本發(fā)明涉及物位測量方法以及物位測量設備。

背景技術(shù)：

在當今的工業(yè)生產(chǎn)中，對容器中的填料(例如流體或者顆粒填料)的物位的監(jiān)控在經(jīng)常高度自動化的工藝過程中以及較小的倉庫存儲中基本上有助于成本效率的提高，并在許多應用領(lǐng)域中成為標準措施。在此尤其是利用雷達傳感器進行操作的物位測量方法和物位測量設備非常普及，這些物位測量方法和設備測量評估回波曲線并由此推導出物位。在此要注意的是，雷達傳感器的定義如其在本公開中所使用的那樣并不強制性地限定為純探測器部件，其當然需要信號輸出端或者通信接口。也就是說，本公開的范疇中的雷達傳感器也可以包括用于發(fā)射雷達信號的主動組件和/或電子控制裝置。

在此，在這類測量的基本原理中，信號被發(fā)射到容器中，并且例如記錄反射的雷達回波的穿行時間分布，由此可以得到填料面至雷達傳感器的間隔。這通常通過評估電子器件自動地實現(xiàn)，該評估電子器件根據(jù)定義的標準將填料面指定到回波曲線中的結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)該結(jié)構(gòu)的位置計算出物位。評估電子器件不必強制性地被配置成單獨的部件，且也可以被集成在雷達傳感器中，尤其是雷達傳感器的電子控制裝置中。

然而，利用該措施在不能確保通過評估電子器件識別回波曲線中的正確結(jié)構(gòu)時總是出現(xiàn)問題。例如特別在如下情況下明顯地出現(xiàn)問題：因為容器的幾何形狀的原因，雷達傳感器布置成使得在裝填容器時不能避免填料流侵入到雷達傳感器的發(fā)射雷達束的發(fā)射器的發(fā)射區(qū)域中或者橫穿該區(qū)域。這必然導致在回波曲線中產(chǎn)生額外的結(jié)構(gòu)，當該結(jié)構(gòu)與通過真實的填料面引發(fā)的回波曲線的結(jié)構(gòu)相比類似地較強或者甚至更強地形成時，該結(jié)構(gòu)會被評估電子器件錯誤地識別為填料面，這當然會導致極端錯誤的物位輸出。

為了避免這樣的問題，由EP 1283412B1公開了一種用于檢測填充過程的方法，在該方法中回波曲線通過評估電子器件檢驗其是否處于預期的范圍內(nèi)并且當不是這種情況時，推斷出填充過程的存在。但是由此僅實現(xiàn)了沒有填充過程的有意義的測量結(jié)果和填充過程中的無意義的測量結(jié)果之間的區(qū)分。

EP 2824431A1公開了通過多普勒方法來測定流動速度和至流動的介質(zhì)的間距。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供改進的物位測量方法和物位測量設備，其中，回波曲線的評估能夠匹配于當前引發(fā)的條件-例如正在進行的填充過程，但還包括排空或者攪動器的操作。

本發(fā)明的目的是通過具有權(quán)利要求1的特征的物位測量方法和具有權(quán)利要求10的特征的物位測量設備實現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求的目的在于提供本發(fā)明的優(yōu)選實施例。

根據(jù)本發(fā)明的利用至少一個雷達傳感器和至少一個評估電子器件來測量例如處于容器內(nèi)部的填料的物位的方法包括如下步驟：接收回波曲線；接收多普勒頻譜；通過所述評估電子器件評估所述多普勒頻譜；以及在考慮到通過所述評估電子器件對所述多普勒頻譜評估的結(jié)果的同時，通過所述評估電子器件評估所述回波曲線。本發(fā)明是以如下認識為基礎的：通過多普勒頻譜能夠自動地提取關(guān)于當前存在的條件的詳細信息，利用該信息能夠顯著地改善通過評估電子器件對回波曲線的評估。

需要注意的是，可以使用不同的雷達技術(shù)、雷達信號和調(diào)制形式，例如脈沖雷達、FMCW雷達、脈沖多普勒雷達、脈沖壓縮雷達、FSK雷達和連續(xù)波雷達。

在該方法的一個優(yōu)選實施例中，在通過評估電子器件評估多普勒頻譜時確定填料面是否發(fā)生變化，例如，因為容器中的攪動設備正在操作。由于這樣的變化隨著填料顆?；蛘吡黧w組分的運動一同發(fā)生，因此包含速度信息的多普勒頻譜適于識別出這樣的運動。這尤其可以在評估電子器件也能夠訪問填料的有關(guān)信息時加以使用，從而在從回波曲線中確定物位時考慮在流體中操作的攪動器的影響，例如拋物線形表面的形成。

根據(jù)該方法的另一個優(yōu)選實施例，使用包括速度信息的多普勒頻譜，確定是否出現(xiàn)填料的流入或者流出。該信息不僅能用于對從可能由填充過程造成錯誤的回波曲線中獲得的物位信息進行鑒定，而且也用于校正從回波曲線中獲得的物位信息的可能影響或者通過以此為基礎的流入率或者流出率的估測從最后未受影響的物位出發(fā)實現(xiàn)對真實的當前物位的估測。

特別地，這被證明是有利的：取決于對多普勒頻譜評估的結(jié)果，在通過評估電子器件評估回波曲線時動態(tài)地調(diào)整被使用的平均因子。

特別地，在填充流在填充容器時侵入到雷達傳感器的監(jiān)控區(qū)域中(也就是雷達傳感器的天線的發(fā)射區(qū)域中)從而在回波曲線出現(xiàn)了對應于填充流的結(jié)構(gòu)的情況下，可以使用來自多普勒頻譜的指示(即存在這樣的填充流)來確定對回波曲線中的與填料的物位相對應的結(jié)構(gòu)的識別。例如，當在雷達傳感器的監(jiān)控區(qū)域中存在強烈的填充流時，在許多情況下起作用的標準將具有最高振幅的回波曲線的結(jié)構(gòu)與物位相關(guān)聯(lián)，從而導致了錯誤的結(jié)果。通過替換或者利用額外條件來補充該標準，在回波曲線中跳躍性出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)被排除在用于物位的可能的候選資格之外。

特別優(yōu)選地，回波曲線和多普勒頻譜被同時接收，因為這兩個測量在系統(tǒng)的相同狀態(tài)下實現(xiàn)。在一些常見的雷達技術(shù)和調(diào)制形式中強制性地要求以不同的雷達傳感器接收回波曲線和多普勒頻譜。但是這也當在原則上可能使用唯一的雷達傳感器時帶來優(yōu)點。

此外優(yōu)選地，當流量計被布置在流入口或者流出口中時，流量計的測量值被提供至雷達傳感器中的信號評估裝置，以作為額外的輸入?yún)?shù)。

根據(jù)本發(fā)明的物位測量設備具有至少一個雷達傳感器和至少一個控制和評估電子器件，但是其也能夠由多個組件組成。物位測量設備的特征在于，控制和評估電子器件用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法。尤其由此可以確?？刂坪驮u估電子器件的處理器對存儲器中存儲的用于執(zhí)行上述方法的程序進行處理，也就是通過相應地控制屬于雷達傳感器的雷達發(fā)射器來執(zhí)行對回波曲線和多普勒頻譜的測量并且將利用雷達傳感器的雷達探測器測定的數(shù)據(jù)作為回波曲線或者多普勒頻譜進行分析，其中通過多普勒頻譜的分析獲得參數(shù)，評估電子器件然后在評估回波曲線時使用該參數(shù)。

附圖說明

接下來根據(jù)示例性的圖示對本發(fā)明進一步說明。圖中示出：

圖1示出了具有一個雷達傳感器的容器，其中填料流入到該容器中。

圖2示出了如利用圖1所示的布置測定的回波曲線的第一示例。

圖3示出了如利用圖1所示的布置測定的回波曲線的第二示例。

圖4示出了具有兩個雷達傳感器的容器，其中填料流入到該容器中，

圖5示出了具有一個雷達傳感器的容器的替代方案，其中填料流入到該容器中，且流量測量設備被布置在供應管道上。

圖6a示出了在未被干擾的填料表面的情況下的多普勒頻譜。

圖6b示出了在填充流處于雷達傳感器的監(jiān)控區(qū)域之外的情況下的多普勒頻譜。

圖6c示出了在填充流進入雷達傳感器的監(jiān)控區(qū)域中的情況下的多普勒頻譜。

圖6d示出了在容器處于排空狀態(tài)的情況下的多普勒頻譜。

具體實施方式

圖1示出了雷達傳感器1，該雷達傳感器1包括未示出的雷達發(fā)射器、雷達接收器以及控制和評估電子元件。雷達傳感器1被布置在具有供應管道5和排放管道6的容器2上并用于確定填料面4的位置，由此推導出物位。在圖示的情況下，通過供應管道5，填料流3流入到容器2中，該填料流進入雷達傳感器1的監(jiān)控區(qū)域中。由于填料流3的存在而出現(xiàn)了干擾，該干擾視位置和振幅而不利地影響對填料面4的位置的確定。即使填料流3處于雷達傳感器1的由雷達發(fā)射器的發(fā)射區(qū)域定義的監(jiān)控區(qū)域之外的填充狀態(tài)下，也會不利地影響對位置的確定，例如當填料是液體時，從而填料流3在填料面4上的出現(xiàn)會導致波浪的形成。

圖2示出了填充過程中的典型回波曲線7。在測量距離時，曲線的前部區(qū)域中的分布回波8由填充流引起。在曲線的后部區(qū)域中能夠明顯識別的單個回波9表示正確的物位回波。在這種情況下，還能夠分離回波曲線中的填充流回波和填料回波，這是因為兩個回波彼此足夠遠并且填料回波具有足夠大的振幅。然而，在具有例如在圖3中看到的輪廓的回波曲線10中出現(xiàn)問題。在此，在振幅上與填料回波12相比，填充流的各種干擾回波11占優(yōu)勢。如果停止填充過程，那么信號評估不能夠長時間地停留在正確的填料回波12上。評估電子器件更多地在一些時間之后確定較大的不期望的填充流回波11，并且因此輸出錯誤的物位。

如果填充流的不期望的干擾回波和填料回波彼此足夠近，則很小的干擾回波振幅也能改變曲線形狀并進而改變填料回波的位置，并導致距離錯誤。

所描述的根據(jù)本發(fā)明的用于解決問題的方案的目的在于，通過多普勒測量來探測容器內(nèi)部的任何動態(tài)變化，并進而用于評測對測定的距離測量的信號處理。多普勒測量或者對接收到的雷達信號中的多普勒偏移的評估給出了容器的容納物的一部分的速度。尤其是，可以從接收到的雷達信號計算出多普勒頻譜，該多普勒頻譜表示在容器中測量的多普勒頻率的分布并進而表示速度。在多普勒頻率和速度之間存在有線性關(guān)系。

如例如圖6a-6d所示，多普勒頻譜可識別基本上彼此待區(qū)分的場景。

圖6a示出了由未被干擾的填料表面4產(chǎn)生的多普勒頻譜18。頻譜是無結(jié)構(gòu)的，并且僅表示相應的接收器的電子基礎噪音；相應地，不需要改變這種情況下的對回波曲線的評估。

如看到的那樣，圖6b示出了在例如通過圖1中的供應管道5在填料的物位線上方開始填充時的多普勒頻譜19。然而，不同于圖1所示的情形，在此所發(fā)射的雷達信號位于填充流之外。因而，不存在干擾回波。這尤其在具有較大的直徑的容器的情況中實現(xiàn)。因而，通過在容器中形成波浪，并且在與之相關(guān)的不平靜的填料表面上探測到與平靜的填料表面相比發(fā)生變化的多普勒頻譜。因此在這種情況下也探測到了填充過程，這作為額外信息以用于對距離測量的信號處理。當然，當干擾性地對平坦的填料面產(chǎn)生影響的攪動器或者容器中的另外設備工作時亦是如此。

圖6c示出了如在圖1示出的情況下獲得的多普勒頻譜20，其中圖2中示出圖1所示情形的相關(guān)回波曲線7。在回波曲線中實現(xiàn)了至填料面和填充流的同時距離測量，但通過多普勒評估安全地識別這種情況。快速下降的填料的頻譜頻率分布明顯不同于物位線的相對慢速變化的物位的頻率頻譜。因此防止了如下情形：決定對如圖3所示的回波曲線10中的可能產(chǎn)生的較大的干擾回波11進行回波評估，并因此提供了至填料面的錯誤距離值。

如所見的那樣，圖6d示出了在例如通過圖1中的排放管道6在填料物位線下方進行填充或者排空使得所發(fā)射的用于距離測量的雷達信號沒有受到填充流干擾時的多普勒頻譜21。在該場景中，認定填料表面在通過管6填充和排空容器時保持平靜，即在填料表面上沒有產(chǎn)生顯著的波浪。因此沒有額外的不期望的干擾回波被輸出到回波曲線上。多普勒測量在此提供了填料的物位線移動的速度，以作額外信息。由此，例如可以在物位線快速地變化時動態(tài)地調(diào)節(jié)距離測量的平均因子。此外，視物位變化的速度而定，可以在時間上預報容器何時被完全地排空或者填充或達到預定的水平。

對于待測量的場景的物位測量和多普勒評估來說，可以使用不同的雷達技術(shù)、雷達信號和調(diào)制方式。用于物位測量和/或多普勒評估的一些常規(guī)方法例如為脈沖雷達、FMCW雷達、脈沖多普勒雷達、脈沖壓縮雷達、頻移鍵控(FSK：Frequency Shift Keying)雷達和連續(xù)波(CW：continous wave)雷達。該列舉不應被視為排他性的。許多另外的雷達技術(shù)，尤其是混合形式的雷達技術(shù)也能夠應用到上下文中。

列舉的雷達技術(shù)和調(diào)制形式允許以不同的類型進行物位測量和多普勒評估。例如在一些調(diào)制形式和雷達技術(shù)的情況下可以執(zhí)行距離和速度的同時測量或者接收信號的多普勒偏移。另外的調(diào)制形式僅允許連續(xù)順序的距離測量和多普勒評估。利用純連續(xù)波雷達例如僅可以執(zhí)行多普勒評估但是不能進行距離測量。

圖4展示了如下場景：雷達傳感器13例如僅用于物位測量并且雷達傳感器14僅用于速度測量。這些測量在此優(yōu)選同時地執(zhí)行。

如在圖5中所示，如果物位回波因為靠近填充流的不期望的干擾回波的原因而受到不利影響，也能夠通過對例如流量的額外測量來確定至填料面的預期距離。在此，流量計16處于容器的入口17中，并將測定的流量值提供到信號處理裝置以作為輸入?yún)?shù)。即使在填充期間不能通過雷達傳感器15測量出可靠的物位值，但可以通過容器幾何形狀和已知的入口并利用合適的算法估測出實際的填料高度。

參考標號列表

1 雷達傳感器 2 容器 3 填料流

4 填料面 5 供應管道 6 排放管道

7 回波曲線 8 干擾回波 9 填料回波

10 回波曲線 11 干擾回波 12 填料回波

13 雷達傳感器 14 雷達傳感器 15 雷達傳感器

16 流量計 17 入口 18 多普勒頻譜

19 多普勒頻譜 20 多普勒頻譜 21 多普勒頻譜