用于确定介质特征和容器特征的设备及方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201210172434.0 | 申请日 | 2012-05-25 | 公开(公告)号 | CN102798439A | 公开(公告)日 | 2012-11-28 |
| 申请人 | VEGA格里沙贝两合公司; | 发明人 | 卡尔·格里斯鲍姆; 罗兰·韦勒; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 的示例性实施方式，提出了一种物位测量设备，该物位测量设备包括自学设备，所述自学设备能够自动地确定容器的圆顶通道的长度。为此，自学设备使用由多重回波检测设备分类的多重回波。以此方式，可以改进物位测量的结果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于确定容器内的物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的物位测量设备，所述物位测量设备朝向物料表面的方向发射电磁波或声波，所述物位测量设备(701)包括： |
||||||
| 说明书全文 | 用于确定介质特征和容器特征的设备及方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2011年5月27日提交的欧洲专利申请No.EP 11 167 946.0和于2011年5月27日提交的美国专利申请No.61/490,745的权益，所述两个申请通过引用并入本文。 技术领域[0003] 本发明涉及物位测量。特别地，本发明涉及一种用于确定物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置以在测量任何类型的物位时确定介质特征和容器特征的物位测量设备，并且还涉及相应的方法、程序元件以及计算机可读介质。 背景技术[0004] 在根据调频连续波(FMCW)或脉冲渡越时间法(transit time)的物位传感器中，电磁波或声波朝向物料表面方向发射。在此之后，传感器记录由物料反射的、由构建在容器中的对象反射的以及由容器本身反射的回波信号，并据此得到容置在容器内的至少一种物料的表面的位置。 [0005] 关于声波或光波的使用，由物位测量设备产生的信号通常朝向待测物料的表面方向自由地传播。在使用雷达波来测量物料表面的设备中，会既考虑朝向待测介质方向的自由传播又考虑在将雷达波从物位测量设备导向介质的波导装置内部的传播。在根据导向微波原理进行操作的设备中，高频信号沿着波导装置导向介质。 [0006] 在待测的介质表面或物位处，一些到达的信号被反射并在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备。未被反射的信号分量进入介质并在介质中对应于介质的物理特性朝向容器底部方向继续传播。这些信号还在容器的底部被反射，并在通过介质和覆盖气氛之后返回到物位测量设备。 [0007] 物位测量设备接收从不同的位置反射的信号，并根据这些信号根据已知的方法确定到物料的距离。能够在外部获得所确定的到物料的距离。这样的设置可以以模拟形式(4...20mA接口)或数字形式(现场总线)实施。 [0008] 所有的这些方法都具有一个共同特点：在从物位测量设备到物料表面的通路上，用于进行测量的信号通常会位于另外的介质(以下称为覆盖介质)的影响区域中。该覆盖介质位于物位测量设备与待测介质表面之间，并且通常表现液体或气态气氛。 [0009] 在主要的大多数应用中，在待测介质上方有空气。因为电磁波在空气中的传播与在真空中的传播相差甚微，所以不需要对由物料、构建在容器内的对象以及容器本身所反射的穿过空气回到物位测量设备的反射信号进行任何特殊修正。 [0010] 然而，在化工行业的工艺容器中，许多类型的化学气体和气体混合物会作为覆盖介质存在。与在真空或空气中的传播相比，电磁波的传播特性会根据取决于这些气体或气体混合物的物理特性而发生改变。 [0011] 确定介质特征和容器特征的已知尝试通常有显著的缺点。 发明内容[0012] 期望的是具有用于一种用于确定介质特征和容器特征的健壮性方法和设备。此外，期望的是具有一种用于在进行界面测量时自动地确定参数的方法和设备。 [0013] 所提出的是：用于确定物位位置和/或例如容置在容器内的两种物料之间的界面的位置的物位测量设备；以及根据独立权利要求的特征的方法、程序元件和计算机可读介质。在从属权利要求以及下面的描述中陈述了本发明的展开。 [0014] 应当指出的是，下文中，关于物位测量设备，还可以将上述特征实施为方法中的方法相关步骤，反之亦然。 [0015] 根据本发明的第一方面，提出了一种用于确定例如容置在容器内的物料的物位位置和/或两种物料之间的界面的位置的物位测量设备。物位测量设备包括：回波曲线获取设备，用于获取至少一条或若干条回波曲线；回波识别设备，用于评估所述至少一条回波曲线；多重回波检测设备，用于评估所述至少一条回波曲线；多重回波检测设备，用于将来自于物料表面和/或来自于容器的容器底部的多次反射的一个或若干个回波分类为多重回波(multiple echo)；以及具有“自学”能力并且出于该原因也被称为“自学”的设备，所述设备被设计成使用由多重回波检测设备分类的多重回波来自动地确定容器的圆顶通道的长度。 [0016] 根据本发明的另一个方面，物位测量设备可以包括位置确定设备。回波识别设备可以被设计成识别回波曲线中的若干个回波，多重回波检测设备被设计成将所述若干个回波中的至少两个回波分类为多重回波。此外，位置确定设备可以被设计成确定所述至少两个多重回波的位置，自学设备被设计成使用所述至少两个多重回波的位置来确定圆顶通道的长度。 [0017] 根据本发明的另一个方面，自学设备可以被设计成使用所述至少两个多重回波的阶数来确定圆顶通道的长度。 [0018] 根据本发明的另一方面，回波识别设备可以被设计成识别回波曲线中的若干个回波，并且多重回波检测设备可以被设计成将两个或更多个回波分类为多重回波。 [0019] 此外，物位测量设备可以包括速度确定设备，所述速度确定设备用于确定被分类为多重回波的回波的第一多重回波的第一速度矢量以及用于确定所分类的多重回波的第二多重回波的第二速度矢量。自学设备被设计成确定所确定的速度矢量中的至少两个速度矢量的交点以确定圆顶通道的长度。 [0020] 根据本发明的另一个方面，提出了一种用于确定容器内的物料的物位位置和/或容器内的两种物料之间的界面的位置的方法。获取至少一条回波曲线，随后对所述回波曲线进行评估。此外，将来自于物料的物料表面和/或来自于容器的容器底部的多次反射的至少一个回波分类为多重回波。此外，使用由多重回波检测设备分类的多重回波来自动地确定容器的圆顶通道的长度。 [0021] 根据本发明的另一个方面，提出了一种程序元件，当在物位测量设备的处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件指示处理器执行上文和/或下文描述的步骤。 [0022] 此外，提出了一种用于存储程序元件的计算机可读介质，当在物位测量设备的处理器上执行所述程序元件时，所述程序元件指示处理器执行上文和/或下文描述的步骤。 [0023] 程序元件(称为“计算机程序元件”)可以形成存储在物位测量设备的处理器上的软件的一部分。在这种布置中，处理器也可以是本发明的主题。此外，本发明的该方面包括从一开始就使用本发明的计算机程序元件以及通过更新使得现有程序使用本发明的计算机程序元件。 [0024] 应当指出的是，术语“物料回波”等同于物料反射的零阶多重回波。 [0026] 图1示出了根据渡越时间方法进行操作的物位测量设备。 [0027] 图2示出了根据渡越时间方法来确定物位的方法相关步骤。 [0028] 图3示出了其中容器盆不直的情况。 [0029] 图4示出了使用多重回波的物位测量示例。 [0030] 图5示出了在圆顶通道中的物位测量示例。 [0031] 图6示出了无容器盖的物位测量示例。 [0032] 图7示出了根据本发明的示例性实施例的物位测量设备。 [0033] 图8示出了根据本发明的示例性实施例的物位测量设备的测量周期。 [0034] 图9示出了根据本发明的示例性实施例的用于确定圆顶通道的长度的方法。 [0035] 图10示出了根据本发明的示例性实施例的用于确定容器高度的方法。 [0036] 图11示出了根据本发明的示例性实施例的用于界面测量的物位测量设备。 [0037] 图12示出了根据本发明的示例性实施例的在与界面具有恒定距离的情况下的界面测量。 [0038] 图13示出了根据本发明的示例性实施例的在与物料表面具有恒定距离的情况下的界面测量。 [0039] 图14示出了根据本发明的示例性实施例的在上方介质具有恒定厚度的情况下的界面测量。 具体实施方式[0040] 图中的图示是概略的而非按比例的。 [0041] 如果在附图的以下描述中在不同的附图中使用了相同的附图标记，则它们表示相同或相似的元件。然而，也可以以不同的附图标记来表示相同或相似的元件。 [0042] 应当指出的是，术语“物料回波”等同于物料反射的零阶多重回波。 [0043] 此外，应当指出的是，术语“底部回波”等同于容器底部反射的零阶多重回波。 [0044] 下面的解释集中于考虑常见的容器中的单种待测介质或物料的应用情况。下文所描述的技术教导可以转换到容器中的两个或若干个不同的介质或物料的应用情况。在界面测量的上下文中，特别地，物料表面位置还可以是两种不同介质或物料之间的界面的位置，该位置等同于在容器内的用于界面测量的所述两种物料或介质中下部的物料或介质的物料表面位置。 [0045] 在用于物位测量的设备中，可以使用能够确定容器内的物料表面位置的各种方法。 [0046] 图1示出了用于物位测量的布置。容器100容置填充高度达到dB-dL的液体106。液体上方的空间107包含例如空气。在当前示例中，液体由作为覆盖介质的空气覆盖。 [0047] 借助于高频设备102，物位测量设备101产生电磁脉冲103并将电磁脉冲103耦合到合适的天线104中，由此，该脉冲以几乎光速朝向待测物料表面105的方向传播。在覆盖介质内的精确速度由下式产生： [0048] [0049] 其中，c0表示在真空中的光速，εL表示覆盖介质的介电常数值，μL表示覆盖介质的渗透率值。 [0050] 物料表面105反射一部分输入信号能量，由此，被反射的信号分量传播回物位测量设备101。未被反射的信号分量进入液体106，并在液体106中以大大降低的速度朝向容器底部的方向传播。电磁波103在液体106内的速度cM由液体106的材料特性决定。 [0051] [0052] 其中，c0表示在真空中的光速，εM表示液体的介电常数值，μM表示液体的渗透率值。在容器109的底部108，剩余的信号分量也被反射并在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备101。在物位测量设备中，借助于高频设备102来处理输入信号，并且优选地将输入信号转换到较低频率的中频范围。借助于模拟/数字转换单元110，由高频设备102提供的模拟回波曲线被数字化并使得可用于评估设备111。 [0053] 上述用于提供数字化回波曲线的部件——换句话说尤其是高频设备102和模拟/数字转换单元110——可以例如定义回波曲线获取设备。 [0054] 评估设备111分析数字化的回波曲线，并且基于包含在其中的回波、根据已知的方法来确定由来自于物料表面105的反射生成的回波。此外，评估设备确定到该回波的精确电气距离。此外，对所确定的到回波的电气距离进行修正，以使得补偿覆盖介质107对电磁波传播的影响。将以此方式将计算的到物料的补偿距离传送给输出设备112，该输出设备112还根据用户要求并例如借助于线性化、偏移修正、到填充高度dB-dL的转换进一步对所确定的值进行处理。处理后的测量值在外部通信接口113处提供给外部。关于这点，可以使用任何既定的接口，特别是4...20mA的电流接口、工业现场总线(如HART、Profibus、FF)或计算机接口(如RS232、RS485、USB、以太网、FireWire)。 [0055] 图2再次详细地示出了在回波信号处理的情况下可以应用到评估设备111中以补偿各种介质的影响的重要步骤。 [0056] 首先，曲线图201示出了由模拟/数字转换单元110所获取的随着时间的回波曲线204。回波曲线首先包含在天线内反射的发射脉冲分量205。短时间之后，在时间点tL处获取第一回波206，该第一回波206由来自于容器内的边界表面105或介质106的表面105的信号分量反射引起。另一个回波207来源于物料回波206的第一多重回波，它在时间点tML处获取。在进入介质106的信号分量穿过物料106之后，信号分量从容器底部108反射并生成回波曲线204内的另一个回波208。该底部回波208在时间点tB处获取。此外，可以在时间点tMB处获取底部回波的多重回波209。 [0057] 在第一处理步骤中，将时间相关曲线201转化为距离相关曲线202。在该转化期间，假设所获取的曲线专门根据真空传播而形成。曲线图201的坐标通过乘以与真空中的光速而转换为距离轴。此外，通过施加偏移实现如下情况：使得由天线104引起的回波205获得0米的距离值。此外，距离值被乘以因数0.5，以补偿到物料表面并返回的双路径。 [0058] 第二曲线图202示出了作为电气距离D的函数的回波曲线。该电气距离对应于由真空中的电磁波在预定的时间段内所覆盖的距离的一半。该电气距离不考虑任何介质影响，而这些影响会导致电磁波传播的减速。因此，曲线202表示未补偿的回波曲线，而该未补偿的回波曲线与位置有关。 [0059] 在本文中，电气距离一直以大写字母D表示，而能够直接基于容器测量的物理距离以小写字母d表示。 [0060] 此外，可以对回波曲线210进行完全补偿。第三曲线图203示出了完全补偿的回波曲线211。为了获得随物理距离变化的回波曲线图，在当前情况下，需要考虑覆盖介质107在位置0与DL(曲线202)之间的区域中的影响。需要根据如下相互关系将横坐标在0与DL之间的电气距离值转换为物理距离值： [0061] [0062] 因为空气的εL和μL在良好近似中对应于值1，所以不需要在当前示例中进行关于该部分的修正。然而，横坐标大于或等于DL的电气距离值需要根据如下相互关系转换为物理距离值： [0063] [0064] 最后，第三曲线图203示出修正后的曲线。到物料表面105的回波206的距离和到由容器底部108产生的回波208的距离两者都与可以基于容器109进行测量的距离相符合。到物料表面的多重回波207的距离不能直接基于容器来测量，这是因为上述补偿仅适用于直接反射。这同样对基于容器底部108的反射的多重回波209适用。 [0065] 在该阶段，应当指出的是，曲线202的转换——换句话说各种回波的电气距离的确定——在信号处理的情况下可以优选地在设备中关于所有回波而执行。一般来讲，不执行从回波曲线到补偿回波曲线的转换，这是因为修正到物料表面的单个距离值就足够了。 [0066] 图3示出了借助于底部回波来直接或间接地确定物料表面的位置。所示出的容器301几乎完全被物料302充满。与图1的容器109相对比，图3的容器301中的物位测量设备101可以安装成使得其位于圆顶通道(dome shaft)303中。圆顶通道可以是通过其可以填充罐的通道。也可以通过用于服务人员的通道选项(所谓的人孔)来实施圆顶通道。此外，可以使用用于其他用途的圆顶通道。物位测量设备可以尤其放置在罐顶点处等的所谓的圆顶中。 [0067] 除了由天线104产生的回波305之外，由物位测量设备101获取的回波曲线304只包括来自物料表面307的一个多次反射EML1306和由容器底部308产生的底部回波309。由介质的表面307产生的回波不能被所获取的回波曲线304可靠地检测到，这是因为在天线回波305的影响地区中，所述回波完全被天线回波305覆盖。到物料表面的距离dL不能够以常规方式确定。 [0068] 可以间接地测量物料表面的位置，使得可以根据底部回波的电气距离DB基于如下方程来确定物料表面的位置dL： [0069] [0070] 在许多实际应用中，因为介质中的信号的高损失值，回波曲线中的底部回波309不再能够被检测出来。 [0071] 此外，根据多重回波EML1306的位置可以推断物料表面的位置dL： [0072] [0073] 其中，N表示在距离DML1处的多重回波的阶数。 [0074] 此外，可以检测多重回波和底部回波的原因在于可以分析回波曲线的若干个回波的速度值和/或位置。 [0075] 知道容置在容器301内的介质的介电常数值和渗透率值以及知道容器的几何尺寸特别是知道圆顶通道的长度dD和扩展的容器高度dB或容器高度dB-dD是执行间接测量的基本前提。 [0076] 图4示出了可以引起多重回波的形成的物理相互关系。 [0077] 物位测量设备401根据已知的方法产生电磁脉冲402并朝向待测物料表面105的方向发射该脉冲402。信号箭头403表示作为物理距离的函数的、随着时间的信号传播。部分发射信号从物料表面105反射，并且在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备。信号路径404示出了该传播路径。基于接收到的信号，物位测量设备形成回波曲线204，该回波曲线204由于信号路径403和404而包括第一回波EL 206。信号分量重新从例如从容器顶篷405或从物位测量设备401反射，并朝向物料表面105的方向(由信号箭头406表示)传播。该信号分量再次从物料表面反射，并在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备401，在该处它被获取以作为物料反射的第一多重回波EML1207，并且被描绘在回波曲线204中，信号路径407示出了该过程。 [0078] 没有从物料表面105反射的辐射信号能量402部分进入介质106并在介质106内以降低的速度朝向容器底部108方向继续传播408。在容器底部，信号被反射并且在相应的渡越时间之后返回到物位测量设备。信号路径409和410示出了在该路径上的信号传播。应当指出的是，该信号在不同的介质中以不同的速度传播，这在信号路径曲线图中通过信号路径409、410的不同梯度明显的表示出。物位测量设备接收从容器底部反射的信号分量并将它们以底部回波EB 208的形式描绘在回波曲线204中。类似于物料反射的多重回波 207、415的形成，在有利的条件下，也可以观察到底部回波的一个或若干个多重回波。信号路径411、412、413、414示出了底部回波EB208的第一多重回波EMB1 209的形成，其在相应的渡越时间之后也形成在由物位测量设备接收的回波曲线204中。 [0079] 原则上，可以构造高阶多重回波。关于这个，信号路径曲线图示出了信号路径417和418，该信号路径417和418适于生成关于来自于物料表面的反射的二阶多重回波EML2415。还可以生成关于来自于容器底部的反射的相应高阶多重回波。本领域普通技术人员在将下文中借助于一阶多重回波所呈现的本发明的方面转换为高阶多重回波时不会遇到任何问题。多重回波的阶数被定义为所发射的信号从容器中的待测物料介质表面反射的次数减1。根据该命名方法，回波EL等同于0阶多重回波，而回波EML1等同于一阶多重回波。 [0080] 此外，还可以想到混合信号路径，其导致在接收到的回波曲线内的另外回波。因此，可以是例如信号在通过信号路径406之后进入介质并朝向容器底部方向传播。此外，还可以是例如部分信号能量在通过信号路径411之后从物料表面反射，并再次朝向物位测量设备方向直接传播。在本发明的上下文中，不进一步考虑混合信号路径，这是因为在实际应用中，它们几乎是不相关的。然而，本领域普通技术人员在将下文中借助于一阶多重回波所呈现的本发明的方面转换为混合多重回波时不会遇到任何问题。在当前的上下文中，混合回波被定义为回波曲线中的由如下信号路径引起的回波，在所述信号路径内，由物位测量设备产生的信号从容器中的至少一种待测物料的至少两个不同边界表面反射。本示例不包括混合多重回波。 [0081] 在具有适当的圆顶通道的容器中使用物位测量设备可以具有较少的顾虑。图5示出了在这样的容器501中使用根据本发明的测量设备401的示例。物位测量设备没有直接安装在容器顶篷502的高度处；相反，它位于在圆顶通道503中，与图4中的示例相对比，图5中的圆顶通道503包括物理长度dD＞0。物位测量设备在圆顶通道中的安装位置极大地影响多重回波的形成。信号路径曲线图504示出了在当前情况下多重回波的形成。物位测量设备产生的信号首先传播通过圆顶通道503和实际的容器并到达介质505的表面。信号路径506示出了该信号路径。介质反射该信号，由此，所述信号朝向物位测量设备401的方向传播。因为圆顶通道503的开口513相对于容器顶篷502来说是比较小的，所以只有非常小的一部分信号在回波曲线514中作为物位回波EL 515示出。信号路径507和508示出了该传播路径。目前为止，大部分信号能量从容器顶篷(信号路径509)反射并再次到达物料表面。以此方式，在信号通过信号路径509、510和511之后，在回波曲线中示出第一多重回波EML1 516。在圆顶通道的情况下呈现的相互关系也适用于高阶多重回波，其由信号路径512表示，所述相互关系也适用于底部反射的多重回波。 [0082] 此外，在工业应用中，还存在有随着圆顶通道的负长度的引入能够以有利的方式进行处理的格局。图6示出了这样的应用情况。物位测量设备401安装在顶部开口式容器60的上方，其中，整个测量布置例如位于大厅内，使得在该布置的上方可以为金属平屋顶602。在物位测量设备401的信号处理过程中，将在物位测量设备401的参考平面603与大厅屋顶602之间的空间考虑成圆顶通道的具有dD＜0的物理长度的负长度。因此，在本发明的情况下，该应用可以包括圆顶通道，其中后者可以包括负长度。当随后物位测量设备401执行测量时，产生如在信号路径曲线图604中所示的信号路径。由信号路径605和606示出的、来自于物料表面的直接反射在回波曲线中示出为物位回波EL 610。然而，到目前为止，大部分信号能量尽可能地传播到大厅屋顶602，并如之前所述的那样进行反射，并且在重新从物料表面反射之后产生在回波曲线612内的第一多重回波EML1 611。产生该回波的信号传播以信号路径607、608和609表示。 [0083] 在实际应用中，以上所述的相互关系可能会在测量物位时特别是在间接测量的情况下产生问题。根据图3所展示的用于间接确定物料的位置的方法需要精确地知道一些容器特征，例如容器高度或圆顶通道的长度以及关于容置在容器内的介质的渗透率值和介电常数值的信息。 [0084] 除了用户手动输入所需参数之外，可以使用用于确定所述值的各种方法。 [0085] 许多这些方法根据已经通过测量而确定的物料反射位置和底部反射位置来确定介质的介电常数。这种方法关联有如下缺点：必须预先知道容器的高度，并且视情况还必须知道圆顶通道的高度。此外，该确定具有相对高的不准确度，这是因为通过测量而确定的各个值有可能会由于噪声的影响而出现错误。 [0086] 此外，仅仅在除了容器内介质的介电常数之外还预先知道可能存在的圆顶通道的长度的情况下，才可以自动确定容器高度。 [0087] 在实际应用中，企图借助于回波振幅来确定介电常数可能会是不可靠的，这是因为回波的振幅在散装材料(bulk material)情况下可能会受到层的极大折损，以及液体情况下可能会受到泡沫的极大折损。 [0088] 确定介质特征和容器特征的许多尝试因此不能够提供在现实生活条件下在物位测量的情况下将会改进的健壮性方法。此外，借助于上述方法不能够在界面测量的情况下执行参数的自动确定。 [0089] 图7的框图示出了根据本发明的示例性实施例的物位测量设备和用于确定介质特征和容器特征的设备的示例。 [0090] 物位测量设备701大部分对应于图1中示出的物位测量设备101，但是通过改进的评估设备702而区别于迄今为止所使用的设备。 [0091] 评估设备702可以包括或包含回波识别设备7021、跟踪设备7022、速度确定设备7023、多重回波和底部回波检测设备7024、决策设备7025、回波测量设备7026以及自学设备7027。 [0092] 回波识别设备7021检查由回波曲线获取设备102、110所传送的其中包括有回波205、206、207、208、209的回波曲线。跟踪设备7022对来自各种测量周期的回波进行分组，使得由容器内的相同反射位置所引起的回波以及基于相同的信号路径所产生的回波被聚集以形成组。在这些组(也称为“迹线(track)”)的基础上，可以例如可靠地确定回波的速度。速度确定设备7023确定与当前回波曲线的回波的速度相关的至少一个关键数字。多重回波和底部回波检测设备7024分类多重回波和底部回波。 [0093] 基于识别的回波、迹线以及基于根据底部回波和多重回波所进行的分类，自学设备7027可以自动地学习介质特征和容器特征。基于到目前为止所确定的所有值，决策设备7025可以关于回波曲线的哪个回波是由物料反射所产生的作出决策。关于回波测量设备 7026，可以例如使用在间接测量的情况下自动获取的介质或容器的特征值来确定回波的精确位置。此外，可以补偿覆盖介质的影响。 [0094] 图8中的曲线图示出了在使用根据本发明的测量设备701时将会执行的一序列测量周期。在连续时间点t0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5处，首先以介质106充满待监测的容器109，随后再次清空。除了在相应的时间点处的容器的曲线图之外，还直接绘制了由根据本发明的物位测量设备701在相应时间点处获取的回波曲线801、802、803、804、805、806。 [0095] 除了天线回波E1 807之外，空容器109的回波曲线801只包括由底部引起的回波E2 808以及底部反射的另外的多重回波E3 809。这些回波由回波识别设备获取，其中在该时间点仍未发生回波的分类。回波因此优选地设置有不同的指标，以使得它们能够进一步地在算法上进行处理。 [0096] 基于所识别的回波E1 807、E2 808和E3 809，在另外的处理步骤中，跟踪设备7022尝试将识别的回波与之前已识别的回波以逻辑上下文关系进行放置。例如，在WO 2009/037000中提供了与在物位测量技术情况下的跟踪方法的实施相关的公开内容。物位测量设备701的跟踪设备7022可以基于天线反射E1来初始化第一迹线T0 831。 [0097] 此外，可以在时间点t＝t0处初始化用于跟踪底部回波E2 808的迹线T3834和用于跟踪多重回波E3 809的迹线T4 835。 [0098] 在时间点t＝t1处，可以稍微填充容器。在图8中示出了物位测量设备所获取的回波曲线802。物位测量设备701的跟踪单元使用当前测量的源自于容器中的相同反射位置的回波来连续已经开始的迹线T0 831、T3834和T4 835。此外，为了监测新增的物位回波E5 812，初始化新的迹线T1832。 [0099] 在另一个时间过程中，逐渐填充容器。在时间点t＝t2，容器可以因而是半满的。对应于在图2的上下文中提供的解释，在该状态下，在获取的回波曲线803中示出了物料表面的多次反射E10 816和容器底部的多次反射E12 818两者。新增的来自物料表面的多次反射导致重新初始化迹线T2833，而已经存在的迹线T0 831、T1 832、T3 834和T4 835通过容器内的相应的相同反射位置的回波连续。 [0100] 在时间点t＝t3处示出了几乎完全充满介质106的容器。基于物位测量设备701所使用的测量信号在介质106内的非常可观的损失，现在，不再能够获取来自于容器底部的第一多次反射。然而，在跟踪方法能够例如通过在迹线T4 835中插入不可见部分836来考虑该回波的缺失。可以根据以上描述通过所获取的回波曲线804的回波来扩展其他迹线。 [0101] 在随后的容器清空期间，容器底部的第一多次反射E21 827在时间点t＝t4处再现。相关联的迹线T4835再次与底部反射的多重回波连续。此外，以已知的方式来扩展现有的迹线。 [0102] 对于在时间点t0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5处执行的每个测量周期，迹线列表呈现在传感器中，所述迹线列表由跟踪设备7022提供，并且所述迹线列表描述了在相应时间点处的当前迹线83。迹线列表可以例如包括相对于每条迹线描述相应相关联的回波的位置的矢量。然而，还可以使用例如在EP 2 309 235 A1中示出的内存优化表示方法。该文中所提出的方法还提供了将迹线划分成时间段的选项，在该时间段中，相关联的回波包括几乎恒定的速度，换句话说就是划分成一序列具有相同反射原点的回波。 [0103] 在另一种信号处理的情况下中，优选地基于迹线831、832、833、834、835来执行对多重回波和底部回波的分析。这会导致将所获取的回波分类成使得迹线T2833的回波为迹线T1832的相应回波的多重回波，这是因为迹线T2一直沿着与迹线T1相同的方向移动。此外，多重回波和底部回波检测设备7024可以分类为使得迹线T3的回波描述容器的底部，这是因为它们以推挽方式(push-pull manner)相对于迹线T1的物位回波的运动方向移动。 [0104] 自学介质的介电常数值： [0105] 通过使用所获取的将来自物料表面的反射分组的物位迹线T1832的信息以及使用也这样分类的将来自容器底部的反射分组的相关联底部迹线T3834的信息，根据本发明的自学设备7027可以推断介质106的特性与覆盖气氛107的特性的关系： [0106] [0107] 其中，εM和εL表示介质的介电常数值和覆盖气氛的介电常数值，μM和μL表示介质的渗透率值和覆盖气氛的渗透率值。此外，VB表示底部反射或底部回波的速度，VL表示物料反射或物料回波或物位回波的速度。 [0108] 可以借助于相关联的迹线T1832和T3834的局部梯度来确定各个回波的速度。 [0109] 作为替代，可以根据以下方程、根据在物位测量设备的两个不同测量周期之间的回波、迹线或反射的位置变化来确定回波、迹线或反射的速度VE： [0110] [0111] 其中，应用如下： [0112] DE(t2)为在测量周期2中的到回波、迹线或反射的电气距离 [0113] DE(t1)为在测量周期1中的到回波、迹线或反射的电气距离 [0114] t2为执行测量周期2的时间点 [0115] t1为执行测量周期1的时间点 [0116] 关于回归方法的应用，还可以使用迹线的回波的若干个位置来确定回波的速度。然而，还可以确定与迹线的其中回波的速度几乎是恒定的所有部分相关的速度。在EP 2 309 235 A1中描述的方法可以用于将迹线转化成恒定速度部分。此外，可以根据回波的多普勒分析来确定速度。 [0117] 因为在许多应用中，覆盖气氛表现为空气，因此上述相互关系可以近似地用于直接获取物料的介质特征： [0118] [0119] 在该阶段，应当指出的是，与迄今为止使用的方法相比，不需要与容器高度或圆顶通道的长度有关的任何信息来确定介质特征。此外，也可以借助于物料的多次反射833与容器底部的多次反射835的速度比来导出上述相互关系。 [0120] 根据两个多重回波的位置来自学圆顶通道的长度： [0121] 通过使用所获取的物料反射的多重回波EMLN1 207的位置以及通过使用所获取的多重回波EMLN2的位置，其中，所述多重回波EMLN1207已经被如上所述地分类并包括电气距离DMN1，所述多重回波EMLN2已经被如上所述地分类并包括电气距离DMN2，根据本发明，自学设备7027可以推断圆顶通道503、613的长度dD： [0122] [0123] 其中，N1表示在距离DMN1处的多重回波的阶数，N2并表示在距离DMN2处的多重回波的阶数。如果假设物料回波是具有电气距离DL的0阶多重回波，则根据本发明，自学设备7027还可以借助于物料反射并结合另外的多次反射确定圆顶通道的长度： [0124] [0125] 如果是这样，此外假设空气用作覆盖气氛，则获得良好的近似结果 可以因此相应地简化上述方程。 [0126] 根据多重回波的至少两个速度矢量的交点来自学圆顶通道的长度： [0127] 图9示出了根据图8的迹线曲线图的示意图的在物位测量过程中的一序列回波的示例。物位测量设备可以连续识别在曲线图中以 表示的各种回波。跟踪设备7022根据接收到的回波的反射位置来对接收到的回波进行分组。可以以此方式形成将物料反射的回波集合在一起的迹线TL 901、将来自物料表面的第一多次反射的回波集合在一起的迹线TML1 902以及表示来自于物料表面的第二多次反射的回波的迹线TML2 903。 [0128] 在第一有利处理步骤中，迹线可转换成迹线线段904。以下述方式形成线段：使得其中迹线的回波以(近似)恒定的速度或以相同的速度矢量移动的测量能够通过数学直线方程或通过两个支持点905、906以内存优化方式来表示。例如，在EP 2 309 235 A1中提供了用于实施该步骤的公开内容。 [0129] 基于迹线的线段方面，借助于自学设备7027，物位测量设备可以识别在相同的时间段内有效的至少一个线段对907、908，所述线段对907、908由容器内的相同反射位置引起，即，包括多重回波关系，并且其在相同的时间在每种情况中包括显著大于零的梯度。线段的梯度可以等同于该线段所基于的回波的速度。 [0130] 还在自学设备内进一步研究所识别的线段对907、908。特别地，确定所选线段的数学直线方程以基于这些方程根据已知的方法来计算所述两条直线的交点S。 [0131] 所述两条直线相交处的距离D对应于在那时的待测容器的圆顶通道的长度DD。通过使用覆盖气氛的材料特性，圆顶通道的电气长度DD可以转换为圆顶通道的物理长度dD。应用下式： [0132] [0133] 如果假设空气为覆盖气氛，则在良好近似中圆顶通道的电气长度对应于圆顶通道的物理长度。 [0134] 优选实施例的上述表示借助于形成迹线和迹线线段示出了该方法的功能。从根本上说，还可以借助于已经由分类设备识别为多重回波的各个回波来实施本公开发明的原理。数学直线方程描述各个回波的当前速度矢量并且在该情况下被定义成：直线必须通过各个回波的当前点，所述点可以由相应位置和当前的时间点定义。此外，各个直线的梯度等同于各个回波的当前速度。直线方程从而被准确地定义并且使得能够如以上公开的那样实现交点S的数学计算。 [0135] 可以借助于相关联迹线的局部梯度来很容易地确定回波的速度。作为替代，可以根据迹线的回波的位置变化来确定速度。通过应用回归法，还可以使用迹线的回波的若干个位置以确定回波的速度。然而，也可以是关于迹线的其中回波速度几乎是恒定的所有部分来确定速度。此外，可以根据回波的多普勒分析来确定速度。 [0136] 在该阶段中，应当指出的是，使用哪个多重回波来用于上述计算是无关紧要的。特别地，也可以是借助于直线907、或物料回波的速度矢量以及直线908、或来自物料表面的多次反射的速度矢量来确定交点S。此外，可以借助于来自于物料表面的N1阶第一多次反射的直线907和另一个N2阶多次反射的直线908来确定交点S。此外，为了提高精确度或真实性检查，可以计算不同的多次反射的多个交点，以及可以例如通过平均或方差分析来统计地评估上述位置。 [0137] 根据物料回波的至少一个速度矢量与底部回波的至少一个速度矢量的交点来自学容器高度： [0138] 图10再次示出了根据图8的迹线曲线图的示意图的在物位测量过程中的一序列回波的示例。根据本发明的物位测量设备可以连续地识别各种回波，所述各种回波在曲线图中可以以 表示。跟踪设备7022根据接收到的回波的反射位置来对接收到的回波进行分组。可以以此方式形成将物料反射的回波分为组的迹线TL 1001以及表示来自底部容器的反射的回波的迹线TB 1002。 [0139] 在第一有利处理步骤中，迹线可转换为迹线线段1003。可以以如下方式形成线段：使得其中迹线的回波以(近似)恒定的速度或相同的速度矢量移动的测量能够通过数学直线方程或通过两个支持点905、906以内存优化方式来表示。例如，在EP 2 309 235 A1中提供了用于实施该步骤的公开内容。 [0140] 基于迹线的线段观点，借助于自学设备707，根据本发明的物位测量设备可以识别发生在同一时间并且在每种情况下包括大于零的显著梯度的至少一个线段对1004、1005。此外，精确地，所识别的线段中的一个100必须由来自于物料表面20的反射引起，而另一个线段必须由来自于容器底部20的反射引起。 [0141] 在自学设备内进一步研究所识别的线段对1004、1005。特别地，确定所选线段的数学直线方程以基于这些方程根据已知的方法来计算所述两条直线的交点S。 [0142] 所述两条直线相交处的距离D对应于在那时的待测容器高度DB。通过使用覆盖气氛的材料特性，到容器底部的电气距离DB可以转换为容器底部的物理距离dB。应用下式： [0143] [0144] 如果假设空气是覆盖气氛，则在良好的近似中到容器底部的电气距离对应于到容器底部的物理距离。 [0145] 优选实施例的上述表示借助于形成迹线和迹线线段示出了该方法的功能。从根本上说，可以借助于已经由分类设备识别为物位回波或底部回波的各个回波来实施本公开发明的原理。在该情况下，数学直线方程必须定义成：直线必须通过各个回波的当前点，所述点可以由相应位置和当前的时间点定义。此外，各个直线的梯度等同于各个回波的当前速度。直线方程从而被准确地定义并且使得能够如上所公开的那样实现交点S的数学计算。 [0146] 可以借助于相关联的迹线的局部梯度来很容易地确定回波的速度。作为替代，可以根据迹线的两个回波的位置变化来确定速度。通过应用回归法，还可以使用迹线的回波的若干个位置以确定回波的速度。然而，也可以是关于迹线的其中回波速度几乎是恒定的所有部分来确定速度。此外，可以根据回波的多普勒分析来确定速度。 [0147] 此外，在这个阶段，应当指出的是，使用哪一对物料反射和底部反射来进行上述计算无关紧要。此外，可以借助于直线1005、来自于容器底部的第一多次反射以及来自于容器底部的另一多次反射的直线来确定交点S，其中多次反射的阶数不同。此外，为了提高精确度或真实性检查，可以计算来自于容器底部的不同的多次反射的多个交点，以及可以例如通过平均或方差分析来统计地评估上述位置。 [0148] 借助于至少两个回波的速度来自学在界面测量中的若干个介质的介电常数值： [0149] 根据渡越时间方法来确定物料表面的位置的物位传感器还越来越多地用于确定界面的位置。图11示出了物位测量设备的这样的应用情况。容器1101使用下方介质1102填充至距离dI，其中，所述介质1102的材料特性可以以εB和μB表示。此外，容器1101使用上方介质1103填充至距离dL，其中，所述介质1103的材料特性以εI和μI表征。覆盖气氛1104可以包括材料特性εL和μL。除了由上方介质1103生成的物位回波EL1106以及由容器底部生成的底部回波EB1108之外，由物位测量设备获取的回波曲线1105包括由界面1109生成的界面回波EI1107，所述界面回波EI1107可以包括电气距离DI。根据现有技术状态，获取的每条回波曲线的回波由回波识别设备7021识别，由此，跟踪设备7022可以例如建立三条迹线。第一迹线TL可以将物料表面1110的回波聚集在一起，另一个迹线TI可以表示界面1109的回波。此外，可以获取第三迹线TB，其聚合了容器底部的回波。 [0150] 在界面安装中，可以根据已知的方法来确定物料表面的多重回波。可以根据上述原理通过分析来自物料表面的两个多次反射来确定圆顶通道1111的长度。此外，在特定测量情况下，当采用界面测量时，可以获得关于下方介质1102的特征和上方介质1103的特征的知识。 [0151] 参照迹线曲线图，图12示出了为了获得关于容器内的介质的特性的知识、由根据本发明的物位测量设备701使用并且特别是在自学设备7027中使用的第一特殊测量情况。 [0152] 在示出的在t＝t120与t＝t121之间的时间段中，界面回波1107的迹线TI具有与底部回波1108的迹线TB(近似)相同的梯度。换句话说，在所考虑的时间段中，底部回波和界面回波具有相同的速度。回波的速度可以很容易地借助于上述方法之一来确定。 [0153] 根据这些情况，自学设备7027得出结论：在该时刻，到物料表面1110的物理距离dL发生变化，而到界面表面1109的物理距离dI保持恒定。 [0154] 在固定特性的界面层的这种特殊情况下，可以根据物料反射1106、1206的当前的速度VL、根据界面反射1107、1205的速度VI以及根据底部反射1108、1204的速度VB来确定如下相互关系： [0155] [0156] 其中，应用以下： [0157] εI为上方介质1103的介电常数值， [0158] μI为上方介质1103的渗透率值， [0159] εL为覆盖气氛1104的介电常数值，以及 [0160] μL为覆盖气氛1104的渗透率值。 [0161] 在经常遇到的情况中，其中覆盖气氛由空气构成，因此，在良好的近似中，以下适用于上方介质1102的特性： [0162] [0163] 基于该材料特性，从现在起可以将界面的电气距离DI转换为物理距离dI。 [0164] 可以根据上述任何方法借助于相应设计的速度确定设备7023来确定所需的速度值。借助于图12中示出的迹线的线段曲线图来确定速度会是特别有利的。 [0165] 借助于迹线曲线图，图13示出了为了获得与容器内介质的特性有关的知识、由根据本发明的物位测量设备701使用并且特别是在自学设备7027中使用的第二特殊测量情况。 [0166] 在示出的在t＝t130与t＝t131之间的时间段中，界面回波1107的迹线TI具有不为0的梯度。底部回波1108的迹线TB也包括不为0的梯度，而物位回波1106的迹线TL包括(近似)0的梯度。换句话说，在所考虑的该时间段中，底部回波和界面回波示出了明显的运动，即，它们的速度大于0，而物位回波的速度为0。回波的速度可以很容易地借助于上述方法之一来确定。 [0167] 根据这些情况，自学设备7027得出结论：在该时刻，到物料表面1110的物理距离dL并没有改变，而到界面表面1109的物理距离dI有所改变。 [0168] 在物料表面的固定性质的该特殊情况下，可以根据物料反射1106、1206的当前速度VL、根据界面反射1107、1205的速度VI以及根据底部反射1108、1204的速度VB来确定以下相互关系： [0169] [0170] 其中，应用以下： [0171] εB为下方介质1102的介电常数值 [0172] μB为下方介质1102的渗透率值 [0173] εI为上方介质1103的介电常数值 [0174] μI为上方介质1103的渗透率值 [0175] 如果已经预先确定了上方介质的介质特征εI·μI，则可以直接推断下方介质的材料特性εB·μB，这样的推断与覆盖气氛的特性无关。 [0176] 可以根据上述任何方法借助于相应设计的速度确定设备7023来确定所需的速度值。借助于如图13所示的迹线的线段曲线图来确定速度是特别有利的。 [0177] 此外，借助于迹线曲线图，图14示出了为了获得关于容器内介质的特性的知识、由根据本发明的物位测量设备701中使用并且特别是在自学设备7027中使用的第三特殊测量情况。 [0178] 在示出的在时间t＝t140与t＝t141之间的时间段中，物位回波1106的迹线TL具有与界面回波1107的迹线TI相同的梯度，其中，两个迹线均具有不为0的梯度。底部回波1108的迹线TB也包括不为0的梯度。换句话说，在所考虑的时间段中，物位回波和界面回波示出了相同速度的显著的统一运动，即，它们均以大于0的相同速度运动。回波的速度可以很容易地借助于上述方法之一来确定。 [0179] 根据这些情况，自学设备7027得出结论：上方介质的物理厚度在所考虑的时间段中保持恒定： [0180] dL-dI＝常量 [0181] 在上方介质的恒定厚度的这种特殊情况中，可以根据物料反射1106、1206的当时速度VL、根据界面反射1107、1205的速度VI以及根据底部反射1108、1204的速度VB来确定以下相互关系： [0182] [0183] 在经常遇到的情况中，其中覆盖气氛由空气构成，因此，在良好的近似中，以下应用上方介质1102的特性： [0184] [0185] 基于该材料特性，从现在起可以通过测量来自容器底部的反射来间接地推断物料表面的位置或界面表面的位置。 [0186] 可以根据上述任何方法借助于相应设计的速度确定设备7023来确定所需的速度值。借助于如图14所示的迹线的线段曲线图来确定速度是特别有利的。 [0187] 借助于至少两个回波的位置和速度来自学在界面测量中的若干个介质的介电常数值。 [0188] 迄今为止公开的用于在界面测量中确定介质特征的方法需要容器的特殊填充或清空的上述三个构象中的至少之一。此外，然而还可以通过将各个回波的位置进行组合来导出普遍有效的相互关系，根据该相互关系，可以计算容器内的物料1102、1103的介质特征或材料特征。 [0189] 从图11中所示的情况开始，对于界面测量，可以根据所获取的回波的电气距离和速度的物理原理来导出普遍有效的下式： [0190] [0191] 并且此外： [0192] [0193] 其中，应用以下： [0194] εB为下方介质1102的介电常数值 [0195] μB为下方介质1102的渗透率值 [0196] εI为上方介质1103的介电常数值 [0197] μI为上方介质1103的渗透率值 [0198] εL为覆盖气氛1104的介电常数值 [0199] μL为覆盖气氛1104的渗透率值 [0200] DB为到容器底部的回波EB1108的电气距离 [0201] DI为到界面1109的回波EI1107的电气距离 [0202] DL为到表面1110的回波EL1106的电气距离 [0203] VB为容器底部的回波EB1108的速度 [0204] VI为界面1109的回波EI1107的速度 [0205] VL为表面1110的回波EL1106的速度 [0206] dB为从物位测量设备到容器底部的距离 [0207] 从物位测量设备到容器底部的距离dB可以例如通过顾客在初始操作的情况下输入，因此是已知的。此外，在根据导向微波原理进行操作的设备的情况下，该距离对应于微波沿着它导向介质的线(cord)或探针的长度，并且出于该原因，该值可以在工厂中预设。此外，在众多的应用中，将空气用作覆盖气氛，这导致在上述方程中的 能够以良好近似下的值1代替。 [0208] 可以根据上述任何方法借助于相应设计的速度确定设备702来确定所需的速度值。借助于如图14所示的迹线的线段曲线图来确定速度是特别有利的。 [0209] 通过使用上述方程，还可以首次在界面设备中借助于单个渡越时间测量值来自动地获取容置在容器内的介质的介电常数值和渗透率值。从现在起，可以使用所述值来将电气距离转换为相关联的物理距离。此外，在知道材料特性的情况下可以进行物位的间接测量。 [0210] 在本发明中，提出了用于使用根据本发明的物位测量设备来确定容器特征和/或介质特征的不同方法。许多方法具有如下公共特征：必须预先执行将回波分类或评估为多重回波或底部回波。在已执行分类之后，主要通过使用单个回波或一组回波的速度，可以导出容器的特征值和/或容置在容器内的介质的特征值。在该上下文中，可以以各种不同的方式特别是根据在本公开内容中描述的方法来进行回波速度的确定。 [0212] 在本描述中，假设介质特征的分析只能提供所涉及的介质的渗透率值和介电常数的乘积。因为在良好的近似中对于大多数介质渗透率值可以设置为1，因此在良好的近似中，所描述的所有方法还可以用于直接获取介质的介电常数值。 [0213] 此外，描述了圆顶通道的长度和容器高度的确定。在该阶段，应当指出的是，在传感器的信号处理中，这两个值可以略微不同于可以通过测量而检查到的物理值。举例来说，可以通过参数化来改变传感器的零点。此外，例如，可以定义在包括了安装在其上的圆顶通道的一个应用中的容器高度，而在其他应用中，例如在负长度的圆顶通道情况下，该定义对于这种方式不具有意义。因此，在本发明的上下文中，应当将数值定义成与物理值具有一些关系，并且借助于该数值可以实施特殊的方法，尤其是物料层的间接测量。 [0214] 此外，应当指出的是，“包括”不排除其他元件或步骤，“一个”不排除复数个。此外，应当指出的是，参照上述示例性实施例之一所描述的特征或步骤还可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限定。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈