DE19845116C1

DE19845116C1 - Level measurement method for monitoring industrial processes

Info

Publication number: DE19845116C1
Application number: DE19845116A
Authority: DE
Inventors: Patric Heide; Thomas V Kerssenbrock
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2018-10-01

Abstract

The method involves transmitting radar signals towards a fill material surface (28) , receiving the reflected signals (E) and correlating them with a model signal (M) representing a defined level. If sufficient coincidence is observed a switching signal representing the defined level is generated. The correlation which is performed between the model signal and the received radar signal is a complex value correlation. Preferably, an inphase signal (I) and a quadrature phase signal (EQ) is generated to the received radar signal (E). The model signal is multiplied with the inphase signal and with the quadrature phase signal. The signals generated by the multiplication are supplied to a computing unit, in which the root is formed from the magnitude square of the multiplication.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandmessung sowie eine Vorrichtung zur Füllstandmessung.The invention relates to a method for level measurement as well as a Level measuring device.

Bei der Überwachung industrieller Prozesse ist die Detektion unerlässlich, wann in einem Tank ein bestimmter Grenzstand über- bzw. unterschritten wird. Hierfür werden sogenannte Grenzstandschalter eingesetzt. Bekannt sind zur Grenzstander fassung berührende Verfahren, zum Beispiel Schwimmer oder ka pazitive Sonden. Berührungslose Verfahren mit Lichtschranken sind ebenso möglich. Allerdings benötigen diese zwei Mess stellen. Darüber hinaus sind mittlerweile Füllstandgrenz schalter nach dem Radarprinzip bekannt, bei denen eine Sende einrichtung Radarimpulse in Richtung Füllgutoberfläche eines Füllgutes innerhalb eines Behälters strahlt. Eine Empfangs einrichtung erfasst die von der Füllgutoberfläche reflektier ten Radarsignale und bestimmt aus der Laufzeitdifferenz die augenblickliche Höhe der Füllgutoberfläche. Ein Beispiel für ein solches Messverfahren ist in DE 42 34 300 A1 beschrieben. Im Tankdach wird ein Radarsensor angebracht, der ein modu liertes Radar-Signal aussendet. Das von dem Füllgut reflek tierte Radarsignal wird schließlich im Radarempfänger demodu liert. Der Sensor liefert ein niederfrequentes Sensormess signal, das meldet, ob der vorgegebene Grenzstand, der zu überwachen ist, erreicht ist oder nicht.When monitoring industrial processes is the detection essential when a certain level is in a tank is exceeded or fallen below. So-called Point level switch used. Are known to the border level procedures that affect the version, for example swimmers or ka capacitive probes. Non-contact process with light barriers are also possible. However, these need two measurements put. In addition, there are now level limits switches known according to the radar principle, in which a transmission Setting up radar pulses towards the product surface Filling material inside a container radiates. A reception device detects the reflective surface of the product ten radar signals and determines the time difference instantaneous height of the product surface. An example for such a measuring method is described in DE 42 34 300 A1. A radar sensor is installed in the tank roof, which detects a modu radar signal. The reflect from the product The radar signal is finally demodulated in the radar receiver liert. The sensor delivers a low-frequency sensor measurement signal that reports whether the specified limit level, the to monitor, is reached or not.

Problematisch bei diesen Messverfahren, bei welchen die Lauf zeit von elektromagnetischen Wellen im Zentimeter- und Dezi meterbereich bestimmt werden, ist die eindeutige Erkennung des Nutzecho-Signals im reflektierten Radarsignal. Die Erken nung dieser Nutzecho-Signale ist schwierig, wenn diese durch Störecho-Signale überlagert sind. Solche Störecho-Signale treten insbesondere auf, wenn mit den genannten Verfahren der Füllstand von fließ- oder schüttfähigen Medien in Behältern ermittelt werden soll. Behältereinbauten, der beim Befüllen sich bildende Schüttgutkegel sowie Füllgutanhaftungen an der Behälterwandung und/oder am Sender bzw. Empfänger führen zu Störungen des Echoimpulses, so dass die Laufzeit zwischen Sende- und Echoimpuls nicht mehr genau und sicher ermittelt werden kann.Problematic with these measuring methods, in which the barrel time of electromagnetic waves in centimeters and deci meter range is the clear recognition of the useful echo signal in the reflected radar signal. The Erken These useful echo signals are difficult to get through False echo signals are superimposed. Such false echo signals occur in particular when using the methods mentioned Level of flowable or pourable media in containers should be determined. Tank internals, when filling bulk cones that form as well as buildup of fillings on the Container wall and / or on the transmitter or receiver lead to Disorders of the echo pulse, so that the transit time between Transmit and echo pulse no longer determined accurately and reliably can be.

Um eine sichere Detektion der empfangenen Radarsignale und des darin enthaltenen Nutzechos auszuwerten, ist in EP 340953 B1 ein Entfernungsmessverfahren beschrieben, bei welchem ein Modellsignal, das einer vorgegebenen Füllstandhöhe, deren Er reichen oder Unterschreiten zu detektieren ist, ein Soll- Signal bzw. Modellsignal zugeordnet wird. Dieses Modellsignal kann durch eine vorhergehende Testmessung beispielsweise er mittelt werden. Dieses in einem Speicher abgelegte Soll- bzw. Modellsignal wird im Messbetrieb mit dem empfangenen Radarsi gnal verglichen und korreliert. Stimmen das abgespeicherte Soll- bzw. Modellsignal und das empfangene Radarsignal weit gehend überein, ist dies ein Zeichen, dass die zu detektie rende Füllstandhöhe erreicht ist.For reliable detection of the received radar signals and of the useful echo contained therein is to be found in EP 340953 B1 described a distance measuring method in which a Model signal that a predetermined level, the Er reach or fall below is a target Signal or model signal is assigned. This model signal can, for example, by a previous test measurement be averaged. This target or stored in a memory The model signal is in measurement mode with the received radarsi gnal compared and correlated. Do the saved ones Target or model signal and the received radar signal far agreeing, this is a sign that the detection level is reached.

Aus DE 42 23 346 C2 ist darüber hinaus ein ähnliches Verfah ren zur berührungslosen Füllstandmessung bekannt. Allerdings wird mit Hilfe von Parallel-Datenverabeitungstechniken und eines assoziativen Vergleichs des empfangenen Radarsignals mit vorher erlernten und im neuronalen Netzwerk abgespeicher ten Signalmustern eine noch bessere Auswertung des empfange nen Radarsignals ermöglicht.A similar process is also known from DE 42 23 346 C2 Ren known for non-contact level measurement. Indeed is done using parallel data processing techniques and an associative comparison of the received radar signal with previously learned and stored in the neural network an even better evaluation of the received signal patterns NEN radar signal enables.

Aus DE 44 31 886 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pegelmessung unter Verwendung von Mikrowellensignalen be kannt, bei dem ein frequenzgestuftes Mikrowellensignal über eine Antenne weitergeleitet wird und nach Reflexion an einer Füllgutoberfläche wieder empfangen und mit dem frequenzgestuf ten Mikrowellensignal gemischt und weiterverarbeitet wird. DE 44 31 886 A1 describes a method and a device for level measurement using microwave signals be knows in which a frequency-stepped microwave signal via an antenna is forwarded and after reflection on one Receive the product surface again and with the frequency step th microwave signal is mixed and processed.

Die Antenne kann ein kurzes vertikales Profil aufweisen und außerhalb einer inneren Tankatmosphäre angebracht sein.The antenna can have a short vertical profile and outside of an internal tank atmosphere.

In DE 42 33 677 A1 wird ein Verfahren zum Korrelationsempfang von vorbekannten periodisch ausgesendeten Impulsen offenbart, bei der an Stelle einer Multiplizier- bzw. Mischeinrichtung mit nur einem Multiplizierer dieser Einrichtung ein identi scher Multiplizierer nachgeschaltet ist. Dadurch soll eine ungewollte Übersteuerung bei starken Empfangsimpulsen vermie den und damit die Dynamik des Korrelationsempfangs verbessert werden.DE 42 33 677 A1 describes a method for receiving correlation disclosed by previously known periodically transmitted pulses, in the place of a multiplier or mixer an identi with only one multiplier of this device shear multiplier is connected. This is supposed to Avoid unwanted overdrive with strong reception impulses and thus improves the dynamics of correlation reception become.

Schließlich ist aus DE 42 40 491 C2 ein Verfahren zur Füll standmessung bekannt, bei dem das Soll- bzw. Modellsignal nicht über vor den eigentlichen Messvorgängen durchgeführten Testmessungen generiert wird, sondern über intern in der Emp fangseinrichtung vorgesehene Verzögerungsschaltungen. Sämtlichen oben genannten Verfahren ist gemeinsam, dass das Korrelationsergebnis über eine Schwellwertdetektion bewertet wird. Liegt das Korrelationsprodukt zwischen empfangenem Ra darsignal und Modellsignal über einem vorgegebenen Spannungs wert (Schwelle), dann meldet der Grenzschalter dies durch Schließen oder Öffnen eines Relaiskontakts. Vorteil bei der Verwendung einer Korrelation gegenüber anderen Auswertever fahren ist, dass keine besonderen Anforderungen an die Modu lation des Radarsignals, wie zum Beispiel an die Linearität, gestellt werden müssen.Finally, DE 42 40 491 C2 describes a method for filling level measurement known, in which the target or model signal not over before the actual measuring processes Test measurements is generated, but via internally in the emp catching device provided delay circuits. All of the above methods have in common that the Correlation result evaluated via a threshold value detection becomes. Is the correlation product between received Ra Darsignal and model signal over a given voltage value (threshold), the limit switch reports this Closing or opening a relay contact. Advantage at the Using a correlation with other evaluation ver driving is that no special requirements for the modu the radar signal, such as the linearity, must be asked.

Das grundlegende Prinzip der vorgenannten Radarverfahren zur Füllstandmessung besteht zusammenfassend darin, dass das Ra darsignal auf eine Radar-Messstrecke geschickt wird und dort eine Verzögerung erfährt. Zeitgleich wird das ausgesandte Ra darsignal auch in einer Modellstrecke, die zum Beispiel durch eine Verzögerungsleitung gebildet sein kann, verzögert. Die Verzögerung der internen Modellstrecke entspricht der Lauf zeit des Radarsignals, wenn gerade der zu detektierende Grenzstand, also zum Beispiel die vorgegebene Füllstandhöhe, auftritt. Das empfangene Radarsignal, welches aufgrund der Laufzeit des Nutzecho-Anteils die Füllstandhöhe repräsen tiert, und das Modellsignal werden miteinander korreliert. Stimmen die Laufzeit im Modellsignal und die Laufzeit des Nutzecho-Anteils im empfangenen Radarsignal überein, so ent hält das Korrelationsergebnis einen maximalen Wert. Dieser Zustand kann mit einem Schwellwertdetektor erkannt werden, der entsprechend dem Korrelationsergebnis eine Schalteinrich tung, zum Beispiel einen Relaiskontakt, öffnet bzw. schließt.The basic principle of the aforementioned radar methods for Level measurement consists in summary that the Ra darsignal is sent to a radar measuring section and there experiences a delay. At the same time the sent Ra darsignal also in a model range, for example, by a delay line can be formed, delayed. The Delay of the internal model route corresponds to the run time of the radar signal, if just the one to be detected Limit level, for example the specified level, occurs. The received radar signal, which is due to the Represent the duration of the useful echo portion of the level tiert, and the model signal are correlated with each other. Are the runtime in the model signal and the runtime of the True echo component in the received radar signal, so ent the correlation result holds a maximum value. This State can be detected with a threshold detector, a switching device according to the correlation result device, for example a relay contact, opens or closes.

Problematisch bei den oben beschriebenen, bekannten Verfahren zur Füllstandmessung ist die Tatsache, dass bei den bisher durchgeführten Korrelationen die Phase des empfangenen Radar signals das Messergebnis verfälschen kann.Problematic with the known methods described above for level measurement is the fact that in the previous correlations performed the phase of the received radar signals can falsify the measurement result.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.This is where the present invention comes in.

Die Erfindung hat das Ziel, die bisher bekannten Verfahren zur Füllstandmessung, bei welchem das empfangene Radarsignal mit einem Modellsignal korreliert wird, so zu verbessern, dass die Phase des empfangenen Radarsignals keinen Einfluss mehr auf das Messergebnis hat. Neben einem Verfahren soll auch eine hierfür geeignete Vorrichtung angegeben werden.The aim of the invention is the previously known methods for level measurement, in which the received radar signal is correlated with a model signal so as to improve that the phase of the received radar signal has no influence has more on the measurement result. In addition to a procedure a suitable device can also be specified.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.This goal is achieved through a process with the characteristics of Claim 1 and by a device with the features of Claim 12 solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche.Further developments of the invention are the subject of the Unteran claims.

Die Erfindung beruht also im Wesentlichen darauf, eine kom plexwertige Korrelation zwischen empfangenen Radarsignal und Modellsignal durchzuführen. Die komplexwertige Korrelation hat gegenüber einer reellwertigen Korrelation generell den Vorteil, dass die Korrelationsspannung nicht von der Phase des empfangenen Radarsignals abhängig ist. The invention is essentially based on a com plexivalent correlation between received radar signal and Perform model signal. The complex valued correlation compared to a real-valued correlation Advantage that the correlation voltage is not out of phase of the received radar signal.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Modellsignal in einem Signalpfad mit einem aus dem empfangenen Radarsignal abgeleiteten Inphase-Signal und im anderen Signalpfad mit ei nem aus dem empfangenen Radarsignal abgeleiteten Quadratur phase-Signal multipliziert und anschließend die Wurzel aus den beiden Betragsquadraten gebildet. Zweckmäßigerweise wird das sich hierbei einstellende Resultat tiefpaßgefiltert.In one embodiment of the invention, the model signal in a signal path with one from the received radar signal derived in-phase signal and in the other signal path with ei quadrature derived from the received radar signal phase signal multiplied and then the root out the two squares of amounts. Expediently the result is low-pass filtered.

Es sind mittlerweile NF-Bausteine bekannt, die eine kom plexwertige Korrelation ausführen. Diese Bausteine sind kom merziell verfügbar, so dass hier nicht näher darauf eingegan gen zu werden braucht.NF modules are now known which have a com Execute plexival correlation. These building blocks are com commercially available, so we won't go into it here needs to be.

Alternativ hierzu kann auch das empfangene Radarsignal reell wertig verwendet werden, wenn dagegen das Modellsignal kom plexwertig bereitgestellt wird.Alternatively, the received radar signal can also be real valuable if the model signal com plexwertig is provided.

Grundsätzlich ist es möglich, das Modellsignal durch eine in terne Modellstrecke mittels Verzögerungsleitungen nachzubil den. Es ist auch möglich, das Modellsignal durch vorherige Testmessung bei dem gewünschten Tankgrenzstand einzulernen.In principle, it is possible to convert the model signal into a To reproduce the internal model route using delay lines the. It is also possible to change the model signal by previous ones Teach in test measurement at the desired tank level.

Das Modellsignal kann zum Beispiel in einem digitalen Spei cherbaustein (EPROM, EEPROM) abgelegt werden. Bei der späte ren Grenzstanddetektion wird das Modellsignal bei jeder Ra darmessung zeitgleich aus dem Speicher ausgelesen, analog digital-gewandelt und schließlich das Modellsignal und das empfangene Radarsignal miteinander korreliert.The model signal can, for example, be in a digital memory memory module (EPROM, EEPROM). At the late Ren level detection is the model signal at each Ra Representation read out from memory at the same time, analog digitally converted and finally the model signal and that received radar signal correlated with each other.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zu überwa chende Grenzstand elektronisch einstellbar ist. Dies kann zum Beispiel bei einem durch Testmessungen erhaltenen, eingelern tem Modellsignal dadurch geschehen, dass der Speicherbaustein mit unterschiedlicher Taktrate ausgelesen wird. Es besteht dabei ein direkter proportionaler Zusammenhang zwischen dem anvisierten Grenzstand und der Taktrate. Bei Verwendung wie derbeschreibbarer Bausteine, wie zum Beispiel EEPROM, können so verschiedene Grenzstände angewählt werden. Der Vorteil beim Einlernen des Modellsignals ist, dass nichtideale Mess bedingungen praktisch kaum Einflüsse auf das Messergebnis ha ben.In a further development it is provided that the The corresponding limit level is electronically adjustable. This can lead to Teach in an example obtained from test measurements tem model signal happen that the memory chip is read at different clock rates. It exists thereby a direct proportional relationship between the target level and clock rate. When using like which can be written on, such as EEPROM different limit levels can be selected. The advantage when teaching the model signal is that non-ideal measurement conditions practically hardly influences the measurement result ha ben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine digi tale Modulation des Radarsignals verwendet. In diesem Fall wird die Verzögerung des Modellsignals durch eine elektro nisch einstellbare, digitale Verzögerungsleitung erreicht.In a further embodiment of the invention, a digi tal modulation of the radar signal used. In this case is the delay of the model signal by an electro nisch adjustable, digital delay line reached.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörende Vorrich tung wird nachfolgend im Zusammenhang mit zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:The method according to the invention and the associated device device is described in the following in connection with two figures explained. Show it:

Fig. 1 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Vorrich tung zur Füllstandmessung mit komplexwertigem Kor relator, und Fig. 1 is an exemplary block diagram of a Vorrich device for level measurement with complex Kor, and

Fig. 2 den Korrelator von Fig. 1 in detaillierterer An sicht. Fig. 2 shows the correlator of Fig. 1 in more detail.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild zeigt einen Oszillator 10, dessen Ausgangssignal einer Modellstrecke 21 und einer Messstrecke 22 zugeführt wird. In der Messstrecke 22 ist eine Sende- und Empfangseinrichtung 26 angeordnet, die in Richtung Füllgutoberfläche eines in einem Behälter 28 gefüllten Füll gutes Radarstrahlen aussendet und die von der Füllgutoberflä che reflektierten Radarstrahlen wieder empfängt. Das empfan gene Radarsignal E wird einem Korrelator 20 zugeführt, der dieses empfangene Radarsignal E mit einem Modellsignal M ver gleicht. Dieses Modellsignal M kann intern, wie in Fig. 1 ge zeigt, durch Verzögerungsleitungen 25, die das Ausgangssignal des Oszillatos 10 in vorbestimmter Weise verzögern, bereitge stellt werden. Die Verzögerungszeit des Verzögerungsgliedes 25 ist dabei so bemessen, dass dieses dem empfangenen Radar signal bei der zu überwachenden Füllguthöhe im Behälter 28 entspricht. Anstelle das Modellsignal M elektronisch intern zu erzeugen, ist es auch möglich, dieses durch eine oder mehrere Testmessungen am Behälter 28 bereitzustellen. Die Füllguthöhe muss bei diesen Testmessungen so hoch wie die später zu über wachende Füllguthöhe sein.The block diagram shown in FIG. 1 shows an oscillator 10 , the output signal of which is fed to a model section 21 and a measuring section 22 . In the measuring section 22 , a transmitting and receiving device 26 is arranged, which emits good radar beams in the direction of the product surface of a filling filled in a container 28 and receives the radar beams reflected by the product surface again. The received radar signal E is fed to a correlator 20 which compares this received radar signal E with a model signal M. This model signal M can be provided internally, as shown in FIG. 1, by delay lines 25 which delay the output signal of the oscillator 10 in a predetermined manner. The delay time of the delay element 25 is dimensioned such that this corresponds to the received radar signal at the level of the product to be monitored in the container 28 . Instead of generating the model signal M electronically internally, it is also possible to provide it by one or more test measurements on the container 28 . In these test measurements, the product height must be as high as the product height to be monitored later.

Der Ausgang des Korrelators 20, der erfindungsgemäß ein kom plexwertiger Korrelator ist, ist mit einem Schwellwertdetek tor 30 und einer nachgeschalteten Schalteinrichtung 40 in Verbindung.The output of the correlator 20 , which according to the invention is a complex-value correlator, is connected to a threshold value detector 30 and a switching device 40 connected downstream.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsan ordnung ist folgende. Der Oszillator 10 sendet ein Steuersi gnal, zum Beispiel ein rampenförmiges Steuersignal aus. Auch andere Modulationsarten des Oszillators 10 sind möglich. Das Radarsignal wird von der Sende- und Empfangseinrichtung 26 in Richtung Füllgut in Behälter 28 gesendet und erfährt dort ei ne Verzögerung. Zeitgleich wird das Radarsignal in der Mo dellstrecke 21 verzögert. Die Verzögerung der Modellstrecke 21 entspricht der Laufzeit des Radarsignals, wenn gerade der zu detektierende Grenzstand im Behälter 28 durch das Füllgut gegeben ist. Das empfangene Radarsignal E und das Modellsi gnal M werden im Korrelator 20 miteinander korreliert. Stim men die Laufzeit der Modellstrecke 21 und der Messstrecke 22 überein, so erhält das Korrelationsergebnis am Ausgang des Korrelators 20 einen DC-Offset. Dieser Zustand wird mit dem Schwellwertdetektor 30 erkannt, der die Schalteinrichtung 40 betätigt.The operation of the circuit arrangement shown in Fig. 1 is as follows. The oscillator 10 sends out a control signal, for example a ramp-shaped control signal. Other types of modulation of the oscillator 10 are also possible. The radar signal is transmitted by the transmitting and receiving device 26 in the direction of the filling material in the container 28 and experiences a delay there. At the same time, the radar signal is delayed in the model section 21 . The delay in the model section 21 corresponds to the transit time of the radar signal when the level to be detected in the container 28 is given by the filling material. The received radar signal E and the model signal M are correlated in the correlator 20 . If the running time of the model section 21 and the measuring section 22 match, the correlation result at the output of the correlator 20 receives a DC offset. This state is recognized by the threshold value detector 30 , which actuates the switching device 40 .

Um das Korrelationsergebnis am Ausgang des Korrelators 20 von der Phase des empfangenen Radarsignals E unabhängig zur Ver fügung gestellt zu bekommen, ist der Korrelator 20 als kom plexwertiger Korrelator ausgebildet. Dies kann, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einer Schaltungsanordnung realisiert werden, die eine Recheneinheit 23 aufweist, der Ausgangssignale von zwei Multiplizierern 24, 27 zugeführt werden. Dem ersten Multipli zierer 24 wird beispielsweise das empfangene Radarsignal E und das um +45° phasenverschobene Modellsignal M zugeführt. Dieses um +45° phasenverschobene Modellsignal ist mit dem Be zugszeichen MI bezeichnet und stellt das Inphase-Signal für den ersten Multiplizierer 24 dar. Der zweite Multiplizierer 27 erhält ebenfalls das empfangene Radarsignal E. Als Quadra turphasen-Signal MQ wird diesem zweiten Multiplizierer 27 das um -45° phasenverschobene Modellsignal M zugeführt. In der Recheneinheit 23 wird aus den Multiplikationsprodukten der beiden Multiplizierer 24, 27 zunächst jeweils das Betragsqua drat gebildet und die beiden Betragsquadrate addiert. Zusätz lich wird aus der Summe der beiden Betragsquadrate die Wurzel gebildet. Ergebnis ist ein Ausgangssignal der Recheneinheit 23, das von der Phase des empfangenen Radarsignals E unabhän gig ist.In order to get the correlation result at the output of the correlator 20 independent of the phase of the received radar signal E, the correlator 20 is designed as a complex-value correlator. As can be seen in FIG. 2, this can be achieved with a circuit arrangement which has a computing unit 23 to which output signals from two multipliers 24 , 27 are fed. The first multiplier 24 , for example, the received radar signal E and the + 45 ° phase shifted model signal M is supplied. This + 45 ° phase-shifted model signal is designated by the reference symbol MI and represents the in-phase signal for the first multiplier 24. The second multiplier 27 also receives the received radar signal E. As a quadrature-phase signal MQ, this second multiplier 27 becomes the Model signal M shifted in phase by -45 °. In the computing unit 23 , the amount square is first formed from the multiplication products of the two multipliers 24 , 27 and the two amount squares are added. In addition, the root is formed from the sum of the two squares of amounts. The result is an output signal from the computing unit 23 , which is independent of the phase of the received radar signal E.

Das Ausgangssignal der Recheneinheit 23 wird vorzugsweise über einen Tiefpassfilter 50 dem Schwellwertdetektor 30 zuge führt. Der Ausgang des Schwellwertdetektors 30 ist, wie be reits erwähnt, an die Schalteinrichtung 40 geschaltet.The output signal of the computing unit 23 is preferably supplied to the threshold detector 30 via a low-pass filter 50 . The output of the threshold detector 30 is, as already mentioned, connected to the switching device 40 .

Wie in Fig. 2 ebenfalls dargestellt, ist es auch möglich, an stelle des Modellsignals M das empfangene Radarsignal E kom plexwertig den Multiplizierern 24, 27 zuzuführen. In diesem Fall wird dem Multiplizierer 24 das um +45° phasenverschobene empfangene Radarsignal E zugeführt. Dieses um 45° phasenver schobene, empfangene Radarsignal ist mit dem Bezugszeichen EI bezeichnet. Der Multiplizierer 24 erhält als zweites Ein gangssignal das reellwertige Modellsignal M. Der Multiplizie rer 27 erhält ebenfalls als Eingangssignal das reellwertige Modellsignal M und als zweites Eingangssignal das um -45° phasenverschobene empfangene Radarsignal, das mit EQ bezeich net ist. Das Inphase-Signal EI wird in diesem Fall durch das +45° phasenverschobene, empfangene Radarsignal E und das Qua draturphasen-Signal EQ durch das um -45° phasenverschobene Radarsignal E gebildet. Wesentlich ist, dass das Inphase- Signal EI und das Quadraturphasen-Signal EQ zueinander um 90° phasenverschoben sind. Das gleiche gilt für das zuvor vorge stellte Ausführungsbeispiel mit dem Inphase-Signal MI und dem Quadraturphasensignal MQ.As also shown in FIG. 2, it is also possible to supply the received radar signal E with complex value to the multipliers 24 , 27 instead of the model signal M. In this case, the multiplier 24 is supplied with the received radar signal E phase-shifted by + 45 °. This received by 45 ° phasenver received radar signal is designated by the reference symbol EI. The multiplier 24 receives the real input model signal M as a second input signal. The multiplier 27 also receives the real value model signal M as input signal and the received radar signal, which is phase-shifted by -45 °, is designated as EQ as the second input signal. The in-phase signal EI is in this case formed by the + 45 ° phase-shifted received radar signal E and the quadrature phase signal EQ by the -45 ° phase-shifted radar signal E. It is essential that the in-phase signal EI and the quadrature-phase signal EQ are phase-shifted from one another by 90 °. The same applies to the previously presented embodiment with the in-phase signal MI and the quadrature phase signal MQ.

BezugszeichenlisteReference list

1010th

VCO
VCO

2020th

Korrelator
Correlator

2121

Modellstrecke
Model range

2222

Messstrecke
Measuring section

2323

Recheneinheit
Arithmetic unit

2424th

Multiplizierer
Multiplier

2525th

Verzögerungsglied
Delay element

2626

Sende- und Empfangseinrichtung
Sending and receiving device

2727

Multiplizierer
Multiplier

2828

Behälter mit Füllgutoberfläche
Containers with product surface

3030th

Schwellwertdetektor
Threshold detector

4040

Schalteinrichtung
Switching device

5050

Tiefpass
Eempfangenes Radarsignal
EIInphase-Signal des empfangenen Radarsignals
EQQuadraturphase-Signal des empfangenen Radarsignals
MModellsignal
MIInphase-Signal des Modellsignals
MQQuadraturphase-Signal des Modellsignals
Low pass
Received radar signal
EIInphase signal of the received radar signal
EQ Quadrature phase signal of the received radar signal
M Model signal
MIInphase signal of the model signal
MQQuadraturphase signal of the model signal

Claims

1. Verfahren zur Füllstandmessung, bei welchem Radarsignale auf eine Füllgutoberfläche gesendet und die von der Füllguto berfläche reflektierten Radarsignale (E) empfangen werden,
wobei die empfangenen Radarsignale (E) mit einem eine vorge gebene Füllstandhöhe repräsentierenden Modellsignal (M) kor reliert werden und bei ausreichender Übereinstimmung zwischen Modellsignal (M) und empfangenem Radarsignal (E) ein die vor gegebene Füllstandhöhe repräsentierendes Schaltsignal gene riert wird,
wobei eine komplexwertige Korrelation zwischen dem Modellsi gnal (M) und dem empfangenen Radarsignal (E) durchgeführt wird.1. Method for level measurement, in which radar signals are sent to a product surface and the radar signals (E) reflected by the product surface are received,
wherein the received radar signals (E) are correlated with a model signal (M) representing a predetermined fill level and, if there is sufficient agreement between the model signal (M) and received radar signal (E), a switching signal representing the given fill level is generated,
whereby a complex valued correlation between the model signal (M) and the received radar signal (E) is carried out.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem emp fangenen Radarsignal (E) ein Inphase-Signal (EI) und ein Qua draturphase-Signal (EQ) erzeugt wird, dass das Modellsignal (M) mit dem Inphase-Signal (EI) einerseits und andererseits mit dem Quadraturphase-Signal (EQ) multipliziert wird und dass die sich bei der Multiplikation ergebenden Signale einer Recheneinheit (23) zugeführt werden, in welcher die Wurzel aus den Betragsquadraten der durchgeführten Multiplikation gebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for the received radar signal (E) an in-phase signal (EI) and a quadrature phase signal (EQ) is generated that the model signal (M) with the in-phase signal ( EI) is multiplied on the one hand and on the other hand by the quadrature phase signal (EQ) and that the signals resulting from the multiplication are fed to an arithmetic unit ( 23 ) in which the root is formed from the squares of the amounts of the multiplication carried out.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Mo dellsignal (M) ein Inphase-Signal (MI) und ein Quadraturpha se-Signal (MQ) erzeugt wird, dass das empfangene Radarsignal (E) mit dem Inphase-Signal (MI) einerseits und andererseits mit dem Quadraturphase-Signal (MQ) multipliziert wird und dass die sich bei der Multiplikation ergebenden Signale einer Recheneinheit (23) zugeführt werden, in welcher die Wurzel aus den Betragsquadraten der durchgeführten Multiplikation gebildet wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that for the model signal (M) an in-phase signal (MI) and a quadrature phase signal (MQ) is generated that the received radar signal (E) with the in-phase signal ( MI) is multiplied on the one hand and on the other hand by the quadrature phase signal (MQ) and that the signals resulting from the multiplication are fed to a computing unit ( 23 ) in which the root is formed from the squares of the amounts of the multiplication carried out.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das korre lierte Ausgangssignal tiefpaßgefiltert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the correct gated output signal is low-pass filtered.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das korre lierte Signal einer Schwellwertdetektion zugeführt wird und in Abhängigkeit der durchgeführten Schwellwertdetektion das Schaltsignal in einer Schaltstufe (40) ausgelöst wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the corrected signal is fed to a threshold value detection and the switching signal is triggered in a switching stage ( 40 ) as a function of the threshold value detection carried out.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell signal (M) durch eine Verzögerungsschaltung gebildet wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the model signal (M) is formed by a delay circuit.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzö gerungsschaltung eine digitale Verzögerungskette ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the delays is a digital delay chain.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell signal (M) durch eine Testmessung erhalten wird, bei welcher die Füllgutoberfläche in einem Behälter (28) auf die vorgege bene Füllstandhöhe eingestellt ist und dieses Modellsignal (M) bei der Testmessung abgespeichert wird.8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the model signal (M) is obtained by a test measurement in which the product surface in a container ( 28 ) is set to the predetermined level and this model signal (M) is saved during the test measurement.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell signal (M) gespeichert wird und bei jeder Füllstandmessung zeitgleich mit der Ausstrahlung der Radarsignale (E) auf die Füllgutoberfläche aus dem Speicher ausgelesen wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the model signal (M) is saved and with every level measurement at the same time as the radar signals (E) are transmitted to the Product surface is read out from the memory.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktra te des Auslesens des Modellsignals (M) aus dem Speicher va riabel ist. 10. The method according to claim 9, characterized in that the taktra te reading the model signal (M) from the memory va riabel is.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Füllgutoberfläche abzustrahlende Radarsignal (E) digital mo duliert ist.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that on the Radar signal (E) to be radiated digitally mo is dulated.

12. Vorrichtung zur Füllstandmessung mit einer auf eine Füll gutoberfläche Radarsignale (E) aussendenden Sendeeinrichtung und einer die an der Füllgutoberfläche reflektierten Radarsi gnale (E) empfangenden Empfangseinrichtung sowie mit einer Auswerteeinrichtung, die einen Korrelator (20) aufweist, in welchem die empfangenen Radarsignale (E) mit einem eine vor gegebene Füllstandshöhe repräsentierenden Modellsignal (M) korrelierbar sind, sowie mit einem dem Korrelator (20) nach geschalteten Schwellwertdetektor (30) mit nachfolgender Schalteinrichtung (40), wobei als Korrelator (20) ein Korrelator zur komplexen Korre lation des Modellsignals (M) und empfangenen Radarsignals (E) vorgesehen ist.12.Device for level measurement with a transmitting device emitting radar signals (E) on a product surface and a receiving device receiving the radars signals (E) reflected on the product surface as well as with an evaluation device which has a correlator ( 20 ) in which the received radar signals ( E) can be correlated with a model signal (M) representing a given fill level, and with a threshold detector ( 30 ) connected downstream of the correlator ( 20 ) with a subsequent switching device ( 40 ), a correlator for complex correlation of the correlator as the correlator ( 20 ) Model signal (M) and received radar signal (E) is provided.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Korre lator (20) einen ersten Multiplizierer (24) und einen zweiten Multiplizierer (27) sowie eine Recheneinheit (23) aufweist, dass dem ersten Multiplizierer (24) das empfangene Radarsi gnal (E) und ein aus dem Modellsignal (M) gebildetes Inphase- Signal (MI) zuführbar ist, dass dem zweiten Multiplizierer (27) das empfangene Radarsignal (E) und ein aus dem Modellsi gnal (M) gebildetes Quadraturphase-Signal (MQ) zuführbar ist und dass die Recheneinheit (23) aus den Ausgangssignalen der beiden Multiplizierer (24, 27) die Wurzel aus den Betragsqua draten der Ausgangssignale der Multiplizierer (24, 27) bil det.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the corrector ( 20 ) has a first multiplier ( 24 ) and a second multiplier ( 27 ) and a computing unit ( 23 ) that the first multiplier ( 24 ) the received radar signal ( E) and an in-phase signal (MI) formed from the model signal (M) can be fed in such a way that the received multiplier signal (E) and a quadrature phase signal (MQ) formed from the model signal (M) can be fed to the second multiplier ( 27 ) is and that the arithmetic unit ( 23 ) from the output signals of the two multipliers ( 24 , 27 ) form the root of the amount squares of the output signals of the multipliers ( 24 , 27 ).

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrela tor (20) einen ersten Multiplizierer (24) und einen zweiten Multiplizierer (27) sowie eine Recheneinheit (23) aufweist, dem ersten und zweiten Multiplizierer (24, 27) jeweils als Eingangssignal das Modellsignal (M) zugeführt wird, dass zu sätzlich dem ersten Multiplizierer (24) ein aus dem empfange nen Radarsignal (E) gebildetes Inphase-Signal (EI) zuführbar ist, dass zusätzlich dem zweiten Multiplizierer (27) ein aus dem empfangenen Radarsignal (E) gebildetes Quadratursignal (EQ) zuführbar ist und dass die Recheneinheit (23) aus den Betragsquadraten der Ausgangssignale der beiden Multiplizie rer (24, 27) die Wurzel bildet.14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the correlator ( 20 ) has a first multiplier ( 24 ) and a second multiplier ( 27 ) and a computing unit ( 23 ), the first and second multipliers ( 24 , 27 ) each as Input signal, the model signal (M) is supplied, that in addition to the first multiplier ( 24 ), an in-phase signal (EI) formed from the received radar signal (E) can be fed, that in addition to the second multiplier ( 27 ), one from the received radar signal (E) formed quadrature signal (EQ) can be supplied and that the arithmetic unit ( 23 ) forms the root from the squares of the amounts of the output signals of the two multipliers ( 24 , 27 ).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangs seitig an den Korrelator (20) ein Schwellwertdetektor (30) und eine nachgeschaltete Schalteinrichtung (40) geschaltet ist.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that a threshold detector ( 30 ) and a downstream switching device ( 40 ) are connected on the output side to the correlator ( 20 ).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Aus gang des Korrelators (20) ein Tiefpaßfilter (50) geschaltet ist.16. Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that a low-pass filter ( 50 ) is connected to the output of the correlator ( 20 ).