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DE102013113170A1 - Method for determining a measured value and analyzer for carrying out the method - Google Patents

Method for determining a measured value and analyzer for carrying out the method Download PDF

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DE102013113170A1
DE102013113170A1 DE102013113170.0A DE102013113170A DE102013113170A1 DE 102013113170 A1 DE102013113170 A1 DE 102013113170A1 DE 102013113170 A DE102013113170 A DE 102013113170A DE 102013113170 A1 DE102013113170 A1 DE 102013113170A1
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DE
Germany
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analyzer
transmitter
measured value
receiver
determining
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102013113170.0A
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German (de)
Inventor
Edin Andelic
Ralf Bernhard
Michael LITTMANN
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Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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Publication date
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Priority to CN201410699072.XA priority patent/CN104677841A/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Messwerts einer Messgröße der Prozessautomatisierungstechnik in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mittels eines optischen Sensors (17), der zumindest einen Sender (17.1) zum Senden von Sendelicht mit zumindest zwei Wellenlängen (2, 3, 4, 5), und einem dem Sender (17.1) zugeordneten Empfänger (17.2) zum Empfangen von Empfangslicht aufweist, umfassend die Schritte: Beaufschlagen des Senders (17.1) mit einem Anregungssignal zur Erzeugung des Sendelichts, wobei das Sendelicht (2, 3, 4, 5) durch Wechselwirkung mit dem Medium (15) in Abhängigkeit von der Messgröße in das Empfangslicht gewandelt wird; Erzeugen eines Empfängersignals mittels des Empfängers (17.2) aus dem gewandelten Empfangslicht; Bestimmen des Messwerts anhand des Empfängersignals. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausreißer (7) des Messwerts über ein multivariates Verfahren zur Erkennung von Ausreißern erkannt wird. Die Erfindung betrifft weiter einen Analysator (9) zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a measured value of a measured variable of the process automation technology in a liquid or gaseous medium by means of an optical sensor (17) comprising at least one transmitter (17.1) for transmitting transmitted light with at least two wavelengths (2, 3, 4, 5 ), and a receiver (17.2) associated with the transmitter (17.1) for receiving received light, comprising the steps of: applying to the transmitter (17.1) an excitation signal for generating the transmitted light, wherein the transmitted light (2, 3, 4, 5) is converted into the received light by interaction with the medium (15) as a function of the measured variable; Generating a receiver signal by means of the receiver (17.2) from the converted received light; Determining the measured value based on the receiver signal. The method is characterized in that an outlier (7) of the measured value is detected via a multivariate method for detecting outliers. The invention further relates to an analyzer (9) for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Messwerts einer Messgröße der Prozessautomatisierungstechnik. Die Erfindung betrifft weiter einen Analysator zur Ausführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a measured value of a measured variable of the process automation technology. The invention further relates to an analyzer for carrying out the method.

Unter dem Begriff „Analysator“ soll im Sinne dieser Erfindung eine Messapparatur der Prozessautomatisierungstechnik gemeint sein, die mit einem nasschemischen Verfahren bestimmte Stoffgehalte, beispielsweise die Ionenkonzentration in einem zu analysierenden Medium, misst. Aus dem zu analysierenden Medium wird dazu eine Probe entnommen. Meist wird die Probe vollautomatisch durch den Analysator selbst, etwa durch Pumpen, Schläuche, Ventile etc., entnommen. Zur Bestimmung des zu bestimmenden Stoffgehalts einer bestimmten Spezies werden speziell für den jeweiligen Stoffgehalt entwickelte und im Analysatorgehäuse vorrätig gelagerte Reagenzien mit der zu vermessenden Probe vermischt. Eine dadurch verursachte Farbreaktion dieses Gemisches wird anschließend mittels eines geeigneten Messgeräts, beispielsweise mittels eines Photometers, vermessen. Genauer gesagt werden Probe und Reagenzien in einer Küvette vermischt und mit verschiedenen Wellenlängen optisch im Durchlichtverfahren vermessen. Anhand der Lichtabsorption und eines hinterlegten Kalibriermodells wird so empfängerseitig der Messwert ermittelt.For the purposes of this invention, the term "analyzer" is intended to mean a measuring apparatus of process automation technology which measures certain substance contents, for example the ion concentration in a medium to be analyzed, using a wet-chemical method. A sample is taken from the medium to be analyzed. Usually, the sample is taken fully automatically by the analyzer itself, for example by pumps, hoses, valves, etc. To determine the substance content of a particular species to be determined, reagents specially developed for the respective substance content and stored in the analyzer housing are mixed with the sample to be measured. A resulting color reaction of this mixture is then measured by means of a suitable measuring device, for example by means of a photometer. More specifically, sample and reagents are mixed in a cuvette and optically measured at different wavelengths by transmitted light. On the basis of the light absorption and a stored calibration model, the measured value is determined on the receiver side.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Reaktionszyklus sind verschiedene Misch- und Spülzyklen in der Küvette notwendig. Dadurch ist der gesamte Messzyklus langsam, so wird nur etwa alle 10 Minuten ein Messwert gewonnen.In addition to the reaction cycle described above, several cycles of mixing and rinsing in the cuvette are necessary. As a result, the entire measuring cycle is slow, so only about every 10 minutes a measured value is obtained.

Aufgrund der lange dauernden Messungen sind Fehlmessungen zu vermeiden. Fehlmessungen entstehen etwa durch Luftblasen in der Küvette. Allgemein ist eine Fehlmessung eine Messung, die aus verschiedenen Gründen nicht plausibel erscheint, also beispielsweise eine Messung, die aus physikalischen Gründen – etwa eine negative Konzentration – nicht möglich ist. Man spricht hierbei von einem Ausreißer.Due to the long-lasting measurements, incorrect measurements should be avoided. Incorrect measurements are caused, for example, by air bubbles in the cuvette. In general, a measurement error is a measurement that does not seem plausible for various reasons, so for example, a measurement that is not possible for physical reasons - such as a negative concentration. This is called an outlier.

Eine solche Ausreißererkennung mit Hilfe einer Glättung (z.B. durch ein Medianfilter) der Messwerte selbst ist nicht sinnvoll. Wegen des großen zeitlichen Abstandes zwischen zwei Messwerten können starke Messwertänderungen durchaus vorkommen, die nach einer solchen Glättung fälschlicherweise verschwänden. Außerdem braucht ein solches Glättungsfilter immer eine bestimmte Einschwingzeit, was die Daten zusätzlich verfälschte.Such outlier detection using smoothing (e.g., by a median filter) of the measurements themselves does not make sense. Because of the large time interval between two measured values, it is possible for strong changes in measured values to occur that falsely vanish after such smoothing. In addition, such a smoothing filter always needs a certain settling time, which additionally falsified the data.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ausreißer einer Messreihe mit großem zeitlichem Abstand zwischen den einzelnen Messpunkten sicher zu erkennen.The invention has for its object to reliably detect outliers of a series of measurements with a large time interval between the individual measuring points.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mittels eines optischen Sensors, der zumindest einen Sender zum Senden von Sendelicht mit zumindest zwei Wellenlängen, und einem dem Sender zugeordneten Empfänger zum Empfangen von Empfangslicht aufweist, umfassend die Schritte: Beaufschlagen des Senders mit einem Anregungssignal zur Erzeugung des Sendelichts, wobei das Sendelicht durch Wechselwirkung mit dem Medium in Abhängigkeit von der Messgröße in das Empfangslicht gewandelt wird; Erzeugen eines Empfängersignals mittels des Empfängers aus dem gewandelten Empfangslicht; und Bestimmen des Messwerts anhand des Empfängersignals. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausreißer des Messwerts über ein multivariates Verfahren zur Erkennung von Ausreißern erkannt wird.The object is achieved by a method by means of an optical sensor having at least one transmitter for transmitting transmitted light having at least two wavelengths, and a receiver associated with the transmitter for receiving received light, comprising the steps of: applying an excitation signal to the transmitter to generate the Transmitted light, wherein the transmitted light is converted by interaction with the medium depending on the measured variable in the receiving light; Generating a receiver signal by means of the receiver from the converted received light; and determining the measured value based on the receiver signal. The method is characterized in that an outlier of the measured value is detected by a multivariate method for detecting outliers.

Somit ist es überhaupt erst möglich den Ausreißer zuverlässig zu erkennen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das multivariate Verfahren das Bestimmen der Mahalanobis-Distanz, wobei ein Ausreißer eine Mahanalobis-Distanz besitzt, die größer einem zulässigen Maximalwert ist.Thus, it is even possible to reliably detect the outlier. In an advantageous embodiment, the multivariate method comprises determining the Mahalanobis distance, wherein an outlier has a Mahanalobis distance that is greater than a permissible maximum value.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Mahanalobis-Distanz d durch

Figure DE102013113170A1_0002
berechnet, mit x einem Datenvektor umfassend die zumindest zwei Wellenlängen, µ dem Erwartungswertvektor des Datenvektors, und Σ der Kovarianzmatrix vom Datenvektor x.According to a preferred embodiment, the Mahanalobis distance d through
Figure DE102013113170A1_0002
calculated, with x a data vector comprising the at least two wavelengths, μ the expected value vector of the data vector, and Σ the covariance matrix from the data vector x.

In einer alternativen Weiterbildung kann auch die Formel d(x) = (x – μ)Σ–1(x – μ)T verwendet werden.In an alternative development, the formula can also d (x) = (x - μ) Σ -1 (x - μ) T be used.

Beide Formeln sind relativ einfach zu implementieren. Darüber hinaus wird wenig Speicher- und Rechenkapazität benötigt. Die Mahanalobis-Distanz ist eine robuste und zuverlässige Methode um Ausreißer zu erkennen. Für beide genannten Formeln ergibt sich ein gleichwertiges Ergebnis was die Ausreißererkennung anbelangt.Both formulas are relatively easy to implement. In addition, low storage and computing capacity is needed. The Mahanalobis distance is a robust and reliable way to detect outliers. For both formulas mentioned results in an equivalent result as far as the outlier detection is concerned.

Alternativ zur Mahanalobis-Distanz kann eine „Nächste-Nachbarn-Klassifikation“ (englisch: nearest neighbour method), etwa durch den k-Nearest-Neighbor-Algorithmus, verwendet werden.As an alternative to the Mahanalobis distance, a "nearest neighbor" classification, such as the k-nearest neighbor algorithm, can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verfahren in einem Analysator zur Analyse von zumindest einer Ionenkonzentration, insbesondere der Ammoniumkonzentration, ausgeführt, wobei zur Analyse Reagenzien verwendet werden. Alternativ werden etwa Phosphat- oder Nitrationen bestimmt.According to an advantageous development, the method is used in an analyzer for the analysis of at least one ion concentration, in particular the ammonium concentration, carried out, wherein reagents are used for the analysis. Alternatively, for example, phosphate or nitrate ions are determined.

Bevorzugt wird das Verfahren alle 10 min ausgeführt.Preferably, the process is carried out every 10 minutes.

In einer Ausführungsform umfasst der Datenvektor weiter zumindest einen der Parameter Umgebungstemperatur des Analysators, Temperatur im Analysator, Abtastzeitpunkt, Verfahrensdauer, Reagenzien, Reagenzienalter, und/oder Mischungsverhältnisse von Reagenzien. Dies erlaubt eine noch genauere Erkennung von Ausreißern.In one embodiment, the data vector further comprises at least one of analyzer ambient temperature parameters, analyzer temperature, sampling time, processing time, reagents, reagent age, and / or reagent mixing ratios. This allows even more accurate detection of outliers.

In einer Ausgestaltung wird die Bestimmung des Messwerts abgebrochen, wenn ein Ausreißer erkannt wird. Somit werden unnötige Messungen vermieden, und somit Zeit und Kosten gespart.In one embodiment, the determination of the measured value is aborted if an outlier is detected. This avoids unnecessary measurements, thus saving time and money.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Analysator zur Analyse von zumindest einer Ionenkonzentration, insbesondere der Ammoniumkonzentration, wobei der Analysator zur Ausführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorab genannten Ausführungsformen ausgestaltet ist.The object is further achieved by an analyzer for analyzing at least one ion concentration, in particular the ammonium concentration, wherein the analyzer is designed for carrying out the method according to at least one of the aforementioned embodiments.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Analysator eine Datenverarbeitungseinheit, insbesondere einen Transmitter, wobei die Datenverarbeitungseinheit das Verfahren nach zumindest einem der oben genannten Ausführungen ausführt.According to an advantageous development of the analyzer comprises a data processing unit, in particular a transmitter, wherein the data processing unit executes the method according to at least one of the above embodiments.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Kovarianzmatrix und Erwartungswertvektor in der übergeordneten Einheit gespeichert. Kovarianzmatrix und Erwartungswert können in einer Ausgestaltung unter Laborbedingungen vorab erstellt werden, so dass sich der Anwender darauf verlassen kann.In an advantageous embodiment, covariance matrix and expected value vector are stored in the higher-order unit. Covariance matrix and expected value can be created in advance in a design under laboratory conditions, so that the user can rely on it.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it

1 ein erfindungsgemäßer Analysator, 1 an analyzer according to the invention,

2 ein typischer Reaktionsverlauf bei einer Messung mit mehreren Wellenlängen, und 2 a typical reaction course in a measurement with multiple wavelengths, and

3 eine multivariate Verteilungsfunktion. 3 a multivariate distribution function.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung in einem Analysator 9. Ein Analysator 9 misst mit nasschemischen Verfahren bestimmte Stoffgehalte, beispielsweise die Ionenkonzentration in einem zu analysierenden Medium. Ein erfindungsgemäßer Analysator 9 misst die Ammoniumkonzentration. Als weitere zu messende Ionen kommen etwa Phosphat, Nitrat etc. in Betracht.The method according to the invention finds application in an analyzer 9 , An analyzer 9 uses wet-chemical methods to measure certain substance contents, for example the ion concentration in a medium to be analyzed. An inventive analyzer 9 measures the ammonium concentration. Other ions to be measured are, for example, phosphate, nitrate, etc..

Aus dem zu analysierenden Medium wird dazu eine Probe 13 aus einem Medium 15 entnommen. Meist wird die Probe 13 vollautomatisch durch den Analysator selbst, etwa durch verschiedene Gerätschaften 14 wie Pumpen, Schläuche, Ventile etc. entnommen. Zur Bestimmung des zu bestimmenden Stoffgehalts einer bestimmten Spezies werden speziell für den jeweiligen Stoffgehalt entwickelte und im Analysatorgehäuse vorrätig gelagerte Reagenzien 16 mit der zu vermessenden Probe 13 vermischt. Dies ist in 1 symbolisch dargestellt, in Realität werden verschiedene Behältnisse mit verschieden Reagenzien bereitgestellt und über die angesprochenen Pumpen, Schläuche, Ventile etc. entnommen und gegebenenfalls vermischt.From the medium to be analyzed to a sample 13 from a medium 15 taken. Mostly the sample 13 fully automatically by the analyzer itself, for example by various equipment 14 such as pumps, hoses, valves, etc. taken. To determine the substance content of a particular species to be determined, reagents specially developed for the respective substance content and stored in the analyzer housing are used 16 with the sample to be measured 13 mixed. This is in 1 symbolically represented, in reality, different containers are provided with different reagents and removed via the addressed pumps, hoses, valves, etc. and optionally mixed.

Eine dadurch verursachte Farbreaktion dieses Gemisches wird anschließend mittels eines geeigneten Messgeräts, beispielsweise mittels eines Photometers 17, vermessen. Genauer gesagt werden Probe 13 und Reagenzien 16 in einer Küvette vermischt und mit zumindest zwei verschiedenen Wellenlängen optisch im Durchlichtverfahren vermessen. Dazu wird Licht von zumindest zwei Wellenlängen 2, 3, 4, 5 durch einen Sender 17.1 auf die Probe 13 gesendet. Dem Sender 17.1 zugeordnet ist ein Empfänger 17.2 zum empfangen des Durchlichts. Anhand der Lichtabsorption und eines hinterlegten Kalibriermodells wird so empfängerseitig der Messwert erzeugt. Der Sender 17.1 ist beispielsweise eine oder mehrere LEDs, d.h. eine LED pro Wellenlänge oder eine entsprechende Lichtquelle mit breitbandiger Anregung. Der Empfänger 17.2 kann etwa eine Fotodiode sein.A resulting color reaction of this mixture is then by means of a suitable measuring device, for example by means of a photometer 17 , measured. More precisely, sample 13 and reagents 16 mixed in a cuvette and optically measured with at least two different wavelengths in the transmitted light method. This will be light of at least two wavelengths 2 . 3 . 4 . 5 through a transmitter 17.1 to the test 13 Posted. The transmitter 17.1 a recipient is assigned 17.2 to receive the transmitted light. On the basis of the light absorption and a stored calibration model, the measured value is thus generated on the receiver side. The transmitter 17.1 is for example one or more LEDs, ie one LED per wavelength or a corresponding light source with broadband excitation. The recipient 17.2 can be about a photodiode.

Der Analysator 9 umfasst weiter einen Transmitter 10 mit einem Mikrocontroller 11 samt Speicher 12. Über den Transmitter 10 kann der Analysator 9 an einen Feldbus angeschlossen werden. Weiter wird der Analysator 9 über den Transmitter 10 gesteuert. So wird beispielsweise die Entnahme einer Probe 13 aus dem Medium 15 durch den Mikrocontroller 11 durch entsprechende Steuerbefehle an die Gerätschaften 14 veranlasst. Auch wird die Messung durch den Photometer 17 mittels des Mikrocontrollers gesteuert und geregelt.The analyzer 9 further includes a transmitter 10 with a microcontroller 11 including memory 12 , About the transmitter 10 can the analyzer 9 be connected to a fieldbus. Next is the analyzer 9 over the transmitter 10 controlled. For example, taking a sample 13 from the medium 15 through the microcontroller 11 by appropriate control commands to the equipment 14 causes. Also, the measurement is made by the photometer 17 controlled and regulated by means of the microcontroller.

In 2 ist ein typischer Verlauf des empfangenen Lichtsignals während eines Reaktionszyklus‘ für mehrere Wellenlängen 2, 3, 4, 5 zu sehen. Während der Reaktionszeit wird beispielsweise das Minimum für jede Wellenlänge 2, 3, 4, 5 bestimmt. Andere typische Werte sind aber auch möglich. Alle Minima werden anschließend mit Hilfe eines Kalibriermodells zu einem Messwert weiterverarbeitet.In 2 is a typical course of the received light signal during a multi-wavelength response cycle 2 . 3 . 4 . 5 to see. For example, during the reaction time, the minimum for each wavelength becomes 2 . 3 . 4 . 5 certainly. Other typical values are also possible. All minima are then further processed to a measured value with the aid of a calibration model.

Will man nun anhand dieser Minima oder auch anhand anderer Abtastpunkte während des Reaktionsverlaufs entscheiden, wie verlässlich die laufende Messung ist, wird das erfindungsgemäße multivariate Verfahren angewendet.If one now wants to decide on the basis of these minima or also on the basis of other sampling points during the course of the reaction, how reliable the current measurement is, the multivariate method according to the invention is used.

Dies ist in 3 abgebildet. In der Verteilungsfunktion sind exemplarisch zwei Parameter aufgetragen, also beispielsweise zwei verschiedene Wellenlängen. Weitere mögliche Parameter sind Umgebungstemperatur des Analysators, Temperatur im Analysator, Abtastzeitpunkt, Verfahrensdauer, Reagenzien, Regenzienalter, und/oder Mischungsverhältnisse von Reagenzien.This is in 3 displayed. In the distribution function, two parameters are exemplarily plotted, for example, two different wavelengths. Other possible parameters include analyzer ambient temperature, analyzer temperature, sampling time, process time, reagents, regeneration age, and / or reagent mixing ratios.

In 3 ist neben den verlässlichen Daten 8 ein Ausreißer 7 zu erkennen, der erst durch diese Art der Auftragung sichtbar wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann diesen Ausreißer erkennen und ist somit ein Verfahren, das bewertet, wie wahrscheinlich das Auftreten eines bestimmten Datenvektors (also des Ausreißers 7) ist vor dem Hintergrund der bereits beobachteten Daten (also der verlässlichen Daten 8).In 3 is next to the reliable data 8th an outlier 7 to recognize, which is visible only by this type of application. The method according to the invention can recognize this outlier and is thus a method which evaluates how probable the occurrence of a particular data vector (ie the outlier 7 ) is against the background of the already observed data (ie the reliable data 8th ).

Ein solches Verfahren basiert beispielsweise auf dem „Nächste-Nachbarn-Klassifikation“ (englisch: nearest neighbour method), etwa durch den k-Nearest-Neighbor-Algorithmus.Such a method is based for example on the "nearest neighbor classification" (English: nearest neighbor method), for example by the k-nearest-neighbor algorithm.

Ein weiteres Verfahren umfasst die Bestimmung der Mahalanobis-Distanz. Es sei x ein Datenvektor, dessen Einträge die oben erwähnten Minima, aber auch die oben bereits erwähnten weiteren Parameter. Es sei weiterhin µ der Erwartungswert möglichst vieler und repräsentativer Daten, die keine Ausreißer enthalten, so der verlässlichen Daten 8. Schließlich sei Σ die Kovarianzmatrix ebendieser Daten. Dann ist die Mahalanobis-Distanz d definiert als

Figure DE102013113170A1_0003
Another method involves determining the Mahalanobis distance. Let x be a data vector whose entries are the minima mentioned above, but also the other parameters already mentioned above. Furthermore, let μ be the expected value of as many and representative data as possible that does not contain any outliers, such as the reliable data 8th , Finally, let Σ be the covariance matrix of the same data. Then the Mahalanobis distance d is defined as
Figure DE102013113170A1_0003

Als alternative Formel kann d(x) = (x – μ)Σ–1(x – μ)T verwendet werden. Dies ergibt zwar nicht die gleichen Werte wie bei der obersten Formel, jedoch ergibt sich ein gleichwertiges Ergebnis für die Ausreißererkennung.As an alternative formula can d (x) = (x - μ) Σ -1 (x - μ) T be used. Although this does not give the same values as in the top formula, the results for outlier detection are equivalent.

Übersteigt nun die Mahalanobis-Distanz des aktuellen Datenvektors x einen bestimmten Maximalwert, wird die aktuelle Messung als Ausreißer gewertet.If the Mahalanobis distance of the current data vector x exceeds a certain maximum value, the current measurement is considered as an outlier.

Der Datenvektor x kann verschiedene Ausprägungen annehmen. Beispielsweise kann man ausschließlich Abtastpunkte aus einem sehr frühen Zeitpunkt des Reaktionsverlaufs nehmen. So kann man den Ausreißer sehr früh erkennen und die Messung abbrechen sowie gegebenenfalls wiederholen.The data vector x can assume different forms. For example, one can only take sample points from a very early point in the course of the reaction. So you can see the outlier very early and stop the measurement and repeat if necessary.

Die Kovarianzmatrix und der Erwartungswert werden mit repräsentativen Daten berechnet. So können beispielsweise die Kovarianzmatrix und der Erwartungswert unter Laborbedingungen vorab erstellt werden, so dass für den Anwender sichergestellt ist, dass diese beiden verlässliche Daten darstellen. Es werden im Labor n möglichst gute und repräsentative Datenvektoren xi gesammelt, wobei n hinreichend groß ist, größenordnungsmäßig mindestens hundert Mal mehr als die Dimension der Datenvektoren).The covariance matrix and the expected value are calculated using representative data. Thus, for example, the covariance matrix and the expected value can be created in advance under laboratory conditions, so that it is ensured for the user that these two represent reliable data. In the laboratory, n best possible and representative data vectors x i are collected, where n is sufficiently large, on the order of at least 100 times more than the dimension of the data vectors).

Kovarianzmatrix und Mittelwert sind fest im Speicher 12 des Transmitters 10 hinterlegt. Die Mahanlobis-Distanz ist durch die beschriebene Formel relativ einfach zu implementieren. Darüber hinaus wird wenig Speicher- und Rechenkapazität benötigt. Das Bestimmen der Mahanalobis-Distanz hat sich als robuste Methode herausgestellt um Ausreißer zu erkennen.Covariance matrix and mean are fixed in memory 12 the transmitter 10 deposited. The Mahanlobis distance is relatively easy to implement by the described formula. In addition, low storage and computing capacity is needed. Determining the Mahanalobis distance has proven to be a robust way to detect outliers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Reaktionsverlauf reaction course
22
Rot red
33
Gelb yellow
44
Grün green
55
Blau blue
66
Multivariate Verteilungsfunktion Multivariate distribution function
77
Ausreißer Runaway
88th
Verlässliche Daten Reliable data
99
Analysator analyzer
1010
Transmitter transmitter
1111
Mikrocontroller microcontroller
1212
Speicher Storage
1313
Probe sample
1414
Gerätschaften für 9 Equipment for 9
1515
Medium medium
1616
Reagenzien reagents
1717
Photometer photometer
17.117.1
Sender transmitter
17.217.2
Empfänger receiver
dd
Mahanalobis-Distanz Mahanalobis distance
tt
Zeit Time
TRTR
Reaktionszeit reaction time
xx
Datenvektor data vector
ΣΣ
Kovarianzmatrix covariance matrix
µμ
Erwartungswert expected value

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung eines Messwerts einer Messgröße der Prozessautomatisierungstechnik in einem flüssigen oder gasförmigen Medium mittels eines optischen Sensors (17), der zumindest einen Sender (17.1) zum Senden von Sendelicht mit zumindest zwei Wellenlängen (2, 3, 4, 5), und einem dem Sender (17.1) zugeordneten Empfänger (17.2) zum Empfangen von Empfangslicht aufweist, umfassend die Schritte: – Beaufschlagen des Senders (17.1) mit einem Anregungssignal zur Erzeugung des Sendelichts, wobei das Sendelicht (2, 3, 4, 5) durch Wechselwirkung mit dem Medium (15) in Abhängigkeit von der Messgröße in das Empfangslicht gewandelt wird, – Erzeugen eines Empfängersignals mittels des Empfängers (17.2) aus dem gewandelten Empfangslicht, – Bestimmen des Messwerts anhand des Empfängersignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausreißer (7) des Messwerts über ein multivariates Verfahren zur Erkennung von Ausreißern erkannt wird.Method for determining a measured value of a measured variable of the process automation technology in a liquid or gaseous medium by means of an optical sensor ( 17 ), the at least one transmitter ( 17.1 ) for transmitting transmitted light with at least two wavelengths ( 2 . 3 . 4 . 5 ), and one the transmitter ( 17.1 ) associated receiver ( 17.2 ) for receiving received light, comprising the steps of: - loading the transmitter ( 17.1 ) with an excitation signal for generating the transmitted light, wherein the transmitted light ( 2 . 3 . 4 . 5 ) by interaction with the medium ( 15 ) is converted into the received light as a function of the measured variable, - generating a receiver signal by means of the receiver ( 17.2 ) from the converted received light, - determining the measured value on the basis of the receiver signal, characterized in that an outlier ( 7 ) of the measured value is detected via a multivariate method for detecting outliers. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das multivariate Verfahren das Bestimmen der Mahalanobis-Distanz umfasst, wobei ein Ausreißer eine Mahanalobis-Distanz besitzt, die größer einem zulässigen Maximalwert ist.The method of claim 1, characterized in that the multivariate method comprises determining the Mahalanobis distance, an outlier having a Mahanalobis distance greater than an allowable maximum value. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Mahanalobis-Distanz d durch
Figure DE102013113170A1_0004
berechnet wird, mit x einem Datenvektor umfassend die zumindest zwei Wellenlängen, µ dem Erwartungswertvektor des Datenvektors, und Σ der Kovarianzmatrix vom Datenvektor x.
The method of claim 2, wherein the mahanalobis distance d is through
Figure DE102013113170A1_0004
is calculated, with x a data vector comprising the at least two wavelengths, μ the expected value vector of the data vector, and Σ the covariance matrix of the data vector x.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren in einem Analysator (9) zur Analyse von zumindest einer Ionenkonzentration, insbesondere der Ammoniumkonzentration, ausgeführt wird, wobei zur Analyse Reagenzien verwendet werden.Method according to at least one of claims 1 to 3, wherein the method is used in an analyzer ( 9 ) is carried out for the analysis of at least one ion concentration, in particular the ammonium concentration, using reagents for the analysis. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren alle 10 min ausgeführt wird.The method of claim 4, wherein the method is performed every 10 minutes. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Datenvektor weiter zumindest einen der Parameter Umgebungstemperatur des Analysators, Temperatur im Analysator, Abtastzeitpunkt, Verfahrensdauer, Reagenzien, Reagenzienalter, und/oder Mischungsverhältnisse von Reagenzien umfasst.The method of at least one of claims 4 or 5, wherein the data vector further comprises at least one of analyzer ambient temperature parameters, analyzer temperature, sampling time, method duration, reagents, reagent age, and / or reagent mixing ratios. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bestimmung des Messwerts abgebrochen wird, wenn ein Ausreißer erkannt wird.Method according to at least one of claims 1 to 6, wherein the determination of the measured value is aborted when an outlier is detected. Analysator (9) zur Analyse von zumindest einer Ionenkonzentration, insbesondere der Ammoniumkonzentration, wobei der Analysator zur Ausführung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.Analyzer ( 9 ) for the analysis of at least one ion concentration, in particular the ammonium concentration, wherein the analyzer for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 7 is configured. Analysator (9) nach Anspruch 8, wobei der Analysator (9) eine Datenverarbeitungseinheit (10), insbesondere einen Transmitter, umfasst, wobei die Datenverarbeitungseinheit (10) das Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt. Analyzer ( 9 ) according to claim 8, wherein the analyzer ( 9 ) a data processing unit ( 10 ), in particular a transmitter, wherein the data processing unit ( 10 ) performs the method according to at least one of claims 1 to 7. Analysator (9) nach Anspruch 9, wobei Kovarianzmatrix und Erwartungswertvektor in der übergeordneten Einheit gespeichert sind.Analyzer ( 9 ) according to claim 9, wherein covariance matrix and expected value vector are stored in the higher-order unit.
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