借助测量发出的高频辐射测量容器中的液体的体积的设备

技术领域

本发明涉及一种用于借助于测量发出的高频辐射来测量容器中的液体的体积的设备。

背景技术

已知的是，借助于测量容器来测量液体的体积。然而，将液体移注到测量容器中不总是切实可行的。例如存在如下液体，所述液体在移注时释放气体或其中测量物品的一部分蒸发。其他液体可能与环境气体发生反应。此外，其他液体应当出于卫生原因与尽可能少的其他材料接触。

同样已知的是，在密度已知时借助于测量重量来确定体积。然而，在这种测量中，随后也必须已知液体所处于的容器的重量。如果所述重量并非是事先已知的，那么体积确定在排空液体之后才可以进行或仅可以作为差值测量进行。这通常是不利的。还证明的是，称重设备相对昂贵地且耗费地构成。

发明内容

基于此，本发明的目的是，提供简单的和/或低成本的可能性，借助其可以确定容器中、尤其柔性的容器中的液体。优选地，在此应当能够实现迅速地、尤其实时地测量。

所述目的通过一种用于借助于测量发出的高频辐射来测量容器中的液体的体积的设备来实现，所述设备具有：控制单元，发射器，至少一个第一发射天线和至少一个第二发射天线，至少一个第一接收天线和接收器，其中发射器设立用于在运行中发出高频辐射，其中第一发射天线和第二发射天线设立用于在运行中发出高频辐射，使得辐射可以到达容器，其中接收天线设立用于在运行中接收由容器反射的高频辐射，其中接收器设立用于在运行中接收由接收天线接收的高频辐射，其中控制单元设立用于操控发射器，使得发射器发出高频辐射，并且其中控制单元还设立用于，如下评估由接收器接收的高频辐射，即确定用于容器中的液体的体积的量度，其中从信道状态信息中确定用于容器中的液体的体积的量度。

所述目的也通过一种用于借助于测量发出的高频辐射来测量容器中的液体的体积的设备来实现，所述设备具有：控制单元，发射器，至少一个第一发射天线和至少一个第二发射天线，至少一个第一接收天线和第二接收天线和接收器，其中发射器设立用于在运行中发出高频辐射，其中第一发射天线和第二发射天线设立用于在运行中发出高频辐射，使得辐射可以到达容器，其中第一接收天线设立用于在运行中接收由容器反射的高频辐射，其中第二接收天线设立用于在运行中接收由容器透射的高频辐射，其中控制单元设立用于操控发射器，使得发射器发出高频辐射，并且其中控制单元还设立用于基于所接收到的数字数据包如下评估由接收器接收的高频辐射，即确定用于容器中的液体的体积的量度，其中从信道状态信息中确定用于容器中的液体的体积的量度。

其他有利的设计方案是各从属的权利要求、附图和说明书的主题。

附图说明

下面，参照附图详细阐述本发明。在附图中示出：

图1示出本发明的实施方式中的元件的示意概览；

图2示出根据本发明的实施方式的天线关于容器的示意设置；

图3示出根据本发明的实施方式中的替选的或附加的方面的天线关于容器的示意设置；

图4示出根据本发明的实施方式中的替选的或附加的方面的天线关于容器的示意设置；以及

图5示出根据本发明的实施方式中的替选的或附加的方面的天线关于容器的示意设置。

具体实施方式

下面，本发明参照附图详细地示出。在此要注意的是，描述不同的方面，所述方面可以分别单独地或以组合的方式使用。也就是说，每个方面可以与本发明的不同的实施方式一起使用，只要没有明确地描述为纯的替选方案。

此外，下面为了简单性，通常总是仅参照一个实体。只要没有明确地注明，本发明然而也可以分别具有相关实体中的多个实体。就此而言，将词语“一”、“一个”的使用仅理解为以下指示，在单一的实施方式中使用至少一个实体。

就下面描述的方法而言，方法的各个步骤能够以任何顺序排列和/或组合，只要通过关联关系没有明确得出一点不同。此外，只要没有明确地另外标记，这些方法可以相互组合。

带有数值的说明通常不应理解为精确值，而是也包括+/-1％到+/-10％的公差。

在下文中，我们尤其参考图1，其中示出本发明的实施方式中的元件的示意概览。也就是说，并非所有元件对于根据本发明的解决方案都是必需的。

在本发明的第一实施方式中，提供一种用于借助于测量发出的高频辐射来测量容器B中的液体的体积的设备1。

设备1具有控制单元C，发射器TX，至少一个第一发射天线ANT_TX1和至少一个第二发射天线ANT_TX2，至少一个第一接收天线ANT_RX1和接收器RX。这种设置在图2中示意地示出。

发射器TX设立用于在运行中发出高频辐射。能够在一个或多个频率上调制辐射。高频辐射承载数字数据包。

第一发射天线ANT_TX1和第二发射天线ANT_TX2设立用于在运行中发出高频辐射，使得辐射能够到达容器B。

接收天线ANT_RX1又设立用于在运行中接收由容器B反射的高频辐射。

也就是说，设备1具有(多个)发射天线、容器B和(多个)接收天线的预定的设置。

接收器RX设立用于在运行中接收由接收天线ANT_RX1接收的高频辐射。

控制单元C设立用于操控发射器TX，使得发射器TX发出高频辐射。也就是说，通过控制使发射器TX受控地(经由一个或多个天线)(在一个或多个频率上)发出高频辐射。

控制单元C还设立用于基于接收到的数字数据包如下评估由接收器RX(经由一个或多个天线)(在一个或多个频率上)接收的高频辐射，即确定用于容器B中的液体的体积的量度。

在此，用于容器B中的液体的体积的量度优选地从信道状态信息中确定。

信道状态信息在许多无线(数字)通信系统中用于表征通信信道的特性。因此，信道状态信息反映了沿着传播路径的特性，所述特性例如受到散射、衰减、距离导致的功率下降等影响。

借助于评估信道状态信息，例如可以获得以下线索：应当如何改变发射特性，使得在给定信道特性的情况下，可以实现具有预选特性(例如达到特定的数据率)的安全连接。然而，这种可调整性在本发明中并不关键。对于本发明，仅对传播路径的特性的描述是感兴趣的。就此而言，以类似的方式反映传播路径的特性的其他信息能够以相同的方式使用。本发明利用了在传播信号时，尤其是在穿过液体时的信道状态信息数据包的改变：特定的包在穿过液体后显示错误。对沿着信号传播产生错误的认识用于确定液体体积。

在不限制一般性的情况下，如在图2中的设置可以设置成，使得在所使用的发射天线ANT_TX1和ANT_TX2之间的连接线相对于容器B形成1°至180°、优选30°至90°的角度。

在本发明的第二实施方式中，提供一种用于借助于测量发出的高频辐射来测量容器B中的液体的体积的设备1。

设备1再次具有控制单元C、发射器TX、至少一个第一发射天线ANT_TX1和至少一个第二发射天线ANT_TX2、至少一个第一接收天线ANT_RX1和第二接收天线ANT_RX2以及接收器RX。这种设置在图1中示意地示出。

发射器TX设立用于在运行中发出高频辐射。

发射器TX设立用于在运行中发出高频辐射。辐射能够在一个或多个频率上调制。高频辐射承载数字数据包。

第一发射天线ANT_TX1和第二发射天线ANT_TX2设立用于在运行中发出高频辐射，使得辐射能够到达容器B。

第一接收天线ANT_RX1设立用于在运行中接收由容器B反射的高频辐射。

而第二接收天线ANT_RX2设立用于在运行中接收由容器B透射的高频辐射。

也就是说，设备1具有(多个)发射天线、容器B和(多个)接收天线的预定的设置。

控制单元C设立用于操控发射器，使得发射器TX发出高频辐射。也就是说，通过控制，使发射器TX受控地(经由一个或多个天线)(在一个或多个频率上)发出高频辐射。

控制单元C此外设立用于基于接收到的数字数据包如下评估由接收器RX接收的高频辐射，使得确定用于容器B中的液体的体积的量度。

优选地，在此从信道状态信息中确定用于容器B中的液体的体积的量度。

信道状态信息在许多无线通信系统中用于表征通信信道的特性。因此，信道状态信息反映了沿着传播路径的特性，所述特性例如受到散射、衰减、距离导致的功率下降等影响。信道状态信息在此应与效力较小的RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示)区分。

借助于评估信道状态信息，例如可以获得以下线索：应当如何改变发射特性，使得在给定信道特性的情况下，可以实现具有预选特性(例如达到特定的数据速率)的安全连接。(本发明利用了在传播信号时，尤其在穿过液体时的信道状态信息数据包的改变：特定的包在穿过液体后显示错误。对沿着信号传播产生错误的认识用于确定液体体积。然而，这种可调整性在本发明中并不关键。对于本发明，仅对传播路径的特性的描述是感兴趣的。就此而言，以类似的方式反映传播路径的特性的其他信息能够以相同的方式使用。

所述第二实施方式特别好地适用于识别袋中的液体，所述液体在体积改变时倾向于改变形状，例如通过侧向移动、按压等。在柔性袋中的液体的体积改变时会出现压皱、坑洼、移位等，这会对其他测量装置产生干扰性影响，因为这会导致容器(即袋)的壁相对于测量装置、如传感器或天线移动。

尽管上面已经分开地描述了设备1，但是可以提出，两个实施方式在共同的设备中提供。因此，可以在设备1内基于不同的测量协议同时地或也时间错开地分别从信道状态信息中确定用于容器B中的液体的体积的量度。然后，两个这样确定的量度例如可以提供用于可信度测试和/或通知。要注意的是，通过机智地选择，一个或多个天线也可以用作为发射和接收天线(例如用于一个实施方式中或根据第一实施方式的第一测量中和根据第二实施方式的第二测量中的不同的空间测量)。

也就是说，由于预设的结构，在所有实施方式中，能够以特别简单的方式无接触地测量容器B中的体积。

在不限制本发明的一般性的情况下，对此例如可以使用诸如能够在WLAN设备中存在的传统硬件。由此，可以提供特别低成本的设备1。例如，接收器RX和发射器TX和/或相关联的天线可以是WLAN设备的组件。已知的是，例如特定的网络芯片组可以实现：确定信道状态信息或提供所述确定所基于的数据。示例性的芯片组作为Atheros芯片组销售。提供这些信息的芯片组通常也可以在接入点(Access point)中存在，例如支持WLAN的路由器和支持MIMO的设备。例如，也由英特尔提供能够提供信道状态信息的芯片组或WLAN卡。

因此，能够特别简单地借助作为控制单元C的唯一的计算机和两个可以实现确定CTI值的网络接口来实现相应的设备1。

在本发明的实施方式中可选地提出，在第一发射天线ANT_TX1和第一接收天线ANT_RX1之间的距离至少为要发出的高频辐射的所使用的波长的3/8。

在本发明的实施方式中此外可选地提出，在第一发射天线ANT_TX1和/或第一接收天线ANT_RX1关于容器B之间的距离至少为要发出的高频辐射的所使用的波长的3/8。

在本发明的实施方式中可选地提出，在第一发射天线ANT_TX1和第一接收天线ANT_RX1之间的距离大约为要发出的高频辐射的所使用的波长的四倍。

此外，在本发明的实施方式中提出，选择高频辐射，近场通信系统的辐射，或允许用于工业的、科学的、医学的、家用的目的或非无线电应用的类似目的的频率的辐射。

典型的近场通信系统例如是WLAN、蓝牙(Low Energy，低能量)、ZigBee、DECT(Ultra Low Energy，超低能量)或它们的升级系统，而在此不限于特定规范。允许用于工业的、科学的、医学的、家用的目的或非无线电应用的其他目的的典型频率在于如下频率范围：433.05MHz-434.79MHz、902MHz-928MHz、2.4GHz-2.5GHz、5.725GHz-5.875GHz、24GHz-24.25GHz、61GHz-61.5GHz、122GHz-123GHz和244GHz-246GHz，但不限于这些。

然而，在本发明的一个实施方式中，利用频率出自2GHz至4GHz的范围、尤其为2.4GHz的高频辐射，并且尤其利用在WLAN谱中和/或根据对应于IEE 002-11-2012的概括的WLAN规范IEEE 802.11IEEE802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11n的信号。

在本发明的另一实施方式中，容器B是袋。袋的特征在于，它们通常是封闭的，并且液体经由受控的打开可以流出袋/流入袋。此外，袋可以改变其外部形状，例如当从容器B中取出液体时。也就是说，尤其如果袋B可提供的体积大于袋B中的液体所需要的体积，那么外部形状会在例如重力的影响下改变。

作为容器B的袋是确定体积的大的挑战，但在本发明的范围内可容易地解决。

在本发明的一个实施方式中，至少一个发射天线ANT_TX1安置在容器B或容纳部H上。例如，可以印刷或粘贴天线。然后借助于合适的接触装置，天线可以由发射器接触。在容器B或容纳部H上提供天线例如在如下情况下可以是有利的，即当在发射天线与容器B或液体之间的距离应当是小的或被限定时。

在本发明的另一实施方式中，至少一个接收天线ANT_RX1安置在容器B或容纳部H上。例如，可以印刷或粘贴天线。然后借助于合适的接触装置，天线可以由发射器接触。在容器B或容纳部H上提供天线例如在如下情况下可以是有利的，即当在接收天线与容器B或液体之间的距离应当是小的或被限定时。

这种发射天线或接收天线的安置的地点例如可以根据容器B的特性来选择，例如使得例如尽可能与容器B中的液体的液位无关地，可以辐射穿透液体。例如，发射天线或接收天线可以设置在容器B的底部处。

在本发明的一个实施方式中，容器B具有柔性的壁部。那么可以提出，用于测量的设备1——如在图1中概略示出的——具有带有刚性的壁部的容纳部H，使得容器B在填充状态下侧向地贴靠在容纳部H处。

例如，壁部可以高至，使得完全用液体填充的袋B，当其位于容纳部H中时，不伸出壁部。例如，容纳部H可以构成为刚性的容器，例如构成为盆或抽屉。例如，所述容纳部可以由塑料制成。

例如，容纳部H的底面可以选择成，使得完全用液体填充的袋B可以引入到容纳部H中。在此，底面可以选择为，使得完全用液体填充的袋B在袋的壁面积的大约50％上接触壁部。

当然，底面也可以通过其他考虑来确定。因此，例如可以期望，底面的基本尺寸、例如直径不低于特定的尺寸，例如不低于所使用的辐射的至少一个波长。

在一个实施方式中，容纳部H构成为一个或多个销或杆，袋可以悬挂到所述销或杆上。在此，袋例如可以具有孔眼，使得在悬挂时销或杆穿过分别对应的孔眼伸出。

在本发明的另一实施方式中，设备1还具有用于确定本底辐射的接收天线ANT_H。本底辐射也可以借助于一个或多个已经存在的接收天线来确定。这例如在接收天线不需要用于其他类型的测量的时间中是可行的。

借助辅助天线，尤其借助定向辅助天线(可以作为发射天线，也可以作为接收天线)，例如可以非常可靠地确定由于自由空间辐射引起的衰减的份额，由此可以确定校正参数。如果自由空间衰减的影响是小的，则可以省去所述确定。

在不限制本发明的一般性的情况下，一个发射天线(或多个或全部)ANT_TX1、ANT_TX2对全向射束特性替选地可以具有定向特性。

在不限制本发明的一般性的情况下，一个接收天线(或多个或全部)ANT_RX1、ANT_RX2、ANT_RX3、ANT_H对全向射束特性替选地可以具有定向特性。

例如，全向射束特性例如由鞭状天线提供。例如，由偶极天线或板状天线显示出定向特性。

本发明可用于多个领域。

然而，医学领域是尤其重要的。在医学领域中，存在大量医学仪器M，其中例如在治疗期间监控液体的重量或体积。

例如，医学仪器M可以测量容器B中的液体的体积，所述体积输送给哺乳动物的身体或从哺乳动物的身体输出，或者是对液体进行处理的次级循环中的液体。输送给哺乳动物的身体的示例性的液体例如是输液、肝素、血液、盐水、用于静脉注射的药物、肠胃外营养等。从哺乳动物的身体输出的示例性的液体包括血液、尿液。

特别地，医学仪器M可以是透析设备，其中液体是与透析相关联的液体，尤其透析液。在此，透析形式不是固定的，而是例如可以是肾透析，尤其呈血液透析、腹膜透析、血液滤过、血液透析滤过和血液灌注的形式，也可以是肝透析，尤其是单采血液成分法(Apherese)、单向白蛋白透析、分子吸附剂、再循环系统。

医学仪器M优选是透析机并且透析测量在一个或多个袋中的液体的体积。在一个优选的设计方案中，透析机与用于新鲜透析液和/或用过的透析液的袋B连接。透析机M通过测量新鲜的和用过的透析液可以确定在治疗期间的液体平衡。在进一步的实施方式中，透析机M在其壳体处，例如在下边缘处，具有一个或多个容纳部H，例如用于悬挂一个或多个容器B，例如袋，例如——例如用于透析液的——袋，并且具有根据本发明的设备1，用于测量液体的体积，使得透析机M可以借助于高频辐射来测量悬挂的容器B中的液体体积。

在此，可以适当地设置设备1的天线ANT_1……ANT_5……ANT_N。在图6至9中对此示意地示出与医学仪器M相关的不同的安置地点。医学仪器M例如具有可选的显示器SC，例如(平面)屏幕，在其上可以显示与一个或多个体积测量相关的结果，例如当前体积、体积变化、体积流等。同时，可选的显示器SC然而也可以提供用户界面，借助所述用户界面，例如可以通过设备1手动地安排测量。在图中示出多个容纳部H_1、H_2、H_3、H_4。然而，也可以设有仅一个容纳部H或更多的容纳部。同样，也可以设有多个容器B来代替一个容器B。

设备1的天线ANT_1……ANT_4……ANT_N例如可以设置在医学仪器M的上侧上，如在图6a-6c中所示。但是，天线也可以如在图7a-7c中所示的那样设置在医学仪器M的下侧上。然而由此也不排除其他设置。例如，如在图8a-8c中所示的，天线也可以分散设置。虽然ANT_1更靠中央地设置在前侧上，而天线ANT_2和ANT_3可以例如分散设置在下侧上。例如，在图9a-9c中，天线ANT_1与天线ANT_2……ANT_4错开地设置。

可以适当地选择设备1的天线ANT_1……ANT_5……ANT_N的功能，也就是说作为发射天线和/或作为接收天线。

由此，例如可以节省昂贵的且耗费的秤，并且另一方面得出如下优点，重的袋B仅必须从下方在医学仪器M的壳体处悬挂，而不必例如从上方放置到秤盘上。

由此简化处理。这种医学仪器M能够在供水不稳定的地区、临时或移动应用或监护病房中使用。

例如，图6-9的医学仪器可以是具有根据本发明的设备1的透析治疗机(尤其血液透析机)。在这种透析治疗机中，例如测量(和监控)所连接的容器B中的液位。容器B通常是5L的塑料桶。储存在这种容器B中的典型液体是用于透析治疗的浓缩物。例如，液体含有醋酸盐或碳酸氢盐。

由此能够特别有利地实现，一个容器B/多个容器B不能够在治疗期间意料外地清空和无法维持期望的治疗参数或泵吸入空气等。

在所有实施方式中可以提出，用于容器B中的液体的体积的量度经由多个单次测量，例如数万次测量，例如2.7万次测量来确定。在此，例如可以发射和接收大量数据包。相关的参数，例如信道状态信息，在此本身可以为平均值，或者如果需要，可以对其本身进行平均。

此外，在所有实施方式中可以提出，(多个)发射天线和(多个)接收天线的测量设置多重存在。

例如，如果多重地设有根据图2的设置，则例如可以提出，这些设置彼此间具有15°至135°的角度，如在图4中所示。

例如，在图3中，第一设置可以由发射天线ANT_TX1、ANT_TX2和接收天线ANT_RX1组成，而与其镜像示出地，第二设置由发射天线ANT_TX3、ANT_TX4和接收天线ANT_RX2组成。

所述设置可以非常普遍地具有相对于彼此不同的位置和/或设置可以彼此不同地构造。