專利名稱：物位測量裝置中的幅度輪廓的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及所有類型的物位的測量方法，例如基于超聲波信號、雷達信號、微波信號或振動的方法。具體地，本發(fā)明涉及用于物位測量裝置的電子單元，涉及具有電子單元的物位測量裝置，涉及物位測量裝置的使用，以及涉及用于物位測量的方法。
背景技術：
Peter Devine “ Fii 11 s t an dme s sun g mi t Radar-Leitfaden f iir dieProzessindustrie"描述了民用雷達物位測量裝置的基本設計。DE 10 2005 003 152 Al描述了檢查物位測量裝置的正常機能的方法。US 7，098，843 B3描述了接收放大器的放大倍數隨著距信號源的距離變化的方法。WO 2009/037000A1描述了用于提取回波的方法和用于跟蹤的方法。Meinke/Gundlach :"Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" ( ΜΜ^^ΨΨΜ (handbook of high-frequency engineering))描述了依靠雷達方程預測預期的回波幅度的方法。DE 102 60 962 Al描述了存儲回波函數的方法。已知的方法常常是昂貴的并且有時不準確。

發(fā)明內容
可以期望有一種可以按高精度確定物位的方法和相關裝置。根據本發(fā)明的第一方面，陳述了一種用于物位測量裝置的電子單元，物位測量裝置用于確定物位。該電子單元包括運算單元，其被設計為確定填充材料表面(也被稱為 “進料表面”)和物位測量裝置之間的距離與被進料(即，填充材料)表面反射并被物位測量裝置接收的信號分量的幅度之間的函數關系。通過確定物位(其也可以通過進料表面和物位測量裝置之間的距離確定)與所接收到的信號分量的幅度之間的函數關系，電子單元可以對所接收到的回波執(zhí)行評價(例如，隨后)。具體地，可以確定特定回波是否是表示物位的回波，或者確定該特定回波是否是偽像，換句話說，確定該特定回波是否是“偽”回波，其例如由容器中的多重反射或者由于容器安裝而引起。通過評價回波曲線的相應的接收信號分量的幅度，其中一個信號分量例如是物位回波，因而，其可以提高物位回波被正確識別的可能性。另外，可以檢測過填充狀態(tài)。
具體地，電子單元可適用于產生(確定)之前獲得的回波曲線(作為物位回波，每個回波曲線是在不同時間測量的，并且可包含多個回波)的已識別物位回波的之前確定的幅度值的輪廓。這可通過幅度輪廓儀完成。之后，幅度輪廓儀可分析相應的幅度值的輪廓， 并基于該分析，確定物位回波的幅度，其中該幅度是在已達到特定物位時預期的。根據本發(fā)明的示例性實施例，電子單元還包括存儲器件，其中物位與接收的信號分量的幅度之間的函數關系以格點的形式被存儲在存儲器件中?；谠摳顸c，可以進行推斷，以該方式可以預測預期的幅度(幅度可能隨著物位變化而變化)。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，該函數關系通過調節(jié)數學方程的系數而產生。以該方式，將來可以實現(xiàn)要預期的幅度值的精確預測。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，該函數關系被用于評價回波列表的述回波。此外，為了評價回波列表的回波，可以擬出又一標準，例如，趨勢計算、物位很可能將被定位在其內的預期視窗(expectation window)或者其它可能考慮。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，僅當物位測量裝置已以優(yōu)良的或甚至更高的可靠性識別出物位時，才確定所述函數關系。于是，可以防止與幅度值和物位之間的函數關系有關的偽值用于隨后的計算。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，僅當進料表面的回波經過數個測量周期改變其位置時，才確定函數關系。以這種方式，可避免不必要的運算工作。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，當確定函數關系時，確定與物位幅度有關的至少一個統(tǒng)計參數。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，與物位幅度相關的至少一個統(tǒng)計參數被用于評價回波列表的回波。以這種方式，可以減小偽回波被錯誤地分類成物位回波的可能性。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，函數關系被用于檢測過填充情形的發(fā)生。于是，物位測量裝置可以按自動方式推導出容器的過填充。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，用信號將過填充情形的發(fā)生通知給用戶和/或較高等級控制系統(tǒng)。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，存儲器件包括非易失性存儲區(qū)。在該過程中，在已獲得相應的值之后，過填充情形的發(fā)生、函數關系和/或與物位幅度相關的至少一個統(tǒng)計參數被存儲在非易失性存儲區(qū)中。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，在跟蹤過程中，特別是跟蹤經過數個測量的回波的位置的過程，收集到的信息被以跟蹤的形式存儲在非易失性存儲區(qū)中。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，當測量裝置恢復操作時，讀取存儲在非易失性存儲區(qū)中的信息，并且該信息被用于評價回波。以這種方式，在重啟測量裝置的情形下，可確?；夭ㄇ€的回波被正確地分類，或者可確保物位被正確地算出。根據本發(fā)明的第二方面，陳述具有以上和以下所述的電子單元的物位測量裝置。根據本發(fā)明的另一方面，陳述在可發(fā)生過填充的應用中對具有以上和以下所述的電子單元的物位測量裝置的使用。根據本發(fā)明的另一方面，陳述一種用于確定具有物位測量裝置的物位的方法。在該方法中，向進料表面發(fā)射出發(fā)射信號。之后，通過物位測量裝置的相應的接收器件，檢測與發(fā)射信號相應的接收信號。之后，確定進料表面和物位測量裝置之間的距離與接收信號的信號分量的幅度之間的函數關系，其中信號分量被進料表面反射并被物位測量裝置接收。在該階段，應該注意的是，以上和以下所述的特征在每種情形下均可應用到電子單元、物位測量裝置、使用和方法。換句話說，例如，著眼于電子單元的以上和以下所述的那些特征還可以被實施為與方法相關的步驟，反之亦然。以下，參考附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。


圖1示出用于回波信號處理的裝置，例如電子單元。圖2示出根據本發(fā)明的示例性實施例的用于測量容器中的物位的物位測量裝置以及相應的回波曲線。圖3示出物位測量裝置的回波列表。圖4示出根據本發(fā)明的示例性實施例的函數關系以及在目標監(jiān)控中的物位測量
直ο圖5示出根據本發(fā)明的示例性實施例的在測量液體期間的物位測量裝置，以及相應的函數關系。圖6示出根據本發(fā)明另一示例性實施例的在測量散裝材料期間的物位測量裝置， 以及相應的函數關系。圖7示出根據本發(fā)明的示例性實施例的例如以電子單元的形式的用于回波信號處理的裝置。圖8示出與物位測量有關的流程圖。圖9示出根據本發(fā)明的示例性實施例在靜止的進料表面的情況下的幅度輪廓繪制。圖10示出物位回波結構。圖11示出在移動的進料表面的情況下的回波信號。圖12示出根據本發(fā)明的另一示例性實施例的三個幅度輪廓。圖13示出對過滿的容器測量物位的例子。圖14示出根據本發(fā)明另一示例性實施例的電子單元。
具體實施例方式在圖中的例示是概略的而不是按比例的。在以下附圖描述中，如果使用相同的參考符號，則它們表示相同或類似的元件。在根據FMCW或脈沖傳播時間方法操作的物位傳感器中，朝進料表面的方向發(fā)射電磁波或聲波。接著，傳感器記錄由進料和容器內部構件反射的回波信號并由此推導出相應的物位。
圖1示出在物位測量裝置內部的回波信號處理的基本設計。塊“回波曲線處理” 101包括提供回波曲線作為容器內當時的反射狀況的圖像所需的所有硬件單元和軟件單元。優(yōu)選地在微處理機系統(tǒng)內以數字形式獲得回波曲線，并借助于已知方法，對包含在微處理機系統(tǒng)中的任何回波進行研究。為此，在塊“回波提取” 102內應用的方法特別包括來自閾值基回波提取領域的方法或者基于度量基回法提取的方法。在進行該回波提取方法之后，提供數字回波列表，其優(yōu)選地包括與回波曲線中包含的一個或數個回波的起點、位置、終點和幅度有關的細節(jié)。為了進一步增加物位測量裝置的回波信號處理的可靠性，已發(fā)現(xiàn)的回波被放置在塊“跟蹤” 103內的歷史背景內。在跟蹤內，具體地，回波的位置的進展被跟蹤數個單獨的讀數(reading)，在存儲裝置中以跟蹤的形式表示該收集到的信息。根據本發(fā)明的示例性實施例，該數據(跟蹤)還可以被存儲在非易失性存儲區(qū)中。以跟蹤列表的形式使收集到的數個回波的歷史信息在外可用?；谒鶄魉偷母櫫斜恚趬K“移動檢測” 104中，對于回波參數(例如，回波位置) 的連續(xù)變化執(zhí)行跟蹤列表的分析。按照與回波列表的當時的回波相應的移動值的形式將該分析結果提供到外部。在塊“幅度計算器” 105中進一步研究由回波提取102提供的回波列表的回波。關于回波列表的每個回波，幅度計算器105確定回波位置并計算在回波位置處可以在理論上預期的回波幅度。如果回波的幅度與該預期的回波幅度精確地對應，則高的幅度評價被給予該回波。然而，如果事實上回波的當前幅度顯著不同于之前計算的預期理想幅度，則零幅度評價被給予該回波。在塊“關于物位的判斷” 106中，權衡當前回波列表的數據、被確定至其的回波的移動值、以及幅度評價結果。在理想情況下，由進料表面產生的回波的特征在于在回波列表的大量回波之中，它是具有最高的幅度評價的回波。為了進一步改善物位測量的準確度，所確定的物位回波的位置可以通過可選塊“物位回波的精確測量” 107利用計算時間密集法 (computing-time-intensive method)(例如內插法)以高精確度確定。所確定的距物位的距離被提供到外部?？梢园茨M形式20mA接口)或以數字形式(現(xiàn)場總線(field bus))實施該提供。本發(fā)明的優(yōu)點可由特定的邊界條件引起，該特定的邊界條件依物位測量裝置內的回波信號處理而定。圖2示出該物位測量裝置的典型應用。在該階段，應該指出的是，在當前文本中和相關圖中的所有物位將被理解為相對物位。在計算相對物位過程中用作參考變量的絕對物位無論如何不會影響本發(fā)明的功能。經由天線202，物位測量裝置201朝將被測量的介質204的方向發(fā)射信號203。依靠超聲波、雷達、激光或導向微波的原理，物位測量裝置自身可以確定距介質的距離。因此， 超聲波和電磁波均可以被看作信號。介質204將撞擊波反射回測量裝置，在測量裝置處所述波被接收并被處理。同時，所發(fā)射的信號還被容器內部構件(例如所安裝的管205)反射。因而，在物位測量裝置中接收的回波曲線206不僅可以包含由物位204引起的物位回波207，而且包含固定安裝的干擾位置205的回波208，該回波在以下簡稱為偽回波。在當前的例子中，進料容器209的形狀是圓柱形。在當時的起動信號處理內，依靠運算單元210對回波以靶式方式研究回波曲線206。作為回波提取102的結果，產生根據圖3的圖表的回波列表301。除了由管205產生的偽回波EO或208的特征值之外，回波列表包括由介質204產生的另一回波El或207。當然，所示出回波列表的特征僅表示回波列表的一個特定實現(xiàn)方式。在實際應用中，具有回波的其它或者具有變化的特征的回波列表也是常見的?；谒a生的回波列表301，在另一方法序列中，使用專用算法，其使跟蹤單個回波在數次測量的位置的過程成為可能。用于其的方法可以根據技術的當前狀態(tài)發(fā)生；在相關的文獻中以術語“跟蹤”詳細描述這些方法。在完成跟蹤103之后，在塊“移動檢測” 104中進一步處理以回波列表的單個回波的跟蹤列表的形式所確定的局部過程。該處理步驟的目的是做出關于以下內容的陳述 經過數次測量哪個回波相對于它們的回波位置移動以及哪個回波表現(xiàn)得關于所確定的回波位置靜止。在這點上使用的方法還可以根據該技術的當前狀態(tài)實施；例如，這些方法在 EP10156793. 1中被詳細描述。依靠所確定的移動值，其隨后易于識別回波列表301的由進料204產生的回波，這是因為在完成填充或弄空之后，該回波示出明顯的移動值，而干擾位置205的回波的所確定位置的值具有明顯的固定性。然而，在接通的時候以及在快到第一次裝滿或弄空容器的時段內，該方法可引起問題。因為在容器中裝填高度沒有值得注意的變化，所以存在的回波都未示出明顯的變化， 回波列表的全部回波均被移動檢測裝置評定為固定的。在沒有進一步的信息的情況下，無法確定所識別的回波中的哪一個回波是由進料204引起的回波。在此情況下，幅度評價器205承擔物位測量裝置的信號處理系列內的核心角色。 在該階段，應該指出的是，根據圖1需要被執(zhí)行的算法步驟的邏輯分類僅表示一種可能的變化。通常，與相同方法有關的步驟被劃分為各種定義的塊。例如，“幅度評價器” 105的功能也可以在“關于物位的判斷” 106內實施。幅度評價器105的任務是依據回波列表301的回波的當前幅度來評價回波。在雷達物位測量裝置的情形下，該方法相關步驟所基于的觀點由通用雷達方程推導出，例如，該通用雷達方程在“Meinke/Gundlach =Taschenbuch der Hochfrequenztechnik” (高頻工程學手冊)中被詳細描述。在依據超聲波或激光的物位測量情形下，可以在有關文獻中找到相應的物理定則。因而，例如，通過雷達方程，如果已知傳播水平，則有可能預先計算預先已知的距離內的目標的回波的接收水平。關于回波列表的各種回波，幅度評價器利用數學方程確定在理論上預期的回波幅度，并比較所述預期的回波幅度與各自察看的回波的實際接收到的幅度。如果實際接收到的回波幅度與在相應位置處理論上預期的物位反射幅度相應，則該關系以相應回波的高幅度評價的形式被傳播到與關于物位的判斷106。如果所接收到的幅度顯著不同于預期從進料反射的回波幅度，則這導致低幅度評價。在關于物位的判斷106內，可以實施物位回波的可靠識別，即使在開啟物位測量裝置的時刻或者在不存在移動的情形下，這是因為例如回波列表301中幅度評價最高的回波被精確地識別為物位回波。在實際應用中，幅度評價的上述方法可能反復地引起問題。基本上，雷達方程的正確性可以限于在發(fā)射天線的遠場中的反射體。在目標與反射體之間的距離顯著大于雷達信號的波長的那些情況下，該條件充分精確地得到滿足。 在波長典型為5cm的物位雷達裝置的當前情形下，該條件充分得到滿足。此外，作為進一步的先決條件，要被測量的反射體有必要通過所用的雷達天線的發(fā)射波瓣(transmission lobe)被輻射線覆蓋較大表面。圖4示出在目標監(jiān)控的背景下物位測量裝置的應用情況，該情況盡管不是典型的但還是可能出現(xiàn)。將被監(jiān)控的目標401處于距離測量裝置402的適當間距處，并且通過雷達天線404的發(fā)射波瓣403被輻射線覆蓋較大表面。雷達天線的發(fā)射波瓣直接依靠天線的設計；對于各自使用的天線類型，可以利用常用的模擬程序以充分地精度預先確定發(fā)射波瓣。對于圖4的應用情況，充分滿足應用雷達方程以在理論上確定預期接收水平的邊界條件；目標401的回波的預期接收幅度\406的所得函數是距目標的距離d的倒數的4次方的函數 407 (Al = f (cf4))。圖5示出用于測量容器502內介質501的裝填高度的另一布置。該圖直接示出 由于距進料的距離短，與物位測量裝置504的天線503有關的天線波瓣505沒有處于對反射介質501的整個表面506進行輻射的位置。此外，特別在小容器的情況下，因為距進料的所得距離短，所以可能發(fā)生天線的近場轉變。兩個效應均造成不再能利用雷達方程以充分的精度預測進料所反射的幅度的情形?；诮涷炛担A期的幅度慫可以根據函數507預先近似確定，該函數507依賴于距目標的距離d的倒數的三次方508 (Al ^ f (cf3))。然而，基本上，在該方法的背景中，額外地存在以下問題用于計算預期的接收幅度的函數在各個方面取決于介質501的介電常數和容器502的幾何結構，并且還取決于所用的天線503，這使相對大范圍的參數輸入成為必要。當測量散裝材料601時，更多的困難可能是環(huán)境。圖6示出相應的布置。經驗觀測提出預期的幅度值的進程(courSe)602，該進程是取決于反射體的距離的平方的倒數的函數603 (Al ^ f (cf2))。然而，如具有液體的情況，在該情況下，也需要在相對大范圍的參數化的背景下使函數適應于物理現(xiàn)實。用于確定在預定位置處的預期回波幅度的所有先前描述的方法僅能在裝置的相應參數化之后使用，甚至然后僅產生不準確的結果。預測物位回波的預期回波幅度時的作為例子示出的該缺點在使用其它測量方法時也出現(xiàn)。例如，在使用超聲波測量期間，物位回波的實際接收的回波幅度由于容器環(huán)境中的被污染元件而顯著地衰減，因而，實際接收的回波幅度顯著不同于物位回波的預期理想幅度。本發(fā)明創(chuàng)建了用于確定與進料表面所產生的物位回波的幅度有關的預期值的適當方法。在圖7中示出的信號處理單元的設計很大程度上與圖1的設計相應，但是其由于新增加的處理單元“幅度輪廓儀(amplitude profiler) "701以及修改后的處理單元“幅度評價器” 702而不同。本發(fā)明的中心思想是不依靠數學方程而是通過在物位測量裝置內自動獲得的應用知識來替代數學方程，來實施在具體位置處的物位回波的預期幅度的易于出錯的并且費事的確定。為了該效果，有利地使用塊“幅度輪廓儀” 701。該單元的任務是連續(xù)地監(jiān)控由塊“關于物位的判斷”所確定的物位，并由此準備物位回波的迄今為止觀測到的幅度值的輪廓。使幅度評價器702可獲得該幅度輪廓，幅度評價器702進而可以依靠所傳送的幅度輪
9廓來確定在具體位置處的物位回波的預期幅度。圖8示出用于在物位測量裝置中繪制幅度輪廓的流程圖。所示出的序列貫穿物位測量裝置的每個測量周期。該方法以起始狀態(tài)801開始。在步驟802，確定實際的物位。在該步驟中，包含與傳統(tǒng)的物位測量裝置的幾乎所有方法有關的步驟。具體地，在該步驟中， 接收回波曲線，并提取回波。接著，對于移動，研究回波。此外，根據已知的方法在幅度評價器702中評價回波的幅度。在系統(tǒng)啟動時，幅度輪廓儀提供包括預期幅度值的曲線，例如， 該曲線能被確定地定義為出廠默認值。此外，在該方法有關的步驟中，計算與當時的物位回波相關的判斷，以結構化形式將該物位回波提供到外部。圖10示出該結構的一個例子，其除了物位回波的位置之外，還包括物位回波的幅度以及該判斷的可信度。在步驟803中，通過幅度輪廓儀701研究供應的物位回波信息。如果發(fā)現(xiàn)有效的物位回波，則分支到步驟804。否則，該方法直接以最終狀態(tài)807結束。在步驟804，考慮物位回波信息的可信度。換句話說，在該點，研究塊“關于物位的判斷” 106是否已經充分確定性地選擇一個回波作為物位回波。例如，在圖10的結構中包含的判斷的可信度，其可以例如從物位回波的信噪比推導出，可以用作與判斷的確定性有關的衡量標準。根據另一實施例，物位回波的移動程度也可以是與判斷的確定性有關的衡量標準。如果已經可靠地識別物位回波，則分支到與方法相關的步驟806。否則，該方法直接以最終狀態(tài)807結束。在步驟806，幅度輪廓在幅度輪廓儀701內更新。在該與方法有關的步驟中，在當時的電流物位回波的位置處的、預先包含在工作存儲器中的幅度被當時的電流物位回波的幅度替換。此外，可以持續(xù)地將新獲得的幅度值存檔到非易失性存儲裝置中。圖9作為一個例子示出了參考填充一容器的動作的方法的處理步驟。在時間點t0 使用該裝置。基于在工廠提供的評價標準，依靠當前回波曲線902，物位測量裝置901可做出與回波E3或903有關的判斷，作為當時的物位。幅度輪廓儀701在由其管理的幅度輪廓 905中采用該物位回波的回波幅度作為新的格點904。在隨后的測量周期中，在時間點t1; 依靠回波曲線906，回波E5或907被識別為物位?；谠撆袛?，幅度輪廓儀701在格點908 周圍更新其幅度輪廓905。在物位測量裝置的進一步操作期間，通過格點909、910、911周圍的補充，幅度曲線905在時間點t2、t3、t4不斷地更新。在容器912已經完全裝滿一次之后，當前應用的完全獲悉的幅度曲線905存在于幅度輪廓儀中，接著幅度輪廓905可以被用于回波列表的評價。在該階段，應該指出的是，根據另一示例性實施例，如果可適用，幅度輪廓的任何遺漏區(qū)均可以被在工廠定義的標準值替代。因而，可以在、至t4的任何時間點向幅度輪廓儀702提供幅度輪廓905。根據另一示例性實施例，如果存在已獲悉的格點，也有可能插入遺漏的幅度值，或者有可能通過匹配預先定義的數學方程(例如，雷達方程)的參數來計算前述值。所獲悉的幅度曲線有利地被復制到傳感器的非易失性存儲區(qū)，使得在失去能量之后，當該裝置恢復操作時，所述幅度輪廓立即就位。在非易失性存儲區(qū)中的存儲可以在任何測量周期中進行，或在之前限定的時間格進行，或在以事件控制方式進行，例如如果裝填高度有變化。當與該技術的當前狀態(tài)相比時，所提出的實施例提供以下優(yōu)點其產生物位回波的幅度的精確的特定應用圖像，而不需要任何用戶發(fā)起的動作。假如容器中的介質是具有靜止表面的介質，當已經重新達到介質的特度裝填高度時，一旦幅度被限定，幅度就被再次以高準確度的方式復制。其它的條件發(fā)生在液體的運動表面的情況下，或發(fā)生在被測的散裝材料的層的不同輪廓表面的情況下。圖11示出在液體的運動表面的情況下遇到的問題。在時間點、，例如，關于物位回波EFO 1105確定70dB的幅度，并且該幅度由幅度輪廓儀701存儲為幅度輪廓905中的格點。如果位于容器中的攪拌器1101在時間點、開動，則代替平坦的液體表面1102，將形成漏斗形物1103，此外該漏斗形物繞攪拌器1101移動。于是，物位測量裝置1104將在同樣的位置檢測回波EFl 1106，然而，由于受干擾的反射表面1103，該回波EF11106僅包括減小的例如55dB的幅度。根據該方法的另一實施例，于是，幅度輪廓儀701可以按以下方式被修改幅度輪廓儀701用于計算與物位回波的幅度值(傳達幅度輪廓儀701的幅度值)有關的統(tǒng)計信息。圖12示出幅度輪廓，該幅度輪廓可以通過已經擴充以包含統(tǒng)計計算的幅度輪廓儀來準備。在當前的例子中，幅度輪廓包括平均值曲線1202，該平均值曲線可以通過形成在一位置的所有物位幅度的平均值而連續(xù)地計算。曲線1201描述了回波的最大幅度值，該幅度值已經在一個位置處獲得，而曲線1203描述在一個位置處已獲得最小物位幅度值。根據該方法的另一實施例，所有的三個統(tǒng)計曲線1201、1202、1203可以被傳到幅度評價器702。 因此，在回波列表的回波的幅度在最小值曲線1203和最大值曲線1201之間的區(qū)域的情況下，回波列表的回波將被幅度評價器702精確地給出高的幅度評價。替代地，也可以在計算幅度評價期間利用實際測量的回波幅度距平均值曲線1202的距離。根據該方法的另一實施例，也可以從其它統(tǒng)計學關系(例如，從方差)推出上統(tǒng)計曲線1201和下統(tǒng)計曲線1202。當然，所確定的統(tǒng)計值可以被存儲在物位測量裝置的易失性和/或非易失性存儲區(qū)中。該存儲可以在任何一個測量周期中進行，或者它也可以在預先限定的時間格點中進行，或者以事件控制的方式進行，例如在填充高度變化期間。圖13參考容器1301示出了根據本發(fā)明的方法的特別有利的應用，其中該容器 1301例如將被完全填滿。如果在應用中，沒有達到物位測量裝置與將被測量的介質之間典型的50cm(其是物位測量裝置中的標準)的阻隔距離B 1302，則這一般而言被稱為容器的過填充。該過填充表示物位測量裝置的未按規(guī)定的應用(non-specified application)； 通常這將被用戶防止。該要求是由于以下事實在高達例如50cm的范圍內，物位測量裝置的天線的相對強的反射1303被接收到。如果在該區(qū)域中，額外地存在進料表面1304的回波1305、1306，則在天線的回波與進料的回波之間存在相互干擾，這導致所述進料不再能依靠回波曲線1307被精確定位的情況。無論這些邊界條件如何，在ASSET服務的背景下，可以可靠地獲得容器內的過填充情況都是宣稱的目標。如果物位測量裝置檢測到容器的無法接受的過填充，則其能以目標方式對此作出反應。例如，其可以輸出110%的物位到外面，從而通知用戶該容器被過填充。另外，也可以經由4至20mA接口輸出干擾電流，從而通知用戶該設備脫離有效規(guī)格操作。另外，如果需要服務分配，則過填充情況的發(fā)生可以被裝置永久地存儲在事件存儲器件中以便于目標問題分析。將參考圖13在以下詳細示出使本發(fā)明的應用在過填充檢測背景下顯得特別有利的機制。在時間點tQ，物位測量裝置1308朝將被測量的進料表面1304的方向發(fā)射信號。進料位于朝上封閉的容器1301中。除了由進料引起的反射EL11305之外，隨后被裝置接收的回波曲線1309包含另外的反射EMl 1310，其由介質/容器頂部/介質1315的多重反射引起。另外，假設在迄今為止物位測量裝置1308的操作中，包含在物位測量裝置1308中的幅度輪廓儀701已經能夠準備容器的幅度輪廓1311。容器的幅度輪廓1311還被顯示在回波曲線輪廓的坐標體系中。該圖示清晰地示出物位回波EL11305在物位d =細的位置處與幅度輪廓儀701的幅度輪廓1311精確地匹配。在時間點、，啟動物位測量裝置的另一測量周期。接收到的回波曲線1312也包括由進料表面1304引起的回波EL2 1306以及由多重反射引起的回波EM2 1313。該圖示清晰地示出回波EL2 1306的幅度與幅度輪廓儀701的幅度輪廓1311精確地匹配，而在位置 d =細處，多重回波EM21313的幅度與幅度輪廓1311不匹配。在時間點t2，啟動新的測量周期?，F(xiàn)在，物位測量裝置1308與進料表面1304之間的距離在時間點t2明顯地小于在工廠限定的阻隔距離B1302。因而，在接收到的回波曲線 1307內不再可能精確定位由進料表面產生的反射。如果使用根據該領域的迄今已知狀態(tài)的裝置，則改為將距多重回波EM3 1314的距離輸出作為距物位的有效距離。該裝置將不能檢測到容器的過填充。如果改為使用根據本發(fā)明的裝置，則在幅度評價器702內，在比較在回波EM3的位置處的回波EM3 1314的幅度與幅度輪廓1311的預期幅度期間，檢測到前述兩種幅度彼此大大不同。于是，回波EM3不可能是進料表面1304引起的回波。物位測量裝置可以按自動方式推導出容器的過填充。另外，由于由裝置動態(tài)產生的幅度輪廓，因而開發(fā)了算法評價的新時機。例如，在可靠識別的物位回波的幅度大大偏離預期值的情況下，或者在已經獲悉的幅度值連續(xù)變化的情況下，可以考慮各種原因。一方面，這可能表示天線的污染。另一方面，可以按該方式檢測電子器件缺陷。另外，可以推導出在容器內產生了泡沫。而且，可以計算與介質的介電常數相關的評價，或者可以計算與在媒質變化期間介電常數的變化相關的評價，因為前述直接影響反射率，并因而影響物位回波的幅度。圖14示出根據本發(fā)明的示例性實施例的電子單元1400。除了其它元件之外，該電子單元還包含運算單元210，運算單元210被設置用于確定函數關系。運算單元210連接到存儲器件1401。存儲器件1401包含非易失性存儲區(qū)1403，例如，與物位幅度和/或其它重要的信息相關的函數關系統(tǒng)計參數可以被存儲在其中，該信息然后在重啟物位測量裝置之后可用。此外，運算單元210連接到發(fā)送/接收裝置202。天線裝置202發(fā)射傳輸信號到進料表面1304，該傳輸信號從所述進料表面1304反射并作為接收信號1405被天線裝置接收。另外，提供較高等級控制系統(tǒng)1402，該較高等級控制系統(tǒng)1402構成電子單元1400
12的一部分，或者至少連接到電子單元1400。該較高等級控制系統(tǒng)能支持或控制運算單元 210。 另外，應該指出的是，“包含”并不排除其它元件或步驟，“一”或“一個”并不排除多數。此外，應該指出的是，已經參考以上示例性實施例之一描述的特征或步驟也可以與上述其它示例性實施例的其他特征或步驟結合使用。在權利要求書中的參數標號不應當被解釋為限制。
權利要求
1.一種用于物位測量裝置(901)的電子單元(1400)，所述物位測量裝置(901)用于確定物位，其中所述電子單元包括運算單元010)，用來確定填充材料表面和所述物位測量裝置(901)之間的距離與被所述填充材料表面反射并被所述物位測量裝置(901)接收的信號分量的幅度之間的函數關系(905)；幅度輪廓儀(701)，用來產生迄今為止已測量到的物位回波的幅度值的輪廓；以及幅度評價器(702)，用來借助所述幅度值的輪廓，確定所述物位回波在特定位置處的預期幅度。
2.根據權利要求1所述的電子單元(1400)，還包括 存儲器件(1401)；其中所述函數關系(905)以格點(904、908、909、910、911)的形式被存儲在所述存儲器件中。
3.根據權利要求1所述的電子單元(1400)，其中通過調節(jié)數學方程(508、603)的系數而產生所述函數關系(905)。
4.根據權利要求1至3任意之一所述的電子單元(1400)， 其中所述函數關系(905)用于評價回波列表(301)的所述回波。
5.根據前述任意一項權利要求所述的電子單元(1400)，其中僅當所述物位測量裝置已以優(yōu)良的可靠性識別出所述物位時，才確定所述函數關系(905)。
6.根據前述任意一項權利要求所述的電子單元(1400)，其中僅當所述填充材料表面的所述回波(903、907)經過數個測量周期改變其位置時， 才確定所述函數關系(905)。
7.根據前述任意一項權利要求所述的電子單元(1400)，其中當確定所述函數關系(905)時，才確定與所述物位幅度相關的至少一個統(tǒng)計參數 (1201、1202、1203)。
8.根據權利要求7所述的電子單元(1400)，其中所述與所述物位幅度相關的至少一個統(tǒng)計參數(1201、1202、120；3)被用于評價回波列表(301)的所述回波。
9.根據前述任意一項權利要求所述的電子單元(1400)， 其中所述函數關系(905)被用于檢測過填充情形的發(fā)生。
10.根據權利要求9所述的電子單元(1400)，其中用信號將所述過填充情形的發(fā)生通知給用戶和/或較高等級控制系統(tǒng)(1402)。
11.根據權利要求2至10任意一項所述的電子單元(1400)， 其中所述存儲器件(1401)包含非易失性存儲區(qū)(1403)；其中過填充情形的發(fā)生、所述函數關系(90 、跟蹤和/或所述與所述物位幅度相關的至少一個統(tǒng)計參數(1201、1202、120；3)被存儲在所述非易失性存儲區(qū)中。
12.根據權利要求11所述的電子單元(1400)，其中當所述測量裝置恢復操作時，讀取存儲在所述非易失性存儲區(qū)(140 中的信息， 并且該信息被用于評價回波。
13.一種具有根據權利要求1至12任意一項所述的電子單元(1400)的物位測量裝置 (901)。
14.在可能發(fā)生過填充的應用中對根據權利要求13所述的物位測量裝置(901)的使用。
15.一種利用物位測量裝置(901)確定物位的方法，其中所述方法包括以下步驟 向填充材料表面發(fā)射出發(fā)射信號(1404)；檢測與所述發(fā)射信號相應的接收信號(1405)；確定所述填充材料表面和所述物位測量裝置(901)之間的距離與所述接收信號的信號分量的幅度之間的函數關系(905)，其中所述信號分量被所述填充材料表面反射并被所述物位測量裝置(901)接收；產生物位回波的、迄今為止測量到的幅度值的輪廓；借助所述幅度值的所述輪廓，確定所述物位回波在特定位置處的預期幅度。
全文摘要
本發(fā)明涉及物位測量裝置中的幅度輪廓，尤其涉及用于確定物位與被填充材料表面反射并被物位測量裝置接收的信號分量的幅度之間的函數關系的電子單元。以這種方式，可以改善物位確定的準確性。
文檔編號G01F23/28GK102338654SQ20111020446
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者于爾根·莫策, 克里斯蒂安·霍費雷爾, 卡爾·格里斯鮑姆, 曼努埃爾·考夫曼, 約阿希姆·本茨, 羅蘭·韋勒, 馬丁·蓋澤 申請人:Vega格里沙貝兩合公司