen Geschwindigkeit auf keine Füllstandsveränderung schließen lässt oder aufgrund einer besonders hohen Geschwindigkeit, die nicht durch andere Faktoren plausibel erklärbar ist, mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Füllstandsveränderung schließen lässt.

[0024] Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Temperatur kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen gemessen und eine Erfassung des Schwingungsverhaltens ausgelöst wird, wenn sich die gemessene Temperatur zwischen zwei Messungen um mehr als einen vordefinierten Betrag verändert hat. Die Erfassung einer Temperatur im oder am Behälter ist mit weniger Energieaufwand möglich als die Erfassung des Schwingungsverhaltens, weswegen eine Erfassung eines Schwingungsverhaltens, welche durch eine Temperaturveränderung ausgelöst wird, zu einem mit besonders geringem Energieaufwand umsetzbaren Verfahren führt. Es versteht sich, dass eine Kombination der Trigger Zeitablauf und Temperaturveränderung möglich ist und das Schwingungsverhalten somit gegebenenfalls auch sowohl in festen Zeitabständen als auch bei erfassten Temperaturveränderungen erfasst werden kann. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch weitere Trigger eingesetzt werden können, beispielsweise Veränderungen von Druck, Luftfeuchtigkeit und dergleichen.

[0025] Eine Änderung des Schwingungsverhaltens kann ergänzend zur Änderung der Echocharakteristik beispielsweise eine Änderung einer oder mehrerer Eigenfrequenzen des Behälters um mehr als eine vordefinierte Schweillfrequenz, beispielsweise mehr als 0,5 Hz sein. Weiter kann eine Änderung des Schwingungsverhaltens eine Änderung einer Echolautstärke nach einer vordefinierten Zeit um mehr als einen vordefinierten Betrag, welcher beispielsweise in mV oder dB gemessen werden kann, oder eine Fläche unter einer Hüllkurve sein, welche über ein akustisches Signal, insbesondere über ein Echo, innerhalb eines vordefinierten Zeitraumes gelegt wird, beispielsweise eine Hüllkurve über ein gemessenes akustisches Signal in einem Zeitraum, welcher mit der Anregung beginnt und 15 Sekunden nach der Anregung, endet.

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[0026] Um eine qualitativ hochwertige Bestimmung der Füllstandsveränderung zu erreichen, kann ein zeitlicher Verlauf einer Änderung des Schwingungsverhaltens analysiert werden. So kann beispielsweise eine Änderung des Schwingungsverhaltens, welche innerhalb weniger Sekunden oder Minuten stattfindet, ein Hinweis auf eine erfolgte Füllstandsveränderung, beispielsweise durch Einwurf eines Briefes in einen Briefkasten, sein, während eine mehrere Tage oder Wochen andauernde Änderung des Schwingungsverhaltens, welche zudem kontinuierlich erfolgt, ein Hinweis auf eine Änderung des Schwingungsverhaltens sein kann, welche lediglich durch eine Änderung von Temperatur, Druck oder Luftfeuchtigkeit oder anderer vom Füllstand unabhängiger Faktoren bedingt ist. Durch Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Änderung des Schwingungsverhaltens kann somit die Qualität der Bestimmung der Füllstandsveränderung erhöht werden. Bei der Beurteilung der Füllstandsveränderung anhand der Geschwindigkeit der Veränderung des Schwingungsverhaltens werden somit bevorzugt aktuell gemessene Daten in Bezug auf das Schwingungsverhalten mit zuletzt gemessenen Daten verglichen.

[0027] Bei einem Verfahren zum Entleeren eines Briefkastens, wobei eine Entleerung des Briefkastens durch eine Füllstandsveränderung ausgelöst wird, ist es günstig, wenn die Füllstandsveränderung in einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird.

[0028] Die Füllstandsveränderung kann beispielsweise an eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt werden, welche in weiterer Folge immer dann, wenn sich ein Füllstand des Briefkastens innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, beispielsweise innerhalb von weniger als 24 Stunden oder weniger als einer Woche, ändert, eine Entleerung des Briefkastens auslöst. Nachdem somit Briefkästen nicht entleert werden, welche ohnedies leer sind und seit der letzten Entleerung keine Füllstandsveränderung erfahren haben, kann die Entleerung von mehreren Briefkästen eines Postsystems somit wesentlich effizienter gestaltet werden, da Leerfahrten vermieden werden.

[0029] Wenngleich eine Bestimmung einer Füllstandsveränderung auch ausschließlich mittels einer Erfassung einer Änderung des Schwingungsverhaltens erfolgen kann, kann ergänzend eine optische Erfassung eines Behälterinneren und/oder eine Abstandsmessung zur Erfassung eines Gegenstandes im Behälter durchgeführt werden, um ein besonders genaues Messgenauigkeit zu erreichen.

[0030] Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System der eingangs genannten Art gelöst, welches einen Sensor zum Erfassen einer Schwingungscharakteristik aufweist, welche eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz des Behälters umfasst, insbesondere einen Ultraschallsensor, wobei das System zur Aufzeichnung von gemessenen Schwingungscharakteristiken und zum Vergleich einer aktuell gemessenen Schwingungscharakteristik mit einer gespeicherten Schwingungscharakteristik eingerichtet ist.

[0031] Bevorzugt ist das System zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.

[0032] Das System kann beispielsweise einen Signalgeber wie einen Ultraschallsender zum Aussenden eines Ultraschallsignals oder einen Hammer zum Anschlagen des Behälters, einen Sensor zur Erfassung des Schwingungsverhaltens bzw. einer Schwingungsantwort, welche sich nach Aussenden der Anregung mittels des Signalgebers ergibt, wie einen Ultraschallsensor bzw. ein Mikrofon, sowie einen Datenspeicher aufweisen, wobei im Datenspeicher beispielsweise ein auf eine Anregung mittels des Ultraschallsensors folgendes akustisches Signal oder eine davon abgeleitete Größe wie ein Frequenzspektrum gespeichert werden kann, um zu einem späteren Zeitpunkt gemessene entsprechende Signale mit früheren Signalen vergleichen zu können.

[0033] Auf eine Füllstandsveränderung kann dann auf einfache Weise dadurch geschlossen werden, dass ein aktuelles Signal bzw. eine aktuelle Schwingungscharakteristik um mehr als einen vordefinierten Grenzwert, welcher in Hz, dB oder mV bzw. einer davon abgeleiteten Größe angegeben sein kann, von einer früheren Schwingungscharakteristik abweicht. Das System weist üblicherweise eine Datenverarbeitungseinrichtung wie einen Mikrocontroller auf, mit welchem die Beurteilung einer Änderung des Schwingungsverhaltens und somit die Erfassung einer Füll-

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standsveränderung durchgeführt werden kann.

[0034] Günstig ist es, wenn ein Datenmodem und eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen sind, wobei mittels des Datenmodems Daten in Bezug auf die Füllstandsveränderung und/oder Daten in Bezug auf ein erfasstes Schwingungsverhalten, insbesondere gemessene Daten in Bezug auf akustische Signale oder gemessene Ultraschallsignale, an die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung übermittelbar sind, insbesondere über ein Mobilfunknetz. Wird eine Füllstandsveränderung ermittelt, kann dann beispielsweise eine Entleerung des Behälters zentral ausgelöst werden, insbesondere indem eine Fahrt eines Fahrzeuges zum Entleeren des Behälters automatisiert ausgelöst wird.

[0035] Um das System autark, also ohne externe Energieversorgung, betreiben zu können, ist bevorzugt ein lokaler Energiespeicher, insbesondere eine Batterie vorgesehen. Das System kann mit einem Ultraschallsender, einem entsprechenden Sensor, einem Datenspeicher und einem Modem auch sehr energieeffizient ausgebildet sein, sodass eine Batterie für eine Energieversorgung über mehrere Jahre ausreichen kann.

[0036] Natürlich besteht auch die Möglichkeit, einen Akkumulator vorzusehen, welcher beispielsweise über eine Bewegung eines Teiles des Behälters oder mittels photovoltaischer Zellen geladen werden kann.

[0037] Besonders günstig ist es, wenn das System kompakt ausgebildet ist, insbesondere, wenn das System in einem Briefkasten anbringbar ist, insbesondere innenseitig an einem Deckel. Das System kann in den Briefkasten geklebt oder mit diesem kraft- oder formschlüssig verbunden sein.

[0038] Um durch eine Temperaturänderung bedingte Änderungen des Schwingungsverhaltens bei Ermittlung der Füllstandsveränderung berücksichtigen zu können, ist bevorzugt ein Temperatursensor vorgesehen.

[0039] Damit auch durch eine Änderung der Luftfeuchtigkeit bedingte Änderungen der Schwingungscharakteristik berücksichtigt werden können, ist es günstig, wenn ein Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung einer Luftfeuchte vorgesehen ist.

[0040] Weiter hat es sich bewährt, dass ein Drucksensor zur Bestimmung eines Luftdrucks vorgesehen ist, um auch Änderungen der Schwingungscharakteristik, welche auf eine Änderung des Luftdrucks zurückgehen, berücksichtigen zu können, sodass ausgeschlossen werden kann, dass eine Füllstandsveränderung ermittelt wird, obwohl sich lediglich eine Temperatur, eine Luftfeuchte oder ein Druck geändert haben.

[0041] Ergänzend kann das System, welches bevorzugt innenseitig an einem Behälterdeckel angeordnet wird, einen Abstandssensor aufweisen, welcher beispielsweise als Infrarotsensor oder Ultraschallsensor ausgebildet sein kann, um ergänzend einen im Behälter befindlichen Gegenstand auch mittels einer Abstandsmessung erfassen zu können. Eine solche Messung kann auch zur Erfassung einer Behälterentleerung und anschließender Durchführung einer Referenzmessung herangezogen werden.

[0042] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

[0043] Fig. 1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; [0044] Fig. 2 Diagramme eines gemessenen Schwingungsverhalten in einem Behälter.

[0045] Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Füllstandsveränderung. Demnach wird nach einem Ingangsetzen des Systems in einem ersten Schritt 1, bei dem bekannt ist, dass der Behälter leer ist, der Behälter angeregt bzw. ein Signal in den Behälter eingebracht, im Ausführungsbeispiel mit einem Ultraschallsender. Anschließend wird eine Schwingungsantwort des Behälters im Inneren mittels eines Ultraschallsensors erfasst. Hierbei wird ein akustisches Signal im Ultraschallbereich über beispiels-

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weise zehn oder 15 Sekunden nach der Anregung, also ein Echo, aufgezeichnet, welches somit charakteristisch für einen leeren Behälter ist und als Referenzmessung dienen kann.

[0046] Weiter werden in diesem Verfahrensschritt auch eine Temperatur im Behälter, eine Luftfeuchtigkeit sowie eine Luftfeuchte gemessen und aufgezeichnet.

[0047] In einem weiteren, zweiten Verfahrensschritt 2 wird eine neue Messung ausgelöst. Dies kann aufgrund eines Ablaufes eines Zeitintervalls seit dem Verfahrensschritt 1, beispielsweise einer Minute oder einer Stunde, oder eines Signals eines Sensors erfolgen, welches Signal auf eine Füllstandsveränderung hindeutet, insbesondere eines Signals eines Beschleunigungssensors oder eines akustischen oder optischen Signales. So kann das System beispielsweise auch dazu eingerichtet sein, mittels eines Beschleunigungssensors, akustisch und/oder optisch eine Manipulation am Behälter, welcher vorzugsweise ein Briefkasten ist, zu ermitteln, um Zeitpunkte zu erfassen, an welchen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Änderung des Füllstandes erfolgt.

[0048] Durch den Verfahrensschritt 2 wird somit eine neue Messung ausgelöst, welche im Verfahrensschritt 3 durchgeführt wird. Im Verfahrensschritt 3 wird der Behälter erneut mittels des Ultraschallsenders angeregt und eine Schwingungsantwort ermittelt. Hierzu wird wieder das Schwingungsverhalten analysiert, wobei wieder eine Messung mittels eines Ultraschallsensors im Inneren des Behälters erfolgen und gegebenenfalls eine davon abgeleitete Größe ermittelt werden kann, beispielsweise ein Frequenzspektrum mittels einer Frequenzanalyse.

[0049] In diesem Verfahrensschritt 3 werden mit dem Schwingungsverhalten auch wieder Temperatur, Druck und Luftfeuchte gemessen.

[0050] In einem vierten Verfahrensschritt 4 wird das im Verfahrensschritt 3 gemessene Schwingungsverhalten verglichen mit dem im Verfahrensschritt 1 gemessenen Schwingungsverhalten, wobei Änderungen im Schwingungsverhalten berücksichtigt werden, welche auf Änderungen der Temperatur, des Druckes oder der Luftfeuchtigkeit zurückgehen. Hierzu können Auswirkungen von Temperatur-, Druck- und Luftfeuchtigkeitsänderungen auf das Schwingungsverhalten empirisch oder rechnerisch ermittelt und insbesondere über Korrelationskoeffizienten in einem Speicher des Systems abgelegt sein, sodass anhand von gemessenen Änderungen bei Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit auf dadurch bedingte Änderungen des Schwingungsverhaltens geschlossen werden kann. Änderungen des Schwingungsverhaltens, die nicht auf Änderungen von Druck, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit zurückgehen, sind somit als durch eine Füllstandsveränderung bewirkt anzusehen. Ergebnis des Verfahrensschrittes 4 ist somit die Signaldifferenz zwischen den in den Verfahrensschritten 3 und 1 gemessenen Signalen, gegebenenfalls berichtigt um Änderungen, die auf Temperatur-, Druck- und Luftfeuchtigkeitsänderungen zurückgehen.

[0051] In einem nächsten Schritt wird untersucht, ob die Änderung des Schwingungsverhaltens zwischen den Schritten 3 und 1, gegebenenfalls nach Abzug der durch die Änderung von Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit bedingten Änderungen, einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, welcher Schwellwert ausreichend hoch ist, sodass Toleranzen beim Ultraschallsender und Ultraschallempfänger allein keine Schwellwertüberschreitung auslösen. In einem weiteren Verfahrensschritt 5 wird somit geprüft, ob das Ergebnis der in Verfahrensschritt 4 durchgeführten Subtraktion oberhalb des Schwellwertes liegt.

[0052] Liegt die Änderung des Schwingungsverhaltens oberhalb dieses Schwellwertes, wird auf eine Änderung des Füllstandes geschlossen, wodurch beispielsweise im sechsten Verfahrensschritt 6 eine Entleerung ausgelöst werden kann, insbesondere mittels eines Fahrzeuges, welches den Behälter entleert. Die Entleerung kann dazu genutzt werden, um eine neue Referenzmessung durchzuführen, mit welcher spätere Messungen verglichen werden können, um eine Füllstandsveränderung, also eine Befüllung, zu bestimmen, sodass das Verfahren wieder beginnend mit Verfahrensschritt 1 durchlaufen wird.

[0053] Liegt die Änderung des Schwingungsverhaltens unterhalb des Schwellwertes, wird mit Verfahrensschritt 2 fortgefahren, also nach Ablauf eines vordefinierten Zeitintervalls oder bei Eintritt eines bestimmten Ereignisses wie beispielsweise bei Eintritt eines akustischen Ereignisses

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im Briefkasten, eine erneute Messung im Verfahrensschritt 3 durchgeführt.

[0054] Wenngleich im Ausführungsbeispiel der Vergleich einer aktuellen Messung mit einer Referenzmessung bei leerem Behälter beschrieben ist, kann alternativ oder ergänzend auch jeweils das Ergebnis einer aktuellen Messung eines Echos oder eine sonstige Messung des Schwingungsverhaltens mit einer oder mehreren anderen, vorhergehenden Messungen verglichen werden. Beispielsweise kann insbesondere bei Durchführung von Messungen in regelmäßigen Zeitintervallen immer ein Vergleich mit einer letzten Messung durchgeführt werden, um eine Füllstandsveränderung anhand einer vergleichsweise großen Änderung des Schwingungsverhaltens innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls zu erfassen.

[0055] Fig. 2 zeigt zwei Diagramme, wobei ein oberes Diagramm Hüllkurven über zeitliche Verläufe von Messwerten eines Ultraschallsensors zeigt. Die durchgezogene Linie zeigt dabei eine Schwingungsantwort, also ein aufgezeichnetes akustisches Signal bzw. eine Echocharakteristik, auf eine erfolgte Anregung bei einem leeren Behälter, welches eine Referenzmessung bildet, während die strichliert dargestellte Linie eine Hüllkurve über eine Schwingungsantwort bzw. ein akustisches Signal im Behälter nach einer Anregung in einer Situation zeigt, bei welcher sich ein einziger Brief im Behälter befindet. Eine weitere punktiert dargestellte Linie zeigt eine weitere Schwingungsantwort nach Einwurf eines Briefes, Die durchgezogene Linie zeigt somit das Ergebnis der Referenzmessung, während die strichlierte Linie und die punktiert dargestellte Linie Vergleichsmessungen zeigen.

[0056] Das untere Diagramm der Fig. 2 zeigt Differenzen zwischen den Echos mit Brief und dem Echo ohne Brief, also die strichlierte sowie die punktiert dargestellte Hüllkurve abzüglich der als durchgezogene Linie dargestellten Referenzmessung jeweils über die Zeit, beispielsweise 10 Sekunden nach einer Anregung.

[0057] Wie anhand der somit im unteren Diagramm dargestellten Signaldifferenz gut ersichtlich, ändert sich die Echocharakteristik signifikant zwischen dem Zustand bei leerem Behälter und den Zuständen, bei denen sich Briefe im Behälter befinden, weswegen anhand der Änderung der Echocharakteristik auf eine Füllstandsveränderung geschlossen werden kann. Zur automatisierten Erfassung einer Füllstandsveränderung kann somit beispielsweise eine Fläche der unter der im unteren Diagramm dargestellten Differenz aus Vergleichsmessung und Referenzmessung mit einem Schwellwert verglichen und bei Überschreiten des Schwellwertes auf eine erfolgte Füllstandsveränderung geschlossen werden. Um eine Genauigkeit der Erfassung der Füllstandsveränderung zu erhöhen, können weitere Parameter wie Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfasst werden. Zudem ist es möglich, ergänzend auch eine Abstandsmessung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren, um eine noch höhere Qualität der Messung zu erreichen.

[0058] Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren sowie einem System hierzu kann somit auf besonders einfache und gleichzeitig prozesssichere Weise eine Füllstandsveränderung an einem Briefkasten oder einem sonstigen Behälter bestimmt werden, wodurch Fahrten zu leeren Behältern vermieden werden können, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, dass eingeworfene Briefe rasch aus dem Briefkasten entnommen werden.

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A ‚hes AT 528 327 B1 2026-01-15 Ss N Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter angeregt und ein Schwingungsverhalten des Behälters, welches eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz umfasst, erfasst wird, wonach das Schwingverhalten mit einem zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten des Behälters verglichen und bei einer einen vordefinierten Schwellwert überschreitenden Abweichung des Schwingungsverhaltens auf eine Füllstandsveränderung geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schwingungsverhalten auch eine Temperatur gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch die Temperatur mit der zum früheren Zeitpunkt gemessenen Temperatur verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhaltens von dem zum früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf eine Temperaturveränderung zurückgehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schwingungsverhalten auch eine Luftfeuchtigkeit gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch die Luftfeuchtigkeit mit der zum früheren Zeitpunkt gemessenen Luftfeuchtigkeit verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhaltens von dem zu einem früheren Zeitpunkt aufgezeichneten Schwingungsverhalten Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf eine Änderung der Luftfeuchtigkeit zurückgehen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schwingungsverhalten auch ein barometrischer Druck gemessen und bei Vergleich des gemessenen Schwingungsverhaltens mit dem zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhalten auch der barometrische Druck mit dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen barometrischen Druck verglichen wird, wobei bei Abweichungen des gemessenen Schwingungsverhaltens von dem zum früheren Zeitpunkt gemessenen Schwingungsverhaltens Änderungen des Schwingungsverhaltens berücksichtigt werden, welche auf die Änderung des barometrischen Drucks zurückgehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsverhalten bei leerem Behälter gemessen wird und spätere Messungen des Schwingungsverhaltens mit dem Schwingungsverhalten des leeren Behälters verglichen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuelles Schwingungsverhalten, insbesondere ein Echo, mit einem zuletzt aufgezeichneten Schwingungsverhalten, insbesondere einem letzten Echo, verglichen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein leerer Behälterzustand, welcher die Durchführung einer Referenzmessung des Schwingungsverhaltens bei leerem Behälter auslöst, akustisch, optisch, mechanisch, insbesondere durch Erfassung von Bewegungen und/oder Beschleunigungen, durch Abgleich mit einem Entleerungsplan und/oder einer Route eines Entleer-Fahrzeuges bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingverhalten in festen Zeitabständen analysiert wird und dann auf eine Füllstandsveränderung geschlossen wird, wenn sich das Schwingungsverhalten innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls um mehr als einen vordefinierten Schwellwert ändert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen gemessen und eine Erfassung des Schwingungsverhaltens ausgelöst wird, wenn sich die gemessene Temperatur zwischen zwei Messungen um mehr als einen vordefinierten Betrag verändert hat.

10. Verfahren zum Entleeren eines Briefkastens, wobei eine Entleerung des Briefkastens durch eine Füllstandsveränderung ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandsveränderung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend eine optische Erfassung eines Behälterinneren und/oder eine Abstandsmessung zur Erfassung eines Gegenstandes im Behälter durchgeführt wird.

12. System zum Bestimmen einer Füllstandsveränderung in einem Behälter, aufweisend eine Einrichtung zur mechanischen Anregung des Behälters, insbesondere einen Signalgeber, sowie einen Sensor zum Erfassen einer Schwingungscharakteristik, welche eine Echocharakteristik und optional eine Eigenfrequenz des Behälters umfasst, insbesondere einen Ultraschallsensor, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Aufzeichnung von gemessenen Schwingungscharakteristiken und zum Vergleich einer aktuell gemessenen Schwingungscharakteristik mit einer gespeicherten Schwingungscharakteristik eingerichtet ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Datenmodem und eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen sind, wobei mittels des Datenmodems Daten in Bezug auf die Füllstandsveränderung an die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung übermittelbar sind.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein lokaler Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, vorgesehen ist.

15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System in einem Briefkasten anbringbar ist, insbesondere innenseitig an einem Deckel.

16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor vorgesehen ist.

17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung einer Luftfeuchte vorgesehen ist.

18. System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor zur Bestimmung eines Luftdrucks vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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