用於探測緊密接近的物質界面的微波級變送器的製作方法
2023-06-10 05:09:41
專利名稱：用於探測緊密接近的物質界面的微波級變送器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於工業過程控制中的變送器，以測量存儲容器，例如罐體中的物質的水平面。具體地說，本發明涉及一種微波級變送器，它能夠檢測被一小段距離分離開的物質界面。
接收波脈衝的時間定位的探測一般地包括分析波形其超過閾值的波峰。典型地，通過沿著波形的定位開始和結束點來探測單一接收波脈衝，而波形穿過了閾值。然而，當接收波脈衝重疊到包含多於一個接收波脈衝的開始和結束點上時，這種方法就不能夠探測到對應於多個物質界面的多個接收波脈衝。這種重疊可以歸因於物質界面的緊密鄰近性。包括這種重疊脈衝的這部分波形定義為雙峰值脈衝。這種典型方法僅能探測接收波脈衝的時間定位，該接收波脈衝對應於有足夠遠的距離的物質界面，以使波形不包括雙波峰脈衝。
一種探測雙波峰脈衝的重疊接收電波探測器波脈衝的可能的方法在美國Berger等人的專利No.5,969,666中公開了。在Berger中公開的方法最初定位波形或回波剖面的最大值，然後及時地向後搜索，以定位各種最大與最小的斜率。最大與最小的斜率用於分辨雙波峰的重疊接收波脈衝(在Berger中稱為雙尖峰信號)。除了精深計算之外，在Berger中公開的方法總是假設波形包括了雙波峰脈衝。結果是，即使當雙波峰脈衝不在波形中出現，在Berger中公開的方法也將不必要地進行搜索重疊接收電波探測器波脈衝。
圖2是根據本發明的一個實施例的微波級變送器的簡化方框圖。
圖3和圖4是由根據本發明的實施例的微波級變送器產生的波形。
圖5是包含在圓圈A中的圖4的部分放大圖。
圖6-9是描述由根據本發明的各種實施例的微波級變送器所執行方法的流程圖。
圖10a-b是一個簡化的圖表，顯示了根據本發明的實施例的微波級變送器和處理工廠中的一個容器相連。
圖1所示的是本發明的微波級變送器的工作環境，一般將這個變送器標為10。微波級變送器10可以安裝在容器12上，微波級變送器10是在第一種和第二種處理物質上方的。第一種物質界面18位於第一種物質14的表面。第二種物質的界面20位於第一種物質界面14和第二種物質界面16之間的接合處。微波級變送器10和發射微波脈衝到第一種和第二種物質14，16中的無線電探測器天線22相連接。微波脈衝的一部分在處於第一種和第二種物質界面18，20的不連續處反射。這些微波脈衝的反射部分由微波級變送器10接收作為接收波脈衝，接收波脈衝形成了容器12中物質的回波剖面。微波級變送器10更多地設置成根據回波剖面，使用已知時間域反射計(TDR)原理來計算第一種和第二種物質界面18，20。
電波探測器天線22的一個實施例是如圖1所示的波導22a，它延伸到第一種和第二種物質14，16中。微波脈衝沿著波導22a傳播到第一個和第二種物質14，16中，及部分微波脈衝沿著波導22a在第一種和第二種物質界面18，20的不連續處被反射回來。波導22a是雙導線傳輸線，它更可取地是在底端短路端接。在本技術領域的普通技術人員應知波導22a的多種等效形式可以和微波級變送器一起使用，如同軸傳輸線或者探測針。電波探測器天線22的附加的實施例包括如圖10a和10b所示的喇叭形輻射器22b和杆狀天線22c。每個喇叭形輻射器22b和杆狀天線22c發射微波脈衝到容器中。
再參考圖1，控制室一般地從微波級變送器10進行遠程定位。控制室24可以從微波級變送器10通過兩線控制環26來控制及接收信息。控制環26可以是一個用做標準4-20毫安的模擬環路，或者是一個根據數字通訊協議如FOUNDATIONTMFieldbus或Profibus相一致的數字環，或者是一個將數位訊號重疊在一個模擬信號上的組合環，例如基於可設地址總線遠程傳感器(HART)的環路。另外，微波級變送器10可以是低功率變送器，其完全由通過控制環26接收的能源來提供電源。
圖2所示的是微波級變送器10的一個實施例的簡化方框圖，微波級變送器10包括脈衝產生器28，脈衝接收器30，界面探測模塊32，以及水平面計算模塊34。脈衝產生器28和脈衝接收器30通過方向偶合器36電耦合到被描述為波導22a的電波探測器天線22。脈衝產生器28用於通過方向偶合器36傳輸微波脈衝到電波探測器天線22並將微波脈衝傳輸到第一種和第二種物質14，16中。脈衝接收器30設置成接收與容器12中不連續處反射的微波脈衝部分相對應的反射波脈衝，以產生包含反射波脈衝的幅度的回波剖面圖，將其作為通過脈衝接收器30接收的時間函數。脈衝接收器30還設置成過濾回波剖面以產生波形40，正如圖3所示。
如圖3所示，波形40包括基準脈衝42，第一個接收波脈衝44，以及第二個接收波脈衝46。基準脈衝42典型地代表了微波脈衝通過脈衝產生器28傳輸到容器12的時間點。基準脈衝42可以用做基準時間定位，從基準時間定位可以測量第一個和第二個接收波脈衝44，46往返的時間(即，從變送器10到各個第一個和第二個物質界面18，20然後返回到變送器)。
一般地，界面探測模塊32(圖2)設置成從脈衝接收器30中接收波形40，並探測基準脈衝42的時間定位與第一個和第二個接收波脈衝44，46。由界面探測模塊32使用的探測接收波脈衝的時間定位方法將會在下文中更詳細地討論。一旦探測到接收波脈衝44，46的時間定位，它們就會作為界面探測信息提供給水平面計算模塊34。
水平面計算模塊34使用界面探測信息，該信息包括接收波脈衝42，44，46的時間定位，以給第一個和第二個接收波44，46建立往返的時間，以及使用已知的TDR原理計算與從微波級變送器10到第一種和第二種物質界面18，20之間距離相對應的高度D1和D2(圖2)。水平面計算模塊34產生了與第一種和第二種物質界面18，20相關的輸出信號，該輸出信號可以通過控制環26由控制室24接收，正如先前所述。
關於水平面計算模塊34產生的信息可以進行附加的計算，以判斷容器12內的第一種和第二種物質14，16的體積。例如，第一種物質14的體積可以通過第一種物質的高度D3和容器12的面積相乘來確定(如圖2)。高度D3通過從D2中減去D1得到。相似地，第二種物質16的體積可以通過將距離D2和微波級變送器10到容器12底部距離之間的差值與容器12的面積相乘來確定。在本領域的普通技術人員將會知道容器12還有其他的形狀而不僅僅是圖1和圖2描述的形狀，並且雖然用於確定高度D1和D2第一種和第二種物質14，16的體積其方程的複雜性可能會增加，這些值仍然可以很容易的確定。如在控制室24中，這些計算可以通過微波級和變送器10或者通過位於微波級變送器10內部的電子處理裝置實現。
界面探測模塊32一般設置成探測包含在波形40中的基準脈衝42，第一個接收脈衝44，及第二個接收脈衝波46的時間定位。先討論用於界面探測模塊32的一般方法，然後是討論用於探測當第一個和第二個接收波脈衝44，46相互之間很接近時的探測方法。
如圖3所示，用於探測基準脈衝42與第一個和第二個接收波脈衝44，46的界面探測模塊32使用了一般方法，該一般方法的實施例使用了分別對應與每一個接收波脈衝42，44，46的閾值幅度。這些閾值典型地設置成與要探測的接收波脈衝的預期振幅一致，若波形40穿過閾值，那麼可以假設對應於閾值的接收脈衝波是存在的。基準閾值TF定義成探測基準脈衝42，第一個閾值T1定義成探測第一個接收波脈衝44，以及第二個閾值T1定義成探測第二個接收波脈衝46。由於第一個和第二個接收波脈衝44，46可由它們的時間定位來區分，閾值T1和T2可以設置成同樣的幅度。基準脈衝42可以由界面探測模塊32來探測，而界面探測模塊32是通過對應于波形40穿過或者至少與基準閾值TF相交的時間定位的定位點48和50來探測的。相似地，第一個接收波脈衝44可以由波形40穿過或至少與第一個閾值T1相交的定位點52和54來探測，以及第二個接收波脈衝46可以由波形40穿過或至少與第二個閾值T2相交的定位點56和58來探測。
在一個實施例中，界面探測模塊32使用脈衝42，44，46的波峰值來形成它們的時間定位。例如，第一個接收波脈衝44的時間定位可以由搜索而形成，因為波峰值(絕對值)波形40到達點52和54之間。在另一個實施例中，界面探測模塊32通過計算波形40穿過相應閾值的點之間的中點，探測接收波脈衝42，44，及46的時間定位。因此，界面探測模塊32的這個實施例將會選出點52和54之間的中點作為第一個接收波脈衝44的時間定位。
上述討論的一般方法取決於通過判斷波形40穿過第一個和第二個閾值T1和T2的點來定位第一個和第二個接收波脈衝44，46的能力。當第一個和第二個物質界面18，20之間的距離減少時，相應的第一個和第二個接收波脈衝44和46開始重疊。當第一個和第二個接收波脈衝44，46重疊到包含第一個和第二個接收波脈衝44，46的點52和54上時，或者，換句話來說，如圖4和5所示，當波形40包含雙波峰脈衝60時，一般的方法就不能夠探測第一個和第二個物質界面18，20。
如圖4所示，雙波峰脈衝60定義為波形40的一部分，這部分位於第一個閾值T1之上並包含了第一個和第二個接收波脈衝44，46兩者的波峰。圖5所示的是圖4圓圈A內的這部分的放大視圖。雙波峰脈衝60由波形40穿過第一個閾值T1的點52(開始點)和54(終結點)來進一步定義。如圖5所示，波形40的雙波峰脈衝60定義成有第一個波峰點62，波谷64，以及第二個波峰點66。第一個波峰點62與第一個接收波脈衝44的時間定位相關以及與相應的第一種物質的界面18相關。第二個波峰點66與第二個接收波脈衝46的時間定位相關以及與相應的第二種物質的界面20相關。波谷64位於第一個和第二個波峰點62，66之間並且在第一個閾值T1之上。
如圖5所示，在雙波峰脈衝60的一個實施例中，第一個波峰點62定義為波形40上的一個點，它在開始點52之後，波形40的斜率符號改變的位置，在其之後，波形40的幅度按照超過前面波形40的連續斜率符號變化的的噪聲容限N的量來改變。識別波谷64的一種算法是沿著波形查找一個點，它在第一個峰值點62之後並在波形40的第一個閾值T1之上，在該點處，斜率符號改變，在其後，波形40的幅度改變量為超過前面波形40的連續斜率符號變化的噪聲容限N的量來改變。
現在參考圖6所示的流程圖，界面探測模塊32使用的一般方法是探測波形40的雙波峰脈衝60的存在，並設立將要討論的第一個和第二個接收波脈衝44，46的時間定位。在步驟70中，在從脈衝接收器30中接收了波形40之後，在步驟72中，界面探測模塊32探測開始點42，在該點處波形40至少與閾值T1相交。在步驟74中，界面探測模塊探測如上所定義的波形40的第一個波峰62。在步驟76中，界面探測模塊32試圖探測波形40的波谷64。如果波形40沒有包含雙波峰脈衝60，即如圖3所述的波形40中的脈衝，界面探測模塊32將不探測波谷64。在種情況下，波形40不會包含雙波峰脈衝60，並且界面探測模塊32將繼續查找與步驟78中討論的上述一般方法一致的第二個接收脈衝波46。另一方面，由界面探測模塊32進行的對波谷的探測表明了雙波峰脈衝60的存在。在那種情況下，界面探測模塊32探測第二個峰值點66，如步驟80所述。
由脈衝接收器30產生的波形40最好由數字採樣組成，每個數字採樣具有振幅和特定的時間定位。在圖7所示的流程圖中，示出了界面探測模塊32所使用的一個實施例用以探測第一個峰值點62。在步驟82中，選擇來自於與開始點52相關的數據點的下一個數據點。界面探測模塊32並不需要順序地分析每個數據點。相反，由界面探測模塊32選出的「下一個」數據點可以是遠離在先選擇的數據點的若干個數據點或者是若干個數據點的平均，以便減少由界面探測模塊32進行的處理程序。
在步驟84中，界面探測模塊32判斷波形40是否經過了斜率符號變化。當波形40的當前的斜率從正變到負，從負變到正，正變到零或負變到零時，發生波形40的斜率符號變化。如圖5所示的波形40的例子中，波形40的斜率在開始點是正的，且界面探測模塊32將會查找波形40的斜率符號變到負的變化。界面探測模塊32通過用當前選出的數據點和先前選出的數據點之間的振幅差值除以它們之間的時間，計算出波形40的當前斜率。然後計算出的斜率和先前的斜率計算相比較。換句話來說，界面探測模塊32保存了波形40歷史，並將波形40的當前斜率和步驟84中波形40的在先斜率相比較。如果界面探測模塊32沒有探測到40的斜率符號變化，那麼這種方法返回到步驟82中，選出要進行分析的波形40的下一個數據點，並且波形40的斜率和方法繼續。
如果在步驟84中檢測到了斜率的符號變化，這種方法轉到步驟86，在該步驟先前選擇的數據點波形40被標記出或作為可能的第一個波峰點62，且方法進行到步驟88。在另一個實施例中，當前選出的數據點設置為可能的第一個波峰點62。在步驟88中，界面探測模塊32判斷當前選出的數據點電平(幅度)是否落在第一個閾值T1的下面。如果是落在下面，那麼僅探測出一單個的接收波脈衝44，波形40沒有包含雙波峰脈衝60，如步驟90所述。然後，界面探測模塊32可以按一般方法繼續，以便探測第二個接收波脈衝46。如果當前選出的數據點的電平是在第一個閾值T1之上，那麼界面探測模塊32就要判斷是否其已經超過了噪聲容限N(圖5)。噪聲容限N用於考慮噪音可能會對波形40的形狀產生的影響，以及用於防止由界面探測模塊32探測到的假的斜率符號變化。在步驟92中，界面探測模塊32將噪聲容限N和當前選出的數據點的電平和步驟86中設置的可能的第一個波峰點62的電平之間的差相比較。在步驟94中，如果噪聲容限N已經被超過了，那麼在步驟86中設置可能的第一個波峰點62變成真實的第一個波峰點62，它的時間定位可由電平計算模塊34用於判斷第一個接收波脈衝44的時間定位。接著方法返回到圖6中的步驟76。在步驟92中，如果噪聲容限N沒有被超過，方法進行到步驟96，其中由界面探測模塊32選出下一個數據點。因此，步驟88和92用於探測第一個波峰特徵數據點，該點表示選出的數據點是否是單一接收波脈衝，第一個接收波脈衝，或噪音。
在步驟98中，界面探測模塊32判斷波形40是否經過了與步驟84描述的方式相同的方式進行的連續斜率符號變化。如果沒有探測到連續的斜率符號變化，方法返回到步驟88，並如前所述的那樣繼續。如果在步驟98中探測到了連續的斜率符號變化，方法返回到步驟82，在該步驟中，界面探測模塊32選出另一個數據點，且該方法繼續。
圖6中描述的方法的步驟的一個實施例如圖8的流程圖所示。在這個實施例中，這種方法繼續，以分析跟隨來自步驟74的第一個波峰點62的探測的波形40的數據點，並判斷波形40是否落在了表明僅存在第一個接收波脈衝44的第一個閾值T1之下，或是經過了表明波形40包含雙波峰脈衝60的在第一個閾值T1之上的斜率符號變化。通過在從步驟74中先前選出數據點之後選擇波形40的一個數據點，步驟76的這一實施例開始於步驟100。在步驟102中，界面探測模塊32判斷選出的數據點的電平或幅度是否在第一個閾值T1之下。如果選出的數據點的電平或幅度在第一個閾值T1之下，波形40就不會包含雙波峰脈衝60，且界面探測模塊32可以繼續使用上述討論的一般方法來探測第二個接收波脈衝46。如果選出的數據點的振幅不在第一個閾值T1之下，方法轉到步驟106，並且界面探測模塊32判斷波形40是否已經經過了斜率符號變化。如果在步驟106中，界面探測模塊32沒有探測到斜率符號變化，方法返回到步驟100，在其中選出了波形40的下一個數據點且該方法繼續進行。如果在步驟106中，探測到斜率符號變化，方法進行到步驟108，在該步驟中，先前選出的數據點設置為可能的波谷64。
方法接下來轉到步驟110，其中通過將噪聲容限N與當前數據點和步驟108中設置的可能的波谷64之間的差進行比較，界面探測模塊32判斷噪聲容限N(圖5)是否已經被超過了。如果噪聲容限N被超過了，那麼波形40包含有雙波峰脈衝60，而且在步驟112中，將在步驟108中設置為可能的波谷64的數據點設置為波谷64，並且方法返回到步驟80(圖6)。步驟110和102用於判斷選出的數據點是否是一波谷特徵數據點，該點具有表示波谷64或噪音的幅度。如果當前數據點沒有超過噪聲容限N，方法進行到步驟114。在步驟116，當前選出的數據點與先前選出的數據點相比較，以判斷波形40是否經過了連續的斜率符號變化。在步驟116中如果沒有探測到連續的斜率符號變化，方法返回到步驟110，並如前面所述的那樣繼續進行。如果在步驟116，界面探測模塊32探測到連續的斜率符號變化，方法返回到步驟100並重新開始。
再參考圖6，如果由於第一個波峰點62與波谷64的存在或探測，界面探測模塊32判斷波形40包括雙波峰脈衝60，那麼界面探測模塊32可以查找第二個波峰點66，如步驟82所述。步驟80的一個實施例如圖9的流程圖所示。在這個實施例中，在步驟118，界面探測模塊32通過選擇跟隨在從步驟76中先前選出的數據點之後的波形40的數據點開始工作。在步驟120中，界面探測模塊32判斷波形40是否經過了斜率的符號變化。在步驟120中，如果探測到了斜率的符號變化，這種方法轉到步驟122，其中先前選擇的數據點設置成可能的第二個波峰點66。
步驟80的這個實施例的描述是設第一個和第二個閾值T1，T2設置成同樣的幅度。然而，如果第一個和第二個閾值T1，T2是不同的，方法將會要求將可能的第二個波峰點66的幅度和第二個閾值T2相比較的這一附加的步驟。
接下來，在步驟124，界面探測模塊32判斷當前選出的數據點是否具有低於第二個閾值T2的幅度。如果這個數據點具有的幅度在第二個閾值T2之下，那麼就探測了第二個接收波脈衝46，如步驟126所述。如果選出的數據點的電平超過了第二個閾值T2，在步驟128，界面探測模塊32判斷是否已經超過了噪聲容限N(圖5)。在步驟130，如果已經超過了噪聲容限N(圖5)，那麼在步驟122中設置的可能的第二個波峰點可以設置成真實的第二個波峰點66，並能用於第二個接收波脈衝46的時間定位。在步驟128，如果噪聲容限N沒有被超過，如步驟132所示，界面探測模塊32選擇波形40的下一個數據點，在步驟134，界面探測模塊32判斷波形40是否經過了連續的斜率符號變化。在步驟134中如果沒有探測到連續的斜率符號變化，則方法返回到步驟124，並繼續如上所述的步驟。在步驟134中如果探測到連續的斜率符號變化，方法步驟118繼續進行。
使用上述的方法，通過探測第一個波峰點62和波谷64，界面探測模塊32可以探測波形40中雙波峰脈衝的存在。如果界面探測模塊32探測到了波形40中的雙波峰脈衝，界面探測模塊32繼續分析波形40的第二個波峰點66。然而，如果界面探測模塊32沒有探測到雙波峰脈衝，也就是，沒有探測到波谷64，界面探測模塊32可以使用一般的接收波脈衝探測方法，繼續查找其它的接收波脈衝，如第二個接收波脈衝46。在這種方式中，界面探測模塊32避免為了不存在或不可探測的第二個波峰點66而過度分析波形40。
與本發明的一個實施例一致，界面探測模塊32使用波峰點62，66的時間定位作為接收波脈衝44，46的時間定位。因此，這些時間定位可以由水平面計算模塊34使用，以計算相應的第一種和第二種物質界面18，20的水平面。
在本發明的另一個實施例中，界面探測模塊32選擇在第一個波峰點62側面的波形40的至少一對數字採樣。這對數字採樣最好是每一個與第一個波峰點62間隔相等數量的數字採樣。接著，第一個波峰點62和這對數字採樣配合定位出第一條拋物線。最後，第一個接收波脈衝44的時間定位設在第一條拋物線斜率為0的時間定位的地方。第二個接收波脈衝46的時間定位可以相同的方式設立。首先，界面探測模塊32選擇一對位於第二個波峰點66側面的數字採樣，並且，最好它們各自與第二個波峰點66的間距是相等數量的數字採樣，其次，第二個波峰點66和側面數字採樣配合定位出第二條拋物線。第二個接收波脈衝46的時間定位由界面探測模塊32設置為第二條拋物線斜率為0的時間定位的地方。界面探測模塊32的這個實施例可以對第一個和第二個接收波脈衝44，46的時間定位以及對應的第一個和第二個物質界面18，20做出更精確的探測。
雖然參考優選實施例描述了本發明，在本領域的普通技術人員應認識到在形式和細節上的修改並沒有脫離本發明的精髓和範圍。
權利要求
1.一種探測波形中產生的雙波峰脈衝的方法，該波形由用於探測容器中物質界面的微波級變送器的脈衝接收器產生，雙波峰脈衝包括從第一種和第二種物質界面各自反射的第一個和第二個接收波脈衝的重疊，這種方法包括(a)探測對應於第一個接收波脈衝的波形的第一個波峰點；由此可以使用第一個波峰點計算第一種物質的界面的水平面；並且(b)探測波形的波谷，其中第一個波峰點和波谷的探測表明了波形包括一個雙波峰脈衝。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括在波形包含雙波峰脈衝時探測對應於第二個接收波脈衝的第二個波峰點，由此可以使用第二個波峰點計算第二種物質的界面的水平面。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在于波形包括定義為沿著波形的點的開始點，所述波形具有至少滿足與第一個接收波脈衝相對應的第一個閾值的振幅；第一個峰值點定義為位於在開始點之後的一位置，在該位置波形的斜率符號變化，在該位置之後，波形幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和第一種物質的界面相關。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在于波谷定義為位於第一波峰點之後波形的的一位置，在該位置斜率符號變化，以及該位置之後，波形的幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在于波形由數據點組成，每個數據點具有振幅和時間定位；且探測步驟(a)包括(i)選擇波形的一個開始數據點，該波形具有至少滿足第一個閾值的振幅；(ii)逐次比較波形的數據點，以探測可表示第一個波峰點的斜率符號變化；以及(iii)設置一個可能的第一個波峰點作為斜率符號變化的時間定位；以及(iv)逐次分析在可能的第一個波峰點之後的波形數據點，以便找到第一個波峰特徵數據點，第一個波峰特徵數據點具有表示可能的第一個波峰點與單個接收波形脈衝、第一個接收波脈衝以及噪音之一相關的幅度，其中當第一個波峰點與第一個接收波脈衝相關時，波形可能包含雙波峰脈衝。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於當第一個波峰特徵數據點具有的幅度在前面的波形的斜率符號變化的第一個閾值之下時，可能的第一個波峰點與單一的接收波脈衝相關。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於當可能的第一個波峰點的幅度和第一個波峰特徵數據點之間的差值超過了噪音容限時，可能的第一個波峰點與第一個接收波脈衝相關。
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於當可能的第一個波峰點的幅度和第一個波峰特徵數據點之間的差值沒有超過噪音容限時，可能的第一個波峰點和噪音相關，且第一個波峰特徵數據點和波形的斜率符號變化相關。
9.如權利要求5所述的方法，其特徵在於探測步驟(b)包括(i)當第一個波峰點和第一個接收波脈衝相關時，從第一個波峰特徵數據點開始，逐次分析波形的數據點，以探測波形變化的一個斜率符號，及落在第一個閾值之下的波形的幅度；(ii)在與波形變化的斜率符號相干的時間定位上設置一個可能的波谷點；且(iii)逐次分析可能的波谷點之後的波形數據點，以便於找到一個波谷特徵數據點，波谷特徵數據點具有表示可能的波谷點與波谷和噪音之一相關的一幅度。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於當可能的波谷點的振幅和波谷特徵數據點之間的差值超過了噪音容限時，可能的波谷點與波谷相關。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於當可能的波谷點的振幅和波谷特徵數據點之間的差值沒有超過噪音容限時，可能的波谷點與噪音相關。
12.一種探測波形中雙波峰脈衝與雙波峰脈衝的第一個和第二個重疊的接收波脈衝的時間定位的方法，波形由用於探測容器中物質水平面的微波級變送器的脈衝接收器產生，第一個和第二個接收波脈衝分別對應於第一種和第二種物質界面，這種方法包括(a)探測波形的開始點，該波形具有至少滿足對應於第一個接收波脈衝的第一個閾值的幅度；(b)在開始點之後，沿波形探測第一波峰點，在第一波峰點處波形的斜率符號改變，其後波形幅度按照超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和第一種物質界面的時間定位相關；(c)在第一個波谷點之後，沿波形探測波谷，在波谷處波形的斜率符號改變，其後波形的幅度按照超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和波谷的存在表明波形包含雙波峰脈衝；以及(d)在波谷之後沿著波形探測第二個波峰點，該第二波峰點和第二種物質的時間定位相關，由此第一種和第二種物質的界面的水平面可以通過使用第一個和第二個波峰點而分別計算出來。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於探測步驟(d)包括在波谷之後沿著波形定位一個點，在該處波形的斜率符號變化而且波形振幅達到了最大值。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於探測步驟(d)包括在波谷之後，沿波形定位一個點，在該點處波形斜率符號變化，其後，波形的幅度按照超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於第二個波峰點具有至少滿足第二個閾值的幅度。
16.如權利要求12所述的方法，其特徵在于波形由數字採樣組成，每個數字採樣具有一個幅度；且該方法還包括至少選擇在第一個波峰點側面的第一對數字採樣；將第一對數字採樣和第一個波峰點配合成第一拋物線；以及探測第一個精確波峰點，在第一個精確波峰點處第一拋物線具有零斜率，其中第一個精確波峰點和第一種物質的界面的時間定位相關。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於還包括至少選擇在第二個波峰點側面的第二對數字採樣；將第二對數字採樣和第二個波峰點配合成第二條拋物線；以及探測第二個精確波峰點，在第二個精確波峰點處第二條拋物線具有零斜率，其中第二個精確波峰點和第二種物質的界面的時間定位相關。
18.如權利要求12所述的方法，其特徵在於還包括使用第一個和第二個波峰計算第一種和第二種物質界面的水平面。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於還包括發送一個輸出信號，該信號表示第一種物質和第二種物質界面的高度。
20.一種用於判斷容器中第一種和第二種物質水平面的微波級變送器，第一種和第二種物質的水平面分別對應於第一種和第二種物質的界面，微波級變送器包括脈衝產生器，其適於使用電波探測器天線將微波脈衝發送到第一種和第二種物質中；脈衝接收器，其與電波探測器天線電耦合併用於產生波形；界面探測模塊，用於探測具有分別與第一種和第二種物質界面對應的第一和第二重疊接收波脈衝的波形中的雙波峰脈衝，界面探測模塊適於探測與第一個接收波脈衝相對應的波形的第一個波峰點；且探測波形的波谷，其中第一個波峰點和波谷的探測表示波峰包含雙波峰脈衝；當波峰包含雙波峰脈衝時，探測與第二物質界面有關的第二波峰點；且當波峰包含雙波峰脈衝時，產生與第一個和第二個波峰點相關的界面探測信息；且水平面計算模塊，其與界面定位模塊耦合，並適用於使用界面探測信息計算第一種和第二種物質界面的水平面。
21.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於電波探測器天線是從由喇叭形輻射器，杆狀天線，和探測針組成的組中選出的。
22.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於水平面計算模塊包括一個水平面輸出信號，該信號表明了第一種和第二種物質界面的水平面。
23.如權利要求22所述的微波級變送器，其特徵在於還包括雙線控制環，其與微波級變送器電耦合併適用於接收輸出信號。
24.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於還包括與微波級變送器電耦合的雙線控制環及控制室，其中微波級變送器由控制環供電。
25.如權利要求24所述的微波級變送器，其特徵在於微波級變送器設置成通過控制環和控制室通信。
26.如權利要求25所述的微波級變送器，其特徵在於微波級變送器使用4-20毫安的模擬信號和數位訊號之一與控制室通信。
27.如權利要求26所述的微波級變送器，其特徵在於數位訊號是和可設地址總線遠程傳感器(HART)，FOUNDATIONTMfie1dbus，以及Profibus通訊協議之一相一致的。
28.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在于波形包括作為沿著波形的點定義的開始點，所述波形具有至少滿足與第一個接收波脈衝相對應的第一個閾值的振幅；第一個峰值點定義為位於在開始點之後的一位置，在該位置波形的斜率符號變化，在該位置之後，波形幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和第一種物質的界面相關。
29.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在于波谷定義為位於第一波峰點之後波形的一位置，在該位置斜率符號變化，以及該位置之後，波形的幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變。
30.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於第二個波峰點定義為在波谷之後，在波形的斜率符號變化而且波形的振幅達到最大值的位置。
31.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於第二個波峰點定義為在之後的一位置，在該位置波形的斜率符號變化，其後波形的幅度按照超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量變化。
32.如權利要求20所述的微波級變送器，其特徵在於第二個波峰點具有至少滿足第二個閾值的幅度；
33.一種存儲了指令的計算機可讀介質，由嵌入用於探測容器中物質水平面的微波級變送器的控制器執行，以使得變送器在波形中探測雙波峰脈衝，這個雙波峰脈衝分別包括從第一個和第二個物質界面反射的重疊的第一個和第二個接收波脈衝，其中指令包括(a)探測對應於第一個接收波脈衝的波形的第一個波峰點；由此可以使用第一個波峰點計算第一種物質界面的水平面；以及(b)探測波形的波谷，其中第一個波峰點和波谷的探測表示波形包括雙波峰脈衝。
34.如權利要求33所述的指令，其特徵在於還包括當波形包括一個雙波峰脈衝時，探測對應於第二個接收波脈衝的第二個波峰點，由此可以使用第二個波峰點計算第二種物質界面的水平面。
35.如權利要求33所述的指令，其特徵在于波形包括作為沿著波形的點定義的開始點，所述波形具有至少滿足與第一個接收波脈衝相對應的第一個閾值的振幅；第一個峰值點定義為位於在開始點之後的一位置，在該位置波形的斜率符號變化，在該位置之後，波形幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和第一種物質的界面相關。
36.如權利要求35所述的一種指令，其特徵在于波谷定義為位於第一波峰點之後波形的一位置，在該位置斜率符號變化，以及該位置之後，波形的幅度按超過前面的波形斜率符號變化的噪聲容限的數量改變，其中第一個波峰點和第一種物質的界面相關。
37.如權利要求33所述的指令，其特徵在于波形由數據點組成，每個數據點具有幅度和時間定位；且探測步驟(a)包括(i)選擇波形的一個開始數據點，該波形具有至少滿足第一個閾值的幅度；(ii)逐次比較波形的數據點，以探測表示第一個波峰點的斜率符號變化；(iii)設置一個可能的第一個波峰點作為斜率符號變化的時間定位；且(iv)逐次分析在可能的第一個波峰點之後的波形數據點，以便找到第一個波峰特徵數據點，第一個波峰特徵數據點具有表示可能的第一個波峰點與單個接收波形脈衝、第一個接收波脈衝以及噪音之一相關的幅度，其中當第一個波峰點與第一個接收波脈衝相關時，波形可能包含雙波峰脈衝。
38.如權利要求37所述的指令，其特徵在於當第一個波峰特徵數據點具有的幅度是在前面的波形斜率符號的變化的第一個值之下時，可能的第一個波峰點與單一的接收波脈衝相關。
39.如權利要求37所述的指令，其特徵在於當可能的第一個波峰點的振幅和第一個波峰特徵數據點之間的差值超過了噪音容限時，可能的第一個波峰點與第一個接收波脈衝相關。
40.如權利要求37所述的指令，其特徵在於當可能的第一個波峰點的振幅和第一個波峰特徵數據點之間的差值沒有超過噪音容限時，可能的第一個波峰點與噪音相關，而且第一波峰特徵數據點與波形的斜率符號變化相關。
41.如權利要求37所述的指令，其特徵在於探測步驟(b)包括(i)當第一個波峰點和第一個接收波脈衝相關時，從第一個波峰特徵數據點開始，逐次分析波形的數據點，以探測波形斜率符號變化和落在第一個閾值之下的波形的幅度之一；(ii)在與波形斜率符號的變化相關的時間定位上設置可能的波谷點；且(iii)逐次分析可能的波谷點之後的波形數據點，以便於找到一個波谷特徵數據點，該波谷特徵數據點具有表示可能的波谷點與波谷和噪音之一相關的一幅度。
42.如權利要求41所述的指令，其特徵在於當可能的波谷點的振幅和波谷特徵數據點之間的差值超過了噪音容限時，可能的波谷點和波谷相關。
43.如權利要求41所述的指令，其特徵在於當可能的波谷點的振幅和波谷特徵數據點之間的差值沒有超過噪音容限時，可能的波谷點和噪音相關。
44.一種探測波形中產生的雙波峰脈衝的界面探測裝置，該波形由用於探測容器中物質水平面的微波級變送器的脈衝接收器產生，雙波峰脈衝包括從第一種和第二種物質界面各自反射的重疊的第一個和第二個接收波脈衝，這種界面探測裝置包括裝置，用於探測對應於第一個接收波脈衝和第一種物質界面的第一個波峰點，由此可以使用第一個波峰點計算第一種物質界面的水平面；以及裝置，用於探測波谷，其中第一個波峰點和波谷的探測表示波形包括雙波峰脈衝。
45.如權利要求44所述的裝置，其特徵在於包括當波形包括雙波峰脈衝時，探測第二個波峰點的裝置，其中第二個波峰點與第二個接收波脈衝和第二種物質界面相關，由此可以使用第二個波峰點計算第二種物質界面的位置。
46.如權利要求45所述的裝置，其特徵在於包括分別使用第一個和第二個波峰點計算第一種和第二種物質界面的位置的裝置。
全文摘要
公開的是一種方法，用於探測微波級變送器(10)產生的波形(40)中的雙波峰脈衝(60)的存在，它用來探測和在容器(12)中與物質相關的第一種和第二種物質界面(18，20)。當第一種和第二種物質(18，20)緊密地相互鄰近時，波形(40)產生了雙波峰脈衝(60)。雙波峰脈衝(60)包括從第一種和第二種物質界面(18，20)各自反射的重疊的第一個和第二個接收波脈衝(44，46)。當探測到了和第一個接收波脈衝(44)相關的第一個波峰點(62)和波谷時，該方法判斷波形(40)是否包括雙波峰脈衝(60)。還公開了有界面探測模塊(32)的微波級變送器，該模塊設置成使用本發明的方法來探測波形(40)中雙波峰脈衝(60)的存在。
文檔編號G01S7/292GK1422385SQ01807777
公開日2003年6月4日 申請日期2001年3月21日 優先權日2000年4月4日
發明者埃裡克·R·洛韋涅, 戴維·L·佩德森 申請人:羅斯蒙德公司