CN109115304B - 具有自动频率调节功能的填充物位雷达装置 - Google Patents

Abstract

填充物位雷达装置包括信号源组件、操作参数确定装置和操作参数调节装置，所述操作参数调节装置被设计成基于测量环境或者由用户输入或由测量装置检测到的测量序列的的特征变量改变连续波发射信号的扫描参数。

Description

具有自动频率调节功能的填充物位雷达装置

技术领域

本发明涉及填充物位测量技术。特别地，本发明涉及填充物位雷达装置、用于确定填充物位的方法、程序元件和计算机可读介质。

背景技术

填充物位雷达装置根据电磁波的延迟时间来确定物位，该电磁波作为发射信号由测量装置发射并在填充材料处反射之后再次被接收。测量装置与填充材料之间的间距可以根据电磁波的延迟时间来确定，并且相应地，根据所述间距，可以确定设置有测量装置的容器的填充程度。

电磁波可以是高频波或微波。所述电磁波可以从测量装置朝向填充材料自由发射，或者可选择地，所述电磁波可以通过波导被传导到填充材料并返回。

已知用于测量电磁波的发射与接收之间的延迟时间的各种测量方法。原则上，所述方法可以被区分为以下两种，即，测量极短的传输脉冲的延迟时间的方法(通常称为脉冲雷达)以及基于连续发射的信号的调制的测量原理。所述信号也被称为连续波信号，并且相应的填充物位雷达装置例如被称为连续波(CW:Continuous Wave)雷达装置，该装置在整个测量过程期间连续发射，因此，与脉冲方法相比，一个测量周期内的发射持续时间通常比信号本身的延迟时间长数个数量级。

在这种情况下，延迟时间可以通过对发射波和接收波进行调制来间接确定。在调频连续波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)方法的情况下，线性调频(也称为频率扫描)用于此目的。

在特定条件下，通过增大发射的发射功率，可以提高在填充材料上反射后被接收的发射信号的信噪比。

发明内容

本发明的目的是进一步提高填充物位雷达装置的测量精度。

该目的通过如下所述的特征来实现。在下文和以下对实施例的描述中能够发现本发明的改进。

本发明的第一方面涉及一种填充物位雷达装置，所述填充物位雷达装置包括被设计成生成电磁发射信号的信号源组件，所述电磁发射信号的持续时间大于所述发射信号从所述信号源组件到填充材料的延迟时间的两倍。特别地，所述电磁发射信号可以是所谓的连续波发射信号(CW信号)。提供了一种操作参数确定装置(例如电路或处理器)，所述操作参数确定装置被设计成考虑用户输入或由填充物位雷达装置检测到的信息来确定所述连续波发射信号的新的扫描参数。

此外，提供了一种操作参数调节装置(例如电路或处理器)，所述操作参数调节装置可以是单独的部件，或者集成在操作参数确定装置中并且被设计成将所述连续波发射信号的扫描参数改变为新的扫描参数。特别地，可以在填充物位测量装置的正常测量操作期间改变扫描参数。扫描参数是例如与发射信号的频率斜坡有关的参数，例如连续波发射信号的扫描时间、其带宽、其起始频率或结束频率、连续波发射信号的中频阶跃的数量、或其功率，上述参数可以根据例如连续波发射信号的频率来设定。特别地，发射信号的发射功率可以取决于发射信号的频率，即，发射信号的发射功率可以在连续频带上变化。

然而，连续波发射信号的扫描参数也可以是与实际扫描无关的参数，例如，每个频率阶跃要检测的采样值的数量或采样率，这些参数对于填充物位雷达装置的效率可能很重要。

特别地，填充物位雷达装置可以被设计成在填充物位雷达装置的操作期间改变多个所述扫描参数。

所述改变是通过操作参数确定装置查询由用户输入的信息和/或由填充物位雷达装置检测到的信息触发的，所述确定装置根据所述信息确定新的扫描参数。特别地，该信息可以是测量环境或测量序列的一个或多个特征变量。其示例是关于填充材料的类型(固体、液体等)、测量设置的类型(开放的测量环境或容器中的测量、垂直管道测量或自由光束测量等)的信息、或者是关于填充物位的预期变化率或预期的物位差异的信息。

根据本发明的另一实施例，填充物位雷达装置包括收发器电路，所述收发器电路被设计成朝向填充材料表面发射连续波发射信号，并接收相应反射的发射信号，然后将所述信号与另一信号混频，以形成依赖反射的接收信号，然后根据此依赖反射的接收信号，可以确定填充物位。就此而言，根据所接收的发射信号是与“自身”混频还是与通常也具有不同频率的另一信号混频，参考零差混频或外差混频。

根据本发明的另一实施例，所述连续波发射信号具有部分恒定的频率，各个频率例如等距离地分布在限定的频带内。

根据本发明的一个实施例，填充物位雷达装置被设计为连接到4～20mA的双线回路，通过该双线回路向填充物位雷达装置提供测量所需的功率，并且，填充物位雷达装置通过该双线回路发送测量数据，并能够从外部位置接收参数化数据。

本发明的另一方面涉及一种用于确定填充物位的方法，其中生成电磁连续波发射信号，所述电磁连续波发射信号的持续时间大于发射信号从信号源组件到填充材料的延迟时间的两倍。于是，考虑用户输入或由填充物位雷达装置检测到的信息来确定连续波发射信号的新的扫描参数，并且将连续波发射信号的扫描参数修改为新的扫描参数。

当然，也可以改变多个扫描参数。

本发明的第三方面涉及程序元件，当在填充物位雷达装置的处理器上执行该程序元件时，该程序元件指示填充物位雷达装置执行上文和下文所述的步骤。

本发明的另一方面涉及计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有上述程序元件。

此时，应当指出的是，上文和下文所述的填充物位雷达装置的特征也可以作为方法步骤来实现，并且在本发明的上下文中所述的方法的特征也可以在填充物位雷达装置中实施。

本发明的基本构思可以认为是使由填充物位雷达装置发射的发射频率优化，例如以提高测量精度。预编程的知识允许根据连续或逐步调制的FMCW方法或根据反射计原理工作的填充物位雷达装置中的操作参数确定装置考虑由用户输入的应用参数和/或测量应用的自学习特征变量来优化用于测量的发射信号的特征变量(扫描参数)。

以下参考附图描述本发明的实施例。在附图中使用相同的附图标记时，它们表示相同或相似的元件。附图中的视图是示意性的，而不是按比例绘制的。

附图说明

图1是填充物位雷达装置的电路图。

图2示出了发射信号和对应的依赖反射的接收信号的示例。

图3是另一填充物位雷达装置的电路图。

图4示出了反射计法的第一操作模式的特征变量的示例。

图5是另一填充物位雷达装置的电路图。

图6是另一填充物位雷达装置的电路图。

图7示出了改变特征变量时的工作原理。

图8示出了测量装置的典型变量与填充物位雷达装置的测量序列的特征变量之间的关系。

图9示出了另一示例。

图10示出了另一示例。

图11示出了另一示例。

图12示出了另一示例。

图13示出了另一示例。

图14示出了另一示例。

图15是根据本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1是示出了FMCW雷达传感器的收发器电路101的基本设计的高度简化的电路图。合成器102用于生成发射信号103，并包含用于此目的的例如压控振荡器(VCO：voltage-controlled oscillator)。发射信号通过包含在合成器102中的用于控制发射频率的电路(例如，锁相环(PLL:phase-locked loop)电路)进行线性调频。所述发射信号103经由环行器104到达天线105，并且从所述天线朝向反射器106发射。经反射后返回到天线105的接收信号经由环行器104到达混频器107。所述混频器将接收信号与发射信号的一部分进行混频，从而生成所谓的差拍信号108。在滤波器109中进行低通滤波并在放大器110中进行相应放大之后，所述差拍信号被模数转换器111数字化，并在此后进一步进行数字化处理。在这种情况下，混频发射信号和接收信号就是所谓的零差接收机原理。反射器106与测量装置之间的距离对差拍信号108的频率有直接影响，从而反过来能够根据测量的差拍频率直接推导出测量距离。在多个反射器的情况下，生成具有与不同测量距离相关联的各个频率组成的频率的差拍信号108。因此，例如，通常使用傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT:fastFourier transform)在控制器电路112内对数字化差拍信号进行频谱分析，以便分离各个频率部分或反射部分，并且任选地精确地确定与其频率相关的所述部分，从而精确地确定基本测量距离。图2是具有线性调频的发射信号103的细节的时间-频率图，并且在其正下方的是在限定的反射器距离处生成的相关联的模拟差拍信号108的时间-电压图。

FMCW方法的已知变型是将发射信号的线性调频修改为阶跃式线性调频，如图2中作为替代曲线103’示出的。在这种情况下，发射信号103‘在一定的时间段内保持特定的频率，然后以均匀的阶跃跳跃到下一个频率。根据图1的框图的零差混频(在这种情况下也是有效的)，针对各频率阶跃在混频器输出处都产生DC电压，该电压源自发射信号和接收信号之间的相互相移。源自各阶跃的DC电压连续产生与上述FMCW方法的差拍信号108相对应的信号曲线108’。图2中也部分示意性地示出了这一点。如从图中清楚地看出的，先前连续的差拍信号108被转换成阶跃式模拟信号108’。在对所述阶跃式信号108’进行后续的模数转换的情况下，每个阶跃恰好转换一个采样值当然是有利的，其结果是，阶跃式线性调频的数字化差拍信号与标准FMCW方法的数字化差拍信号没有实质性差异。因此，从频谱分析开始的进一步数字信号处理在两种方法中都是相同的。

根据FMCW方法操作雷达测量装置时的特征变量(也称为操作参数)是在频率扫描期间通过的带宽B_S以及频率扫描所需的扫描时间T_S。此外，A/D转换器111的采样频率f_A的规格对于雷达***的效率可能很重要。通常，增大带宽B_S能够改善非常接近的回波之间的差异。增加扫描时间T_S可以提高信噪比，并且增大A/D转换器的采样率f_A可以增大最大可检测测量范围。

图3是上述已知FMCW方法的替代测量方法的框图，该替代方法在下文中也被称为反射计法。所述框图与图1所示的收发器电路101的不同之处在于外差电路设计，所述外差电路设计将接收信号与不同频率的本机振荡器信号进行接收混频，从而在混频器输出处产生中频。正如图1所示，合成器301生成发射信号，该发射信号经由环行器302或定向耦合器302被引向天线303，并从天线303发射。在此过程中，天线303将经由线路提供的高频信号转换成电磁波304，该电磁波304要么被自由地发射，或者可选择地经由波导(例如，空心波导或单线或绞合导体)被朝向反射器引导。在反射器处反射的波至少部分地返回到天线303，并且被转换回线路引导的接收信号。然后，所述信号经由环行器302或定向耦合器302到达接收混频器305。环行器或定向耦合器302是雷达填充物位测量领域中已知的部件，并且可以有利地用于单基地操作，即当使用相同的天线进行发射和接收时的情况。所述部件包括至少三个端口，并且主要以定向选择的方式将信号从一个端口引导到第二端口，同时在这种情况下，第三端口解耦合。在双基地操作的情况下(这也是可能的，但是在这里没有更详细地示出)，使用两个独立的天线进行发射和接收。在这种情况下，省去了环行器或定向耦合器302，并且信号从合成器301到达发射天线且信号从接收天线到达接收混频器305。

合成器301用于在预先规定的频带中产生不同频率的不同正弦波，其中，所述频率在一定时间段内保持固定值，然后跳至新的固定频率值。例如，这可以以阶跃式线性调频的形式出现。为此，所述合成器包含可调谐振荡器，例如VCO。此外，所述合成器有利地包含控制回路和基准振荡器。控制回路(例如，锁相环(PLL))控制可调谐振荡器的频率，使得所述频率与基准振荡器的频率具有限定的可设定比率。有利地，例如，以受控的方式通过控制器电路317经由信号306对频率比率进行数字化地设定，并且通常涉及切换一个或多个分频器组件，所述分频器组件将基准振荡器和/或可调谐振荡器的频率进行分频。在这种情况下，除了简单的整数分频器之外，非整数分频器(称为小数分频器)也是可以的。通过使用这种分频器，可以在相对大的频率范围内以非常小的阶跃调节合成器301的输出频率。

合成器301的输出信号的一部分例如经由功率分配器或耦合器(未详细示出)被分支，以便为接收混频器305形成本机振荡器信号。为此，混频器306将分支的合成器信号307与振荡器308的输出信号进行混频，从而根据两个输入频率产生各种新的频率部分(例如，和频率与差频率)。

混频器306的输出信号被用作接收混频器305中的外差接收混频的本机振荡器信号。

特别地，在接收混频器305中，根据本机振荡器信号和接收信号产生两个信号的差频。除了上述固定频率外，接收混频器305的所述输出信号(被称为中频信号310)具有相位，该相位与中频信号的振幅一起限定了参与反射波的所有反射器的反射系数的复合特征变量。换句话说，中频信号的相位取决于本机振荡器信号和接收信号相互间的相位。反过来，接收信号的相位取决于发射或接收波传播的路径，从而取决于反射器距离，而本机振荡器信号的相位取决于合成器输出信号，因此取决于发射信号。因此，中频信号的相位最终只取决于发射信号与接收信号之间的相移，因此取决于反射器距离。

所述中频信号在带通滤波器311中经历频带滤波，并在中频放大器312中被放大，以增大信噪比。为了从模拟形式的中频信号确定复合反射系数，可以使用正交解调器313将中频信号分成其复合成分，即实部和虚部，并且随后这两个部分分别经历模数转换。使用正交解调器的优点在于，中频信号的实部和虚部作为基带信号315、316存在，即，不再包含任何高频部分，因此非常容易数字化。

如已经提到的那样，在使用模数转换器314进行模数转换之后，在控制器电路317中进一步处理测量值。除了用于评估数字化测量信号的程序代码之外，控制器电路317还特别包含用于测量周期的序列控制(即，用于启动波的发射和频率的控制)以及用于收发器电路318的总体控制的程序代码。

如所描述的那样，图3中所示的电路组件允许确定复合反射系数。所述复合反射系数由包含在接收信号中的所有反射部分组成。如果涉及多个反射器，则各个信号部分就不能再分开，而且不能确定各个反射器的距离。然而，如果在特定频带内的另外设定的输出频率下重复该测量，则能够生成由设定的频率值和相关联的复合反射系数组成的数字值表。在该过程中，有利地，所有频率值之间的频率间隔被选择为相同，使得频率值将频带划分为等距部分。因此，产生的数字反射系数的带限频谱随后在控制器电路317中进行傅里叶逆变换(例如在等距频率间隔的情况下的IFFT(快速傅里叶逆变换))，该傅里叶逆变换将频率信号变换成时间信号。反过来，所述数字时间信号表示发射和重新接收的测量信号的反射之和。所述时间信号以时间值和相关联的反射部分的数值表的形式呈现，并且能够通过确定局部最大值来评估。所述局部最大值表征了在分配时间之后所接收到的各种反射器的各个反射。在这种形式中，所述时间-反射振幅数值表现在与在已知填充物位雷达方法中常见的数字化反射分布类似。因此，根据脉冲雷达或FMCW雷达***的已知方法能够采取用于确定来自填充材料表面的所需回波以及确定所述回波的精确反射时间的进一步评估步骤。

根据反射计法在雷达测量装置操作期间的特征变量是由最大发射频率与最小发射频率之间的差而产生的带宽B_S以及中频阶跃的数量N_FS。此外，每个频率阶跃要检测的采样值的数量规格N_S对于雷达***的效率很重要。

图4示出了反射计法的第一操作模式的特征变量。测量开始于第一频率401并结束于第二频率402。所述两个频率之间的差产生了***的带宽B₁ 403。所选择的带宽越大，回波在回波曲线内映射的范围越窄，这有助于可以分开地评估非常接近的回波。根据图4的序列的另一个参数是频率阶跃的数量N_FS，所述频率阶跃的数量N_FS在本示例中被设为7。在带宽B₁内设定的频率阶跃的数量越多，***的测量范围越大，在该范围内确保了反射比的清晰映射。此外，每个频率阶跃的模数转换次数会影响测量***的灵敏度。每个频率阶跃检测多个单独的测量值可以增大数字信号处理内的信噪比。在图4的示例中，每个频率跃精确地检测一个采样值404。

在填充物位测量期间，可以使用连续或逐步调制的FMCW或反射计测量装置来改变操作参数。通常，这需要专门的专业知识，因为上述特征变量中的哪些可以在什么限度内改变，以及参数的变化对测量产生什么具体影响，对非专业人员来说并不明显。

操作参数调节装置被设计为允许非专业用户根据连续或逐步调制的FMCW方法或反射计原理来优化填充物位测量装置的操作。此外，提出了参数调节装置的改进，其适合于在填充物位测量装置的操作期间且没有外部干预的情况下在测量范围内自主地改变和优化操作参数。

图5示出了根据FMCW方法的变形雷达装置的第一实施例。测量装置(在很大程度上对应于图1的已知组件)包括参数调节装置501，所述参数调节装置501可以将由用户输入的用户参数转换成对测量序列的特征变量的要求。参数调节装置可以被设计成还具有操作参数确定装置的功能。在这种情况下，用户可以通过界面单元(interface unit)502输入测量点的典型特征变量，所述界面单元502不一定是测量装置本身的一部分，并且所述界面单元502以有线或无线方式与参数调节装置通信。在本文件的上下文中，所述特征变量也被称为用户参数。除了常规的操作模块外，PC应用程序、智能手机应用程序或与过程自动化相对应的已知操作模块(例如，HART手持设备)也可作为界面单元。测量点的典型特征变量描述了关于以下问题的信息：例如，测量散装材料还是测量液体，测量高反射性材料还是反射性差的材料，是否能预见快速填充物位变化，是否在竖直管道内进行测量，是否在没有容器的开放测量点进行测量，在测量范围内是否预期存在饱和蒸汽气氛，和/或距介质的最大预期距离范围的大小。参数调节装置501处理由用户通过界面单元502输入的用户参数，并根据准则，从中推导出用于根据FMCW方法操作雷达测量装置的特征变量，例如，用于测量的起始频率、测量持续时间、作为停止频率和起始频率之差的带宽、待检测的测量值的数量，以及可由传感器电子设备设定的其他测量参数。参数调节装置501可以作为传感器内的单独电子单元来实现，例如作为逻辑电路、FPGA、或者包括相应的***软件的微控制器。然而，参数调节装置501也可以单纯作为先前已经存在的控制器电路112、317上的软件来实现。参数调节装置501也可以作为硬件、软件或硬件与软件的组合设置在界面单元502内。

在由用户输入的用户参数的范围内由参数调节装置501针对相关测量情况确定的操作的优化特征变量例如经由通信线路504被传送到控制器电路112、317。使用连接线路508、509、510、511，控制器电路112、317能够直接影响测量的序列，即，特别是设定并致动合成器102、可调模拟滤波器505、可设定的放大器506和/或模数转换器507，使得可以充分符合参数调节装置501对于雷达测量装置的特征变量的要求。

此时，应当指出的是，通信线路504被设计为用于双向通信。本文的其余部分将特别讨论以下问题，即，除此之外，参数调节装置还可以使用关于当前测量本身的信息，以确定用于操作雷达测量装置的特征变量的要求。

图6示出了根据反射计原理的改进的雷达装置的第二实施例。测量装置(其与图3中已知的组件基本上对应)包括参数调节装置601，所述参数调节装置601可以将由用户输入的用户参数转换成对反射计的测量序列的特征变量的要求。在这种情况下，用户可以通过界面单元502输入测量点的典型特征变量，所述界面单元502不一定是测量装置本身的一部分，并且界面单元502以有线或无线方式与参数调节装置通信。参数调节装置601处理由用户通过界面单元502输入的用户参数，并根据准则，从其推导出用于根据反射计法操作雷达测量装置的特征变量，例如，被致动用于测量的单频值(single frequency value)、作为最高测量频率与最低测量频率之间的差的带宽、每个测量频率要检测的采样值数量。参数调节装置601可以作为传感器内的单独电子单元来实现，例如作为逻辑电路、FPGA、或者包括相应的***软件的微控制器。然而，参数调节装置601也可以单纯作为先前已经存在的控制器电路317上的软件来实现。参数调节装置601也可以作为硬件、软件或硬件与软件的组合设置在界面单元502内。

在由用户输入的用户参数的范围内由参数调节装置601针对相关测量情况确定的用于操作的优化特征变量例如经由通信线路603被传送到控制器电路317。控制器电路317使用连接线路306、604能够直接影响测量的序列，即，特别是设定并致动合成器301和/或模数转换器314，使得可以充分符合参数调节装置601对于雷达测量装置的特征变量的要求。

此时，应当指出的是，通信线路603被设计为用于双向通信。本文的其余部分将特别讨论以下问题，即，除此之外，参数调节装置还可以使用关于当前测量本身的信息，以确定对用于操作雷达测量装置的特征变量的要求。

图7参照根据反射计原理的填充物位测量装置示出了在改变用于操作该装置的特征变量时的操作原理。如果用户没有输入测量点的典型特征变量，则测量装置可以处于递送状态，在该状态中，测量装置使用合成器301生成7个不同的单频值703...709。根据该测量得到的高频带宽B₁是由最高发射频率709与最低发射频率703之间的差而生成的。测量装置可以在工厂配置中被编程，以便针对按时间顺序设置的单频值703...709中的每一个，使用模数转换器314准确地检测一个复值化的测量值710、711、…、716。可以以已知的方式根据所检测的测量值710...716来确定距填充材料的距离。

在测量装置的参数化的范围内，例如如果用户提供了在包含反射性差的散装材料的容器内进行测量的信息，则该信息由参数调节装置601使用，以便改变用于根据描述702操作的特征变量。就散装材料应用而言，通常情况下，由于锥体的形成，来自散装材料表面的回波非常宽。因此，改变测量序列以便通过较小的带宽B₂是显而易见的。虽然这也会产生更宽的回波，但是能量消耗以及由此产生的测量重复率可以通过这种措施来优化。此外，使用与介质的差反射率相关的信息，是因为针对每个发射频率阶跃717、718、719检测多个测量值720、721。在控制器电路317内，计算与一个频率阶跃相关联的测量值的平均值，使得可以减少检测到的测量值内的噪声部分，从而提高在反射不良的介质的情况下的测量可靠性。

其他附图示出了作为先验知识存储在参数调节装置501、601中的另外的示例关系。为了不使描述过于复杂，说明仅限于FMCW原理。在这一点应该明确指出的是，本领域技术人员也可以根据反射计原理容易地将相应的发现转移到雷达测量装置的参数调节装置。图7中已经列出了第一示例。

下面关于图8～14的说明以举例的方式阐述了测量点的典型变量与雷达测量装置的测量序列的特征变量之间的关系。

图8示出了如用户可以通过用户界面502输入的对散装材料801的测量与对液体802的测量之间进行选择的情况下的变化。在对散装材料进行测量的情况下，通常由于物理原因测量非常宽的锥形回波。因此分离非常接近的回波并不是特别有用。因此，选择较小的测量带宽B₁是有利的。反之，在液体应用的情况下，设定非常大的测量带宽B₂使得测量装置可以检测非常窄的回波。因此，特别地，可以将来自管线803的回波与来自液体表面802的回波分离，由于这些回波在空间上非常靠近，因此可以提高测量精度。

图9示出了激活不良反射介质的用户选项时在操作序列中产生的变化。在标准序列中，填充物位测量装置内的控制软件假设介质的反射特性在介质光谱的常规范围内。因此，设置短测量时间T₁，这确保了在变化的物位的情况下，非常大量的测量可以引起装置的快速反应时间。相反，如果反射不良介质(例如在油的情况下)的选项被激活，则测量装置因此改变其操作序列，从而设定非常长的测量时间T₂。虽然这降低了测量重复率，但是它也确保了在测量值的检测期间的噪声部分非常小，这在以前小的有用信号的情况下显著增加了测量的可靠性。

图10示出了填充物位测量装置操作过程中的更合法的方面。根据不同国家的无线电授权规范，某些领域要求在封闭式容器外操作的雷达测量装置符合与扫描速率有关的特定要求，以确保其他通信设备不受干扰。用户输入“容器外测量”导致一种情况。

在这种情况下，参数调节装置改变测量序列，使得不超过最大允许扫描速率u₁1001。在密闭容器1002中测量的情况下，可以忽略所述要求，因此有利地设定更高的扫描速率u₂ 1003。结果，可以减少测量时间，从而可以提高封闭容器中的测量重复率。同时，在相应的用户输入的情况下，填充物位雷达装置满足封闭容器外的操作要求。

图11示出了输入了待测量容器的高度时改变的操作序列。在小容器1101具有高度h1的情况下，可以省略远离最大距离h1的范围内的处理回波。参数调节装置使用以下关系，即，在中频信号108的高频中再现非常大距离的回波，而更接近的回波只对信号的低频有贡献。因此，在小容器高度1101的示例中，由带通滤波器505、放大器506和A/D转换器507组成的处理链可以被设置为低的最大频率。这尤其使得能够以低采样频率f_A1 1103操作A/D转换器507。由于每个测量周期检测到的采样值较少，因此数字信号处理内的计算复杂度降低，从而导致测量持续时间非常短，因此测量重复频率较高。与此相反，在大容器1102的情况下，应该预期用于远距离回波的高频部分。由带通滤波器505、放大器506和A/D转换器507组成的处理链必须被设置为高的最大频率，并且，采样频率F_A2 1104也必须相应地增加。

图12示出了以下实施例，其中参数调节装置501、601自主地优化用于操作测量装置的特征参数，而不需要用户的任何指定。测量装置可以首先对散装材料锥体1201执行自由场测量。用于此目的的参数(特别是起始频率f_Start 1203和停止频率f_Stop 1204)在工厂被编程到测量装置的固件中。由于外部干扰(例如靠近测量装置安装的发射天线1205)，可能出现测量在带宽f_Start...f_Stop的至少一部分中受到干扰的情况。测量装置可以通过可信性分析和/或通过切换到单纯的接收模式来确定在外部辐射的载波频率f_T 1206上的测量可能是困难的。参数调节装置从控制器电路接收与当前使用的测量频带的一部分中的干扰的存在相关的信息，然后可以独立地改变测量所用的频率，使得外部干扰频率在测量频率的范围之外。在本示例中，参数调节装置将起始频率增大到高于外部干扰频率的值，从而可以使测量装置进行无干扰操作。

图13中示出了通过参数调节装置自动优化操作参数的另一示例。与自由场测量相比，在封闭容器1301内测量的情况下，外部干扰频率很少出现。特别是当在非常高压力和/或非常高温度的情况下测量氨水或水时，在实际介质1302上方形成饱和蒸汽气氛1303，所述气氛使由测量装置1304发射的至少一部分发射频率中的电磁波极大地衰减。例如，在水的情况下，已知饱和蒸汽气氛使在60GHz附近范围内的电磁波极大地衰减。为了防止有用信号的丢失并因此降低信噪比，在相应的应用中，当参数调节装置识别到一部分发射频率中的检测到的信号能量的减少时，参数调节装置总是可以使用于测量的频带位移。根据描述1305的操作序列示出了在60GHz的频率下发生衰减效应时测量序列的变化。

通过用户输入操作压力、介质和操作温度，参数调节装置也可以实现雷达测量装置的操作频率的静态变化。

图14示出了另一实施例。特别地，在使用自由波束雷达测量装置1403测量所谓的旁路管道1401、1402的情况下，出现这样的问题，即旁路管道充当电磁信号的所谓的中空波导。根据旁路管道的内径1404、1405，频率低于中空波导的截止频率的电磁波根本不会朝向填充材料表面1406、1407传播，或者仅以大幅度衰减的方式朝向所述表面传播。在用户输入了与垂直管道中的测量有关的信息之后，并且在所述用户输入了垂直管道的直径之后，参数调节装置可以考虑所述行为，并因此优化测量序列。使用垂直管道1401的参数，参数调节装置可以自动确定截止频率f₁的值。为了优化测量过程，特别是将测量1408的起始频率设置为高于垂直管道1401的截止频率f₁ 1409。在第二垂直管道1402的不同管道直径1405的情况下，与上述示例相比，得出较低的截止频率f₂ 1411，因此参数调节装置致动具有较低的但又高于第二截止频率f₂的起始频率的测量序列1410。

图15示出了根据FMCW方法或根据反射计法的测量装置的操作序列。所述方法以起始状态1501开始。在步骤1502中，参数调节装置501、601首先检查用户是否经由界面502输入了新的参数。如果用户已经经由界面502输入了新的参数，则基于用户参数来确定用于操作测量装置的特征参数，并将所述特征参数传送给控制器单元。在步骤1504中，参数调节装置检查当前用于测量的频率范围内是否存在外部干扰频率或者明显的各个频率的衰减行为。如果是，则在步骤1505中，确定待致动的测量频率的变化，并将所述变化传送给控制器单元。在步骤1506中，控制器单元基于参数调节单元的要求进行测量，并确定距填充材料的间距。所确定的间距可用于外部。

关于方框图和示意图，应当指出的是，通常它们被简化为必要的组成部分，并且实际实施所需的部件部分被省略或简化，因为它们是本领域技术人员已知的。例如，这适用于混频器出口处的过滤措施，以便只允许通过所需的混合频率并抑制不需要的混合产物。此外，对于本领域技术人员来说，在必要时放大信号链的不同点处的信号是常规做法，以便提高信噪比。例如，这可以是在接收混频器之前的发送分支或接收分支中的放大器。此外，此处只显示了传感器电路中对直接测量技术很重要的部分。当然，根据这一原理构造的填充物位雷达传感器可以包含本领域技术人员已知的其他电路部件。

应当指出的是，上述方法和装置不仅可以用于根据连续或逐步调制的FMCW方法的填充物位测量装置，还可以用于根据反射计原理的填充物位测量雷达装置。对于本领域技术人员来说，如何将相应的实施例也用于其他原理是显而易见的。

应当指出的是，已经列出的实施例之间的关系并不完整。在连续或逐步调制的FMCW方法的情况下，尤其可以考虑根据用户输入对扫描参数进行任何更改。可以从低频扫描到高频。也可以将扫描分成多个部分扫描，省略单个频率。特别是在根据反射计法的填充物位测量装置的情况下，可以按照任何期望的顺序通过要被致动的发射频率的量，并通过分类将产生的测量值组织回存储器中的正确顺序。

为了完整起见，应当指出的是，“包括”和“具有”不排除存在其他元件或步骤的可能性，并且“一个(种)”不排除“多个(种)”的可能性。应该进一步指出的是，参照上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制性的。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月21日提交的欧洲专利申请第17177111.6号和第17177147.0号的申请日的权益，其公开内容通过引用的方式并入本文，并且本申请要求于2017年6月21日提交的德国专利申请第102017210383.3号、第102017210381.7号、第102017210382.5号以及第102017210402.3号的申请日的权益，其公开内容通过引用的方式并入本文。

Claims (9)

1.一种填充物位雷达装置，其包括：

信号源组件(102、301)，所述信号源组件被设计成生成电磁连续波发射信号(103、103‘)，所述电磁连续波发射信号的持续时间大于所述发射信号从所述信号源组件到填充材料的延迟时间的两倍；

用户界面，其构造成输入用户输入；

操作参数确定电路(501、601)，所述操作参数确定电路被设计成考虑所述用户输入来确定所述连续波发射信号的新的扫描参数，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料是散装材料，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的小带宽，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料是液体，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的大带宽，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料具有不良反射性，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的长扫描时间；

操作参数调节电路(501、601)，所述操作参数调节电路被设计成将所述连续波发射信号的扫描参数改变成所述新的扫描参数，

其中所述用户输入包括与所述填充材料的分类、测量设置的分类或填充物位的预期变化率有关的信息。

2.根据权利要求1所述的填充物位雷达装置，

其中所述用户输入是测量环境或测量序列的特征变量。

3.根据权利要求1～2中任一项所述的填充物位雷达装置，

其中所述连续波发射信号的扫描参数是所述连续波发射信号的起始频率、其停止频率或模数转换器(111、314、507)的采样率。

4.根据权利要求1～2中任一项所述的填充物位雷达装置，

其中所述连续波发射信号的扫描参数是所述连续波发射信号的中频阶跃的数量或者每个频率阶跃要检测的采样值的数量。

5.根据权利要求1～2中任一项所述的填充物位雷达装置，

其中所述连续波发射信号的扫描参数是依赖于所述连续波发射信号的频率的所述连续波发射信号的功率。

6.根据权利要求1～2中任一项所述的填充物位雷达装置，还包括：

收发器电路(318)，所述收发器电路被设计成：

朝向填充材料表面发射所述连续波发射信号；

接收在所述填充材料表面反射的所述发射信号，并将所接收到的反射的连续波发射信号与另一信号混频，以形成依赖反射的接收信号(108、108‘)，根据所述依赖反射的接收信号可以确定所述填充物位。

7.根据权利要求1～2中任一项所述的填充物位雷达装置，

其中所述连续波发射信号(103、103‘)具有部分恒定的频率；

其中各个频率分布在限定的频带内。

8.一种用于使用根据权利要求1所述的填充物位雷达装置来确定填充物位的方法，包括以下步骤：

生成电磁连续波发射信号(103、103‘)，所述电磁连续波发射信号的持续时间大于所述发射信号从所述信号源组件到填充材料的延迟时间的两倍；

考虑用户输入来确定所述连续波发射信号的新的扫描参数，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料是散装材料，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的小带宽，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料是液体，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的大带宽，

其中，如果所述用户输入指示所述填充材料具有不良反射性，那么所述新的扫描参数是所述连续波发射信号的长扫描时间；

将所述连续波发射信号的扫描参数改变为所述新的扫描参数；

其中所述用户输入包括与所述填充材料的分类、测量设置的分类或填充物位的预期变化率有关的信息。

9.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有程序元件，当在填充物位雷达装置的处理器(16)上执行所述程序元件时，所述程序元件指示所述填充物位雷达装置执行根据权利要求8所述的方法。

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