DE102011078060A1

DE102011078060A1 - Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter

Info

Publication number: DE102011078060A1
Application number: DE102011078060A
Authority: DE
Inventors: Thomas Blödt
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-12-27
Also published as: US20140109666A1; WO2012175257A1; US9243948B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes (F) eines Füllguts (2) in einem Behälter (1) mit einem hochfrequente Messsignale erzeugenden Hochfrequenzoszillator (32), mit einer Ein-/Auskoppeleinheit (34), mit einer Antenne (10), wobei die Antenne (10) die über die Ein-/Auskoppeleinheit (34) eingekoppelten Messsignale (Sx) in Richtung der Oberfläche (3) des Füllguts (2) aussendet bzw. die an der Oberfläche (3) des Füllguts (2) reflektierten Messsignale (Rx) empfängt, und mit einer Auswerteschaltung (35), der die an der Oberfläche (3) des Füllguts (2) reflektierten Messsignale (Rx) zugeleitet werden und die den Füllstand (F) in dem Behälter (1) über ein Laufzeitdifferenzverfahren ermittelt. Dem Hochfrequenzoszillator (32) sind ein Transistor (12) mit Sourcezweig (S), Drainzweig (D) und Gatezweig (G), zumindest eine frequenzeinstellende Komponente (18) und zumindest eine frequenzbestimmende Komponente (17) zugeordnet. Die frequenzbestimmende Komponente (17) des Hochfrequenzoszillators (32) ist erfindungsgemäß im Sourcezweig (S) des Transistors (12) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Füllstandsmessgerät bzw. eine Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter mit einem hochfrequente Messsignale erzeugenden Hochfrequenzoszillator, mit einer Ein-/Auskoppeleinheit, mit einer Antenne, wobei die Antenne die hochfrequenten Messsignale in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussendet und die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Messsignale empfängt, und mit einer Auswerteschaltung, die anhand der Laufzeitdifferenz der ausgesendeten Messsignale und der reflektierten hochfrequenten Messsignale den Füllstand in dem Behälter ermittelt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Hochfrequenzoszillator, der insbesondere bei einer Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter verwendbar ist.
Bekannte Füllstandsmessgeräte bestimmen den Füllstand nach einem Laufzeitdifferenzverfahren. Laufzeitdifferenzverfahren nutzen die physikalische Gesetzmäßigkeit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus Laufzeit und Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Im Falle der Füllstandsmessung entspricht die Laufstrecke dem doppelten Abstand zwischen Antenne und Oberfläche des Füllguts. Das Nutzechosignal, also das an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Messsignal, und dessen Laufzeit werden anhand der sog. Echokurve bzw. der digitalisierten Hüllkurve bestimmt, wobei die Hüllkurve die Amplituden der Echosignale als Funktion des Abstandes ’Antenne – Oberfläche des Füllguts’ wiedergibt. Der Füllstand selbst ergibt sich dann aus der Differenz zwischen dem bekannten Abstand der Antenne zum Boden des Behälters und dem durch die Messung bestimmten Abstand der Oberfläche des Füllguts zur Antenne. Füllstandsmessgeräte werden in Behältern mit einer Höhe bis zu 30 m eingesetzt.
Es können alle bekannten Verfahren angewendet werden, die es ermöglichen, verhältnismäßig kurze Entfernungen mittels reflektierter Messsignale zu bestimmen. Handelt es sich bei den Messsignalen um Mikrowellen bzw. hochfrequente Messsignale, so kann sowohl das Pulsradar- als auch das Frequenzmodulations-Dauerstrichradar (FMCW-Radar) zum Einsatz kommen. Mikrowellenmessgeräte, die Pulsradar verwenden, werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung ’MICROPILOT’ angeboten und vertrieben. Die von den bekannten Mikrowellen-Füllstandsmessgeräten verwendeten Frequenzen liegen beispielsweise bei 6 GHz, 26 GHz oder 76 GHz. Schematisch ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands in einem Behälter in 1 dargestellt. Eine Beschreibung der 1 findet sich in der Figurenbeschreibung.
Eine wesentliche Komponente eines Mikrowellen-Füllstandsmessgeräts ist das Hochfrequenzmodul. Das Hochfrequenzmodul umfasst einen Hochfrequenzoszillator, der die Mikrowellen-Messsignale erzeugt, und eine Sende-/Empfangsweiche, die das Aussenden der Mikrowellen-Messsignale bzw. das Empfangen der reflektierten Mikrowellen-Messsignale regelt.
Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen schlägt vor, einem Hochfrequenzoszillator eine gepulste Versorgungsspannung zuzuführen. Ein für die Anwendung in der Füllstandsmesstechnik geeigneter Oszillator weist bevorzugt eine relativ geringe Güte und eine hohe Ausgangsleistung auf. Die geringe Güte ist notwendig, um innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne ein möglichst schnelles Einschwingen bis zur Maximalamplitude und ein sauberes Abschwingen des Oszillators zu erreichen. Die Güte eines Oszillators bezeichnet hierbei die Zeitspanne für ein Ein- oder Abschwingen eines Oszillators als Vielfaches der Schwingungszeit. Eine relativ hohe Ausgangsleistung ist notwendig, um über einen Bereich von mindestens 30 m verlässliche Füllstandsmessungen sicherzustellen.
Die Schaltungsanordnung eines Oszillators besteht im Wesentlichen aus einem aktiven Bauelement, das eine Schwingung erzeugt, und einer als Rückkopplung ausgestalteten Beschaltung, über die das gewünschte Schwingungsverhalten eingestellt wird. Bekannte Oszillatoren arbeiten sowohl im Bereich niedriger als auch im Bereich hoher Frequenzen bevorzugt nach dem Colpitts-, Hartley- oder Clapp-Prinzip. Kommt bei einem Oszillator mit einstellbarer Frequenz als aktives Bauelement ein Feldeffekttransistor zum Einsatz, so werden bei den bekannten Schaltungsanordnungen die Schwingungsfrequenz und der einstellbare Bereich im Wesentlichen durch die Beschaltung des Gates des Feldeffekttransistors bestimmt. Hierbei wird das veränderliche Bauelement, bei dem es sich beispielsweise um eine einstellbare Kapazität handelt, in die Beschaltung des Gates eingebracht. Üblicherweise handelt es sich bei der einstellbaren Kapazität um eine Kapazitätsdiode. Die Schaltungsanordnung eines Clapp-Oszillators ist in 2 dargestellt. Eine Beschreibung des Schaltbildes findet sich in der Figurenbeschreibung.
Die bekannten Oszillatorprinzipien eignen sich sehr gut, um im Bereich niedriger Frequenzen einen breiten Abstimmbereich zu erhalten. Unter niedrige Frequenzen wird hier insbesondere der Frequenzbereich unterhalb von einem GHz verstanden. Parasitäre Effekte der Bauelemente, insbesondere zusätzliche Kapazitäten und Induktivitäten, führen jedoch bei Frequenzen, die über bzw. weit über einem GHz liegen, zu einem immer kleiner werdenden Abstimmbereich. Der Abstimmbereich bezeichnet übrigens den Bereich, in welchem die Frequenz eingestellt werden kann. Um die Abstimmbereiche von Oszillatoren verschiedener Frequenzbereiche zu vergleichen, wird der relative Abstimmbereich verglichen. Dieser ergibt sich aus dem Verhältnis von (absolutem) Abstimmbereich und Mittenfrequenz, wobei die Mittenfrequenz in der Mitte zwischen der unteren und oberen Grenzfrequenz liegt. Der absolute Abstimmbereich ergibt sich aus der Differenz der oberen und unteren maximal einstellbaren Grenzfrequenz. Der Abstimmbereich ist ein zusammenhängender, ununterbrochener Frequenzbereich.
Mit den bekannten frequenzeinstellbaren Oszillatoren mit Kapazitätsdioden lassen sich theoretisch Abstimmbereiche von bis zu 10% der Mittenfrequenz bzw. der Resonanzfrequenz erreichen. Allerdings ist ein Abstimmbereich von mehr als 5% technisch sehr aufwändig zu realisieren. Zudem treten auch weitere Nachteile auf. Ein wesentlicher Nachteil ist eine Verringerung der Ausgangsleistung über den gesamten Abstimmbereich.
Wird ein Hochfrequenzoszillator in einem Füllstandsmessgerät eingesetzt, so steht üblicherweise eine relativ niedrige Spannung zur Verfügung. Nur unter dieser Voraussetzung ist es möglich, das Füllstandsmessgerät in einem explosionsgefährdeten Bereich einzusetzen. Durch diese Randbedingung wird der verwendbare Kapazitätsbereich der Kapazitätsdiode weiter eingeschränkt. Die Folge hiervon ist ein weiter eingeschränkter nutzbarer Einstellbereich der Kapazitätsdiode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Füllstandsmessgerät vorzuschlagen, das sich durch einen Hochfrequenzoszillator mit einem relativ großen nutzbaren Abstimmbereich auszeichnet.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Hochfrequenzoszillator ein Transistor mit Sourcezweig, Drainzweig und Gatezweig, zumindest eine frequenzeinstellende Komponente und zumindest eine frequenzbestimmende Komponente zugeordnet sind, wobei die frequenzbestimmende Komponente des Hochfrequenzoszillators im Sourcezweig des Transistors angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Hochfrequenzmodul so ausgelegt ist, dass es breitbandige Hochfrequenzpulse erzeugt. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Hochfrequenzmodul so ausgelegt ist, dass es FMCW Signale bzw. frequenzmodulierte Dauerstrich-Signale erzeugt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Transistor um einen Feldeffekttransistor oder um einen bipolaren Transistor. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die frequenzeinstellende Komponente im Gatezweig angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich bei der frequenzeinstellenden Komponente um eine Induktivität, die mit einer parasitären Kapazität des Transistors zusammenwirkt.
Wie bereits gesagt, ist die frequenzbestimmende Komponente erfindungsgemäß im Sourcezweig des Transistors angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei der frequenzbestimmenden Komponente um einen kapazitiven Spannungsteiler. Der kapazitive Spannungsteiler besteht in vorteilhafter Weise aus einer in dem Transistor vorhandenen parasitären Kapazität oder aus einer außerhalb des Transistors angeordneten ersten Kapazität und einer Reihenschaltung, die sich aus einer zweiten Kapazität und einer dritten Kapazität zusammensetzt. Als günstig wird es angesehen, wenn als dritte Kapazität eine Varaktordiode eingesetzt wird.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass parallel zur Reihenschaltung aus zweiter und dritter Kapazität, insbesondere zur Varaktordiode, ein Widerstand geschaltet ist, über den der Arbeitspunkt des Transistors einstellbar ist.
Gemäß einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung ist der Hochfrequenzoszillator in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt. Die Ausgestaltung zeichnet sich durch eine einfache Fertigbarkeit aus.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter,
2: ein Schaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Clapp-Oszillators,
3: ein Schaltbild einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochfrequenzoszillators,
4: eine Darstellung des in 3 gezeigten Hochfrequenzoszillators, umgesetzt in Mikrostreifenleitungstechnik mit diskreten Bauelementen und
5: eine alternative Darstellung des in 4 gezeigten Aufbaus des Hochfrequenzoszillators in Mikrostreifenleitungstechnik mit diskreten Bauelementen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Füllstandsmessgeräts 6, bei der der erfindungsgemäße Hochfrequenzoszillator 32 bevorzugt zum Einsatz kommt. In dem Behälter 1 ist das Füllgut 2 gelagert Der Füllstand des Füllguts 2 in dem Behälter 1 wird mittels des Füllstandsmessgeräts 6 über ein Laufzeitdifferenzverfahren ermittelt. Im gezeigten Fall ist die Antenneneinheit 10 mit Signalerzeugungs-, Sende- und Empfangseinheit räumlich von der Regel-/Auswerteeinheit 9 abgesetzt. Der Datenaustausch und die Stromversorgung zwischen dem die Signale erzeugenden Hochfrequenzmodul – in der 1 nicht gesondert dargestellt – und der Sensorelektronik 9 erfolgt über die Verbindungsleitungen 7, 8. Es versteht sich von selbst, dass in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung als Füllstandsmessgerät 6 auch ein Kompaktgerät eingesetzt werden kann.
Die Antenneneinheit 10 ist in der Öffnung 5 im Deckel 4 des Behälters 1 montiert ist. Über die Antenneneinheit 10 werden Messsignale Tx, insbesondere Mikrowellen, in Richtung der Oberflächennormalen des Füllguts 2 abgestrahlt. Die reflektierten Echosignale Rx werden in der Antenneneinheit 10 empfangen. Anhand der Laufzeitdifferenz der Messsignale Tx/Echosignale Rx ermittelt die Regel-/Auswerteeinheit 9 u. a. den aktuellen Füllstand des Füllguts 2 in dem Behälter 1.
In 2 ist die Schaltungsanordnung eines aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Clapp-Oszillators dargestellt. Über den Anschluss 11 des Clapp-Oszillators erfolgt sowohl die Stromversorgung als auch die Abnahme des erzeugten Schwingungssignals. Der Clapp-Oszillator besteht im Wesentlichen aus einem aktiven Bauelement, hier einem Feldeffekttransistor 12, und einer Rückkopplungsschaltung. Über die Rückkopplung wird ein gewünschtes Schwingungsverhalten des Oszillators erreicht.
Bei dem Clapp-Oszillator werden die Frequenz und der Abstimmbereich im Wesentlichen über die Beschaltung des Gatezweiges G des Feldeffekttransistors 12 eingestellt. Der frequenzbestimmende Schwingkreis besteht aus der Induktivität 14 und den drei Kondensatoren 15, 15.1, 15.2. Die beiden Kondensatoren 15.1, 15.2 bilden einen Spannungsteiler, an dem ein Teil der Schwingkreisspannung auf die Source rückgekoppelt wird. Über die Dimensionierung des Spannungsteilers lässt sich maßgeblich die Ausgangsleistung des Oszillators bestimmen.
Als frequenzeinstellende Komponente kommt eine einstellbare Kapazität 15 zum Einsatz. Bei der einstellbaren Kapazität 15 handelt es sich üblicherweise um eine Kapazitätsdiode. Über den Widerstand 13 wird der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors 12 eingestellt. Aufgrund hoher Toleranzen werden für einstellbare Hochfrequenzoszillatoren Oszillatorprinzipien mit nur einer Kapazitätsdiode bevorzugt. Als Reflexionsresonator bestimmt die Beschaltung des Gatezweigs G maßgeblich die Ausgangsfrequenz des Hochfrequenzoszillators, weshalb die Kapazitätsdiode 15 in die Beschaltung des Gatezweigs G eingefügt ist.
3 zeigt ein Schaltbild einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hochfrequenzoszillators 32. Bevorzugt wird der Hochfrequenzoszillator 32 in dem in 1 dargestellten Füllstandsmessgerät 6 eingesetzt. Allerdings ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Hochfrequenzoszillator z. B. in Verbindung mit einem Kommunikationsgerät einzusetzen.
Erfindungsgemäß umfasst der Hochfrequenzoszillator einen Transistor 25 mit Sourcezweig S, Drainzweig D und Gatezweig G als aktives Bauelement, eine frequenzeinstellende Komponente 18 und eine frequenzbestimmende Komponente 17 auf. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik findet sich die frequenzbestimmende Komponente 17 des Hochfrequenzoszillators 32 nicht im Gatezweig G, sondern im Sourcezweig S des Transistors 25. Bei der in 3 gezeigten Schaltung ist als Transistor 25 ein Feldeffekttransistor eingesetzt. Es versteht sich von selbst, dass es sich bei dem Transistor 25 auch um einen bipolaren Transistor handeln kann. Bei den einzelnen Zweigen wird dann korrekt von einem Basis-, Emitter- und Kollektorzweig gesprochen.
Der erfindungsgemäße spannungsgesteuerte Hochfrequenzoszillator 32 ist so ausgelegt, dass er breitbandige Hochfrequenzpulse erzeugt. Alternativ ist der Hochfrequenzoszillator so ausgelegt, dass er FMCW Signale bzw. frequenzmodulierte Dauerstrich-Signale erzeugt. Dies ist problemlos möglich, da ein pulsbarer Hochfrequenzoszillator nichts anderes als einen Sonderfall eines Dauerstrich-Hochfrequenzoszillators darstellt. Ebenso können von dem Hochfrequenzoszillator 32 auch sog. Chirp-Signale erzeugt werden.
Im Drainzweig (D) ist eine Leitung 27 mit definierter Laufzeit vorgesehen. An diese Leitung 27 angesetzt, finden sich zwei Filter 22, 23, wobei das Filter 22 als Tiefpass oder Bandsperre ausgebildet ist, während es sich bei dem Filter 23 um einen Bandpass oder um einen Hochpass handelt. Der Tiefpass 22 bzw. die Bandsperre 22 unterdrückt Signalanteile des hochfrequenten Ausgangssignals am Anschluss 20 für die Spannungsversorgung. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Betreiben des Hochfrequenzoszillators 32 als Pulsoszillator alle Signalanteile der Hochfrequenzpulse nach dem Anschluss 28 durchgelassen werden. Vor den Hochfrequenzausgang 28 ist der Bandpass 23 bzw. der Hochpass 23 geschaltet. Der Bandpass 23 bzw. der Hochpass 23 stellt für die Frequenzanteile der Spannungsversorgung 20, inklusive der Gleichspannungsanteile im Dauerbetrieb, eine unüberwindliche Sperre dar.
Während die frequenzbestimmende Komponente 17 im Sourcezweig S angeordnet ist, ist die frequenzeinstellende Komponente 18 im Gatezweig G angeordnet. Bei der frequenzeinstellenden Komponente 18 handelt es sich im gezeigten Fall um eine Induktivität 21, die mit der parasitären Kapazität 24 des Transistors 12 zusammenwirkt. Dieser Aufbau ist somit sehr einfach. Außerdem zeigt sich bei der erfindungsgemäßen Gatebeschaltung ein deutlich kleinerer Einfluss auf die Ausgangsfrequenz, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Falle ist.
Bei der frequenzbestimmenden Komponente 17 handelt es sich um einen kapazitiven Spannungsteiler 16, der sich bevorzugt aus einer in dem Transistor 25 vorhandenen parasitären Kapazität 24 und einer Reihenschaltung, bestehend aus der zweiten Kapazität 26 und der dritten Kapazität 19, zusammensetzt. Bei der dritten Kapazität 19 handelt es sich bevorzugt um eine Varaktordiode. In Abhängigkeit von dem Transistortyp kann die parasitäre Kapazität 24 auch außerhalb des Transistors 25 angeordnet sein. Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung stellt die parasitäre Kapazität 24 übrigens die größte aller parasitären Kapazitäten des Transistors 25 und des Transistorgehäuses dar.
Der kapazitive Spannungsteiler 16 bestimmt maßgeblich die Ausgangsfrequenz und den Abstimmbereich des Hochfrequenzoszillators 32. Die Kapazität 26 dient zudem als Trennung der Steuerspannung der Kapazitäts- bzw. Varaktordiode 19 von der Einstellung des Arbeitspunkts des Transistors 25 durch den Widerstand 29.
Der Widerstand 30, der dem Eingang 33 des Steuersignals (Spannung zur Einstellung der Frequenz) nachgeschaltet ist, hat einen deutlich größeren Wert als der Wellenwiderstand für die Hochfrequenzsignale. Daher wirkt der Widerstand 30 für die Hochfrequenzsignale annähernd als Isolator. Hingegen tritt für die niederfrequente Abstimmspannung aufgrund des hohen Innenwiderstands der Kapazitätsdiode 19 in Sperrrichtung nur ein sehr kleiner Spannungsabfall am Widerstand 30 auf.
Bei den bekannten spannungsgesteuerten Hochfrequenzoszillatoren mit nur einer Kapazitätsdiode erhöht sich mit steigender Steuerspannung die Ausgangsfrequenz. Als vorteilhaft ist in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung anzusehen, dass bei entsprechend angepasster Dimensionierung der Bauelemente eine zunehmende Frequenzabsenkung mit steigender Steuerspannung erreicht werden kann.
Da die Kapazitätsdiode 19 in der Sourcebeschaltung angeordnet ist, besteht eine leichte Abhängigkeit zwischen der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsleistung. Diese Abhängigkeit lässt sich durch ein angepasstes Filter 23 oder ein zusätzliches in der 3 nicht gesondert dargestelltes Filter kompensieren.
Mit dem in 3 dargestellten Oszillatorprinzip lässt sich technisch ein Abstimmbereich von mehr als 10% der Mittenfrequenz erreichen.
Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils eine Darstellung des in 3 gezeigten Hochfrequenzoszillators, umgesetzt in Mikrostreifenleitungstechnik mit diskreten Bauelementen. Im C-Band wird die Bandsperre 22 aus 3 durch eine hochohmige Mikrostreifenleitung mit einem Radialstub 37 realisiert, der Bandpass durch einen diskreten Kondensator 41 und die Leitung mit definierter Laufzeit 27 durch ein Stück Mikrostreifenleitung 38. Der Feldeffekt-transistor 25 mit einem Teil des kapazitiven Spannungsteilers, die Varaktordiode 44, die Kapazität 42 und die Widerstände 40, 43 werden als diskrete Bauelemente ausgeführt. Die Induktivität der Gatebeschaltung des Transistors 25 ist durch die Mikrostreifenleitung 46 und drei Durchkontaktierungen 36 realisiert. Technisch bedingt tritt eine weitere Laufzeit 39 zwischen dem Transistor 25 und der Varaktordiode 44 auf. Diese begrenzt den Einstellbereich der Varaktordiode 44 jedoch nur geringfügig. Weitere Durchkontaktierungen 45, welche die Bauelemente 40, 44 mit der Massefläche der Platinenunterseite verbinden, sind als Kreise dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Füllgut
3: Oberfläche des Füllguts
4: Deckel
5: Öffnung
6: Füllstandsmessgerät/Feldgerät
7: Verbindungsleitung
8: Verbindungsleitung/Versorgungsleitung
9: Regel-/Auswerteeinheit/Sensorelektronik
10: Antenne
11: Anschluss
12: Transistor
13: Widerstand
14: Induktivität
15: Einstellbare Kapazität
16: Kapazitiver Spannungsteiler
17: Frequenzbestimmende Komponente
18: Frequenzeinstellende Komponente
19: Varaktordiode/Sperrdiode
20: Spannungsversorgung
21: Induktivität
22: Tiefpass/Bandsperre
23: Hochpass/Bandpass
24: parasitäre Kapazität
25: Transistor
26: Kapazität
27: Leitung definierter Laufzeit
28: Hochfrequenzausgang
29: Widerstand
30: Widerstand
32: Hochfrequenzoszillators
33: Steuerspannung
34: Sende-/Empfangsweiche bzw. Ein-/Auskoppeleinheit
35: Auswerteeinheit

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes (F) eines Füllguts (2) in einem Behälter (1) mit einem hochfrequente Messsignale erzeugenden Hochfrequenzoszillator (32), mit einer Ein-/Auskoppeleinheit (34), mit einer Antenne (10), wobei die Antenne (10) die hochfrequenten Messsignale (Sx) in Richtung der Oberfläche (3) des Füllguts (2) aussendet und die an der Oberfläche (3) des Füllguts (2) reflektierten Messsignale (Rx) empfängt, und mit einer Auswerteeinheit (35), die anhand der Laufzeitdifferenz der ausgesendeten Messsignale (Tx) und der reflektierten Messsignale (Rx) den Füllstand (F) in dem Behälter (1) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochfrequenzoszillator (32) ein Transistor (12) mit Sourcezweig (S), Drainzweig (D) und Gatezweig (G), zumindest eine frequenzeinstellende Komponente (18) und zumindest eine frequenzbestimmende Komponente (17) zugeordnet sind, und dass die frequenzbestimmende Komponente (17) des Hochfrequenzoszillators (32) im Sourcezweig (S) des Transistors (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzmodul (32) so ausgelegt ist, dass es breitbandige Hochfrequenzpulse erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzmodul (32) so ausgelegt ist, dass es FMCW Signale bzw. frequenzmodulierte Dauerstrich-Signale erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Transistor (12) um einen Feldeffekttransistor oder um einen bipolaren Transistor handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzeinstellende Komponente (18) im Gatezweig (G) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der frequenzeinstellenden Komponente (18)) um eine Induktivität (21) handelt, die mit einer parasitären Kapazität (24) des Tansistors (12) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der frequenzbestimmenden Komponente (17) um einen kapazitiven Spannungsteiler (16) handelt, der sich bevorzugt aus einer in dem Transistor (12) vorhandenen parasitären Kapazität (24) und/oder aus einer außerhalb des Transistors (12) angeordneten ersten Kapazität (26) und einer Reihenschaltung, bestehend aus einer zweiten Kapazität (26) und einer dritten Kapazität (19), zusammensetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der dritten Kapazität (19) um eine Varaktordiode handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Reihenschaltung aus zweiter Kapazität (26) und dritter Kapazität (19), insbesondere zur Varaktordiode, ein Widerstand (29) geschaltet ist, über den der Arbeitspunkt des Transistors (12) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator (32) in Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt ist.