CN1249408C

CN1249408C - 粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法和装置

Info

Publication number: CN1249408C
Application number: CN 02804726
Authority: CN
Inventors: 马丁·盖瑟
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: WO2002063247A2; DE10105652A1; CN1491347A; EP1358450B1; DE50207196D1; WO2002063247A3; AU2002242698A1; EP1358450A2

Abstract

本发明涉及用于通过使用检测反射的回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法。根据本发明，所述粗略测定是根据回波信号中包络曲线的各个回波的宽度进行的。变通地，所述的粗略测定可以根据回波信号中的等间距回波的数量或者根据检测搅动进行。所有的变通可以结合在一起。本发明还涉及实行所述方法的装置。

Description

粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法和装置

技术领域

本发明一般地涉及通过分析回波信号，尤其是分析由此产生的位面测量装置的包络曲线，自动地粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法。而且，本发明一般地涉及通过分析回波信号，尤其是分析由此产生的包络曲线，自动地粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，还涉及尤其按照脉冲回波原理工作并且检测反射的回波信号的位面测量装置。因此，本文特别关注超声波或者雷达位面测量装置。

按照脉冲回波原理工作并且检测反射的回波信号的位面测量装置从检测或者说测定的回波信号产生一系列有关回波图像中每个回波的信息，相应于所谓的包络曲线。从回波信号产生包络曲线完全是众所公知的，不需要本文在技术方面作进一步说明(例如参阅：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)。

背景技术

位面测量装置，特别是通过测量包络曲线中的各个回波确定填充位面的位面测量测量器是公知的。从而，从EP1 039 273 A2公知根据雷达原理的测量填充位面的方法，借助于该方法，可以通过相应包络曲线检查测量信号的典型信噪比测定不平坦的，尤其是弯曲的底部。如果查明了典型的信噪比，就检测出容器的空的状态。测量信号的信噪比特性可见于局部峰值中，或者随着频率上升的局部谷值或者峰值幅度升高中的不稳定的、随机的改变。按照雷达原理测量填充位面的方法公知于DE43 320 71 A1，其中把表现的回波函数与存储的与未受扰动的测量对应的、未受扰动的回波函数相比较，并且对天线区域和天线附近中的测定出的偏差进行分析，以识别突起的形成和/或其它干扰。另外，GB2 123 237 A说明了一种用微波工作的位面测量检测器，它不按照回波原理工作，但是它引起有借助于波导分支出的波束对反射波的干涉。

在上述装置中，为了改善包络曲线的分析，必须手动指出填充的材料是液体还是颗粒材料。包络曲线的测量类型并且从而填充位面的测定由这种手动指示改变。因此，如果指出填充材料含有液体，要测量的幅度设定成包络曲线的峰值前的预定幅度。如果操作者指出填充的材料含有颗粒材料，要测量的幅度是包络曲线的起始到峰值。

总而言之，按照现有技术，如果由位面测量装置的操作者手动进行粗略测定，对回波信号的包络曲线的各个回波较好的测量只能够取决于填充材料的类型。

发明内容

本发明解决的基本技术问题是提供进行容器内的填充材料是液体还是粒料的自动粗略测定的方法和装置。由此应当创造尤其是按照脉冲回波原理工作的位面测量装置和反射的回波信号传感器位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的可能性。

根据本发明，提供了一种用于通过使用检测反射的回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据回波信号中包络曲线的各个回波的宽度进行的，所述方法包括以下的步骤：测定包络曲线的回波信号中的各个回波的宽度，测定宽度大于或者等于对照回波宽度的回波数量，测定宽度小于对照回波宽度的回波数量，根据测定的较大数量的回波宽度输出确定填充材料的类型的信号。

根据本发明，提供了一种用于通过使用检测回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据回波信号中等间距回波的数量进行的，所述方法包括以下步骤：测定回波信号中的等间距回波的数量，把等间距回波的数量与对照数量比较，当等间距回波的数量大于对照数量时，输出指定填充材料是液体的信号。

根据本发明，提供了一种用于通过使用测定回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据检测搅动进行的，所述检测搅动通过把当前包络曲线的回波与之前的包络曲线的相应回波进行比较，以及从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值比较，并且如果确定该幅度起伏大于对照值，就发出代表液体的信号。

根据本发明，提供了一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，具有：测定所生成的包络曲线的回波的宽度的装置，测定回波宽度大于对照回波宽度的回波数量和回波宽度小于对照回波宽度的回波数量的装置，填充材料信号输出装置，该装置在回波宽度大于对照回波宽度的回波数量高于回波宽度小于对照回波宽度的回波数量时，输出代表液体的信号。

根据本发明，提供了一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，含有：测定产生的包络曲线中的等间距回波的数量的装置；把等间距回波的数量与对照数量比较的装置；和当等间距回波的数量大于对照数量时，输出指定填充材料是液体的信号的装置。

根据本发明，提供了一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，含有：通过把当前包络曲线的回波与之前的包络曲线的相应回波进行比较，以及从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值比较而检测搅动的装置，以及如果确定该幅度起伏于对照值，就发出代表液体的信号的装置。

本发明首次基于在给出至少一个填充材料的类型，也就是是液体还是粒料，的指示的专有特性的方面检查包络曲线的各个回波的思想。从而可以根据回波信号中包络曲线的各个回波的广度或者说宽度进行粗略测定。从而利用宽的回波很可能是因产品中粒料轮廓出现的事实。如果填充材料含有液体，较可能在包络曲线中出现窄的回波。从而，相应于回波图像，通过与可以靠简单的实验测定的预测的对照回波宽度值相关地布置回波曲线中的所有回波的回波宽度，就可以，如果测定宽回波的数量高于窄回波的数量，就确定填充的材料是粒料。不然就应是液体。在一定的情况下，指出所涉材料含有两个基本类型填充材料的混合物是可取的。

然而，作为对此的一个变通，还可以在受检测的各个回波之间间隔方面检查包络曲线。在此，利用如果填充材料含有液体回波很可能以彼此相等的间隔出现的事实。从而，如果测定回波信号中回波按规则的间隔出现，可以得出填充材料类型的结论。例如，以测定三个以上的等间距回波为例；这时得出填充材料含有液体的结论。

另一种变通是经搅动测定进行粗略测定。如果在回波信号中测定出搅动，可以得出结论填充材料含有液体。

当然可以组合上述一个或者多个在液体还是粒料之间进行粗略测定的不同方法，以提高填充材料判别的确切性。从而，如果把它们结合使用时，当然可以对这些变通的方法之间相互加权，也就是乘以预定的(可能甚至地可变的)系数。当然，这些系数可以是对上述每个粗略测定类型相同的，但是也可以是不同的。相应的评估可以对这样或那样的粗略测定研究类型导致或多或少的权重。

用回波曲线中各个回波的宽度进行的粗略测定类型尤其可以借助于测定宽度大于对照回波宽度的回波数量和宽度小于对照回波宽度的回波数量来确定。对于粗略测定，采用较大量的测量的回波。从而，例如在回波曲线中确定了四个宽度大于对照回波宽度的回波，和两个宽度小于对照回波宽度的回波。这样，粗略测定结论是填充材料含有粒料，因为回波宽度大于液体的更是粒料的特性。

从而该方法的有利实施形式提出在用公知的(数学的)手段测定回波信号中的各个回波后，就确定了包络曲线中回波信号中各个回波的宽度。类似地测定宽度小于对照回波宽度的回波数量。然后，发送出用大量测定的回波宽度得出指出填充材料类型的信号。

在用测定回波信号中的等间距回波粗略测定填充材料是粒料还是液体的一个实施例中，测量包络曲线中相邻回波之间的相应间隔。然后，有利地，把相互间隔在预定的容差带内(即在一种间隔范围)的所有的回波，也就是等间距回波，相加在一起。有利地，计算回波的间隔，从而确定各个回波的峰值的相应位置并且测量峰值之间的间隔。容限带可以是指定的数值范围，例如+-0.1m。取零与第一个回波之间的第一间隔作为参考间隔是特别有利的。在此情况下，例如，有利地，指定容差带为+-50cm，也就是所有的回波都看作间隔等于+-50cm的参考间隔的间隔的等效回波。如果把其它的回波指定为参考间隔，那么，有利地可以把容差带指定为不超过+-50cm。

根据在考虑测量搅动时进行的另一个粗略测定的实施例，有利地把现在的包络曲线的回波与以前的包络曲线的回波进行比较。可以观察到经受搅动的回波的特征在于其幅度剧烈地波动，或者周期性地消失和出现有大的信噪比的回波，也就是回波幅度超过***噪音的回波或者衰减的发射信号。可以从填充位面结果中标记或者排除这种回波。在此例中，把它们有利地用于检测搅动并且因此判断填充材料含有液体。尤其是，对于测定各个回波的幅度起伏，比较两个包络曲线并且把其幅度的起伏与对照值比较。

如已经阐明，粗略测定的各个类型可以单独使用或者任意地结合使用。在此情况下，把每个关于填充材料粗略测定量类型的信息各乘以一个加权系数，把乘积相加然后再除以加权系数的和，以计算材料含有液体还是粒料的可能性是有利的。然后尤其有利的是把结果值与对比值比较。如果，例如测定的大小小于该对比值，就发出代表液体的信号。在其它情况下，可以发出代表粒料的信号。

测定容器中填充材料的是液体还是粒料的相应的装置，根据一个实施形式含有检测包络曲线的宽度或者产生的包络曲线的回波的装置或设备、检测宽度大于对照回波宽度的回波、和宽度小于对照回波宽度的回波的数量的装置。而且，设有填充材料信号输出装置，如果宽度大于对照回波宽度的回波的数量高于宽度小于对照回波宽度的回波的数量，所述的填充材料信号输出装置就发出代表液体的信号。

一种变通的装置含有用于测量生成的包络曲线的等间距回波数量用的装置或设备，并且有发出按测定的等间距回波数量指出填充材料的类型的信号的特征。

另一种粗略测定在容器中的填充材料是液体还是粒料的装置设有用于借助于评估产生的包络曲线的回波检测搅动的装置，并且有发出代表受搅动检测的填充材料类型的信号的特征。

另一个优选的实施形式可以含有一个或几个以上例举的装置或者设备，从而把不同类型的粗略测定相互结合。各个装置按照以上所述的方法工作。

总之，应当注意到，以上所列的方法例如可以用分析产生的包络曲线的分析程序实施。例如这样的分析程序以德国的VEGAGriesshaber KG公司的商品名Echofox^为人们公知。发明的方法和装置，分别地相应的操作软件因此可以或用分开的分析装置，或者如果需要，直接集成在位面测量装置中。在此关注的位面测量装置类型，附带地说，是公知的测量反射的回波信号，即产生包络曲线的公知的位面测量装置。例如，这样的位面测量装置是超声波位面测量装置或者雷达位面测量装置，尤其是所谓的脉冲雷达位面测量装置。

附图说明

下面，为了进一步的阐述使读者更加理解，参照附图详细说明本发明的几个实施例。

图1示出集成到容器的顶板区域中的位面测量装置的示意性侧视图。

图2示出具有几个电子元件的位面测量装置的示意性侧视图。

图3示出根据回波宽度粗略测定液体还是粒料的类型的流程图。

图4示出根据测定等间距回波粗略测定液体还是粒料的类型的流程图。

图5示出根据测定搅动粗略测定液体还是粒料的类型的流程图。

图6示出不同的粗略测定液体还是粒料的类型的结合的流程图。

图7示出示例性的各个回波的包络曲线和本文要进行研究的回波特性。

具体实施方式

从根据图1的示意性表达上可以看到位面测量装置1安装在容器5的顶盖板区域中。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，是粒料或者液体。

安排在容器5中的位面测量装置1含有机壳2和天线3。它经电缆4，尤其是所谓的4-20mA双线回路，连接至电源及图中未示的通信单元。

在根据图2的示意性表达中，示出带有分析单元10、发射单元11和接收机单元12的位面测量装置1。借助于发射单元11经天线3沿填充材料表面7的方向发射微波范围的短雷达脉冲。这些信号在材料表面7上反射并且经同一个天线3接收。这些信号还在接收单元12中按照最佳的可利用的技术处理并且在分析单元10中分析。为此，用通常的方式从各个回波信号形成包络曲线。然后，再通过数学的手段更加紧密地检查该包络曲线，尤其是如下面的流程图所示。

在图3中示出根据包络曲线的各个回波的回波宽度粗略测定液体还是粒料的第一类型的流程图。如从该图可见，数学地产生包络曲线，从而检测包络曲线的各个回波。不仅检测其回波宽度还检测各个回波的幅度。然后，在一个迭代的循环中，对每个情况研究，回波的宽度是大于还是小于对照的值x。在所有的回波都处理了以后，把高于x的回波数量与低于于x的回波数量之间的关系与另一个对照值y比较。如果上述的回波宽度关系高于该第二对比值，就发出填充材料含有粒料的信息。如果不是这样，就发出容器含有液体的信息。当然，还可能，不把宽度高于x的回波数量置于与宽度低于x的回波数量之间相关，而是直接地使用大量的回波，以在填充材料类型方面作出陈述。

应当再次强调对于本发明的实施形式，对照值x是一种阈值，在其基础上用回波宽度分类成液体或者粒料。第二对照值y含有宽度高于x的所有回波与宽度低于x的回波数量之间的关系阈值，用于把回波图像分类为液体或者粒料。

图4示出如本发明所述的根据回波位置粗略测定液体还是粒料的类型的方法的实施例，其中还是在各个回波上检测包络曲线。然后测量回波的位置或者每个回波的定位，例如通过指定每个回波的峰值的位置。然后测量每个回波之间的间隔，并且检查间隔是否与以前测定的间隔一致(至少差在预定的容差带之内)。再进行一次循环，直到处理过所有的回波，从而在此循环结束时得到含在该回波图像中的等间距回波的数量。把等间距回波的数量与对照值x比较。如果该数量高于对照值，发出填充材料含有液体的信息，如果比较是负的，发出填充材料含有粒料的信息。

图5示出搅动检测的流程图。如上一例，在此也对各个回波检测当前的包络曲线。然后测定每个回波的幅度和回波位置。存储该信息。然后，把当前的包络曲线与最后一个包络曲线或者倒数第二个包络曲线等等的回波(例如，偶数的几个之前的包络曲线)相关联。由此，测定幅度起伏。如果幅度起伏大于对照值x，然后进行与预定值的求和。这还是在一种处理循环中进行，从而处理所有的回波。然后查询，测定为搅动回波的回波数量是否大于另一个对照值y。如果这可以肯定地回答，就发出填充材料含有液体的信息，不然就发出填充材料含有粒料的信息。

总之应当指出对照值x相应于回波在时间上的幅度起伏的阈值，以确定是否把回波接受为搅动回波。对照值y相应于搅动回波的数量的阈值，用于把回波图像分类成液体或是粒料。

图6示出上述的粗略测定的类型的结合。在此起实行上面阐述的所有三个类型的粗略测定。再把初始的信息相互结合，例如通过加权，加权在下文较详细地阐述。然后把得出的结合值与对照值x比较。如果发现确定的值大于对照值，就发出填充材料含有液体的信息，不然就发出填充材料含有粒料的信息。

从而可以理解，在此，结合各个检测应用的信息，从而各个检测不输出是/否的判断，而是回波图像与应用一致程度的概率(例如0％＝某种液体，或者100％＝某种粒料)。初始信息的结合，例如可以按以下公式进行：

信息1x权重1+信息2x权重2+信息3x权重3

权重1+权重2+权重3

在特定的情况中，可以对权重1和/或权重2和/或权重3取

0值；这就是只使用选取的输入信息。

最后，图7也示例出可以在其中检测出几个回波的包络曲线。各个回波的定位是a₁、a₂和a₃。在此例中，各个回波之间的间隔不同，从而等间距回波数是零。在固定的参数的基础上测量回波的宽度，例如在测量的峰值回波前面和后面取预定的幅度值。这样在这两个幅度之间的间隔就是回波宽度。从而，在此回波宽度由从峰值起的预定的信噪值A指定。具有回波位置a₁的回波从而给出回波宽度b₁。

Claims

1.一种用于通过使用检测反射的回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据回波信号中包络曲线的各个回波的宽度进行的，所述方法包括以下的步骤：

测定包络曲线的回波信号中的各个回波的宽度，

测定宽度大于或者等于对照回波宽度(x)的回波数量，

测定宽度小于对照回波宽度(x)的回波数量，

根据测定的较大数量的回波宽度输出确定填充材料的类型的信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

测定宽度大于对照回波宽度的回波数量和宽度小于对照回波宽度的回波数量，并且把较大的测定的回波的数量用于粗略测定。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

附加地测定回波信号中等间距回波的数量并且还根据测定的等间距回波的数量输出指定填充材料的类型的信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

测量相邻回波之间的间隔并且把所有的具有落在指定的容差带内的间隔的回波作为等间距回波相加在一起。

5.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，

通过附加地考虑使用位面测量装置检测搅动进行粗略测定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

为了明确是否存在搅动，把当前包络曲线的回波与以前的包络曲线的相应回波进行比较。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

把从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值(x2)比较，并且如果确定该幅度起伏大于对照值(x2)，就发出代表液体的信号。

8.一种用于通过使用检测回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据回波信号中等间距回波的数量进行的，所述方法包括以下步骤：

测定回波信号中的等间距回波的数量，

把等间距回波的数量与对照数量(x1)比较，

当等间距回波的数量大于对照数量(x1)时，输出指定填充材料是液体的信号。

9.一种用于通过使用测定回波信号的位面测量装置粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的方法，其中所述粗略测定是根据检测搅动进行的，所述检测搅动通过把当前包络曲线的回波与之前的包络曲线的相应回波进行比较，以及从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值(x2)比较，并且如果确定该幅度起伏大于对照值(x2)，就发出代表液体的信号。

10.如权利要求1、8或9的方法，其特征在于，把粗略测定各乘以一个加权系数。

11.一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，具有：

测定所生成的包络曲线的回波的宽度的装置，

测定回波宽度大于对照回波宽度的回波数量和回波宽度小于对照回波宽度的回波数量的装置，

填充材料信号输出装置，该装置在回波宽度大于对照回波宽度的回波数量高于回波宽度小于对照回波宽度的回波数量时，输出代表液体的信号。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，

附加设有可以测定回波信号中等间距回波的数量的元件，并且安排填充材料信号输出装置，使得如果回波宽度大于对照回波宽度的回波数量高于回波宽度小于对照回波宽度的回波数量和在等间距回波的数量大于对照值时，该信号输出装置输出代表液体的信号。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述附加元件安排得，使之可以测量相邻回波之间的间隔并且把所有具有落在指定的容差带内的间隔的回波作为等间距回波相加在一起。

14.如权利要求11-13之一所述的装置，其特征在于，

附加设有搅动检测装置并且安排填充材料信号输出装置，使得如果检测到搅动，该信号输出装置输出代表液体的信号。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，

把搅动检测装置安装得可以在其中把当前的包络曲线的回波与以前的包络曲线的相应回波进行比较。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，

把搅动检测装置安装得可以把从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值(x2)比较，并且如果发现该幅度起伏大于对照值(x2)，就输出代表液体的信号。

17.如权利要求11-13之一所述的装置，其特征在于，设有可以用之测定回波信号中的等间距回波数量的元件。

18.一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，含有：

测定产生的包络曲线中的等间距回波的数量的装置；

把等间距回波的数量与对照数量(x1)比较的装置；和

当等间距回波的数量大于对照数量(x1)时，输出指示填充材料是液体的信号的装置。

19.一种用于粗略测定容器内的填充材料是液体还是粒料的装置，含有：

通过把当前包络曲线的回波与之前的包络曲线的相应回波进行比较，以及从比较两个相继的包络曲线检测的幅度起伏与对照值(x2)比较而检测搅动的装置，以及

如果确定该幅度起伏大于对照值(x2)，就发出代表液体的信号的装置。

20.一种位面测量装置，所述的位面测量装置按照脉冲回波原理工作并且用如权利要求11-19中的一或多个装置分析从反射的回波信号产生的包络曲线。