[发明专利]用于根据传播时间原理测量料位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用根据测量装置中传播时间原理工作的料位测量设备来测量容器中的填充物质的料位的方法，其中，在空容器的情况中，发射到容器中的微波信号的至少一部分经由在容器的底部上的反射而反射回料位测量设备，其中，料位测量设备将微波信号发射到容器中并在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后把信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回，基于被接收信号推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为与信号的传播时间或其在容器中传播的路径距离相对应的位置的函数，并且，基于回波函数，检测该回波函数是否包含归因于在填充物质的表面上的反射的料位回波并且该回波函数是否包含归因于在容器底部上的反射的容器底部回波。

背景技术

这样的料位测量方法应用于许多工业分支中，例如在加工工业、化学工业或食品工业中。

通常，料位测量设备安装在容器上方。在测量操作中，从料位测量设备朝容器中的填充物质发射微波信号，并且在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后将信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回。基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为位置的函数，该位置对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离。在这种情况下，传播时间和路径距离可基于微波信号沿该路径的传播速度而彼此转换。

在位于容器中的反射器（例如，填充物质的表面和容器底部的反射器）上的反射在对应于其与料位测量设备的距离的回波函数中的位置处产生在回波函数（在本文中随后称为回波）中的局部最大值。

为了确定传播时间，可以使用所有已知的方法，这些方法使得能够借助于反射的微波测量相对较短的距离。最熟知的实例是脉冲雷达方法和调频连续波雷达（FMCW雷达）方法。

在脉冲雷达的情况中，短微波发射脉冲被周期性地发射到容器中，并在那里被反射，并且在依赖于脉冲传播的路径距离的传播时间之后接收回。

在FMCW方法的情况中，连续地发射例如以锯齿函数的方式周期性地线性调频的微波信号。因此，相对于发射信号在接收的时点处具有的瞬时频率，所接收的信号的频率具有取决于相关联的微波信号的传播时间的频率差。因此，在发射信号和接收信号之间的频率差对应于传播时间并且因此对应于反射表面到料位测量设备的间距，该频率差可通过将这两个信号混合并对混合信号的傅立叶光谱进行评估来得到。此外，通过傅立叶变换得到的频率光谱的光谱线振幅对应于回波振幅。因此，在这种情况下该傅立叶光谱表示回波函数。

基于回波函数确定料位回波，该料位回波对应于发射的信号在填充物质的表面上的反射。在已知的微波传播速度的情况中，从料位回波的传播时间直接获得微波在其路径上从测量设备到填充物质的表面并返回所经过的路径距离。基于料位测量设备在容器上方的安装高度，可以直接计算出所求的料位。

在这种情况下，也希望能够正确而可靠地检测空容器的存在情况。在空容器的情况下，没有在填充物质表面上的微波信号的反射。相反，以本文中随后称为空距离的到料位测量设备的距离，微波信号到达容器底部的一部分，并且在那里被反射。在空容器的情况中，发射到容器中的微波信号的至少一部分经由容器底部被反射回料位测量设备，在这样的测量应用中，回波函数在空容器的情况中有规律地具有在本文中随后被指定为容器底部回波的回波，该回波可归因于在容器底部上的反射。

在这样的情况中，问题在于在空容器的情况中在回波函数中中容器底部回波的位置依赖于料位测量设备的安装位置和容器的几何形状。只有在具有平坦底部的空容器的情况中，发射的微波信号才直接反射回料位测量设备。在这种情况下，在空容器的情况中，在回波函数内容器底部回波出现在对应于空距离的位置处。

相比之下，如果发射的微波信号在空容器的情况中落在例如容器底部的倾斜或弯曲部分上，则信号对应于其到达该部分的入射角而反射，并且因此只能经由在容器中的其它反射而间接反射回料位测量设备。这里，在空容器的情况中，在容器中反射回到料位测量设备的发射信号的部分经过依赖于安装位置且依赖于容器几何形状的路径。在给定情况下，该路径的长度可以远大于空距离。