用于检测集装箱中货物装填程度的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于检测集装箱（３）中货物（２）装填程度的装置。本发明专利技术的目标是实现一个高精确度的延时电路（９）。为此，提供了具有下述部件的延时电路（９）：以发射频率（ｆ↓［２］）产生发射脉冲的发射振荡器（１４）；以采样频率（ｆ↓［１］）产生采样脉冲的采样振荡器（１５），其中采样频率（ｆ↓［１］）小于发射频率（ｆ↓［２］）；以采样脉冲对发射脉冲进行采样的数字采样电路（１７）；为获取预设转换因子而设置发射振荡器（１４）与采样振荡器（１５）的频率差（ｆ↓［２］－ｆ↓［１］）的调节／控制单元（１６）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测集装箱中货物装填程度的装置和方法，该装置具有发射单元，用于产生高频信号并以预设的发射重复频率或射出速度(PRF＝脉冲重复频率)向着装填货物的表面方向发射该高频信号；接收单元，用于接收反射信号；延时电路，用于根据预设转换因子将高频信号/反射信号转换成低频信号；和检测单元，用于根据信号的延迟时间来检测集装箱中货物的装填程度。通过测量信号(脉冲或者FMCW调频连续信号)的延迟时间来检测装填程度的装置和方法运用了传送距离等于延迟时间与传播速度之积的物理定律。在装填程度测量的例子中，传送距离相当于天线与装填货物表面之间距离的两倍。优选地，实际有用的回声信号及其延时是基于回声函数或者低频信号的数字包络曲线确定的，回声曲线作为“天线-装填货物表面”距离或者延时的一个函数，再现了回声信号的幅度。之后，通过由测量确定的、从集装箱底部开始的已知距离与从天线的装填货物表面的距离之间的差来获取装填程度。DE 31 07 444 A1提供了对高清晰度脉冲雷达方法的说明。发生器产生第一微波脉冲，并通过天线，以预设发射重复频率，向着装填货物的表面方向发射它们。另一个发生器产生参考微波脉冲，其与第一微波脉冲相同，但在发射重复频率上略有差别。回声信号和参考信号被混频。混频器的输出中具有中频信号。该中频信号具有与回声信号相同的波形，但与后者相比，中频信号被变换因子拉伸了，该变换因子是发射重复频率与第一微波脉冲重复频率和参考微波脉冲重复频率的频率差的商。当发射重复频率为几兆赫兹，频率差为几赫兹，微波频率为几GHz时，中频信号的频率将远低于1MHz。变换到中频的优点是可以使用相对较慢因而成本较低的电子元件用于信号获取和/或信号检测。关于这一点，你也可以参考德国技术DE-U 298 15 069.7，其在TDR装填程度测量设备的例子中说明了公知的转换技术。以所谓顺序采样进行时间延迟操作的先决条件是，两个连续采样点的时间差在很大程度上是一个常数。在上述的混频器原理的情况中，优选地，用两个石英振荡器产生两个频率上略微不同的振动。这两个振动的轻微的“失调”引起了相位的移动，相位每周期都线性地增加。混频器原理的缺点之一是消耗了相对较高的功率，因此，作为广泛应用的工业标准，可以通过4-20mA电流环路，以每秒仅一个测量值的测量速度在这里提供能量供应。本专利技术是基于提出高精确度和低成本延时电路的目标的。同时也提出了一种方法，使用这种方法可以低成本和高精确度地实现高频信号到低频范围的转换。可以通过延时电路获取所述的目标，该延时电路包括如下组件发射振荡器，用于以发射频率产生发射脉冲；采样振荡器，以采样频率产生采用脉冲，采样频率不同于发射频率；数字采样电路，用于以采样脉冲对发射脉冲进行采样；闭环/开环控制单元，用于设置发射振荡器和采样振荡器的频率差，以此获取预设转换因子。特别地，数字采样电路是一个相位检测器，发射频率以采样频率被采样。因此，根据本专利技术，发射频率的周期宽度被以直接时间加宽的形式描绘，并从而转换到低频范围。根据本专利技术的装置的主要优点被认为是它的低功耗。功耗很低，以致可以通过双电线线路，毫无问题地操作装备数字采样电路的装填程度测量装置。在工业应用中十分普遍的4-20mA电流环路可以作为一个例子提及。这里，4-20mA的电流值代表测量值。这些电流值是在双电线线路上传输的，通过该线路给测量设备提供电源。在现有技术公开的采样信号和发射信号模拟混频的情况中，通常每秒只能提供一个测量值。这个相对较低的测量速度的原因是，只能在间断操作中正确地操作公知的雷达装填程度测量装置的双电线变种。间断意味着，在发射测量信号并随之实施测量之后，设备将被切换到待机模式，在此模式中几乎不能消耗任何能量。在待机状态下，装填能量储备。只有当能量储备中有足够的能量时，才会发射下一个测量信号。其中存在问题的地方是，由闭环/开环控制单元组成的控制环路不得不在待机状态下开路，同时得到这样的结果差频以及由它而得到的转换因子以一种不受控制的方式漂移。在下一个待测值测定发生之前，差频必须在一个校正相位上被复位。存在的不便是这个校正相位通常比实际测量相位取得稍微长一些。根据本专利技术的数字采样电路完全省去了这个校正相位。因此，或者每时间单位可以使更多数量的待测值可用，或者在1/秒的测量速度时，HF模块的平均功率可以是之前公知测量装置情况中的平均功率的一半。按照根据本专利技术的装置的优选实施例，发射振荡器的发射频率是固定的；另一方面，采样振荡器的采样频率是可调节的。根据本专利技术的装置的优选实施例提出通过在采样脉冲的上升沿或下降沿与发射脉冲的下降沿或上升沿重合的时刻，换言之，当发射频率和采样频率同相时，测定两个连续的点，数字采样电路可以定义测量周期或者测量相位，或者确定频率差。此外，还提出数字采样电路在存储单元中储存发射振荡器与采样振荡器同相的时刻的点，作为频率差测量和确定的起始时刻。根据优选实施例，存储单元是一个D触发器。另一个实施例提供的存储单元是一个逻辑门，优选地，是一个与门，和一个SR触发器。为了减小测量误差，根据本专利技术的装置的优选实施例提出，为了测定频率差，闭环/开环控制单元要基于大量的测量周期进行平均。这将改进测量的精确度。已经发现，如果闭环/开环控制单元只在发射频率和采样频率同相的时刻之前之时和之后，短暂激活数字采样电路的话，相对于功率要求来说，将显得尤其有利。按照根据本专利技术的装置的优选实施例，提出的数字采样电路紧跟着两个单脉冲发生器，该单脉冲发生器将从已发射或已接收信号中产生短脉冲。根据本专利技术的装置的尤其关心的变种，提出了一种分频器，用来在数字采样电路之前和/或之后对发射频率和/或采样频率进行分频。对于分频因子，最好是预设的并且基于2n，这里n＝1，2，3，...。通过在数字采样之前和/或之后对发射信号和采样信号的频率进行分频，将相应地降低出射速度，该出射速度就是向着装填货物的方向发射测量信号的频率。与此同时，测量时间和测量范围将根据分频因子而增加。如果分频发生在数字采样之后，也就是说在分频之前测量频率差，那么优选实施例提出了复位单元，只要发射频率与采样频率的相位差等于360°与分频因子2n的商，该复位单元将会启动各自后续的测量周期，这里n＝1，2，3，...。因此，例如，采样频率与发射频率的相位差一达到90°，就在这里启动下一个测量周期。本实施例在所谓TDR测量装置的例子中尤其可取，该装置沿着传导元件向着装填货物的方向传递宽带单脉冲。这是因为，可以发现，相应TDR装置的高频部分在发射重复频率(PRF＝脉冲重复频率)或者出射速度不在兆赫兹范围而在大约几干赫兹时，工作得最适宜。尤其是，这个测量改善了信噪比，而且并不用删除工作在兆赫兹范围并且在许多方面都有用的石英振荡器。特别地，复位单元在差频信号的帮助下以下述方式将采样信号的边沿复位发射信号和采样信号之间的相位移动只在360°的规定子范围内进行。因此，分频因子2n将减小具有相同测量窗的发射重复频率，这里n＝1，2，3，...。如上面已经提及的，发射振荡器和采样振荡器都是石英振荡器。根据本专利技术的方法，是通过下面的步骤获取目标的以发射频率产生发射脉冲并以采样频率产生采样脉冲；通过采样脉冲数字采样发射脉冲；控制发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测集装箱中货物装填程度的装置，其包括：发射单元，用来产生高频信号并以预设的脉冲重复频率向着装填货物表面的方向发射该高频信号，所述高频信号将在货物表面被发射；接收单元，用来接收所述反射信号；延时电路，用来按照预设转换因子将所述高频信号／反射信号转换成低频信号；和测定单元，用来基于信号的延时测定集装箱中货物的装填程度，其中所述延时电路（９）具有下述部件：发射振荡器（１４），以发射频率（ｆ↓［２］）产生发射脉冲；采样振荡器（１５），以采样频率（ｆ↓ ［１］）产生采样脉冲，所述采样频率（ｆ↓［１］）小于所述发射频率（ｆ↓［２］）；数字采样电路（１７），以所述采样脉冲对所述发射脉冲进行采样；闭环／开环控制单元（１６），通过设置所述发射振荡器和所述采样振荡器的频率差（ｆ↓［２ ］－ｆ↓［１］）来获取所述的预设转换因子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克海德克，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]