用于确定填充材料表面的拓扑的填充物位测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种用于确定填充材料表面(107)的拓扑的填充物位测量装置(100)，填充物位测量装置(100)具有天线阵列(130)，天线阵列具有至少三个均用于发射雷达信号并用于接收在填充材料表面(107)上被反射的信号的天线装置(132、134、136)。此外，填充物位测量装置还具有控制单元(101)，其中，天线阵列(130)包括至少三个天线表面(133、135、137)，天线表面的表面法向矢量彼此交叉地布置，其中，天线装置(132、134、136)设置在相应的天线表面(133、135、137)上，使得能够利用每个天线装置检测不同的空间角度区域(138、140、142)。此处，天线装置(132、134、136)均被配置成基于反射的信号产生测量信号，且其中，控制单元(101)被配置成进一步处理天线装置的测量信号并且/或者将测量信号组合成公共测量信号。

Filling position measuring device for determining topology of filling material surface

The invention provides a filling position measurement device (100) for determining the topology of a filling material surface (107), a filling position measuring device (100) having an antenna array (130), an antenna array having at least three antenna devices used to transmit radar signals and to receive signals reflected on the filling material surface (107) (132,). 134, 136). In addition, the filling position measurement device also has a control unit (101), in which the antenna array (130) includes at least three antenna surfaces (133, 135, 137), and the surface method of the antenna surface is arranged intersecting with each other, in which the antenna devices (132, 134, 136) are set on the corresponding antenna surfaces (133, 135, 137), so that the antenna array is able to be arranged on the corresponding antenna surface (133, 135, 137). Each antenna device is used to detect different spatial angle regions (138, 140, 142). Here, the antenna devices (132, 134, 136) are configured to produce a measurement signal based on a reflected signal, and in which the control unit (101) is configured to further process the measurement signals of the antenna device and / or to combine the measured signals into a common measurement signal.

【技术实现步骤摘要】
用于确定填充材料表面的拓扑的填充物位测量装置
一般而言，本专利技术涉及填充物位测量。特别地，本专利技术涉及用于确定填充材料表面的拓扑的填充物位测量装置、用于确定填充材料表面的拓扑的方法、用于填充物位测量装置的程序元件以及具有所述程序元件的计算机可读介质。
技术介绍
填充材料表面的拓扑的检测尤其可以有利地用于测量散装材料以及在密封容器内部或外部经常出现的散料锥形堆和斗形堆。即使在流动液体的情况下，表面拓扑的检测也能够适用于确定填充物位和/或体积。这种移动的液体在例如在使用搅拌装置以及从搅拌装置产生的液体表面上的流动图像时出现(所谓的漩涡)。必要时在考虑搅拌装置的速度的情况下，表面拓扑的确定可以推导出其它的变量，例如粘度或填充材料的混合。用于表面的无接触式扫描的方法可以例如以如下的原理为基础：在表面的方向上发射的信号在表面上被反射，并且评估反射信号的传播时间和/或信号强度。为了以足够的精度检测填充材料表面的拓扑，可能需要在填充材料表面的某些区域的方向上执行多个测量，由此可增加这种测量装置或测量方法的复杂性以及成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种紧凑的、稳健的、可靠的、低维护需求的、低磨损的和低成本的用于确定填充材料表面的拓扑的填充物位测量装置。该目的通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的其它实施例可以从从属权利要求和以下描述中获得。本专利技术的一个方面涉及一种用于确定、获取和/或测量填充材料表面的拓扑的填充物位测量装置。例如，填充材料表面可以是例如容器中或者开放的散装材料保持器上的散装材料表面和/或液体填充材料的表面。填充物位测量装置包括具有至少三个天线装置的天线阵列，每个天线装置被配置为用于发射雷达信号并接收在填充材料表面上被反射的信号。进一步地，填充物位测量装置还具有用于控制天线阵列和/或天线阵列中的天线装置的控制单元。控制单元还可以是用于评估和/或处理天线装置的测量信号的电气控制电路、调整电路、评估电路和/或评估单元。天线阵列具有至少三个天线表面，这些天线表面的表面法向矢量和/或表面法线彼此交叉地布置，天线装置布置在每个天线表面上，使得可以通过每个天线装置确定和/或记录不同的空间角度范围。天线装置均被配置为基于从填充材料表面反射的信号产生与反射信号相关的测量信号。例如，每个天线装置可以确定与填充材料表面和/或填充材料表面的部分区域的距离，所述距离是在所检测的角度范围内的填充材料的填充高度的测量值。此外，控制单元被配置为进一步处理天线装置的测量信号和/或将它们组合成公共测量信号。特别地，控制单元可以被配置为通过组合天线装置的测量信号的至少一部分来确定填充材料表面的拓扑。在本申请的上下文中，天线阵列可以指的是雷达天线。在本申请的上下文中，天线装置可以被理解为独立工作的天线单元，例如，部分雷达天线和/或部分雷达组，它们均布置在天线阵列的天线表面上，使得通过每个天线装置可以测量填充材料表面的部分区域。由天线装置检测的部分区域至少可以部分地重叠。为了使每个天线装置能够检测填充材料表面的部分区域，天线装置布置在彼此倾斜和/或交叉地布置的天线表面上。天线表面可以例如分别表示天线阵列的部分侧表面。天线表面的表面法向矢量可具有彼此交叉、正交和/或非平行地布置、排列和/或延伸。此外，表面法向矢量可以彼此为交叉的。换句话说，天线表面和布置在其上的天线装置可以相对地朝向彼此地和/或彼此相对地倾斜。通过这种天线表面的布置以及布置在其上的天线装置可以有利地确保每个天线装置可以检测不同的以及其它的空间角度范围内，并且进而检测填充材料表面的不同区域。有利地，可以提供紧凑的、稳健的、可靠的、低维护需求的、低磨损的和低成本的填充物位测量装置，该填充物位测量装置能够检测填充物位测量装置下方的半空间(即大约π和/或180°的总空间角度)，而不必移动填充物位测量装置的部件，例如旋转和/或偏转。根据本专利技术的实施例，利用天线装置可检测的空间角度范围通过模拟和/或数字波束成形来改变和/或可以改变。换句话说，利用天线装置可检测的角度范围可以通过电子束偏转或者数字和/或模拟波束成形方法来改变，即可以使用每个天线装置执行模拟和/或数字波束成形。每个天线装置的主波束方向和/或主接收方向可以通过模拟和/或数字波束成形相对于天线表面的相关表面法向矢量来改变，使得可以在不同的角方向上并因而在不同角区域内检测反射率。整体地，可以以这种方式有利地增加填充物位测量装置所检测的空间角度范围。总之，可通过根据本专利技术的天线阵列和控制装置来提供如下的一种填充物位测量装置，该填充物位测量装置基于由天线装置接收的信号并通过使用数字和/或模拟波束成形方法在位于填充物位测量装置下方的半空间中实现准确的测量。本专利技术特别可以基于如下所述的思想和认知来考虑。用于确定散装材料表面的拓扑的传统的基于天线的填充物位测量装置和/或评估方法可以通过模拟和/或数字波束成形而不机械地调整天线的主波束方向来检测不同角度方向上的反射率。然而，仅能够在相对于天线的安装方向的约60°的有限角度范围内可靠地且足够精确地确定天线下方的散装材料表面的拓扑。通过本专利技术和根据本专利技术的具有至少三个相互倾斜的天线装置的天线阵列，可以在高达+/-90°的角度范围内测量散装材料表面的拓扑。由此，能够在几乎被填充材料完全填充的容器中进行测量。此外，天线表面和/或天线装置可以被设计为基本平坦和/或平面的，由此实现了低成本的填充物位测量装置。根据本专利技术的一个实施例，每个天线装置的主波束方向与天线表面的相关表面法向矢量之间的偏转角度在+/-45°的范围内。在这种情况下，可以设定天线装置的主波束方向和布置有该天线装置的天线表面的表面法向矢量之间的偏转角度。通过上述的与天线装置的最大可检测角度范围相应的偏转角度范围可以确保在填充物位测量装置下方的半空间中高精度地完全获得、确定和/或测量填充材料的拓扑。根据本专利技术的一个实施例，天线装置均具有用于发送雷达信号的至少一个发射元件和用于接收反射信号的至少两个接收元件。可替代地，天线装置均具有用于发送雷达信号的至少两个发射元件和用于接收反射信号的至少一个接收元件。因此，发射元件和接收元件通常可以指填充物位测量装置的天线元件。例如，天线元件可以被设计为中空导体元件、贴片元件、喇叭天线元件、介电天线元件和/或杆元件。在此，天线元件可以被设计为用于发送和接收，也就是说，发射元件和接收元件可以被设计为具有相同的结构。发射元件和接收元件也可以被不同地设计。通常，通过在每个天线表面上，特别是在倒置的天线阵列(例如，倒置的棱锥和/或倒置的截头棱锥的形式)上安装至少一个发射元件和至少两个接收元件或安装至少两个发射元件和至少一个接收元件，可以结合模拟和/或数字波束成形方法提供用于检测拓扑的紧凑的、稳健的、可靠的、低成本的和精确的填充物位测量装置。根据本专利技术的实施例，天线装置的发射元件和接收元件以平面的方式布置在相关的天线表面上。例如，发射元件和接收元件可以在天线表面上在一个或多个行和/或列中布置成阵列。可替代地或者可附加地，每个天线装置的直接相邻的发射元件和/或接收元件以小于或等于雷达信号的波长的一半的距离彼此间隔开。换句话说，在天线装置上彼此直接相邻地布置的发射元件和/或接收元件可以具有小于或等于雷达信号的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定填充材料表面(107)的拓扑的填充物位测量装置(100)，其具有：具有至少三个天线装置(132、134、136)的天线阵列(130)，所述天线装置均被配置成用于发射雷达信号并接收在所述填充材料表面(107)上被反射的信号；和控制单元(101)，其中，所述天线阵列(103)具有至少三个天线表面(133、135、137)，所述天线表面的表面法向矢量彼此交叉地布置，其中，所述天线装置(132、134、136)分别布置在所述天线表面(133、135、137)上，使得能够利用每个所述天线装置检测不同的空间角度区域(138、140、142)，其中，每个所述天线装置(132、134、136)被配置成基于所述被反射的信号产生测量信号，并且其中，所述控制单元(101)被配置成进一步处理所述天线装置的所述测量信号并且/或者将所述测量信号组合成公共测量信号。

【技术特征摘要】
2016.10.17 EP 16194083.81.一种用于确定填充材料表面(107)的拓扑的填充物位测量装置(100)，其具有：具有至少三个天线装置(132、134、136)的天线阵列(130)，所述天线装置均被配置成用于发射雷达信号并接收在所述填充材料表面(107)上被反射的信号；和控制单元(101)，其中，所述天线阵列(103)具有至少三个天线表面(133、135、137)，所述天线表面的表面法向矢量彼此交叉地布置，其中，所述天线装置(132、134、136)分别布置在所述天线表面(133、135、137)上，使得能够利用每个所述天线装置检测不同的空间角度区域(138、140、142)，其中，每个所述天线装置(132、134、136)被配置成基于所述被反射的信号产生测量信号，并且其中，所述控制单元(101)被配置成进一步处理所述天线装置的所述测量信号并且/或者将所述测量信号组合成公共测量信号。2.根据权利要求1所述的填充物位测量装置(100)，其中，利用所述天线装置(132、134、136)能够检测的所述空间角度区域(138、140、142)能够通过模拟和/或数字波束成形进行改变。3.根据权利要求1或2所述的填充物位测量装置(100)，其中，每个所述天线装置(132、134、136)的主波束方向(138)与所述天线表面(133、135、137)的相关的表面法向矢量之间的偏转角度处于+/-45°的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的填充物位测量装置(100)，其中，所述天线装置(132、134、136)均具有至少一个用于发射所述雷达信号的发射元件(144)和至少两个用于接收所述被反射的信号的接收元件(146)，或者其中，所述天线装置(132、134、136)均具有至少两个用于发射所述雷达信号的所述发射元件(144)和至少一个用于接收所述被反射的信号的所述接收元件(146)。5.根据权利要求4所述的填充物位测量装置(100)，其中，所述天线装置(132、134、136)的所述发射元件(144)和所述接收元件(146)以平面的方式布置在相关的所述天线表面(133、135、137)上，并且/或者其中，每个所述天线装置(132、134、136)的直接相邻的所述发射元件(144)和/或所述接收元件(146)以小于或等于所述雷达信号的波长的一半的间距彼此间隔开。6.根据权利要求4或5所述的填充物位测量装置(100)，其中，所述天线装置(132、134、136)的所述发射元件(144)和所述接收元件(146)T形地布置在相关的所述天线表面(133、135、137)上。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·韦勒，斯特芬·瓦尔德，
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