DE102013108436B4

DE102013108436B4 - Frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarfüllstandsgerät und Messverfahren für dieses

Info

Publication number: DE102013108436B4
Application number: DE102013108436.2A
Authority: DE
Inventors: Jia-Hung Chen; Shu-Chien Cheng; Chao-Kai Cheng; Yi-Wei Liu
Original assignee: FineTek Co Ltd
Current assignee: FineTek Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2022-10-13
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: DE102013108436A1

Abstract

Messverfahren für ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarfüllstandsmessgerät, wobei eine Gewichtung eines vorangegangenen Zyklus und eine Gewichtung eines gegenwärtigen Zyklus, die geringer ist als die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, voreingestellt werden, und wobei, nachdem ein gemessenes Ergebnis in dem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, das Messverfahren die Schritte umfasst:konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation - Signals als FM-Signal, konstantes Variieren einer Frequenz des FM - Signals und Empfangen mehrerer reflektierter Signale des FM - Signals;Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale, Erhalten eines Frequenzunterschieds zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und Durchführen einer Fourier-Transformation, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen; Auswählen einer charakteristischen Frequenz aus dem diskreten Frequenzspektrum; undVerarbeiten eines gemessenen Ergebnisses im gegenwärtigen Zyklus, wobei eine Summe eines ersten Produkts von einem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und eines zweiten Produkts von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um das im gegenwärtigen Zyklus gemessenes Ergebnis zu verarbeiten und wobei das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses in einem folgenden Zyklus genommen wird,wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz ferner einen Schritt des Auswählens einer charakteristischen abgefragten Stelle entsprechend einer höchsten Dichte des diskreten Frequenzspektrums beinhaltet, wobei eine Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle als die charakteristische Frequenz genommen wird, wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen abgefragten Stelle ferner beinhaltet:einen Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle mit dem sequenziellen Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von einer höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen, wobei drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen, umfassend eine erste Stelle fn-1, eine zweite fn, eine dritte fn+1 mit jeweiligen Dichten d n -1 , d n, d n + 1 >0, sequentiell zu einer Zeit von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen werden; undeinen Bestimmungsschritt der charakteristischen abgefragten Stelle, indem bestimmt wird, ob eine zu einer Zeit ausgelesene Summe eines Intensitätsunterschieds dn - dn-1 zwischen der ersten abgefragten Stelle fn-1 und der zweiten abgefragten Stelle fn der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen und eines Intensitätsunterschieds dn - dn + 1 zwischen der zweiten abgefragten Stelle fn und der dritten abgefragten Stelle fn+1 der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist als ein eingestellter Grenzwert ds; überprüfen, ob die Summe (dn- dn-1)+(dn-dn+1) größer als der eingestellte Grenzwert ds ist oder nicht, falls grösser, bestimmt wird, dass eine Frequenz, entsprechend der zweiten abgefragten Stelle fn , die charakteristische Frequenz ist, und falls nicht größer, der Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle fortgesetzt wird, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen fortzusetzen.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen frequenzmodulierten Dauerstrich (FMCW) - Radarfüllstandsmessgerät und insbesondere auf einen FMCW - Radarfüllstandsmessgerät, der bei der Flusspegelmessung mit starken Schwankungen anwendbar ist und den Variationsgrad von seinen gemessenen Ergebnissen unterdrückt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Radarfüllstandsmessgerät werden gewöhnlich verwendet, um den Abstand zu Festkörpern oder Flüssigkeitsniveaus zu messen. Entsprechend den Arten der Messverfahren können Radarfüllstandsmessgeräte allgemein klassifiziert werden als Zeitbereichsreflektometrie (TDR time domain reflection)- Radarfüllstandsmessgerät und Frequenzmodulations- Dauerstrich (FMCW Frequency -Modulation Continuous Wave)- Radarfüllstandsmessgerät. Die FMCW- Radarfüllstandsmessgerät wenden Berechnungsverfahren an, die komplizierter sind als die der TDR-Radarfüllstandsmessgerät, wobei die Berechnung durch die FMCW - Radarfüllstandsmessgerät präziser ist als die durch die TDR - Radarfüllstandsmessgerät.
Mit Verweis auf 6 führt ein herkömmlicher FMCW- Radarfüllstandsmessgerät 70 regelmäßig die folgenden Schritte bei einer Füllstandsmessung durch:

Schritt eins: Konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation (FM) - Signals Ts, konstantes Erhöhen (oder Verringern) der Frequenz des FM- Signals Ts und Empfangen mehrerer reflektierter Signale, die erzeugt wurden, sobald die FM - Signale Ts an einem Festkörper und/oder einer flüssigen Oberfläche reflektiert wurden.
Schritt zwei: Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des übertragenen FM - Signals und der empfangenen reflektierten Signale, um Frequenzunterschiede zwischen dem FM- Signal und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und Ausgeben von Überlagerungssignalen, wie in 7 gezeigt.
Schritt drei: Durchführen einer Fourier- Transformation bei den Überlagerungssignalen in 7, um ein diskretes Frequenzspektrum, wie in 8 gezeigt, zu erzeugen und Auswählen einer charakteristischen Frequenz fp vom Frequenzspektrum mit der Peak-Intensität.
Schritt vier: Berechnen eines gemessenen Abstands R mit der charakteristischen Frequenz fp der folgenden Gleichung $R= \frac{f p \times C \times T}{2 F}$

Bei einem Beispiel mit einer Zeitspanne von t₀ bis t₂ ist die Gesamtzeit gleich (t₂ - t₀), die gesamte Bandbreite F ist gleich (der Frequenz des FM- Signals Ts entsprechend zu b minus der Frequenz des FM- Signals Ts entsprechend zu f₀).
Herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät werden oftmals verwendet, um einen Füllstand eines Industriebehälters zu messen. Da der Füllstand in einem Industriebehälter nur geringe und langsame Schwankungen während der Flüssigkeitszufuhr oder der Flüssigkeitsabgabe hat, variiert der in jedem Zyklus gemessene Abstand R unwesentlich, wenn der FMCW- Radarfüllstandsmessgerät die zuvor genannten Schritte regelmäßig durchführt. Wenn die herkömmlichen FMCW-Radarfüllstandsmessgeräte jedoch verwendet werden, um Wasserstände von Flüssen zu messen, können in Flüssen erzeugte Scheitelwellen dazu führen, dass die durch die herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät in verschiedenen Zyklen gemessenen Abstände dramatisch abweichen. Die berechneten Ergebnisse sind so diffus, dass sie für Architekten oder Ingenieure nicht geeignet sind, um Durchschnittswasserstände von Flüssen festzustellen.
Ferner kann jedes FM- Signal Ts zu mehreren reflektierten Signalen Rs führen, da Industriebehälter einen halbgeschlossenen Raum haben. Mit Verweis auf 8 wird ein Spektrum erhalten, nachdem das herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät eine Fourier-Transformation durchgeführt hat. Das Herausgreifen eines Signals mit der Peak-Intensität beim Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz kann ausreichend präzise sein, um den Füllstand innerhalb eines Industriebehälters zu messen. Um den Flusspegel in einer Freifläche zu messen, versagt der Weg des Auswählens der charakteristischen Frequenz, um eine ausreichende Genauigkeit beim Bestimmen des Flusspegels zu erhalten.
US 2008 / 0282793 A1 (D1) offenbart nur ein herkömmliches Radar-Füllstandmessgerät, und nicht die Merkmale der vorliegenden Anmeldung. D1 offenbart eine Leistungspegelausgleichsschaltung, die die Sendeleistung entsprechend den Signalen in einer bestimmten Umgebung anpasst, umfassend einen Verstärker, ein Dämpfungsglied und einen Kompensator. D1 offenbart nur eine herkömmliche Leistungsanpassungsschaltung, die die äquivalente Wellenlängenübereinstimmung in der Schaltung anpasst. Das Verfahren zum Messen von D1 unterscheidet sich somit von dem Verfahren zur Messung der vorliegenden Anmeldung.
DE 43 08 373 C2 offenbart die Messung im Ultraschallbereich und die Berechnung der gleitenden Mittelwert-Methode wobei die gleitende Mittelwertmethode auch eine statistische Methode ist, die mit Gewichten multipliziert.
JP S59-31 415 A offenbart eine Berechnungsmethode, die an einem Fahrzeugkraftstoffschlauch zur Bestandsmessung angeordnet ist, und die die gleitende Mittelwertmethode zum Berechnen anwendet.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen FMCW - Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3 und ein Messverfahren nach Anspruch 1 dafür zur Verfügung zu stellen, die geeignet sind, Variationen von gemessenen Ergebnissen zu vermeiden und die statistische Analyse des Durchschnitts der gemessenen Ergebnisse zu erleichtern.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu erreichen, weist das Messverfahren für einen frequenzmodulierten Dauerstrich- Radarfüllstandsmessgerät, bei dem eine Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und eine Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, die geringer als die Gewichtung des vorangegangene Zyklus ist, voreingestellt wird, nach Erhalt eines gemessenen Ergebnisses in einem vorangegangenen Zyklus, die Schritte auf:

Konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation (FM)- Signals, konstantes Variieren einer Frequenz des FM - Signals und Empfangen mehrerer reflektierter Signale des FM - Signals;
Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale, Erhalten eines Frequenzunterschieds zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und Durchführen einer Fourier-Transformation, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen;
Auswählen einer charakteristischen Frequenz aus dem diskreten Frequenzspektrum; und

Verarbeiten eines gemessenen Ergebnisses im gegenwärtigen Zyklus, wobei eine Summe eines Produkts vom gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und einem Produkt von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um ein im gegenwärtigen Zyklus gemessenes Ergebnis zu verarbeiten , und wobei das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als ein gemessenes Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses in einem folgenden Zyklus genommen wird.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu erreichen, hat der FMCW-Radartüllstandsmessgerät eine Transceiver- Antenne und eine Verarbeitungseinheit.
Die Verarbeitungseinheit ist mit der Transceiver-Antenne verbunden und ist mit einem Messverfahren, einer Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Nachdem ein gemessenes Ergebnis in einem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, führt die Verarbeitungseinheit periodisch das Messverfahren aus. Sobald das Messverfahren ausgeführt wird, überträgt die Verarbeitungseinheit regelmäßig ein Frequenzmodulation (FM) - Signal, variiert konstant eine Frequenz des FM Signals, empfängt mehrere reflektierte Signale des FM - Signals, führt eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale durch, erhält einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal, erzeugt ein den Frequenzunterschieden entsprechendes Frequenzspektrum, wählt eine charakteristische Frequenz vom Frequenzspektrum aus, verarbeitet ein gemessenes Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus mit einer Summe eines Produkts vom gemessenen Ergebnisses im vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und einem Produkt von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, und setzt das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses im folgenden Zyklus.
Das FMCW- Radarfüllstandsmessgerät und das Messverfahren hierfür berücksichtigen das gemessene Ergebnis (den der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand), sobald ein gemessenes Ergebnis in jedem Zyklus verarbeitet wird, und berechnen den gewichteten Effekt am gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und den der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand mit der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, um das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus zu erhalten. Da die Gewichtung des vorangegangene Zyklus größer ist, wenn große Fluktuationen des Füllstands auftreten, wird sich das gemessene Ergebnis in jedem Zyklus dem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus annähern, wodurch die Variationen des gemessenen Ergebnisses in jedem Zyklus unterdrückt werden und die Messung von fließenden Füllständen, wie beispielsweise Flusspegel, erleichtert wird.
Zusätzlich entspricht im Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz eine charakteristische abgefragte Stelle einer höchsten Frequenz im Frequenzspektrum, weil es keine vielfachen reflektierten Signale während der Messung des Flusspegels, wie in einem geschlossenen Raum, gibt und die Flussoberfläche meist die niedrigste Stelle in der Umgebung ist (die am weitesten entfernte Stelle
zum FMCW- Radarfüllstandsmessgerät). Dementsprechend wird eine höchste charakteristische Frequenz und ein größter Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und dem reflektierten Signal ausgewählt, wodurch ein größter gemessener Abstand und höchste Genauigkeit bei der Messung sichergestellt wird und die Messung eines Flusspegels im Freiraum erleichtert wird.
F
Figurenliste

1 ist ein Funktionsblockschaltbild eines FMCW-Radarfüllstandsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm eines Messverfahrens, das in einen Prozessor des FMCW- Radarfüllstandsmessgeräts aus 1 eingebaut ist;
3 ist ein Flussdiagramm eines Schritts zur Auswahl einer charakteristischen Frequenz des Messverfahrens aus 2;
4 ist ein Frequenz- Intensität- Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das von dem Auswahlschritt einer charakteristischen Frequenz aus 3 er- halten wird;
5 ist eine schematische Ansicht einer Flusspegelmessung mit dem FMCW-Radarfüllstandsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Radarfüllstandsmessgeräts zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter;
7 ist ein Zeit- Frequenz - Diagramm von FM - Signalen und reflektierten Signalen, die durch den herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät aus 6 erhalten werden; und
8. ist ein Frequenz - Intensität - Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das vom herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät aus 6 erhalten wird.

Mit Verweis auf 1 hat ein FMCW- Radarfüllstandsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Transceiver - Antenne 10 und eine Verarbeitungseinheit 20.
Die Transceiver- Antenne 10 dient dazu, um ein Frequenzmodulationssignal Ts zu übertragen und mehrere reflektierte Signale Rs zu empfangen.
Die Verarbeitungseinheit 20 ist mit der Transceiver - Antenne 10 verbunden und ist mit einem Messverfahren, einer Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus ist größer als die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus. Zum Beispiel ist die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus 0,9 und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus 0,1. Die Verarbeitungseinheit 20 hat einen Transmitter 21, einen Receiver 22, einen Prozessor 23, eine Bedienungsschnittstelle 24, eine Stromversorgung 25, ein Display und einen Kommunikations- Port 27.
Der Transmitter 21 ist mit der Transceiver-Antenne 10 verbunden und gibt das FM-Signal Ts an die Transceiver- Antenne 10 aus, damit die Transceiver- Antenne 10 das FM -Signal Ts überträgt.
Der Receiver 22 ist mit der Transceiver- Antenne 10 und dem Transmitter 21 verbunden, um die reflektierten Signale Rs von der Transceiver- Antenne 10 zu empfangen und um das FM- Signal Ts vom Transmitter 21 zu empfangen, und hat einen Abwärtskonvertierungsmischer 221. Der Abwärtskonvertierungsmischer 221 führt eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des übertragenen FM - Signals und der empfangenen reflektierten Signale aus, um die Frequenzunterschiede zwischen den FM - Signalen und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und gibt den Frequenzunterschieden entsprechende Überlagerungssignale aus.
Der Prozessor 23 ist mit dem Transmitter 21 und dem Abwärtskonvertierungsmischer 221 des Receivers 22 verbunden und ist mit dem Messverfahren, der Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Eine detaillierte Beschreibung des Messverfahrens wird später erörtert.
Die Bedienungsschnittstelle 24 ist mit dem Prozessor 23 verbunden und dient dazu die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus einzurichten.
Die Stromversorgung 25 ist mit dem Prozessor 23 verbunden, damit der Prozessor 23 von der Stromversorgung 25 verbrauchten Strom reguliert, und weist ein Stromerfassungsterminal 251 auf, das mit einem Remote- Host 100 verbunden ist, damit der Remote - Host 100 den von der Stromversorgung 25 verbrauchten Strom erfasst.
Das Display 26 ist mit dem Prozessor 23 verbunden und dient dazu die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus anzuzeigen.
Der Kommunikations- Port 27 ist mit dem Prozessor 23 und dem Remote- Host 100 verbunden, damit der Remote - Host 100 die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus im Prozessor 23 einrichtet.
Mit Verweis auf 2, führt der Prozessor 23 in der Verarbeitungseinheit 20 regelmäßig das Messverfahren aus, nachdem ein gemessenes Ergebnis Rn-1 in einem vorangegangenen Zyklus erfasst wurde. Da Messverfahren für gemessene Ergebnisse in vorangegangenen Zyklen nicht exklusiv sind, beinhaltet das Messverfahren die folgenden Schritte.
Schritt S10: Der Prozessor 23 steuert den Transmitter 21, um das FM- Signal Ts konstant zur Transceiver- Antenne 10 auszugeben, damit die Transceiver- Antenne 10 das FM - Signal Ts überträgt, konstant die Frequenz des FM -Signals Ts erhöht (oder verringert) und mehrere reflektierte Signale Rs des FM- Signals über die Transceiver - Antenne 10 empfängt.
Schritt S20: Nachdem der Abwärtskonvertierungsmischer 221 des Receivers 22 ei- ne Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des vom Transmitter 21 ausgegebenen FM-Signals Ts und der durch den Receiver 22 empfangenen reflektierten Signale Rs ausführt, erhält der Prozessor 23 einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und führt eine Fourier- Transformation durch, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform führt der Prozessor 23 zuerst eine schnelle Fourier- Transformation bei den Frequenzunterschieden durch und erhält das mit den Frequenzunterschieden verbundene diskrete Frequenzspektrum nachdem eine Chirp - Z -Transformation durchgeführt wurde.
Schritt S30: Der Prozessor 23 wählt eine charakteristische Frequenz vom diskreten Frequenzspektrum aus. Eine detaillierte Beschreibung des Schritts erfolgt später.
Schritt S40: Der Prozessor 23 verarbeitet einen gemessenen Wert im gegenwärtigen Zyklus. Das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $Rn= (Pa \times Rn-1) + (Pb \times R)$
mit
Rn-1 das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus
Rn das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus
Pa die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus
Pb die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus
R ein der charakteristischen Frequenz entsprechender Abstand.
Das erhaltene gemessene Ergebnis Rn im gegenwärtigen Zyklus wird als das gemessene Ergebnis Rn-1 im vorangegangenen Zyklus während des folgenden Zyklus des Messverfahrens genommen. In der vorliegenden Ausführungsform steuert der Prozessor 23 den durch die Stromversorgung 25 verbrauchten Strom nach dem verarbeiten des gemessenen Ergebnisses Rn im gegenwärtigen Zyklus, so dass der Remote - Host 100 den verbrauchten Strom von der Stromversorgung 25 über das Stromerfassungsterminal 251 erfassen kann und das gemessene Ergebnis Rn im gegenwärtigen Zyklus erhält, der in jedem Zyklus verarbeitet wird.
Mit Verweis auf 3 und 4, wird eine einer höchsten Frequenz entsprechende charakteristische abgefragte Stelle vom diskreten Frequenzspektrum ausgewählt und die Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle wird als charakteristische Frequenz festgelegt. Der Schritt S30 hat ferner folgende Schritte.
Einen Ausleseschritt S31 der charakteristischen abgefragten Stelle: Sequenzielles Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die höchste Frequenz vorbestimmt. Drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen fn-1, fn, fn+1 mit jeweiligen Dichten dn-1, dn, dn+1 der abgefragten Stellen werden sequentiell zu einer Zeit in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen.
Ein Bestimmungsschritt S32 einer charakteristische abgefragten Stelle: Bestimmen, ob eine Summe von einem Intensitätsunterschied zwischen der ersten ab- gefragten Stelle und der zweiten abgefragten Stelle der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen, die zu einer Zeit ausgelesen werden, und einem Intensitätsunterschied zwischen der zweiten abgefragten Stelle und der dritten abgefragten Stelle der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist, als ein eingestellter Grenzwert d₅. Falls positiv, Fortfahren mit dem folgenden Schritt, falls negativ, Zurückkehren zum Schritt S31, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenz fortzusetzen.
Ein Bestimmungsschritt S33 der charakteristischen Frequenz: Auswählen der Frequenz des zweiten abgefragten Punkts fn als eine charakteristische Frequenz.
Der eingestellte Grenzwert ds ist anwenderkonfigurierbar oder kann als ein festgelegter Teil von der Intensität der zweiten abgefragten Stelle dn, beispielsweise der Hälfte der Intensität der zweiten abgefragten Stelle dn konfiguriert werden. Angesichts des eingestellten Grenzwerts zeigt es das Bestimmen an, falls ((dn - dn-1 ) + (dn -dn-1)) größer ist als 0,5dn. Mit weiterem Verweis auf 4, wird beim Bestimmungsschritt S32 der charakteristischen abgefragten Stelle, eine abgefragte Stelle f₄ als charakteristische Frequenz ausgewählt, die der Bedingungsangabe in Schritt S32 entspricht und die höchste Frequenz und eine relative hohe Intensität hat. Es versteht sich, dass sich ein herkömmlicher FMCW- Radarfüllstandsmessgerät von der vorliegenden Erfindung dadurch unterscheidet, dass der herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät zur Abstandsberechnung f₈ auswählen wird, was der Peak-Intensität entspricht. Mit Verweis auf 5, sollte, soweit das Messen eines Flusspegels in einer Freifläche betroffen ist, der gemessene Abstand vom FMCW-Radarfüllstandsmessgerät zum Fluss im Vergleich zum benachbarten Boden am kleinsten sein, da die Höhe eines Flusspegels geringer ist als die von sämtlichem benachbarten Boden. Daher ist es vorzuziehen eine charakteristische Frequenz zugunsten eines länger gemessenen Abstands auszuwählen statt diese mit höherer Intensität auszuwählen. Weil der gemessene Abstand zur charakteristischen Frequenz proportional ist, ist ein mit der charakteristische Frequenz f₄ gemessener Abstand weitaus präziser als der, der mit der Frequenz f₈ mit der Peak - Intensität gemessene.
Sobald der FMCW- Radarfüllstandsmessgerät verwendet wird, um Flusspegel und wesentliche Schwankungen, wie beispielsweise Scheitelwellen, die auf dem Fluss auftreten, zu messen, ist es eine Maßnahme, um die Schwankungen zu bewältigen, im Prozessor 23 einen größeren Wert der Gewichtung Rn-1 des vorangegangenen Zyklus und einen geringeren Wert der Gewichtung Rn des gegenwärtigen Zyklus zu konfigurieren. Als ein Beispiel sind jeweils 0,9 und 0,1 für Rn_-1 und Rn gegeben, wobei das Ergebnis gleich 0,9Rn-1 + 0,1Rn ist. Selbst wenn es einen großen Unter- schied zwischen den gemessenen Ergebnissen im gegenwärtigen Zyklus und vorangegangenen Zyklus gibt, kann die Schwankung zwischen den gemessenen Ergebnissen im gegenwärtigen Zyklus und vorangegangenen Zyklus reduziert werden, nachdem Gewichtet wurde, so dass das gemessenen Ergebnis in jedem Zyklus konvergiert und daher gut ist für die statistische Analyse eines Anwenders.
Zusammengefasst machen der FMCW - Radarfüllstandsmessgerät und das Messverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das gemessene Ergebnis in jedem Zyklus konvergent und es hat eine höhere Genauigkeit, wenn es verwendet wird, um einen Flüssigkeitspegel im Freibereich, wie beispielsweise einem Fluss, zu messen.
Obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorangehenden Beschreibung zusammen mit Details von Struktur und Funktionen dargelegt wurden, ist die Offenbarung nur veranschaulichend. Veränderungen können im Detail, insbesondere im Bereich von Form, Größe und Anordnung der Teile, gemacht werden, und zwar in vollem Umfang innerhalb der Prinzipien der Erfindung, die durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe gekennzeichnet sind, in denen die anhängigen Ansprüche zum Ausdruck gebracht sind.

Claims

Messverfahren für ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarfüllstandsmessgerät, wobei eine Gewichtung eines vorangegangenen Zyklus und eine Gewichtung eines gegenwärtigen Zyklus, die geringer ist als die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, voreingestellt werden, und wobei, nachdem ein gemessenes Ergebnis in dem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, das Messverfahren die Schritte umfasst: konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation - Signals als FM-Signal, konstantes Variieren einer Frequenz des FM - Signals und Empfangen mehrerer reflektierter Signale des FM - Signals; Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale, Erhalten eines Frequenzunterschieds zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und Durchführen einer Fourier-Transformation, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen; Auswählen einer charakteristischen Frequenz aus dem diskreten Frequenzspektrum; und Verarbeiten eines gemessenen Ergebnisses im gegenwärtigen Zyklus, wobei eine Summe eines ersten Produkts von einem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und eines zweiten Produkts von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um das im gegenwärtigen Zyklus gemessenes Ergebnis zu verarbeiten und wobei das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses in einem folgenden Zyklus genommen wird, wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz ferner einen Schritt des Auswählens einer charakteristischen abgefragten Stelle entsprechend einer höchsten Dichte des diskreten Frequenzspektrums beinhaltet, wobei eine Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle als die charakteristische Frequenz genommen wird, wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen abgefragten Stelle ferner beinhaltet: einen Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle mit dem sequenziellen Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von einer höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen, wobei drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen, umfassend eine erste Stelle fn-1, eine zweite fn, eine dritte fn+1 mit jeweiligen Dichten d n -1 , d n, d n + 1 >0, sequentiell zu einer Zeit von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen werden; und einen Bestimmungsschritt der charakteristischen abgefragten Stelle, indem bestimmt wird, ob eine zu einer Zeit ausgelesene Summe eines Intensitätsunterschieds dn - dn-1 zwischen der ersten abgefragten Stelle fn-1 und der zweiten abgefragten Stelle fn der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen und eines Intensitätsunterschieds dn - dn + 1 zwischen der zweiten abgefragten Stelle fn und der dritten abgefragten Stelle fn+1 der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist als ein eingestellter Grenzwert ds; überprüfen, ob die Summe (dn- dn-1)+(dn-dn+1) größer als der eingestellte Grenzwert ds ist oder nicht, falls grösser, bestimmt wird, dass eine Frequenz, entsprechend der zweiten abgefragten Stelle fn , die charakteristische Frequenz ist, und falls nicht größer, der Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle fortgesetzt wird, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen fortzusetzen.
Messverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt des Auswählens der charakteristischen abgefragten Stelle eine abgefragte Stelle mit der höchsten Frequenz vorbestimmt ist.
Frequenzmoduliertes Dauerstrich (FMCW) - Radarfüllstandsmessgerät, umfassend eine Transceiver- Antenne (10); eine Verarbeitungseinheit (20), die mit der Transceiver- Antenne (10) verbunden und mit einem Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet ist, wobei, nachdem ein gemessenes Ergebnis in dem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, die Verarbeitungseinheit (20) regelmäßig das Messverfahren ausführt, wobei, wenn das Messverfahren ausgeführt wird, die Verarbeitungseinheit (20) regelmäßig ein Frequenzmodulation - Signal als FM-Signal überträgt, konstant eine Frequenz des FM - Signals variiert, mehrere reflektierte Signale des FM- Signals empfängt, eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale ausführt, einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal erhält, ein den Frequenzunterschieden entsprechendes Frequenzspektrum erzeugt, eine charakteristische Frequenz vom Frequenzspektrum auswählt, ein gemessenes Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus mit einer Summe eines Produkts von dem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und eines Produkts von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verarbeitet, und das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses im folgenden Zyklus setzt.
FMCW- Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3 wobei die Verarbeitungseinheit (20) aufweist: einen Transmitter (21), der mit der Transceiver- Antenne (10) verbunden ist und das FM- Signal an die Transceiver- Antenne (10) ausgibt, damit die Transceiver -Antenne (10) das FM -Signal überträgt; einen Receiver (22), der mit der Transceiver- Antenne (10) und dem Transmitter (21) verbunden ist, um die reflektierten Signale von der Transceiver-Antenne (10) zu empfangen und um das FM- Signal vom Transmitter (21) zu empfangen, und mit einem Abwärtskonvertierungsmischer (221), wobei der Abwärtskonvertierungsmischer (221) eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM- Signals und der reflektierten Signale ausführt, um die Frequenzunterschiede zwischen dem FM- Signal und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und den Frequenzunterschieden entsprechende Überlagerungssignale ausgibt; und einen Prozessor (23), der mit dem Transmitter (21) und dem Abwärtskonvertierungsmischer (221) des Receivers (22) verbunden ist, und mit dem Messverfahren, der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet ist; wobei eine einer Frequenz entsprechende, charakteristische abgefragte Stelle aus dem Frequenzspektrum ausgewählt wird und die Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle als die charakteristische Frequenz übernommen wird; wobei das Auswählen der charakteristischen abgefragten Stelle vom Frequenzspektrum beinhaltet: einen Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle mit dem sequenziellen Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von einer höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen, wobei drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen fn-1, fn, fn+1 mit jeweiligen Dichten dn-1, dn, dn+1 der abgefragten Stellen sequentiell zu einer Zeit von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen werden; und einen Bestimmungsschritt der charakteristischen abgefragten Stelle, indem bestimmt wird, ob eine Summe von einem Intensitätsunterschied dn-1-dn zwischen einer ersten abgefragten Stelle fn-1 und einer zweiten abgefragten Stelle fn der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen, die zu einer Zeit ausgelesenen wurden, und einem Intensitätsunterschied dn-dn+1 zwischen der zweiten abgefragten Stelle fn und der dritten abgefragten Stelle fn+1 der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist als ein eingestellter Grenzwert ds, falls die Summe ((dn-dn-1)+(dn-dn+1)) größer als der eingestellte Grenzwert ds ist, bestimmt wird, dass eine Frequenz entsprechend der zweiten abgefragten Stelle fn die charakteristische Frequenz ist, und falls nicht größer, der Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle fortgesetzt wird, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen fortzusetzen.
FMCW- Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungseinheit (20) ferner aufweist: eine Bedienungsschnittstelle (24), die mit dem Prozessor (23) verbunden ist und dazu dient, die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus einzurichten; eine Stromversorgung (25), die mit dem Prozessor (23) verbunden ist, damit der Prozessor (23) von der Stromversorgung (25) verbrauchten Strom reguliert, und mit einem Stromerfassungsterminal (251), das mit einem Remote- Host (100) verbunden ist, damit der Remote- Host (100) den von der Stromversorgung (25) verbrauchten Strom erfasst; ein Display (26), das mit dem Prozessor (23) verbunden ist und dazu dient, die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus anzuzeigen; und einen Kommunikations - Port (27), der mit dem Prozessor (23) verbunden ist, damit der Remote- Host (100) die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus im Prozessor (23) einrichtet.