料位测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种根据脉冲传导时间方法的用于位于容器(2)中的填充材料(3)的基于雷达的料位测量方法，以及涉及一种用于执行所述方法的料位测量装置(1)。该方法的特征在于，基于已知为中频信号的评估信号(ZF)，时钟速率(f

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】料位测量装置


[0001]本专利技术涉及一种用于位于容器中的填充材料的料位测量方法，以及涉及一种用于执行所述方法的料位测量装置。

技术介绍

[0002]在过程自动化技术中，通常使用用于捕获或修改过程变量的现场装置。为此，现场装置的功能在每一情况下都基于合适的测量原理，以便捕获相应的过程变量，诸如料位、流速、压力、温度、pH值、氧化还原电位或电导率。Endress+Hauser公司制造和销售广泛多种的此类现场装置。
[0003]为了测量容器中填充材料的料位，已经建立了基于雷达的测量方法，因为它们是稳固并且维护量低的。在本专利技术的范围内，术语“容器”也指未封闭的容器，诸如水池、湖泊或流动的水体。基于雷达的测量方法的主要优点是能够或多或少地连续测量料位(在本专利申请的上下文中，术语“雷达”指频率在0.03GHz和300GHz之间的信号或电磁波)。
[0004]在基于雷达的料位测量中，脉冲传导时间法是一种既定的测量原理。微波脉冲在填充材料的方向上以定义的时钟速率循环传输，并且测量直到接收到相应反射的微波脉冲的传导时间。
[0005]为了确定传导时间或料位，基于所接收的反射微波脉冲来记录相应的评估信号。由于高脉冲频率，评估信号是通过对反射的微波脉冲进行欠采样而产生的。欠采样是通过将反射的微波脉冲与相应产生的采样脉冲混合来进行的，其中它们的采样速率与发射的微波脉冲的时钟速率偏差定义的关系。为了维持采样速率和时钟速率之间这个定义的目标相位变化，由控制环路根据测量的关系来重新调整采样速率。
[0006]总的来说，评估信号因此以时间扩展的方式表示反射微波脉冲的信号幅度。评估信号根据测量距离来反映所反射微波脉冲的信号幅度。
[0007]基于脉冲传导时间方法，可以实现具有相对低的电路复杂性和亚毫米范围内的高料位分辨率的料位测量装置。例如，在未审专利申请DE 10 2012 104 858 A1中描述了一种根据脉冲传导时间方法操作的基于雷达的料位测量装置。
[0008]除了经由天线发射或接收微波脉冲的自由辐射雷达测量之外，还存在导向雷达的变形。在此情况下，微波脉冲经由降低到容器中的导电探针(例如，同轴电缆或金属棒)来引导。在填充材料表面的位置，微波脉冲在探针中被反射，并沿着探针被引导回该料位测量装置。这种基于雷达的料位测量的变形也被称为术语TDR(时域反射法)。这种变形的优点在于，由于引导信号辐射，操作料位测量装置需要较少的功率。类似于根据脉冲传导时间方法的自由辐射雷达装置，在实现TDR原理时，也产生了用于确定料位的评估信号。
[0009]通过相应局部信号最大值的检测和局部指派，由评估信号来确定料位。然而，在用于对所接收的微波脉冲进行采样的采样速率不对应于目标采样速率的情况下，对应于信号最大值的测量距离且因此料位测量会失真，因为评估信号根据偏差在时间上被扩展或压缩。与目标采样速率的偏差的一个原因可能是采样速率控制不准确或缓慢。因此，料位测量
装置的潜在可达到的精确度降低。

技术实现思路

[0010]因此本专利技术的目的是提供一种更准确的料位测量装置。
[0011]本专利技术通过一种用于位于容器中的填充材料的料位的基于雷达的测量方法来实现此目的，该方法包括以下方法步骤：
[0012]‑
以定义的时钟速率在所述填充材料的方向上定时发射微波脉冲，
[0013]‑
接收在所述填充材料的表面处反射后的反射的微波脉冲，
[0014]‑
通过以定义的采样速率对所述接收的微波脉冲进行采样而产生评估信号，
[0015]‑
测量所述时钟速率和所述采样速率之间的关系。
[0016]根据本专利技术，该方法的特征在于：
[0017]基于所述评估信号，所述时钟速率和所述采样速率之间的关系和预定义的目标关系，来产生评估曲线。因此基于所述评估曲线来确定料位。在此情况下，特别是借助于评估信号的时间扩展或压缩来产生评估曲线，其中该压缩或扩展作为所测量的关系和目标关系之间的比率的函数来进行。
[0018]根据本专利技术的方法的优点在于，采样速率的任何不准确控制都被补偿，使得料位测量的可达到的精确度得以潜在地增加。这同时降低了控制采样速率的技术需求。
[0019]不言而喻，根据本专利技术的方法不仅可以用于测量到填充材料表面的距离，而且通常可以用于基于雷达的距离测量。
[0020]为了补偿不准确的控制，有利地进行评估信号的扩展或压缩，以形成成比例地作为所测量的关系和目标关系之间的比率的函数的评估曲线。也就是说，所测量的关系与目标关系之间的比率越大，就越需要扩展。如果比率大于1，则评估信号必须被扩展；如果比率小于1，则评估信号必须被压缩。
[0021]基于评估信号、所测量的关系和目标关系，可以例如通过以下步骤来产生评估曲线：
[0022]‑
如果雷达自由辐射，则对评估信号进行整流，
[0023]‑
数字化该(任选地整流的)评估信号，
[0024]‑
至少通过所述数字化评估信号的区域近似来确定数学函数，以及
[0025]‑
借助于所近似的数学函数的时间扩展或时间压缩来产生所述评估曲线，其中所述压缩或扩展作为所测量的关系和所述目标关系之间的比率的函数来进行。
[0026]在本专利技术的范围内，近似的类型不是以固定的方式规定的。例如，该近似可以被实现为任选部分多项式近似，诸如样条曲线。优选地，将实现三阶或更高阶的多项式近似。然而，在计算能力有限的情况下，例如，也可以使用评估信号的增量线性近似。
[0027]通过确认由填充材料表面引起的评估曲线最大值，可以基于评估曲线来确定料位。然后，将相应的信号传导时间指派给该最大值，基于对应于该信号传导时间的测量距离来确定料位。
[0028]类似于根据本专利技术的方法，本专利技术所基于的目标通过一种基于雷达的料位测量装置来实现，该料位测量装置被设计成执行根据先前实施例中的至少一者的方法。因此，根据本专利技术的料位测量装置包括以下组件：
[0029]‑
脉冲产生单元，被设计成产生具有高频电脉冲的定义的时钟速率，
[0030]‑
发射/接收单元，被设计成
[0031]ο在填充材料的方向上发射所述高频脉冲作为微波脉冲，以及
[0032]ο接收在所述填充材料的表面处反射后的所述反射的微波脉冲，
[0033]‑
采样单元，被设计成产生在定义的采样速率处的电采样脉冲，
[0034]‑
混频器，被设计成混合所述接收的微波脉冲与所述采样脉冲，使得产生时间扩展的评估信号，
[0035]‑
检测器，被设计成测量所述采样脉冲的采样速率和所述高频脉冲的时钟速率之间的关系，以及
[0036]‑
评估单元，被设计成
[0037]ο基于所述评估信号、所测量的关系和预定义目标关系来产生评估曲线，以及
[0038]ο基于所述评估曲线来确定所述料位。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于位于容器(2)中的填充材料(3)的料位(L)的基于雷达的测量方法，包括以下方法步骤：
‑
以定义的时钟速率(f
c
)在所述填充材料(3)的方向上定时发射微波脉冲(S
HF
)，
‑
接收在所述填充材料(3)的表面处反射后的反射的微波脉冲(E
HF
)，
‑
通过以定义的采样速率(f'
c
)对所接收的微波脉冲(e
HF
)进行采样来产生评估信号(ZF)，
‑
测量所述时钟速率(f
c
)和所述采样速率(f'
c
)之间的关系其特征在于，
‑
通过使用所述评估信号(ZF)，所述时钟速率(f
c
)和所述采样速率(f'
c
)之间的关系和预定义的目标关系来产生评估曲线(ZF')，以及
‑
通过使用所述评估曲线(ZF')来确定所述料位(L)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述评估曲线(ZF)的时间扩展或压缩(Δt)来产生所述评估信号(ZF')，其中所述压缩(Δt)或所述扩展作为所测量的关系和所述目标关系之间的比率的函数来进行。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扩展或压缩(Δt)特别地根据成比例地作为所测量的关系和所述目标关系之间的比率的函数的如下关系进行4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过以下步骤，通过使用所述评估信号(ZF)、所测量的关系和所述目标关系来产生所述评估曲线(ZF')：
‑
数字化所述评估信号(ZF)，
‑
至少通过所述数字化评估信号(ZF)的区域近似来确定数学函数，以及
‑
借助于所近似的数学函数的时间扩展或时间压缩(Δt)来产生所述评估曲线(ZF')，其中所述压缩或所述扩展(Δt)作为所测量的关系和所述目标关系之间的比率的函数来进行。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述近似作为多项式近似来进行，特别是三阶或更高阶的近似。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，
通过以下步骤，通过使用所述评估曲线(ZF')来确定所述料位(L)：
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉斯兰，
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：