料位测量装置及其用途和填料表面拓扑测定方法制造方法及图纸

一种用于测定容器(308)中的填料表面(307)的拓扑的料位测量装置(301)包括：天线装置(305)、容纳装置(304)和控制单元(312)。控制单元(312)能够调节天线装置(305)的发射角(315)和天线装置(305)的相对于填充材料表面(307)的空间位置。控制单元(312)能够通过控制天线装置(305)的位置并通过控制天线装置(305)的发射和/或接收角来改变料位测量装置(301)的最终发射方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及料位测量装置以及通过表面拓扑测定对容器中的料位的测定。本专利技术还可应用于对象监测或质量流量(mass flow)检测的领域。本专利技术还涉及用于测定填料表面的拓扑的方法。
技术介绍
特定地，在对封闭容器的内部及外部的散装物料以及经常出现的静止角及去除斗进行测量时，一种有利的方案就是对填料表面的拓扑进行检测。即使对于运动液体，也可以通过表面拓扑检测来测定料位或体积。例如在采用搅拌装置并由此在液体表面上产生流动图案(所谓的“漩涡(tornados)”)时，以值得关注的方式引起此类运动液体。通过测定表面拓扑且在必要时将搅拌装置的速度考虑在内，能够推断出填料的其它变量，例如黏度或混合度。用于以非接触的方式扫描表面的方法例如可基于以下原理：在表面上反射朝向该表面发射的信号，并评估被反射的信号的传输时间和/或信号强度。为了以足够的精度检测填料表面的拓扑，可能需要朝填料表面的某些区域实施多次测量，因此增大此类测量装置或测量方法的复杂度及成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减小测定填料表面的拓扑所需的时间。本专利技术的另一目的在于降低此类料位测量装置的复杂度及成本。上述目的是通过独立权利要求的主题实现的。本专利技术的其它实施例可以参照从属权利要求以及下面的说明。根据本专利技术的一个方面，提出一种用于测定容器中的填料表面的拓扑的料位测量装置。料位测量装置包括用于发射电磁信号和/或接收这些信号的回波的天线装置。而且，料位测量装置还包括容纳装置及控制单元，其中天线装置被紧固在容纳装置上，且天线装置的相对于天线装置的纵轴的一个或多个发射角和/或接收角能被以电子的方式调节。容纳装置用于调节天线装置的相对于填料表面的位置。控制单元用于向天线装置提供电磁信号并且/或者从天线装置接收这些信号的回波。控制单元还用于改变料位测量装置的相对于容器的最终发射方向和/或接收方向，以便控制天线装置的空间位置以及天线装置的发射角和/或接收角。换言之，通过将以电子的方式改变天线装置的发射方向和/或接收方向的过程与在空间上以机械的方式使天线装置运动的过程相结合来调节料位测量装置的最终发射方向和/或接收方向。在此需要指出的是，既可采用模拟形式(例如将天线阵列与合适的移相电路或模拟开关结合地使用)也可采用数字形式(例如将天线阵列与基于数字化接收的曲线或回波信号的数字计算结合地使用)来以电子的方式改变料位测量装置的天线的发射方向和/或接收方向。上述方案之优点在于，通过将以机械的方式定位天线装置的过程与以电子的方式调节天线装置的发射角和/或接收角的过程相结合，与纯粹的机械式解决方案相比，能够减小用于检测回波信号或回波曲线的测量时间并降低电子结构(例如高频电路)的复杂度，且同时与纯粹的电子回转式解决方案相比，能够将成本保持在可接受的限值内。换言之，本专利技术将以机械的方式改变天线结构的位置的过程的优点与以电子的方式改变天线结构的接收角(和/或旋转角，必要情形下)的过程的优点相结合，例如通过数字波束成形或通过结合地使用模拟移相器与天线阵列(在此情况下可有利地使用贴片天线)。于是，能够减小部件复杂度并提高可实现的最大测量速率。在此情况下，天线装置的位置例如可以是天线装置在三维空间中(例如在容器内部在填料表面上方)的空间位置。此方案还包括围绕自身旋转轴的旋转或者甚至平移运动。可将填料表面的拓扑理解为散装物料的表面或散装物料的表面的由于散装物料在容器中堆积/从容器排出而产生的散装物料的表面的分布或形状。此类表面例如也可以是位于传送带上的散装物料或运动液体的不规则表面。所发射的电磁信号例如可以是C波段、K波段或W波段(例如6Ghz、24Ghz、79Ghz)中的雷达信号，它们适于被填料表面反射并随后被料位测量装置接收。例如可以基于已知的脉波传输时间法或FMCW法来测定拓扑。也可将上述两种方法与已知的超音波测量技术相结合。天线装置例如可以是将多个独立的、较小的且彼此组合的发射器(所谓“贴片”)组合在一起而形成的贴片天线。这些贴片例如可布置在共同的载体上或作为印刷电路板的金属层进行布置。可将天线装置的发射角和/或接收角理解为天线装置的主发射方向相对于天线装置的纵向延伸的角度。因此，无需机械运动或在空间中改变天线装置的位置就能改变发射角和/或接收角。例如可通过重迭效应(相长干涉和相消干涉)以及移相的组合来以电子的方式调节发射角。在接收信号时，可通过已知的数字波束成形(Digital Beam Forming)算法使阵列天线的各接收信道相对彼此移相来改变接收方向。容纳装置例如可以是可移动的保持装置，并以可移动的方式将天线装置连接到容器的壁部，从而实现天线装置的相对容器的预定位置。在一个示例中，容纳装置是垂直杆，所述垂直杆被以可围绕其纵轴旋转的方式支承，且在所述垂直杆的朝向填料表面的端部上设置有天线装置。容纳装置例如可通过使天线装置围绕旋转轴的旋转来辅助地使天线装置机械地运动。优选地，在不与天线装置的机械运动的运动方向对应的方向上改变天线的发射角和/或接收角。理想地，这两个方向轴彼此垂直。由此，例如通过在X方向及Y方向上二维地改变料位测量装置的最终发射方向和/或接收方向来检测表面。根据本专利技术的实施例，控制单元用于通过调节天线装置的机械位置并通过调节天线装置的发射角和/或接收角来调节料位测量装置的特定的发射方向和/或接收方向。换言之，可通过以电子的方式有针对性地调节天线装置的发射角和/或接收角并通过在空间内以机械的方式定位天线装置来调节料位测量装置的特定的发射方向和/或接收方向，从而对预定的子表面进行检测。例如，可将特定的位置与发射角和/或接收角的组合进行保存，以便扫描预定的子表面。根据本专利技术的实施例，通过采用模拟移相器和/或模拟开关来以电子的方式调节多个发射角和/或接收角。根据本专利技术的实施例，通过采用数字波束成形法来以电子的方式调节多个发射角和/或接收角。根据实施例，容纳装置包括用于使天线装置运动的驱动器，且控制单元用于控制驱动器。此方案之优点在于，有针对性地使天线装置或容纳装置运动，以便调节天线装置的特定位置。在此情况下，驱动器可布置在容纳装置的不同位置上。在一个示例中，这还意味着容纳装置本身(无驱动器)并不运动，但天线装置可直接设置在驱动器上。根据实施例，容纳装置用于使天线装置围绕旋转轴旋转，并且驱动器是用于使容纳装置旋转的马达。在此有利的实施例中，空间需求相对较小的天线装置能够检测容器中的较大区域。根据本专利技术的实施例，天线装置是一维阵列天线且具有细长形状。根据实施例，天线装置的纵向延伸相对于旋转轴倾斜地布置，使得天线装置的纵向延伸与旋转轴之间的角度不等于90°。此种倾斜布置方案的优点在于，特别是在与天线结构的旋转运动相结合的情况下，通过数字波束成形也能够对填料表面的甚至远离料位测量装置的表面区域进行良好的检测。根据本专利技术的实施例，天线装置的纵向延伸与旋转轴之间的角度大于45度。此方案之优点在于，即便在料位差异很大的情况下，在此角度范围内也能非常有效地检测拓扑。根据本专利技术的实施例，控制单元及容纳装置用于改变角度。例如，这可以可通过另一驱动器来实现，该另一驱动器使天线装置相对于容纳装置运动或设置特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定填料表面(307)的拓扑的料位测量装置(301)，其包括：天线装置(305)，其用于发射和/或接收电磁信号(306)；容纳装置(304)；控制单元(312)，其中，所述天线装置(305)被紧固在所述容纳装置(304)上，其中，所述天线装置(305)的多个发射角和/或接收角(315)能够被以电子的方式调节，其中，所述容纳装置(304)用于以机械的方式调节所述天线装置(305)的相对于所述填料表面(307)的位置，其中，在所述天线装置(305)的辅助下，所述控制单元(312)用于通过调节所述天线装置(305)的位置并通过以电子的方式调节所述天线装置(305)的发射角和/或接收角(315)来检测来自所述填料表面(307)的不同区域的多个回波信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测定填料表面(307)的拓扑的料位测量装置(301)，其包括：天线装置(305)，其用于发射和/或接收电磁信号(306)；容纳装置(304)；控制单元(312)，其中，所述天线装置(305)被紧固在所述容纳装置(304)上，其中，所述天线装置(305)的多个发射角和/或接收角(315)能够被以电子的方式调节，其中，所述容纳装置(304)用于以机械的方式调节所述天线装置(305)的相对于所述填料表面(307)的位置，其中，在所述天线装置(305)的辅助下，所述控制单元(312)用于通过调节所述天线装置(305)的位置并通过以电子的方式调节所述天线装置(305)的发射角和/或接收角(315)来检测来自所述填料表面(307)的不同区域的多个回波信号。2.如权利要求1所述的料位测量装置(301)，其中，所述控制单元(312)用于调节所述天线装置(305)的相对于所述填料表面(307)的预定位置以及所述天线装置(305)的特定发射角/接收角(315)，以便检测来自所述填料表面(307)的特定区域的电磁信号。3.如前述权利要求中任一项所述的料位测量装置(301)，其中，以电子的方式对多个发射角和/或接收角(315)的调节是通过使用模拟移相器和/或模拟开关实现的。4.如前述权利要求中任一项所述的料位测量装置(301)，其中，以电子的方式对多个发射角和/或接收角(315)的调节是通过使用数字波束成形方法实现的。5.如前述权利要求中任一项所述的料位测量装置(301)，其中，所述容纳装置(304)包括用于使所述天线装置(305)运动的驱动器(313)，且其中，所述控制单元(312)用于控制所述驱动器(313)。6.如权利要求5所述的料位测量装置(301)，其中，所述容纳装置(304)用于使所述天线装置(305)围绕旋转轴旋转，且其中，所述驱动器(313)是用于使所述容纳装置(304)旋转的马达。7.如前述权利要求中任一项所述的料位测量装置(301)，其中，所述天线装置(305)是一维阵列天线(401)且具有细长形状。8.如权利要求7所述的料位测量装置(301)，其中，所述天线装置(305)的纵向延伸相对于所述旋转轴倾斜地布置，使得所述天线装置(305...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·韦勒，莱温·迪特尔勒，
申请(专利权)人：VEGA格里沙贝两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE