非侵入式无接触填充物位确定系统和方法技术方案

提供了非侵入式无接触填充物位确定系统和方法。一种填充物位确定系统，用于确定容器中的物品的填充物位，包括：测量单元，用于布置在测量位置处，该测量单元包括收发器；以及耦接至收发器的天线装置，用于将由收发器生成的电磁发射信号从测量位置朝向容器壁上的目标位置辐射，并且用于将由发射信号在目标位置处的反射产生的电磁第一反射信号朝向收发器返回；以及耦接至测量单元的收发器的处理电路，并且被配置成基于指示容器中的物品的物位与容器在第一目标位置处的变形之间的已知关系的容器变形数据和第一发射信号与第一反射信号之间的定时关系来确定填充物位。号之间的定时关系来确定填充物位。号之间的定时关系来确定填充物位。

【技术实现步骤摘要】
非侵入式无接触填充物位确定系统和方法


[0001]本专利技术涉及填充物位确定系统和方法，用于确定容器中的物品的填充 物位，该容器具有将容器的内部与容器的外部分开的容器壁。

技术介绍

[0002]容器中的物品的填充物位的确定通常使用填充物位确定系统来完成， 该填充物位确定系统包括布置在容器的内部的至少一个部件，诸如探头或 天线。这通常需要容器馈通(a tank feed
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through)通过容器壁中形成的孔 来用于填充物位确定。至少在一些应用中，诸如针对具有极端温度和/或 侵蚀性物品的容器中的填充物位确定，这可能增加成本和复杂性和/或在 技术上是困难的。
[0003]已经提出将应变仪附接至容器的外部，并且基于来自应变仪的信号来 估计填充物位。例如，已经建议通过感测支撑结构的变形来推断容器的质 量(包括容器中的物品)。根据DE 10109058中描述的另一种方法，使用 布置在燃料箱底部的一个或更多个应变仪来确定汽车燃料箱中的填充物 位。
[0004]尽管应变仪的使用减轻了对容器馈通的需要，但是似乎仍然存在与例 如填充物位确定的可靠性和精度相关的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上情况，本专利技术的总体目的是提供不需要容器馈通的、用于填 充物位确定的改进的系统和方法。
[0006]因此，根据本专利技术的第一方面，提供了一种填充物位确定系统，用于 确定容器中的物品的填充物位，该容器具有将容器的内部与容器的外部分 开的容器壁，填充物位确定系统包括：第一测量单元，用于布置在容器的 外部的第一测量位置处，第一测量单元包括用于生成、发射和接收电磁信 号的收发器；以及耦接至收发器的天线装置，用于将由收发器生成的电磁 第一发射信号从第一测量位置朝向容器壁上的第一目标位置辐射，并且用 于将由第一发射信号在第一目标位置处的反射产生的电磁第一反射信号 朝向收发器返回；用于存储容器变形数据和参照数据(reference data)的 存储器，容器变形数据指示容器中的物品的物位与容器在第一目标位置处 的变形之间的已知关系，参照数据指示针对容器中的物品的已知物位的、 第一测量位置与第一目标位置之间的参照距离；以及耦接至第一测量单元 的收发器以及耦接至存储器的处理电路，处理电路被配置成：从存储器获 取容器变形数据和参照数据；以及基于容器变形数据、参照数据以及第一 发射信号与第一反射信号之间的定时关系(timing relation)来确定填充物 位。
[0007]“收发器”可以是能够发射和接收微波信号的一个功能单元，或者可 以是包括单独的发射器单元和接收器单元的系统。也应当注意，处理电路 可以被提供为一个设备或一起工作的若干个设备。
[0008]本专利技术基于以下认识：在固定的测量位置与容器壁的外部的目标位置 之间的距
离或距离变化的无接触测量可以提供非侵入式填充物位测量的 优点，而没有与应变仪或类似设备的使用相关的缺点，即应变仪或类似设 备需要与容器壁良好且稳定的机械连接，并且在容器壁处经受潜在的恶劣 条件的缺点。这种恶劣的条件可能包括极端温度、冷凝或结冰以及振动。
[0009]测量基于对朝向容器壁的外部辐射的至少一个电磁发射信号与由发 射信号在容器壁的外部处的反射产生的至少一个对应的电磁反射信号之 间的定时关系的分析。
[0010]根据实施方式，第一测量单元的收发器可以被配置成基于第一发射信 号和第一反射信号形成测量信号，该测量信号至少指示第一发射信号与第 一反射信号之间的相位差；并且处理电路可以被配置成基于容器变形数 据、参照数据和测量信号来确定填充物位。
[0011]与分析反射信号和发射信号之间的频率差提供的精度(针对典型的频 率范围和测量扫描配置，大约为1mm)相比，分析反射信号与发射信号 之间的相位差可以提供明显更高的精度(针对典型的频率范围和测量扫描 配置，大约为10μm或更高精度)。
[0012]针对这种测量技术，可以使用CW(连续波)或FMCW(调频连续波) 雷达系统。这种雷达系统本身是本领域普通技术人员公知的。
[0013]在使用FMCW技术的传统无接触填充物位确定系统中，通常不使用 相位信息，因为针对典型的距离范围，相位信息和距离之间的关系不是明 确的。
[0014]本专利技术人现在惊奇地发现，针对根据本专利技术实施方式的非侵入式无接 触测量系统，更精确的相位差测量可以产生明确的测量结果，因为所需的 测量范围要小得多。例如，根据容器的特性和测量单元的布置，约1mm 的容器壁变形的变化可以与约1m的填充物位的变化对应。
[0015]根据各种实施方式，填充物位确定系统可以被配置成获取指示容器的 取向的测量；并且处理电路可以被配置成另外还基于所获取的指示容器的 取向的测量来确定填充物位。这可以提供改进的例如更可靠的填充物位确 定，因为可以检测和补偿可能的容器倾斜。
[0016]在实施方式中，填充物位确定系统还可以包括第二测量单元，第二测 量单元用于布置在容器的外部的不同于第一测量位置的第二测量位置处， 第二测量单元包括用于生成、发射和接收电磁信号的收发器；以及耦接至 收发器的天线装置，用于将由收发器生成的电磁第二发射信号从第二测量 位置朝向容器壁上的第二目标位置辐射，并且用于将由发射信号在第二目 标位置处的反射产生的电磁第二反射信号朝向收发器返回。容器变形数据 可以另外还指示容器中的物品的物位与容器在第二目标位置处的变形之 间的已知关系；参照数据可以另外还指示针对容器中的物品的已知物位 的、第二测量位置与第二目标位置之间的参照距离；并且处理电路可以被 配置成另外还基于第二发射信号和第二反射信号之间的定时关系来确定 填充物位。
[0017]根据本专利技术的第二方面，提供了一种确定容器中的物品的填充物位的 方法，该容器具有将容器的内部与容器的外部分开的容器壁，方法包括以 下步骤：将电磁第一发射信号从第一测量位置朝向向容器壁上的第一目标 位置辐射；接收由第一发射信号在第一目标位置处的反射产生的电磁第一 反射信号；获取容器变形数据和参照数据，容器变形数据指示容器中物品 的物位与容器在第一目标位置处的变形之间的已知关系，参照数据指示
针 对容器中物品的已知物位的、第一测量位置与第一目标位置之间的参照距 离；以及基于容器变形数据、参照数据以及第一发射信号与第一反射信号 之间的定时关系来确定填充物位。
[0018]总之，本专利技术因此涉及一种填充物位确定系统，用于确定容器中的物 品的填充物位，填充物位确定系统包括：测量单元，用于布置在测量位置 处，该测量单元包括收发器；以及耦接至收发器的天线装置，用于将由收 发器生成的电磁发射信号从测量位置朝向容器壁上的目标位置辐射，并且 用于将由发射信号在目标位置处的反射产生的电磁第一反射信号朝向收 发器返回；以及耦接至测量单元的收发器的处理电路，处理电路被配置成 基于容器变形数据和第一发射信号与第一反射信号之间的定时关系来确 定填充物位，容器变形数据指示容器中的物品的物位与容器在第一目标位 置处的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种填充物位确定系统，用于确定容器中的物品的填充物位，所述容器具有将所述容器的内部与所述容器的外部分开的容器壁，所述填充物位确定系统包括：第一测量单元，用于布置在所述容器的外部的第一测量位置处，所述第一测量单元包括：用于生成、发射和接收电磁信号的收发器；以及耦接至所述收发器的天线装置，用于将由所述收发器生成的电磁第一发射信号从所述第一测量位置朝向所述容器壁上的第一目标位置辐射，并且用于将由所述第一发射信号在所述第一目标位置处的反射产生的电磁第一反射信号朝向所述收发器返回；用于存储容器变形数据和参照数据的存储器，所述容器变形数据指示所述容器中的物品的物位与所述容器在所述第一目标位置处的变形之间的已知关系，所述参照数据指示针对所述容器中的物品的已知物位的、所述第一测量位置与所述第一目标位置之间的参照距离；以及耦接至所述第一测量单元的所述收发器以及耦接至所述存储器的处理电路，所述处理电路被配置成：从所述存储器获取所述容器变形数据和所述参照数据；以及基于所述容器变形数据、所述参照数据以及所述第一发射信号与所述第一反射信号之间的定时关系来确定所述填充物位。2.根据权利要求1所述的填充物位确定系统，其中：所述第一测量单元的所述收发器被配置成基于所述第一发射信号和所述第一反射信号形成测量信号，所述测量信号至少指示所述第一发射信号与所述第一反射信号之间的相位差；以及所述处理电路被配置成基于所述容器变形数据、所述参照数据和所述测量信号确定所述填充物位。3.根据权利要求2所述的填充物位确定系统，其中：所述第一测量单元的所述收发器被配置成生成所述第一发射信号，所述第一发射信号为表现出随时间变化的频率的信号；以及所述测量信号另外还指示所述第一发射信号与所述第一反射信号之间的频率差。4.根据权利要求1或2所述的填充物位确定系统，其中：所述填充物位确定系统被配置成获取指示所述容器的取向的测量；以及所述处理电路被配置成另外还基于所获取的指示所述容器的取向的测量来确定所述填充物位。5.根据权利要求1或2所述的填充物位确定系统，其中，所述第一测量单元以所述容器的取向的变化导致所述测量单元的取向的对应变化的方式附接至所述容器。6.根据权利要求1或2所述的填充物位确定系统，其中：所述第一测量单元的所述天线装置被配置成将由所述收发器生成的电磁第二发射信号从所述第一测量位置朝向所述容器壁上的与所述容器壁上的所述第一目标位置间隔开的第二目标位置辐射，并且用于将由所述第二发射信号在所述第二目标位置处的反射产生的电磁第二反射信号朝向所述收发器返回；所述容器变形数据另外还指示所述容器中的物品的物位与所述容器在所述第二目标位置处的变形之间的已知关系；
所述参照数据另外还指示针对所述容器中的物品的已知物位的、所述第一测量位置与所述第二目标位置之间的参照距离；以及所述处理电路被配置成另外还基于所述第二发射信号与所述第二反射信号之间的定时关系来确定所述填充物位。7.根据权利要求6所述的填充物位确定系统，其中，所述处理电路系统被配置成：基于所述第一发射信号与所述第一反...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫坎，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：发明
国别省市：