用于检测基于FMCW的填充水平测量设备处的故障状态的方法技术

本发明专利技术涉及用于在基于FMCW的填充水平测量设备处检测故障状态的方法。出于此目的，在时间上连续发生的至少两次参考测量中，分别确定第一参考测量信号(Sref1,SZF1)和至少一个第二参考测量信号(Sref2,SZF2)，其中，参考测量由填充水平测量设备(1)在一个和相同的预定参考测量条件下执行。在至少两个参考测量信号(Sref1,SZF1Sref2,SZF2)中，在每种情况下确定至少一个特征参数(Apeak,AHüII,fpeak,fmean,Φ)，其中，随时间推移的特征参数的变化(ΔApeak,ΔAHüII,Δfpeak,Δfmean,

A Method for Detecting Fault State of Filling Level Measuring Equipment Based on FMCW

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测基于FMCW的填充水平测量设备处的故障状态的方法
本专利技术涉及一种用于检测基于FMCW的填充水平测量设备的误差状态的方法，以及一种适于执行该方法的填充水平测量设备。
技术介绍
在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，经常使用用于检测和/或修改过程变量的现场设备。为了检测过程变量，传感器被使用，例如，传感器被使用在填充水平测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等中。它们检测相应的过程变量，诸如填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位、或电导率。各种这样的现场设备由恩德斯豪斯公司制造和销售。无接触测量方法已经被建立用于容器中填充材料的填充水平测量，因为它们是鲁棒性且维修费用低(在本专利技术的上下文中，术语“容器”还意指非密封容器，诸如例如水池、湖泊或水体)。无接触测量方法的另一个优点在于它们能够几乎不断地，换句话说，以非常高的分辨率测量填充水平(L)。因此，基于雷达的测量方法主要用于这一目的。建立的测量原理是FMCW测量原理(“调频连续波”)。其是基于以下事实：连续的雷达发射信号被发射，并且将在填充材料的表面处反射的所反射的雷达接收信号与该发射信号的瞬时频率进行比较。这里，雷达发射信号的频率位于标准化中心频率(f0)范围中的固定频带内。这里使用的标准频带是6GHz频带、26GHz频带、或79GHz频带。这里FMCW方法的特征是传输频率不是恒定的，而在频带内周期性是变化的。在这种情况下，变化可以是线性的，并且具有锯齿或三角形形状；然而，还能够根据应用使用正弦变化。在基于FMCW的填充水平测量方法的情况中，一个特殊的挑战是确定将测量信号与干扰信号区分开。由于填充水平测量设备的可操作性受到损害，因此由于来自误差的相对应的源的干扰信号，而能够生成错误的测量值。在这种情况下，一个主要原因是接收到由发射信号反射到干扰体上引起的干扰信号，所述干扰体为诸如容器内的搅拌器或内部配件。然而，例如，如果误差的源是天线单元中的反馈，则干扰信号还能够出现在设备内。同时，在基于FMCW的填充水平测量的情况中，现在存在用于过滤干扰信号的许多技术方法，以便使校正所接收的信号成为可能。因此，国际公布WO2012/139852A1公开了一种用于校准基于FMCW的填充水平测量设备的方法，其中，即使在正常测量操作期间，也能够利用定位在测量设备和填充材料之间的振荡参考反射器来生成唯一的参考测量信号。德国专利申请DE102008050117A1描述了一种用于校正填充水平测量设备的内部干扰信号的方法。在该专利申请中描述的方法是基于在最大吸收性测试环境中测量参考测量信号，然后基于参考信号生成校正曲线。虽然干扰信号可能地能够利用所述方法来补偿，但是填充水平测量设备的老化或污染会随着时间的推移改变干扰信号。因此，有趣的是，在正在进行的操作期间以及在补偿值的变化的情况下执行校正，从而得出存在误差状态的结论。在要求高度可靠性的关键工艺设备中使用的填充水平测量设备的情况中，这种误差状态的检测是特别期望的。对此类应用的必要要求在例如用于功能安全的IEC/EN61508标准(也称为安全完整性等级或SIL)中有所描述。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种方法，利用该方法能够检测到基于FMCW的填充水平测量设备中的误差状态。本专利技术通过一种用于在基于FMCW的填充水平测量设备中检测误差状态的方法来解决这个问题。它至少包括以下方法步骤：-由填充水平测量设备在至少一个预定参考测量条件下对第一参考测量信号(Sref1,SZF1)进行参考测量，-确定参考测量信号(Sref1,SZF1)的至少一个特征参数(Apeak,AHüll,fpeak,fmean,φ)，-在至少一个预定参考测量条件下对至少一个第二参考测量信号(Sref2,SZF2)进行参考测量，-至少基于第一参考测量信号(Sref1,SZF1)和第二参考测量信号(Sref2,SZF2)来确定至少一个特征值的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)，以及-当特征值中的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)超过特征值中的预定最大变化(例如，ΔApeak,max)时，检测误差状态。在本专利技术的上下文中，误差状态被定义为填充水平测量设备的状态，在该状态下并不确保填充水平测量设备正在确定正确的填充水平L。在本专利技术的上下文中，参考测量信号(Sref1,SZF1,Sref2,SZF2)原理上被理解为在至少一个定义的参考条件下由填充水平测量设备发送、接收和处理，以便确定填充水平L的任何信号。因此，根据本专利技术的方法使得能够检测填充水平测量设备中的任何误差状态。通过这种方式，能够确保即使在要求高度可靠性的关键工艺设备中还能够使用填充水平测量设备。根据特征参数是如何定义的，根据本专利技术，能够检测到来自可能导致误差状态的潜在误差源的各种干扰信号。在本专利技术的上下文中，特征参数是由填充水平测量设备的内部信号还是外部(干扰)信号产生并不相关。因此，在本专利技术的上下文中，有可能的是确定为特征参数，特别是相应的参考测量信号(Sref1,Sref2)的信号最大值(Speak)的幅度(Apeak)和/或频率(fpeak)，和/或相应的中频参考测量信号(SZF1,SZF2)的幅度的包络(AHüll)、相位(φ)、或低频干扰的频率(fmean)。在本专利技术的上下文中，已知的最小填充水平(Lmin)(或趋近该最小填充水平)(或达到该最小填充水平)能够例如被定义为参考测量条件。一个类似的、同样可设想的参考测量条件是，参考测量信号被确定为使用定义的远程参考对象的校准的一部分。可替选地，参考测量条件也可以是完全排空的容器，使得参考测量信号不代表任何填充水平测量值，而仅代表来自填充水平测量设备外部的大部分外部干扰信号。仅再现其中填充水平测量设备的误差的内部源的另外的可设想的参考测量条件是在其中吸收了填充水平测量设备的任何电磁波的测试环境中进行测量。本专利技术的发展提供了，至少基于至少一个特征值(Apeak,AHüll,fpeak,fmean,φ)以及其变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)，来创建至少时间变化函数(例如dApeak/dt)。这里，对于至少一个特征值的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)不超过特征值的预定最大变化(例如ΔApeak,max)的情况，在特征值的预定最大变化(例如ΔApeak,max)被超过之前的剩余操作持续时间(Δtr)是基于时间变化函数(例如dApeak/dt)来计算的。换句话说，这种发展是基于这样的思想：通过经由至少两次或更多次参考测量来确定至少一个特定特征参数的变化从而近似直到特征值中的相应最大变化可能被超过并且将因此发生填充水平测量设备的误差状态的持续时间的剩余时间段Δtr。对此的前提条件是，在最后一次参考测量时，相对应特征参数的变化尚未超过特征值的最大变化。通过本专利技术的这种发展，因此已经能够根据“预测性维护”的原理来预先预测误差状态。这里，用于确定变化函数(例如，dApeak/dt)的一种可能性是使用回归，在最简单的情况下是线性回归。然而，一般来说，在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在基于FMCW的填充水平测量设备(1)中检测误差状态的方法，包括以下方法步骤：‑由所述填充水平测量设备(1)在至少一个预定参考测量条件下对第一参考测量信号(Sref1,SZF1)进行参考测量，‑确定所述参考测量信号(Sref1,SZF1)的至少一个特征参数(Apeak,AHüll,fpeak,fmean,φ)，‑在所述至少一个预定参考测量条件下对至少一个第二参考测量信号(Sref2,SZF2)进行参考测量，‑至少基于所述第一参考测量信号(Sef1,SZF1)和所述第二参考测量信号(Sref2,SZF2)来确定至少一个特征值的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)，以及‑当所述特征值中的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)超过所述特征值中的预定最大变化(ΔApeak,max)时，检测所述误差状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.09 DE 102017100269.31.一种用于在基于FMCW的填充水平测量设备(1)中检测误差状态的方法，包括以下方法步骤：-由所述填充水平测量设备(1)在至少一个预定参考测量条件下对第一参考测量信号(Sref1,SZF1)进行参考测量，-确定所述参考测量信号(Sref1,SZF1)的至少一个特征参数(Apeak,AHüll,fpeak,fmean,φ)，-在所述至少一个预定参考测量条件下对至少一个第二参考测量信号(Sref2,SZF2)进行参考测量，-至少基于所述第一参考测量信号(Sef1,SZF1)和所述第二参考测量信号(Sref2,SZF2)来确定至少一个特征值的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)，以及-当所述特征值中的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)超过所述特征值中的预定最大变化(ΔApeak,max)时，检测所述误差状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定了相应的参考测量信号(Sref1,Sref2)的信号最大值(Speak)的幅度(Apeak)、频率(fpeak)、相应的中频参考测量信号(SZF1,SZF2)的幅度的包络(AHüll)、相位(φ)、和/或低频干扰的频率(fmean)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，下降到最小填充水平(Lmin)之下被用作为所述参考测量条件。4.根据权利要求1至3中至少一项所述的方法，其中，至少基于所述至少一个特征值(Apeak,AHüll,fpeak,fmean,φ)以及其变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,Δφ)，来创建至少时间变化函数(dApeak/dt)，并且其中，对于所述至少一个特征值的变化(ΔApeak,ΔAHüll,Δfpeak,Δfmean,...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼纽尔·绍特迈斯特，温弗里德·迈尔，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE