粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的方法和裝置的製作方法
2023-05-20 04:10:56 1
專利名稱：粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及通過分析回波信號，尤其是分析由此產生的位面測量裝置的包絡曲線，自動地粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的方法。而且，本發明一般地涉及通過分析回波信號，尤其是分析由此產生的包絡曲線，自動地粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的裝置，還涉及尤其按照脈衝回波原理工作並且檢測反射的回波信號的位面測量裝置。因此，本文特別關注超聲波或者雷達位面測量裝置。
按照脈衝回波原理工作並且檢測反射的回波信號的位面測量裝置從檢測或者說測定的回波信號產生一系列有關回波圖像中每個回波的信息，相應於所謂的包絡曲線。從回波信號產生包絡曲線完全是眾所公知的，不需要本文在技術方面作進一步說明(例如參閱DE4407 369 C2；M，Scholnik，「Introduction to Radar Systems」，2.Edition，1980，McGraw-Hill；Peter Devine，「Radar level measurement-the user’s guide」，VEGA controls Ltd.，2000，ISBM 0-9538920-0-X)。
背景技術：
位面測量裝置，特別是通過測量包絡曲線中的各個回波確定填充位面的位面測量測量器是公知的。從而，從EP1 039 273 A2公知根據雷達原理的測量填充位面的方法，藉助於該方法，可以通過相應包絡曲線檢查測量信號的典型信噪比測定不平坦的，尤其是彎曲的底部。如果查明了典型的信噪比，就檢測出容器的空的狀態。測量信號的信噪比特性可見於局部峰值中，或者隨著頻率上升的局部谷值或者峰值幅度升高中的不穩定的、隨機的改變。按照雷達原理測量填充位面的方法公知於DE43 32 071 A1，其中把表現的回波函數與存儲的與未受擾動的測量對應的、未受擾動的回波函數相比較，並且對天線區域和天線附近中的測定出的偏差進行分析，以識別突起的形成和/或其它幹擾。另外，GB2 123 237 A說明了一種用微波工作的位面測量檢測器，它不按照回波原理工作，但是它引起有藉助于波導分支出的波束對反射波的幹涉。
在上述裝置中，為了改善包絡曲線的分析，必須手動指出填充的材料是液體還是顆粒材料。包絡曲線的測量類型並且從而填充位面的測定由這種手動指示改變。因此，如果指出填充材料含有液體，要測量的幅度設定成包絡曲線的峰值前的預定幅度。如果操作者指出填充的材料含有顆粒材料，要測量的幅度是包絡曲線的起始到峰值。
總而言之，按照現有技術，如果由位面測量裝置的操作者手動進行粗略測定，對回波信號的包絡曲線的各個回波較好的測量只能夠取決於填充材料的類型。
發明內容
本發明解決的基本技術問題是提供進行容器內的填充材料是液體還是粒料的自動粗略測定的方法和裝置。由此應當創造尤其是按照脈衝回波原理工作的位面測量裝置和反射的回波信號傳感器位面測量裝置粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的可能性。
該技術問題通過具有權利要求1、9或者12所述方法以及權利要求16、23或者24所述的裝置解決，還通過具有權利要求25所述的特徵的位面測量裝置解決。
本發明首次基於在給出至少一個填充材料的類型，也就是是液體還是粒料，的指示的專有特性的方面檢查包絡曲線的各個回波的思想。從而可以根據回波信號中包絡曲線的各個回波的廣度或者說寬度進行粗略測定。從而利用寬的回波很可能是因產品中粒料輪廓出現的事實。如果填充材料含有液體，較可能在包絡曲線中出現窄的回波。從而，相應於回波圖像，通過與可以靠簡單的實驗測定的預測的對照回波寬度值相關地布置回波曲線中的所有回波的回波寬度，就可以，如果測定寬回波的數量高於窄回波的數量，就確定填充的材料是粒料。不然就應是液體。在一定的情況下，指出所涉材料含有兩個基本類型填充材料的混合物是可取的。
然而，作為對此的一個變通，還可以在受檢測的各個回波之間間隔方面檢查包絡曲線。在此，利用如果填充材料含有液體回波很可能以彼此相等的間隔出現的事實。從而，如果測定回波信號中回波按規則的間隔出現，可以得出填充材料類型的結論。例如，以測定三個以上的等間距回波為例；這時得出填充材料含有液體的結論。
另一種變通是經攪動測定進行粗略測定。如果在回波信號中測定出攪動，可以得出結論填充材料含有液體。
當然可以組合上述一個或者多個在液體還是粒料之間進行粗略測定的不同方法，以提高填充材料判別的確切性。從而，如果把它們結合使用時，當然可以對這些變通的方法之間相互加權，也就是乘以預定的(可能甚至地可變的)係數。當然，這些係數可以是對上述每個粗略測定類型相同的，但是也可以是不同的。相應的評估可以對這樣或那樣的粗略測定研究類型導致或多或少的權重。
用回波曲線中各個回波的寬度進行的粗略測定類型尤其可以藉助於測定寬度大於對照回波寬度的回波數量和寬度小於對照回波寬度的回波數量來確定。對於粗略測定，採用較大量的測量的回波。從而，例如在回波曲線中確定了四個寬度大於對照回波寬度的回波，和兩個寬度小於對照回波寬度的回波。這樣，粗略測定結論是填充材料含有粒料，因為回波寬度大於液體的更是粒料的特性。
從而該方法的有利實施形式提出在用公知的(數學的)手段測定回波信號中的各個回波後，就確定了包絡曲線中回波信號中各個回波的寬度。類似地測定寬度小於對照回波寬度的回波數量。然後，發送出用大量測定的回波寬度得出指出填充材料類型的信號。
在用測定回波信號中的等間距回波粗略測定填充材料是粒料還是液體的一個實施例中，測量包絡曲線中相鄰回波之間的相應間隔。然後，有利地，把相互間隔在預定的容差帶內(即在一種間隔範圍)的所有的回波，也就是等間距回波，相加在一起。有利地，計算回波的間隔，從而確定各個回波的峰值的相應位置並且測量峰值之間的間隔。容限帶可以是指定的數值範圍，例如+-0.1m。取零與第一個回波之間的第一間隔作為參考間隔是特別有利的。在此情況下，例如，有利地，指定容差帶為+-50cm，也就是所有的回波都看作間隔等於+-50cm的參考間隔的間隔的等效回波。如果把其它的回波指定為參考間隔，那麼，有利地可以把容差帶指定為不超過+-50cm。
根據在考慮測量攪動時進行的另一個粗略測定的實施例，有利地把現在的包絡曲線的回波與以前的包絡曲線的回波進行比較。可以觀察到經受攪動的回波的特徵在於其幅度劇烈地波動，或者周期性地消失和出現有大的信噪比的回波，也就是回波幅度超過系統噪音的回波或者衰減的發射信號。可以從填充位面結果中標記或者排除這種回波。在此例中，把它們有利地用於檢測攪動並且因此判斷填充材料含有液體。尤其是，對於測定各個回波的幅度起伏，比較兩個包絡曲線並且把其幅度的起伏與對照值比較。
如已經闡明，粗略測定的各個類型可以單獨使用或者任意地結合使用。在此情況下，把每個關於填充材料粗略測定量類型的信息各乘以一個加權係數，把乘積相加然後再除以加權係數的和，以計算材料含有液體還是粒料的可能性是有利的。然後尤其有利的是把結果值與對比值比較。如果，例如測定的大小小於該對比值，就發出代表液體的信號。在其它情況下，可以發出代表粒料的信號。
測定容器中填充材料的是液體還是粒料的相應的裝置，根據一個實施形式含有檢測包絡曲線的寬度或者產生的包絡曲線的回波的裝置或設備、檢測寬度大於對照回波寬度的回波、和寬度小於對照回波寬度的回波的數量的裝置。而且，設有填充材料信號輸出裝置，如果寬度大於對照回波寬度的回波的數量高於寬度小於對照回波寬度的回波的數量，所述的填充材料信號輸出裝置就發出代表液體的信號。
一種變通的裝置含有用於測量生成的包絡曲線的等間距回波數量用的裝置或設備，並且有發出按測定的等間距回波數量指出填充材料的類型的信號的特徵。
另一種粗略測定在容器中的填充材料是液體還是粒料的裝置設有用於藉助於評估產生的包絡曲線的回波檢測攪動的裝置，並且有發出代表受攪動檢測的填充材料類型的信號的特徵。
另一個優選的實施形式可以含有一個或幾個以上例舉的裝置或者設備，從而把不同類型的粗略測定相互結合。各個裝置按照以上所述的方法工作。
總之，應當注意到，以上所列的方法例如可以用分析產生的包絡曲線的分析程序實施。例如這樣的分析程序以德國的VEGAGriesshaber KG公司的商品名Echofox為人們公知。發明的方法和裝置，分別地相應的操作軟體因此可以或用分開的分析裝置，或者如果需要，直接集成在位面測量裝置中。在此關注的位面測量裝置類型，附帶地說，是公知的測量反射的回波信號，即產生包絡曲線的公知的位面測量裝置。例如，這樣的位面測量裝置是超聲波位面測量裝置或者雷達位面測量裝置，尤其是所謂的脈衝雷達位面測量裝置。
下面，為了進一步的闡述使讀者更加理解，參照附圖詳細說明本發明的幾個實施例。
圖1示出集成到容器的頂板區域中的位面測量裝置的示意性側視圖。
圖2示出具有幾個電子元件的位面測量裝置的示意性側視圖。
圖3示出根據回波寬度粗略測定液體還是粒料的類型的流程圖。
圖4示出根據測定等間距回波粗略測定液體還是粒料的類型的流程圖。
圖5示出根據測定攪動粗略測定液體還是粒料的類型的流程圖。
圖6示出不同的粗略測定液體還是粒料的類型的結合的流程圖。
圖7示出示例性的各個回波的包絡曲線和本文要進行研究的回波特性。
具體實施例方式
從根據圖1的示意性表達上可以看到位面測量裝置1安裝在容器5的頂蓋板區域中。容器5含有形成填充材料或者填充物品表面7的填充材料6，是粒料或者液體。
安排在容器5中的位面測量裝置1含有機殼2和天線3。它經電纜4，尤其是所謂的4-20mA雙線迴路，連接至電源及圖中未示的通信單元。
在根據圖2的示意性表達中，示出帶有分析單元10、發射單元11和接收機單元12的位面測量裝置1。藉助於發射單元11經天線3沿填充材料表面7的方向發射微波範圍的短雷達脈衝。這些信號在材料表面7上反射並且經同一個天線3接收。這些信號還在接收單元12中按照最佳的可利用的技術處理並且在分析單元10中分析。為此，用通常的方式從各個回波信號形成包絡曲線。然後，再通過數學的手段更加緊密地檢查該包絡曲線，尤其是如下面的流程圖所示。
在圖3中示出根據包絡曲線的各個回波的回波寬度粗略測定液體還是粒料的第一類型的流程圖。如從該圖可見，數學地產生包絡曲線，從而檢測包絡曲線的各個回波。不僅檢測其回波寬度還檢測各個回波的幅度。然後，在一個迭代的循環中，對每個情況研究，回波的寬度是大於還是小於對照的值x。在所有的回波都處理了以後，把高於x的回波數量與低于于x的回波數量之間的關係與另一個對照值y比較。如果上述的回波寬度關係高於該第二對比值，就發出填充材料含有粒料的信息。如果不是這樣，就發出容器含有液體的信息。當然，還可能，不把寬度高於x的回波數量置於與寬度低於x的回波數量之間相關，而是直接地使用大量的回波，以在填充材料類型方面作出陳述。
應當再次強調對於本發明的實施形式，對照值x是一種閾值，在其基礎上用回波寬度分類成液體或者粒料。第二對照值y含有寬度高於x的所有回波與寬度低於x的回波數量之間的關係閾值，用於把回波圖像分類為液體或者粒料。
圖4示出如本發明所述的根據回波位置粗略測定液體還是粒料的類型的方法的實施例，其中還是在各個回波上檢測包絡曲線。然後測量回波的位置或者每個回波的定位，例如通過指定每個回波的峰值的位置。然後測量每個回波之間的間隔，並且檢查間隔是否與以前測定的間隔一致(至少差在預定的容差帶之內)。再進行一次循環，直到處理過所有的回波，從而在此循環結束時得到含在該回波圖像中的等間距回波的數量。把等間距回波的數量與對照值x比較。如果該數量高於對照值，發出填充材料含有液體的信息，如果比較是負的，發出填充材料含有粒料的信息。
圖5示出攪動檢測的流程圖。如上一例，在此也對各個回波檢測當前的包絡曲線。然後測定每個回波的幅度和回波位置。存儲該信息。然後，把當前的包絡曲線與最後一個包絡曲線或者倒數第二個包絡曲線等等的回波(例如，偶數的幾個之前的包絡曲線)相關聯。由此，測定幅度起伏。如果幅度起伏大於對照值x，然後進行與預定值的求和。這還是在一種處理循環中進行，從而處理所有的回波。然後查詢，測定為攪動回波的回波數量是否大於另一個對照值y。如果這可以肯定地回答，就發出填充材料含有液體的信息，不然就發出填充材料含有粒料的信息。
總之應當指出對照值x相應於回波在時間上的幅度起伏的閾值，以確定是否把回波接受為攪動回波。對照值y相應於攪動回波的數量的閾值，用於把回波圖像分類成液體或是粒料。
圖6示出上述的粗略測定的類型的結合。在此起實行上面闡述的所有三個類型的粗略測定。再把初始的信息相互結合，例如通過加權，加權在下文較詳細地闡述。然後把得出的結合值與對照值x比較。如果發現確定的值大於對照值，就發出填充材料含有液體的信息，不然就發出填充材料含有粒料的信息。
從而可以理解，在此，結合各個檢測應用的信息，從而各個檢測不輸出是/否的判斷，而是回波圖像與應用一致程度的概率(例如0％＝某種液體，或者100％＝某種粒料)。初始信息的結合，例如可以按以下公式進行 在特定的情況中，可以對權重1和/或權重2和/或權重3取0值；這就是只使用選取的輸入信息。
最後，圖7也示例出可以在其中檢測出幾個回波的包絡曲線。各個回波的定位是a1、a2和a3。在此例中，各個回波之間的間隔不同，從而等間距回波數是零。在固定的參數的基礎上測量回波的寬度，例如在測量的峰值回波前面和後面取預定的幅度值。這樣在這兩個幅度之間的間隔就是回波寬度。從而，在此回波寬度由從峰值起的預定的信噪值A指定。具有回波位置a1的回波從而給出回波寬度b1。
權利要求
1.一種方法，用於通過使用檢測反射的回波信號的位面測量裝置粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料，其中所述粗略測定是根據回波信號中包絡曲線的各個回波的寬度進行的。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，測定寬度大於對照回波寬度的回波數量和寬度小於對照回波寬度的回波數量，並且把較大的測定的回波的數量用於粗略測定。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述方法包括以下的步驟測定包絡曲線的回波信號中的各個回波的寬度，測定寬度大於或者等於對照回波寬度(x)的回波數量，測定寬度小於對照回波寬度(x)的回波數量，根據測定的較大數量的回波寬度輸出確定填充材料的類型的信號。
4.如以上權利要求之一所述的方法，其特徵在於，附加地測定回波信號中等間距回波的數量並且還根據測定的等間距回波的數量輸出指定填充材料的類型的信號。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，測量相鄰回波之間的間隔並且把所有的具有落在指定的容差帶內的間隔的回波作為等間距回波相加在一起。
6.如以上權利要求之一所述的方法，其特徵在於，通過附加地考慮使用位面測量裝置檢測攪動進行粗略測定。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，為了明確是否存在攪動，把當前包絡曲線的回波與以前的包絡曲線的相應回波進行比較。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，把從比較兩個相繼的包絡曲線檢測的幅度起伏與對照值(x2)比較並且，如果確定該幅度起伏大於對照值(x2)，就發出代表液體的信號。
9.一種方法，用於通過使用檢測回波信號的位面測量裝置粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料，其中所述粗略測定是根據回波信號中等間距回波的數量進行的。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，測定回波信號中的等間距回波的數量，並且根據測定的等間距回波的數量輸出指定填充材料的類型的信號。
11.如權利要求9或10所述的方法，其特徵在於，把測定的等間距回波的數量與對照數量(x1)比較，其中如果等間距回波的數量大於對照數量(x1)，輸出指定液體的信號。
12.一種方法，用於通過使用測定回波信號的位面測量裝置粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料，其中所述粗略測定是根據檢測攪動進行的。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，為了測定是否存在攪動，把當前包絡曲線的回波與之前的包絡曲線的相應回波進行比較。
14.如權利要求12或13所述的方法，其特徵在於，從比較兩個相繼的包絡曲線檢測的幅度起伏與對照值(x2)比較並且，如果確定該幅度起伏大於對照值(x2)，就發出代表液體的信號。
15.如權利要求1或9和/或12或根據權利要求9和12所述的方法，其特徵在於，把粗略測定各乘以一個加權係數。
16.一種用於粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的裝置，具有測定所生成的包絡曲線的回波的寬度的裝置，測定回波寬度大於對照回波寬度的回波數量和回波寬度小於對照回波寬度的回波數量的裝置，填充材料信號輸出裝置，該裝置在回波寬度大於對照回波寬度的回波數量高於回波寬度小於對照回波寬度的回波數量時，輸出代表液體的信號。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，附加設有可以測定回波信號中等間距回波的數量的元件，並且安排填充材料信號輸出裝置，使得如果回波寬度大於對照回波寬度的回波數量高於回波寬度小於對照回波寬度的回波數量和在等間距回波的數量大於對照值時，該信號輸出裝置輸出代表液體的信號。
18.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於，所述附加元件安排得，使之可以測量相鄰回波之間的間隔並且把所有具有落在指定的容差帶內的間隔的回波作為等間距回波相加在一起。
19.如權利要求16-18之一所述的裝置，其特徵在於，附加設有攪動檢測裝置並且安排填充材料信號輸出裝置，使得如果還測量攪動，該信號輸出裝置輸出代表液體的信號。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，把攪動檢測裝置安裝得可以在其中把現在的包絡曲線的回波與以前的包絡曲線的相應回波進行比較。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，把攪動檢測裝置安裝得可以把從比較兩個相繼的包絡曲線檢測的幅度起伏與對照值(x2)比較並且，如果發現該幅度起伏大於對照值(x2)，就輸出代表液體的信號。
22.如權利要求16-21之一所述的裝置，其特徵在於，設有可以用之測定回波信號中的等間距回波數量的元件。
23.一種用於粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的裝置，含有測定產生的包絡曲線中的等間距回波信號的數量的裝置；和根據測定的等間距回波的數量輸出指定填充材料的類型的信號的裝置。
24.一種用於粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的裝置，含有通過分析產生的包絡曲線的回波檢測攪動的裝置，根據檢測攪動輸出指定填充材料的類型的信號的裝置。
25.一種位面測量裝置，所述的位面測量裝置按照脈衝回波原理工作並且用如權利要求16-21中的一或多個裝置分析從反射的回波信號產生的包絡曲線。
全文摘要
本發明涉及用於通過使用檢測反射的回波信號的位面測量裝置粗略測定容器內的填充材料是液體還是粒料的方法。根據本發明，所述粗略測定是根據回波信號中包絡曲線的各個回波的寬度進行的。變通地，所述的粗略測定可以根據回波信號中的等間距回波的數量或者根據檢測攪動進行。所有的變通可以結合在一起。本發明還涉及實行所述方法的裝置。
文檔編號G01F23/284GK1491347SQ02804726
公開日2004年4月21日 申請日期2002年1月29日 優先權日2001年2月8日
發明者馬丁·蓋瑟, 馬丁 蓋瑟 申請人:Vega格裡沙貝兩合公司