用于确定容器中填充材料的填充水平的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过借助于超声波或雷达的填充水平测量设备(1)来安全并精确地查明位于容器(2)中的填充物质(3)的填充水平(L)的方法。根据本发明专利技术的方法特征在于，基于反射的接收信号(E

Method used to determine the filling level of the filling material in the container

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定容器中填充材料的填充水平的方法
本专利技术涉及一种借助基于超声波或雷达的填充水平测量设备来安全准确地查明容器中填充物质的填充水平的方法。
技术介绍
在过程自动化技术中，经常应用现场设备，该现场设备用于记录或影响过程变量。应用于记录过程变量的是传感器，其例如，在填充水平测量设备、流量计、压力和温度测量设备、pH-氧化还原电势测量设备、电导率测量设备或类似设备中被使用。这些传感器记录相应的过程变量，诸如填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电势和电导率。这样的现场设备由Endress+Hauser公司以各种形式进行生产和销售。对于容器中的填充物质的填充水平测量，优选非接触式测量方法，这是因为它们鲁棒的且维护成本低。在这种情况下，术语“容器”在本专利技术的范围内还包括非封闭式容器，诸如例如大桶、湖泊或海洋或流动的水体。非接触式测量方法的另一个优点是它们能够几乎连续地测量填充水平。因此，在连续的填充水平测量领域中主要应用基于超声波或雷达的测量方法(在本专利技术的上下文中，术语“超声(ultrasound)”或“超声波(ultrasonic)”是指处于14kHz至1GHz频率范围内的声波，而术语“雷达”是指频率为0.03GHz至300GHz的信号或电磁波)。在这种情况下，一种已建立的测量原理是脉冲传播时间测量原理。在这种情况下，在填充物质的方向周期性地发射超声波或微波脉冲，并且测量接收到相应的回波脉冲的传播时间。基于该测量原理，可以用相对简单的电路来实现填充水平测量设备。例如，在未审公开专利申请说明书DE102012104858A1中描述了一种根据脉冲传播时间方法工作的基于雷达的填充水平测量设备。另外，在专利EP1480021B1中示出了基于超声波的版本。在可以容忍更复杂的电路技术方面来说，FMCW(FrequencyModulatedContinuousWave，“频率调制的连续波”)测量原理为基于雷达的填充水平测量提供了另一种选择。作为示例，在未审公开专利申请说明书tDE102013108490A1中示出了一种基于FMCW的填充水平测量设备的典型构造。基于FMCW的雷达距离测量方法取决于发射具有调制频率的连续微波信号。在这种情况下，信号的频率位于包含标准化的中心频率的固定频带中。FMCW的特征在于发射频率不是恒定的，而是在定义的频率带内周期性地变化。在这种情况下，根据标准，时间变化率是线性的，并且包括锯齿形或三角形。然而，原则上也可以使用正弦变化。与脉冲传播时间方法相反，在FMCW方法中，基于当前接收的信号与在接收时发送的信号之间的瞬时频率差来确定距离或填充水平。在这些测量原理(超声波、脉冲雷达和FMCW)中的每种原理的情况下，创建相应的评估曲线，以便基于接收到的信号查明填充水平。在应用超声波的情况下，评估曲线基本上直接对应于所接收信号的时间幅度曲线。在基于脉冲雷达方法的情况下，由于高脉冲频率，相比之下，通过对所接收信号进行欠采样来创建评估曲线。以这种方式，评估曲线形成原始接收的信号的时间扩展版本。在实施FMCW方法的情况下，通过将发射信号与接收信号混合来创建评估曲线。然而，在所有的情况下，评估曲线都将所接收信号的幅度反映为距离的函数。例如，根据评估曲线来确定填充水平，作为检测结果以及局部最大值的定位位置。为了能够检测出合适的最大值，而对识别的正确性不存在任何疑问，已知借助于合适的滤波方法诸如平均值、最大值或低通滤波对评估曲线进行平滑，以便随后能够基于平滑的评估曲线确定填充水平。在这种情况下，轻微的平滑提供了能够局部地更好解析最大值的优点。这样，可以更精确地确定填充水平。但是，这受限于较强的平滑，较强的平滑降低填充水平测量的误差或干扰敏感性。当要确定填充水平的填充物质具有非常粗糙或者不平坦的填充物质表面使得接收到的信号非常嘈杂时，这尤其是有利的。首先，在诸如颗粒状材料的波浪状的或非液体的填充物质的情况下，观察到这样的情况，其中，当松散的物品形成圆锥形上表面时，正确的填充水平测量在后一种情况下会更加困难。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是在困难的测量条件下也确保精确且安全的填充水平测量。本专利技术通过一种用于借助相应的填充水平测量设备来查明位于容器中的填充物质的填充水平的方法来实现该目的，其中该方法包括以下方法步骤：-在填充物质的方向上发射所发射或发送的信号，-接收取决于测量距离的接收信号，-至少基于所接收的信号创建评估曲线，-通过至少一种滤波方法对评估曲线进行平滑，以及-根据所平滑的评估曲线确定填充水平。根据本专利技术，该方法的特征在于，根据测量距离极大不同地对评估曲线进行平滑。因此，在几乎各种应用中，一方面可以安全地确定填充水平L，并且另一方面可以非常精确地确定填充水平L。在这种情况下，可以应用该方法，不仅使得以超声波信号的形式发射所发射的信号，而且使得以雷达信号的形式——尤其是根据FMCW或脉冲传播时间方法的雷达信号形式——发射所发射的信号。为了平滑评估曲线，可以应用例如低通滤波、尤其是移动的平均值滤波、和/或尤其是移动的最大值滤波作为滤波方法。因此，在本专利技术的上下文中，术语“滤波”或“平滑”明显地不意味着完全掩盖评估曲线的各个部分。根据本专利技术，可以以不同的方式来设置测量距离上的平滑改变：在其中应用平均值滤波和/或最大值滤波作为滤波方法的情况下，平均值滤波和/或最大值滤波可以被设计成例如具有随测量距离变化的窗口宽度。为此，窗口宽度可以随测量距离线性地或非线性地改变，尤其是指数地和/或对数地改变。替代地或补充地，可以在测量距离的至少两个不同部分中以相互不同的宽度将窗口宽度设置为恒定的。在此，窗口宽度被定义为评估曲线的相邻测量点的数量，从每个测量点确定平均值和/或最大值。该定义也可以相应地传递到测量距离的段的长度上，该数量的邻近测量点在该段上延伸。除了借助于窗口宽度改变测量距离上的平滑的变型之外，还可以在测量距离的至少一个部分中实施不同于邻近部分的滤波方法，以实现在测量距离的各个部分中进行不同的平滑。与是否在不同的部分中应用不同的滤波方法无关，或者与在不同的滤波方法中针对滤波强度使用了哪种类型(线性的、指数的等等)无关，对于实际目的有利的是将测量距离分为近区域、中间区域和远区域，其中，将在近区域和远区域中的平滑设置为比中间区域低。因为恰好在两个外部区域中，经常出现评估曲线被寄生多回波、容器底板回波或设备内部回波标记的情况。为了执行根据上述实施例之一的方法，相应的填充水平测量设备至少具有以下部件：-发射单元(在雷达尤其是频率高于70GHz的情况下，基于半导体的主辐射器；在超声波的情况下，例如具有压电振荡器的相应电路)，发射单元被设计成以超声波或雷达波的形式根据实施的测量原理来发射所发射的信号，-接收单元，诸如例如喇叭形的天线或谐振器结构，接收单元被实施为接收相应的接收信号，以及-评估单元(例如，以微控制器或FPGA的形式)，评估单元被设计为：ο至少基于接收的信号创建评本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助于填充水平测量设备(1)来查明位于容器(2)中的填充物质(3)的填充水平(L)的方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：/n-在所述填充物质(3)的方向上发射发射信号或发送信号(S

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 DE 102017123529.91.一种借助于填充水平测量设备(1)来查明位于容器(2)中的填充物质(3)的填充水平(L)的方法，其中，所述方法包括以下方法步骤：
-在所述填充物质(3)的方向上发射发射信号或发送信号(SHF)，
-接收取决于测量距离(d)的接收信号(EHF)，
-至少基于所述接收信号(EHF)创建评估曲线(A(d))，
-借助于至少一种滤波方法对所述评估曲线(A(d))进行平滑，以及
-基于所平滑的评估曲线(A(d))确定所述填充水平(L)，
其特征在于，根据测量距离(d)对所述评估曲线(A(d))进行极大不同的平滑。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以超声波信号或雷达信号——尤其是根据FMCW或脉冲传播时间方法的雷达信号——的方式发射所述发射信号(SHF)。


3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，应用低通滤波、平均值滤波——尤其是移动平均值滤波、和/或最大值滤波——尤其是移动最大值滤波作为对评估曲线(A(d))进行平滑的滤波方法。


4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述测量距离(d)的至少一个部分(II)中实施的滤波方法不同于在邻近部分(I、III)中实施的滤波方...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·格伦弗洛，阿列克谢·马利诺夫斯基，
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