CN102798434B - 确定容器中边界表面的位置的特征变量的评估设备和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于确定容器（109、501、601）中的边界表面（105、108）的位置的特征变量（dL）的评估设备（701）和方法，其中，在回波曲线（204、427）中识别具有至少为一的阶（N、N1、N2）的多重回波（207、209、405、611），并且其中，基于该多重回波的位置（DML1、DML2、DMB1）和该多重回波的阶（N、N1、N2）来确定该容器中的该边界表面的位置的特征变量（dL）。

Description

确定容器中边界表面的位置的特征变量的评估设备和方法
对相关申请的引用
本申请要求2011年5月27日提交的欧洲专利申请号EP 11 167 924.7以及2011年5月27日提交的美国临时专利申请号61/490760的提交日的权益，通过引用将这两个专利申请的公开内容并入本文中。
技术领域
本发明涉及测量技术的领域；特别地，本发明涉及使用渡越时间方法进行液位测量的领域。描述了用于确定边界表面的位置的特征变量的用于液位计的评估设备、用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法、用于执行根据本发明的方法的计算机可读存储介质以及用于执行根据本发明的方法的程序单元。
背景技术
液位计具有评估电子系统和液位传感器。信号处理在评估电子系统中发生。在根据频率调制连续波（FMCW）渡越时间方法或脉冲渡越时间方法工作的液位传感器中，朝着填充材料表面的方向发射信号，例如电磁波或声波。液位传感器常常具有用于信号的有目标的发射的天线。在信号被发射之后，传感器将发射信号的反射记录为回波信号。回波可以是由来自填充材料、容器内部中的结构和容器自身的反射引起的。基于检测到的常常可作为回波曲线获得的回波信号，传感器推断存在于容器中的填充材料中的至少一个的表面或边界表面的定位或位置。
当使用声波或光波时，由液位计、特别是其传感器产生的信号通常朝着要测量的填充材料表面的方向自由地传播。在使用雷达波来测量填充材料表面的仪器中，将朝着要测量的介质的方向的自由传播以及在将雷达波从液位计传导至介质的空心导体的内部之内的传播纳入考虑。在根据导微波原理工作的仪器中，高频信号沿着波导朝着介质传导。
到达信号的一部分、特别是信号能量的一部分在要测量的介质或块体材料的表面上或者通常在要测量的边界表面上被反射，并在适当的渡越时间之后返回到液位计，在那里，其可以被液位计的传感器检测。未被反射的信号分量、特别是包含在信号中的能量的未被反射分量透入介质或填充材料中，并朝着容器底部的方向在介质中进一步传播，与介质的物理性质相对应。容器底部通常与液位计相对地定位。透入介质中的信号以与在边界表面上相同的方式在容器底部上被反射，并在再一次通过介质并且可能通过上覆空气之后返回到液位计，在那里，其可以被液位计的传感器记录。液位计接收在各种位置处被反射的信号，并且根据各种方法、基于这些信号来确定液位计与填充材料之间的距离。
Peter Devine的标题为“Radar Level Measurement:the User’s Guide”、ISBN为0-9538920-0-X的书描述了雷达液位传感器的设计原理。
公布文献DE 10 2004 052 110A1描述了一种用于测量填充液位的方法，其中，基于回波的至少一个性质（比如渡越时间的变化）来确定特征变量，基于该方法将回波分类。
公布文献DE 10 2006 019191描述了一种用于确定和监视容器中的填充液位的方法。
公布文献WO 2010/071564A1描述了波导上的已知位置处的参考阻抗以便反射电磁信号的一部分。
公布文献US 2008/0060431描述了在距底部的距离已知的情况下经由底部反射来确定填充液位。
公布文献DE 198 24 267A1描述了一种用于识别有用回波和乱真回波的方法，其中，针对各单独回波确定速度量度，并比较各种回波的速度量度以便在回波评估中使用比较的结果。
公布文献US 5,438,867描述了一种用于测量容器中的液体的液位的方法，其中，乱真信号、特别是在底部上被反射的信号被滤出或者被测量技术纳入考虑。
公布文献WO 03/016835描述了一种用于通过将测量曲线与参考信号数据相比较来评估测量信号的方法。
公布文献WO 2009/037000描述了使用跟踪方法进行回波跟踪。
公布文献EP 2 166 320A2描述了使用高阶模式的反射来估计主模式的反射位置。
然而，这些文献都没有描述分界面位置的高效测量。
发明内容
本发明涉及具有以下特征的主题。
描述了一种用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的用于液位计的评估设备、一种用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法、一种在其上存储了用于执行根据本发明的方法的程序的计算机可读存储介质以及一种用于执行根据本发明的方法的程序单元。
根据本发明的一方面，为液位计提供了一种评估设备来确定容器中的边界表面的位置的特征变量。该评估设备具有用于接收并评估回波曲线的回波曲线评估装置。该评估设备还具有用于提供分界面的位置的特征变量的输出装置。在一个例子中，该评估设备可以具有用于输入环境参数的输入装置。此输入装置可以被设计为参数确定单元并且自动地确定参数的至少一部分。
根据一方面，特征变量可以是回波位置和/或边界表面的位置的量度。特别地，特征变量可以是例如被表达为在每种情况下距参考表面的物理距离或电气距离的回波位置。
输出装置连接到回波曲线评估装置。另外，回波曲线评估装置被配置成识别回波曲线中的至少一个多重回波（multiple echo）并确定该至少一个多重回波的位置，以及确定该多重回波的阶。要识别的多重回波具有至少为一的阶。因此，在评估设备中被用作用于确定边界表面的位置的特征变量的基础的多重回波可以是至少一个一阶多重回波或高于一阶的多重回波。换言之，回波曲线评估装置有可能可以不将零阶回波纳入考虑。
回波曲线评估装置还被配置成基于多重回波的位置和所确定的此多重回波的阶以及（如果存在的话）所提供的一个或多个环境参数来确定容器中的边界表面的位置的特征变量。这种根据已认定的和/或输入的参数对特征变量的确定可以通过计算来执行。可以将所确定的特征变量提供给输出装置以供进一步处理。
在本发明的另一例子中，可以将边界表面的位置的特征变量提供为回波特征值，条件是该回波特征值与多重回波相关联。因此，可能已针对该回波特征值确定了该回波特征值与该多重回波相关联。多重回波的这种回波特征值可以是例如距参考位置的距离、多重回波的起点和末尾、多重回波的幅度或者还有多重回波的近似位置。回波特征值可以被现有测量装置用于测量回波，该现有测量装置能够作出根据为至少一阶的准则多重回波来获得经滤波的回波特征值的假设。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法来确定容器中的边界表面的位置的特征变量。该方法包括接收回波曲线、识别回波曲线中的多重回波、以及确定多重回波的位置并确定此多重回波的阶。在一个例子中，该方法可以包括环境参数的输入。所确定的多重回波是至少一阶的，使得低于一阶的多重回波、例如零阶多重回波不被纳入考虑、被滤出或被丢弃。
基于所确定的多重回波的位置和所确定的多重回波的阶以及环境参数或多个输入的和/或习知的环境参数来确定容器中的边界表面的位置的特征变量，该特征变量可以随后提供。
根据本发明的另一方面，提供了一种在其上存储了程序的计算机可读存储介质，该程序当在处理器上被执行时执行所述用于确定容器中的分界面的位置的特征变量的方法。
计算机可读存储介质可以是存储芯片、CD或DVD，或者还可以是计算机网络，可以从该计算机网络检索所存储的程序。
根据本发明的另一方面，提供了一种程序单元，其当在处理器上被执行时执行所述用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法。
多重回波可以是反射信号，其在被接收到之前已在顶篷表面上被反射了至少一次。顶篷表面可以与要确定其位置的边界表面基本上相对地定位。换言之，顶篷表面可以位于从边界表面反射的信号的相对于边界表面的传播方向上。如果顶篷表面是容器盖，则传感器、即信号的发射器和/或接收器可以位于顶篷表面的区域中。顶篷表面可以与容器的底表面相对地定位。
多重回波还可以被称为多支回波（manifold echo）。多重回波的阶可以对应于顶篷表面上的反射次数。多重回波的阶还可以对应于发射信号在容器中的要测量的填充材料的边界表面或介质表面上的反射次数减去值1。与混合的多重回波形成对比，被所述方法或所述设备纳入考虑的多重回波可能已在基本上同一个边界表面上反射多次。对于被识别出的多重回波，回波曲线评估装置因此可以被配置成确定多重回波已从基本上同一个分界面反射。
零阶多重回波可以被称为直接回波或主回波，而高于零阶的多重回波可以被称为间接回波。由于所述方法和所述设备可以基本上仅将高于零阶的多重回波纳入考虑，所以所述方法和所述设备可以用来间接地测量填充材料表面或边界表面的位置。然而，例如当要比较从两种方法获得的结果时，也可以将间接测量结果与直接测量结果相组合。
填充材料（填充负荷）可以是被填充到容器中并在容器之内形成反射表面的材料。填充材料可以是流体、气体或块体材料（块体固体）。
回波曲线、回波图或反射图可以表示由发射信号因各种反射器上的反射而产生的接收信号的随时间的变化。时间图是表示和评估这些反射的一种形式。可使用各种方法计量得到的回波可以作为峰或高程在时间图中可见。确定相关信号可以涉及以如下方式认定回波曲线中的该多个峰：即，使得有可能得到关于哪个接收回波信号对应于填充液位而并非由干扰引起的结论。
评估设备可以具有用于接收回波曲线的输入接口，并且评估设备、特别是其输出装置可以具有用于提供边界表面的位置的所确定的特征变量的输出接口。
这些接口可以是例如根据集成电路间（I2C）标准、HART标准、现场总线标准、Profibus标准、RS232标准或通用串行总线（USB）标准工作的测量技术中的标准接口。测量技术的标准接口的存在还允许评估设备被配置成将现有测量装置、特别是现有液位计或现场装置扩展为具有用于间接地确定容器中的边界表面的位置的特征变量的适当功能。评估设备因此还可以被提供为用于现有液位计的改型套件。
根据本发明的又一方面，回波曲线评估装置可以被配置成基于回波曲线确定又一个多重回波及其位置以及其阶。
另外，回波曲线评估装置可以被配置成通过将该又一个多重回波的位置和该又一个多重回波的阶与该多重回波的位置和该多重回波的阶相联系来确定容器中的边界表面的位置的特征变量、并经由输出装置提供该特征变量。
在确定该又一个多重回波时，在一个例子中，可以确保两个多重回波都已从同一边界表面反射。
通过与已发现的阶相结合地评估高于零阶的两个不同的多重反射来确定所寻求的特征变量可以允许使用电气距离值来认定特征变量，由此避免了认定物理距离值的需要。由此可以避免使用物理距离值来确定经完全补偿的回波曲线。
根据本发明的另一方面，在该至少一个多重回波的产生中可以涉及至少一个表面，该至少一个表面选自于由一个边界表面、又一个边界表面、至少两个不同填充材料之间的边界表面和底表面构成的表面组。
由于能够在容器之内形成的所有边界表面都可以被用于位置确定，所以计算可以不依赖于识别直接源自于填充材料表面的回波。确保被用于该确定的回波源自于同一表面因此可能基本上是足够的。该又一个多重回波的阶可以高于该多重回波的阶。该多重回波和该又一个多重回波可以源自于同一发射信号以及源自于同一边界表面上的反射。
根据本发明的另一方面，回波曲线评估装置可以在确定边界表面的位置的特征变量时将至少一个环境参数纳入考虑。该至少一个环境参数可选自于由[i]填充材料的相对电容率、[ii]填充材料的相对磁导率、[iii]上覆空气的相对电容率、[iv]上覆空气的相对磁导率、[v]又一个填充材料的相对电容率、[vi]又一个填充材料的相对磁导率、[vii]穹顶轴长度、[viii]负穹顶轴长度、[ix]容器高度以及传感器与大厅顶篷的距离构成的环境参数组。
可以在评估设备处提供输入装置来输入环境参数。输入一个或多个环境参数可以提供描述容器中的状态的物理边界条件。特别地，环境参数可以描述容器的几何、传感器的位置以及发射信号所通过的材料的材料性质以及材料的几何。
根据本发明的另一方面，评估设备可以具有用于确定至少一个环境参数的参数确定装置。
参数确定装置可以独立地、以自动学习方式并自动地确定该至少一个环境参数，例如容器高度、穹顶轴长度或负穹顶轴长度以及材料性质，比如填充材料的相对磁导率或相对电容率。参数确定装置可以例如是另外还连接到液位计或评估设备的传感器。输入装置可以包括参数确定装置。参数确定装置可以允许至少一个环境参数的自动确定。如果这种参数确定装置不存在，则可以例如使用键盘、按钮、计算机或手持式装置来人工地输入该至少一个环境参数。
根据本发明的又一方面，评估设备可以具有用于在多个测量周期内跟踪回波的跟踪装置。测量周期可以是在其内认定回波曲线的时间间隔。由此可以获得沿着时间轴的单独回波曲线的序列。
跟踪装置可以记录、存储和/或显示多个测量周期内的多重回波曲线或回波。可以通过在多个测量周期内跟踪回波来确定一个回波与另一个回波的交叉、出现和/或消失。
根据本发明的另一方面，输出装置可以具有用于提供信号的至少一个接口，该信号被配置成显示质量参数，比如回波损耗、测量结果的质量、测量结果的重要性和/或被识别出的多重回波的类型。
借助于此接口，可以例如向液位计通知所确定的特征值的质量。液位计又可以在例如显示装置上显示此质量。可以在使用诸如直接回波确定的其它评估方法不能获得结果的情况下使用评估设备。这种显示装置可以被提供用于向用户通知这种情况的存在，并向用户通知液位计正使用所提议的专门用于确定边界表面的位置的评估设备。
根据本发明的另一方面，可以描述一种根据渡越时间测量的原理来检测回波曲线的液位计。此液位计可以具有根据本发明的用于确定容器中的分界面的位置的特征变量的评估设备。液位计可以被配置成将检测到的回波曲线传送到评估设备以获得分界面位置的特征变量；液位计还可以被配置成基于从评估设备获得的分界面位置的特征变量来确定填充液位。
根据本发明的又一方面，液位计具有用于确定填充液位的边界表面的位置的又一个特征变量的至少一个附加评估设备，该附加评估设备与根据本发明的评估设备相组合地工作，其确定并评估存在的多重回波。该附加评估设备可以使用一种用于确定边界表面的位置的方法，该方法不同于多重回波的确定。
具有多个评估设备的此液位计可以包括判定装置。该至少一个附加评估设备中的每一个和评估设备可以使用不同的原理来确定边界表面的位置的特定特征值或特征变量。判定装置可以连接到该至少一个附加评估设备中的每一个和评估设备。判定装置可以被配置成从评估设备获得边界表面的位置的已认定的特征变量。代替多个分开的评估设备，根据本发明的另一方面，根据本发明的评估设备可以根据不同的原理来认定特征变量，并将已认定的结果分开地传达到判定装置。评估设备可以在例如由判定装置控制的可预定义序列中使用不同的原理。然而，在一个例子中，判定设备或判定装置还可以确定获得基本上最佳的结果的特定测量原理，并将此结果用于确定边界表面的位置。
在一个例子中，可以提供这样的液位计或极限液位计：其基本上仅包括根据本发明的评估设备，并且其由此使用多重回波的识别来确定填充液位或极限液位。
根据本发明的另一方面，单独的评估设备可以使用特定评估设备向液位计传达质量参数、信号或用于回波的可见性的显示。借助于这种信号，特定评估设备能够根据其所使用的原理传达回波是否已被识别，即，回波是否是可见的。还可以传达由特定评估设备确定的结果的质量，即，已认定的结果的可靠性。
判定装置可以使用经由这种信号传达的信息来将来自评估设备的所确定的特征变量按优先级排序。由此，判定装置被配置成选择评估设备中的至少一个、并基于由所选评估设备提供的特征变量来确定填充液位。然而，还可以根据预定义准则来将评估设备按优先级排序。如果第一命名参数是可用的，即，如果由评估设备提供的方法所确定的回波是可见的，则由给定评估设备提供的特征变量相比于由另一评估设备提供的特征变量而言是优选的。由此，可以由询问评估设备的序列来设置优先级。可替选地，除了这种线性处理之外，可设想并行处理。
取决于存在的数据的质量，可以使用附加的或不同的评估设备来允许从液位计递送良好的测量结果。还可以执行根据各种原理的测量以便验证以及进行测量结果的合理性检查。
可以通过评估源自于填充材料表面的多重反射来增大几乎完全满的容器的液位测量的准确度。另外，当在容器中存在干扰反射时，可以增大液位测量的准确度。可以通过间接地测量可以源自于容器底部的多重反射来增大用于几乎空的容器的液位测量的准确度。判定装置可以被配置成识别存在的特定情况并选择适当的测量方法。
根据本发明的另一方面，判定装置可以被配置成指示用于确定填充液位的质量。例如，可以在液位计处提供显示设备，在其上，数字值或模拟值（例如光信号）向液位计的用户通知填充液位的所确定的位置的质量。为此目的，液位计可以评估由回波评估装置提供给评估设备的质量参数。
根据本发明的另一方面，所述用于液位测量的方法通过执行渡越时间测量来检测回波曲线，并使用所述用于确定边界表面的位置的特征变量的方法、通过评估检测到的回波曲线来确定容器中的边界表面的位置的特征变量。另外，基于边界表面的位置的特征变量来确定填充液位。可以转换信号值以便确定边界表面的位置。
根据本发明的另一方面，所述用于液位测量的方法可以包括提供用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的至少一种附加方法。各种方法可以使用不同的原理来确定边界表面的位置的特征变量。可以选择适当的特定方法，并且可以使用所选方法、基于边界表面的位置的特征变量来确定填充液位。
用于各方法的不同原理可以表示边界表面的直接测量、又一个边界表面的测量或底部回波的测量。
在被提供用于确定容器中的分离层的和/或填充液位的位置的液位计中可以看出本发明的又一方面，液位计具有用于检测至少一个回波曲线的回波曲线检测装置，该至少一个回波曲线描绘了沿着从液位计到容器并返回的距离的反射状况。回波曲线检测装置可以具有传感器。液位计还可以具有用于评估该至少一个回波曲线的评估设备，该评估设备识别回波曲线中的至少一个回波，并且该至少一个回波沿着从液位计到容器并返回的距离、在包含在容器中的至少一个填充材料的同一边界表面处被反射至少两次。另外，液位计可以具有用于确定容器中的分离层的和/或填充液位的位置的测量装置，容器中的分离层的和/或填充液位的位置是根据用于确定位置的至少一个被识别出的回波的位置在数学上认定的。
根据本发明的又一方面，包含在容器中的至少一个填充材料的边界表面可以由相对于上覆空气而言最上部的填充材料的表面来表示。
根据本发明的又一方面，包含在容器中的至少一个填充材料的边界表面可以由容器中的两个不同填充材料之间的分离层来表示。
根据本发明的又一方面，包含在容器中的至少一个填充材料的边界表面可以由容器的底部来表示。
应指出，已参考不同的主题描述了本发明的不同方面。特别地，参照装置特征描述了本发明的某些方面，同时参照方法特征描述了本发明的其它方面。然而，本领域的技术人员能够从前面的描述和以下描述结论处除非另外说明，否则除属于主题种类的特征的任何组合之外，涉及主题的不同种类的特征的任何组合也被视为是由本文公开的。特别地，装置特征与方法特征的组合被视为被公开。
附图说明
下面参考附图描述本发明的更多示例性实施例。
图1示出用于本发明的更好理解的容器上的液位计的布置。
图2示出用于本发明的更好理解的用于回波信号处理的回波曲线的三个不同的比例缩放。
图3示出用于本发明的更好理解的用于间接地确定填充液位的回波曲线以及用于液位测量的布置。
图4示出根据本发明的一个示例性实施例的具有多个多重回波的回波曲线以及用于液位测量的布置。
图5示出根据本发明的一个示例性实施例的具有已安装的穹顶轴的容器中的回波曲线以及用于液位测量的布置。
图6示出根据本发明的一个示例性实施例的开放容器中的回波曲线以及用于液位测量的布置。
图7示出根据本发明的一个示例性实施例的液位计的框图。
图8示出根据本发明的一个示例性实施例的用于液位测量的方法的流程图。
图9示出根据本发明的一个示例性实施例的用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法的流程图。
具体实施方式
图中的图示是示意性的且不按比例。在图1至图9的以下描述中，相同的附图标记被用于相同或对应的要素。
在所有类型的距离或填充液位的测量中，可以使用本发明来确定填充材料表面的位置。可以以模拟形式（例如经由4…20mA接口）或者还以数字形式（例如经由现场总线）提供使用评估设备、方法或液位计确定的距填充材料的距离。为了进行提供，可以使用外部接口，经由该外部接口，又一个外部装置可以在评估设备之外访问分离层或边界层的位置的特征变量。例如，可以提供分离层距液位计或距参考表面的距离。换言之，可以将给定的特征变量传达到另一装置以供进一步处理。
对于容器中的液位测量而言，在从液位计朝着由介质形成的填充材料的填充材料表面的路径上，被用于测量的信号可以在可被称为上覆介质的又一个介质的影响区域中移动。此上覆介质位于液位计与要测量的介质的表面之间，并且通常由液体或气体空气形成。
通常，要测量的介质之上存在空气，而介质自身可以是流体或块体材料。由于电磁波在空气中的传播仅可忽略地不同于在真空中的传播，所以基本上不需要对被反射从而从填充材料、即要测量的介质、容器内部的结构和容器自身通过空气返回到液位计的信号进行特殊校正。
在化学工业中的处理容器中，各种化学气体和气体混合物例如可以作为上覆介质而出现。根据这些气体或气体混合物的物理性质，电磁波的传播性质与在真空或空气中的传播相比已改变。
为了简单起见，以下讨论基本上集中于容器中的要测量的单个介质或填充材料的频繁发生的应用。不失一般性，可以将针对此情况所述的考虑应用于在容器中使用两个或更多不同介质或填充材料的应用。关于分离层测量，填充材料表面的位置还可以特别是容器中的两个不同的分层介质或填充材料之间的分离层的位置，其与在底部处的填充材料表面的或两个填充材料或介质（一个更接近于底部）的位置基本上相同。
已开发了用于液位测量的各种方法，根据这些方法可以确定容器中的填充材料表面的位置。
图1示出用于本发明的更好理解的用于液位测量的布置。容器109被填充以液体106至填充高度dB–dL。用dL来表示液体106距容器顶篷120的距离，并且用dB来表示从容器顶篷120至容器底部108的距离。容器顶篷表示一般参考表面，从该一般参考表面发射信号并在该一般参考表面接收反射信号。该参考表面可以是液位传感器存在于其上的表面。该参考表面由此可以位于测量布置的区域中，在此处开始，存在电子形式的反射信号，并且在此处开始，信号处理开始。液体106之上的空间107、即容器顶篷120与液体表面105之间的空间被填充以例如空气。在图1的本例子中，液体106被作为上覆介质的空气覆盖。
借助于高频单元102，液位计101生成电磁脉冲103并将电磁脉冲耦合到适当的天线104中，于是，此脉冲朝着要测量的填充材料表面105的方向近似地以光速传播。上覆介质内的基本上准确的速度得自于：
其中，c0是真空中的光速，εL是上覆介质的相对电容率，且μL是上覆介质的相对磁导率。
准确或实际速度由此将上覆介质107中的真空中的光速的变化纳入考虑。
填充材料表面105反射到达信号能量的至少一部分，由此，反射信号分量传播回到液位计101。未被反射的信号分量透入液体106中，并在其中朝着容器底部108的方向以大大减小的速度传播。电磁波104在液体106内的速度cM是由液体106的材料性质规定的。
其中，c0是真空中的光速，εM是液体的相对电容率，且μM是液体的相对磁导率。其余信号分量同样地在容器109的底部108上被反射，并在适当的渡越时间之后返回到液位计101。到来的信号借助于传感器在液位计中被接收到、使用高频单元102被准备、并被优选地变换成低频中频范围（IF）。在一个实施例中，可以将信号绘制为某个时间间隔内的模拟曲线或模拟回波曲线。此时间间隔确定测量周期。借助于模数转换器单元110，由高频单元102提供的模拟回波曲线被数字化并被提供给评估设备111。
被用于提供数字化回波曲线的上述部件、即特别是高频单元102和模数转换器单元110可以例如定义液位计101的回波曲线检测装置102、110。
在确定回波特征值例如回波位置时，可以在粗确定与细确定之间进行区分。在粗确定中，基本上仅回波的近似位置可能是感兴趣的。经粗确定的值可以被用于快速合理性检查。可以以降低的计算能力来执行粗确定。一旦基本上精确或准确的位置是感兴趣的，则可以执行细确定，并且可以确定基本上准确的位置。经粗确定的回波位置的准确度可以小于经精确确定的回波位置的准确度。另一方面，用于准确回波位置的确定速度可以低于用于粗回波位置的确定速度。
评估设备111分析数字化回波曲线，并基于包含在其中的回波、根据各种回波评估方法来确定已由填充材料表面105上的反射生成的回波。另外，在本例子中也可以被用作测量装置111或计量装置111的评估设备111在测量准确度的极限内确定距此回波的准确电气距离。此外，以使得上覆介质107对电磁波传播的影响被补偿的方式对所确定的距回波的电气距离进行校正，由此允许提供物理距离值。以这种方式计算出的距填充材料的经补偿的距离被传递给输出装置112，输出装置112根据用户的指定进一步处理已认定的值，例如通过线性化、偏移校正或到填充高度dB–dL的转换。经处理的测量值被向外提供给外部通信接口113。可以使用任何已建立起来的接口，特别是4…20mA电流接口、诸如HART、Profibus、Fieldbus Foundation（FF）、I2C的工业现场总线或者还有诸如RS 232、RS485、USB、以太网或FireWire的计算机接口。
图2详细地图示了在回波信号处理的范围内在评估装置111中被用于补偿各种介质的影响的三个步骤。
这些步骤对应于回波曲线的三个曲线进展。曲线201示出随着时间t变化的由模数转换器单元110检测到的数字化回波曲线204。特别地，曲线进展示出一个测量周期内的回波曲线。曲线201在时间刻度t上以dB为单位示出所记录的信号幅度。回波曲线201最初包含在天线内反射的发射器脉冲205的分量，也称为天线响铃（ringing）205。时间点tL之后不久，检测到由信号分量在边界表面105、分离表面105或容器中的介质106的表面105上的反射引起的第一回波206。附加回波207作为填充材料回波206的第一多重回波EML1产生，并在时间点tML被检测到。透入介质106中的信号分量在通过填充材料106之后在容器底部108上被反射，并在回波曲线204内产生又一个回波208。此底部回波208在时间点tB被检测到。另外，在时间点tMB处可以检测到底部回波的多重回波209。
时间相关曲线201在第一处理步骤中被变换成距离相关曲线202。在此变换期间，假设检测到的曲线基本上由于在真空中的传播而形成。通过乘以真空中的光速，图示201的坐标被转换成距离轴，例如具有单位m。另外，通过建立偏移，由天线104引起的回波205获取距离值0m。此外，将距离值乘以0.5的因子以消除朝着填充材料表面105并返回的双重路径。
第二图示202示出作为电气距离D的函数的回波曲线210。该电气距离对应于电磁波在给定时间段内在真空中行进的距离的一半。电气距离基本上不将可能导致电磁波的较慢传播的介质的影响纳入考虑。曲线202因此表示未经补偿、但被参考于多个位置的回波曲线。
在本文中，用大写字母D来表示电气距离，而用小写字母d来表示可以出于验证目的在容器处直接测量的物理距离。
另外，可以完全补偿回波曲线210以便将各种介质中的不同传播速度纳入考虑。第三图示203示出经完全补偿的回波曲线211。为了获得物理距离之上的回波的图示，在本情形中，将曲线202的位置0与DL之间的区域中的上覆介质107的影响纳入考虑。位置0可以涉及参考表面120或者由顾客指定和输入的测量的零点。可以将此零点提供为例如环境参数。在0与DL之间的横坐标上的电气距离信息Di根据以下关系式被转换成物理距离信息di：
由于空气的εL和μL是在良好的近似中对应于值1，所以在本例子中，对于从0至DL的此段而言基本上不需要校正。然而，等于或大于DL（填充材料表面105的电气距离）的横坐标上的电气距离信息根据以下关系式被转换成物理距离信息：
最后，回波曲线的第三图示203示出经校正的曲线或经完全补偿的曲线。距来自填充材料表面105的回波206的距离dL以及距由容器底部108产生的回波208的距离dB与可以出于验证目的在容器109处测量出的距离相匹配。不能出于验证目的在容器处直接测量与填充材料表面的多重回波207、特别是距高于零阶的多重回波的距离，因为以上补偿仅对直接反射是有效的。这同样适用于容器底部108上的反射的多重回波209。
在这里应注意，在信号处理范围内可以基本上针对所有回波在装置中执行到曲线202的转换，即，各种回波的电气距离或位置的确定。通常不执行被按照电气距离比例缩放了的回波曲线210到经补偿的回波曲线211的转换；回波的单个距离值或位置的校正是足够的。换言之，当回波曲线的并非所有值、而只是实际感兴趣的位置值被完全补偿时，可以节省计算能力。
对于来自图1的应用而言，由于空气的相对电容率和相对磁导率的预先已知的值，实际上不产生关于液位计101的传感器与填充材料表面105之间的距离dL的显著问题。在本文中，基本上假设：例如在由用户例如使用用于环境参数的输入装置（图1中未示出）输入之后，存在于容器中的介质的性质、特别是相对磁导率和相对电容率在装置101内是已知的。
除人工地输入环境参数之外，可以使用各种方法或传感器来自动地确定这些参数；因此，例如，可以自动地确定容器109的高度dB。用于自动地确定参数的这些方法可以与用于确定分离层的位置的特征变量的方法相组合地使用。
另外，可以通过确定由容器底部108引起的回波208的位置来认定由填充材料106的表面105引起的回波的位置dL。
即使当填充材料表面105的直接回波EL 206不存在时，也可以基于底部回波EB 208的电气距离DB来间接地确定距要测量的介质106的表面105的物理距离dL，如下：
在特殊情况下例如当主回波EL206与另一反射交叠时，可使用上式。
图3图示了基于底部回波EB对填充材料表面105的位置的间接确定的使用。图3所示的容器109几乎完全填充以填充材料106；即dL是非常小的。除了由天线104产生的回波302之外，由液位计101检测到的回波曲线301仅包括由容器底部产生的底部回波303。基于检测到的回波曲线301不能可靠地检测到由介质106的表面产生的回波了，这是因为如下事实：在天线回波302的影响区域中，其被天线回波完全交叠。换言之，直接回波是不可见的。借助于直接回波测量，不能令人满意地确定距填充材料表面的距离dL。然而，使用来自公式（5）的上述事实、使用可从回波曲线301认定的电气距离DB，可以基于底部回波303的位置以间接方式基本上准确地确定填充液位的位置。
然而，上述方法在多个实际应用中达到其极限。由于介质106内的高度阻尼，信号的幅度和因此的所记录的回波可能随着容器109中的介质106的填充高度的增大而逐渐变小。结果，可能非常难以基于回波曲线301来识别底部回波303，直到底部回波不再可见的点被到达。由于弱信号，液位计可能不再能够借助于底部回波来确定距填充材料表面的距离。
本发明的一方面可以是提供一种用于确定填充材料表面的位置的稳健方法。本发明的核心方面可以是评估包含在检测到的回波曲线中的多重回波。换言之，可以使用多重回波的间接测量结果来确定填充材料表面或分离层的位置。因此，可以提供能够在其它方法不再提供有意义的结果时确定边界层的位置的方法。
图4图示了可以导致多重回波的形成的关系。
根据本发明的液位计401被定位成使其传感器425在参考表面120上。传感器425将液位计401的天线424用于由传感器产生的信号402的定向传播，并帮助传感器425接收反射信号。液位计401、特别是传感器425产生电磁脉冲402并将其朝着要测量的填充材料表面105的方向发射。时间-位置图426中的信号箭头403图示了作为物理距离d随时间t的函数的信号的传播。时间-回波曲线指示随时间变化的未经补偿的回波曲线，其可以随物理距离d的变化而描绘在经补偿的回波曲线上。
发射信号402的一部分在填充材料106的表面105上被反射，并在适当的渡越时间之后返回到液位计401，表面105形成填充材料106相对于上覆空气107的边界表面105或分离表面105。信号路径404图示了此传播路径。基于接收到的信号，液位计401形成回波曲线427，回波曲线427具有作为信号路径403和404的结果的第一回波EL206、直接回波EL206、零阶多重回波EL 206或主回波EL206。信号的一部分例如在容器顶篷120上或液位计401上被再一次反射，并再一次朝着由信号箭头406指示的填充材料表面105的方向传播。此信号分量再一次从填充材料表面反射，并在适当的渡越时间之后返回到液位计401，在那里，其被检测为填充材料反射EL206的第一多重回波EML1207，并在回波曲线427上被描绘为幅度增加207或峰207。信号路径407图示第一多重回波EML1的产生过程。
未在填充材料表面105上被反射的照射信号能量402的一部分408透入介质106中并在其中朝着容器底部108的方向以减小的速度进一步传播，容器底部108同样地限定介质或填充材料的边界表面。信号408在容器底部108上被反射，并在适当的渡越时间之后返回到液位计401。信号路径403、408、409和410图示了信号在底部回波EB的此路径上的传播。应当注意，信号在各种介质107、106中以不同的速度传播，这从信号路径图中的信号路径409、410的不同斜率容易看出。液位计401接收从容器底部108反射的信号分量，并将它们以底部回波EB 208的形式在回波曲线427中描绘。
类似于填充液位回波206的多重回波207的形成，在适宜条件下，还可以观察到底部回波的一个或多个多重回波EMB1、EMB2（EMB2未在图4中示出）的形成。信号路径411、412、413、414图示底部回波EB 208的第一多重回波EMB1209的发生，其在适当的渡越时间之后被同样地描绘在由液位计401接收到的回波曲线427中。
在本发明的上下文中，介质或填充材料的边界表面105可以是填充材料的表面。填充材料的边界表面还可以是向具有不同材料性质的容器中的另一个填充材料的过渡处的分离层或分离表面。此外，填充材料的边界表面可以是从填充材料到容器底部108的过渡。
原则上，可以设计高阶多重回波。在这方面，信号路径图426以指示的方式示出了信号路径417和418，其适合于基于填充材料表面105上的反射来生成二阶多重回波EML2。对应的高阶多重回波对于容器底部上的反射而言也是可能的。不失一般性，以下描述基本上针对一阶多重回波。使用上述原理，基于一阶多重回波讨论的考虑可以应用于高阶多重回波。
多重回波的阶被定义为发射信号在容器中的要测量的填充材料的介质表面上的反射次数减去至1。根据此命名法，回波EL206与零阶多重回波相同，而回波EML1207与一阶多重回波相同，并且EML2405与二阶多重回波相同。
另外，可设想混合的信号路径，其导致接收到的回波曲线内的又一些回波。因此可以例如使信号在穿过信号路径406之后透入介质中并朝着容器底部的方向传播。此外，还可以例如使信号能量的一部分在穿过信号路径411之后从填充材料表面反射，并再一次直接朝着液位计的方向传播。在本发明的范围内，仅在可以检测混合的信号路径的程度上进一步考虑混合的信号路径。由于基于一阶多重回波示出的本发明的步骤可以应用于混合的多重回波，所以在这里未更详细地讨论混合的多重回波。在本文中，混合的多重回波被定义为由在填充材料的至少两个不同边界表面上具有至少两次反射的信号路径引起的回波曲线的回波。换言之，由液位计产生的信号的信号路径可以在容器中的填充材料的至少两个不同边界表面上被反射。为了清楚起见，在图4中未示出混合的多重回波。
虽然根据图4的布置基于将液位计401、特别是传感器425基本上安装在容器顶篷120上，但还可以在具有已安装的穹顶轴的容器中或上使用液位计401且特别是评估设备。
图5示出在具有已安装的穹顶轴503的这种容器501中使用根据本发明的测量装置401的一个示例性实施例。液位计401未被直接安装在容器顶篷120的高度处，而是位于穹顶轴503中、穹顶轴盖502上。穹顶轴具有dD>0的物理长度。穹顶轴503中或上的液位计的安装位置可影响多重回波的形成。传感器425被安装在穹顶轴盖502的高度处，并由此指定用于距离测量的参考平面502。在偏移中可以将参考面的此移位纳入考虑。特别地，反射平面120基本上不再与测量平面502或参考平面502重合。穹顶轴可以是矩形或圆筒形的。信号路径图504图示了本情形中的多重回波的形成。由液位计401产生的信号103最初传播通过穹顶轴503和实际容器，并朝着介质505的表面105。信号路径506图示了此传播路径。介质反射信号，由此，信号朝着液位计401的方向传播。由于穹顶轴503中的开口513相对于容器顶篷120而言是小的，信号的仅一小部分被描绘为回波曲线514上的填充液位回波EL515。信号路径507和508图示了此过程。信号能量的大得多的部分在容器顶篷120上被反射并经由信号路径509可选地以受阻尼的形式返回到填充材料表面105。以这种方式，在信号路径509、510和511上的通过之后，在回波曲线514上描绘第一多重回波EML1516。所呈现的穹顶轴关系还对应地适用于高阶多重回波，如信号路径512所示，以及底部反射的多重回波。穹顶轴还可被命名为人孔坑。
在工业应用中，还存在允许作为引入负穹顶轴长度的结果而确定多重回波的配置。图6示出关联的应用。根据本发明的液位计401被安装在顶部开放的容器601之上，整个测量系统位于大厅中，例如，使得可以将例如采取扁平金属屋顶602的形式的反射表面602定位于系统之上。换言之，液位计401连同传感器425一起在信号发射方向上被安装在容器601的与填充材料505的表面相对的一侧、容器几何之外。容器601在面对液位计401的方向上具有开放的、即无盖的设计。容器601的此开放设计允许液位计401即使在液位计被安装在容器601之外时也朝着填充材料505的表面发射信号103。出于此目的，液位计以使得发射信号103与填充材料505的表面基本上垂直并且在到填充材料505的方向上移动的方式来定位。液位计401在竖直方向上、即在沿着信号传播的平面上的安装地点指定传感器425的高度处的参考平面603。参考平面与信号传播方向基本上垂直地延伸。参考平面可以基本上位于液位计的底部上，即，液位计的传感器的一侧。传感器的安装地点规定了参考平面603的位置。液位计以及因此传感器425位于填充材料505与反射平面602之间。在液位计401中的信号处理的过程中，液位计401的参考平面603距大厅屋顶602的距离dD作为具有dD<0的物理长度的负穹顶轴长度613而被纳入考虑。在本发明的上下文中，包括液位计、容器和大厅屋顶的系统因此可以具有穹顶轴，其可以具有负长度。换言之，对于液位计401在开放容器与反射平面602之间的布置而言，可以将反射平面602距参考平面的距离视为负穹顶轴长度dD。
当然后由液位计401进行测量时，得到根据信号路径图604的图示的信号路径。由信号路径605和606图示的填充材料表面上的直接反射被描绘为回波曲线中的填充液位回波EL。信号606在其作为信号607进一步传播到反射表面602之前到达液位计401。信号能量的大部分传播到大厅屋顶602，从那里反射，并在填充材料表面上的再次反射之后导致回波曲线612内的第一多重回波EML1611。导致此回波的信号传播由信号路径607、608和609指示。
在图7中更详细地图示了根据本发明的液位计401的内部设计。用于发射和接收信号402的传感器425连接到高频单元102，高频单元102又连接到模数转换器单元（A/D转换器）110。被A/D转换器数字化后的信号、特别是回波曲线经由接收装置703、例如经由现场装置接口703或经由测量装置接口703被提供给评估设备701的回波曲线评估装置704。液位计可以具有多个评估设备，该多个评估设备具有根据不同的原理工作的其它回波评估装置704’、704”。回波曲线评估装置704经由例如输入装置702和/或自动学习装置来接收环境参数。经由输出装置112，回波曲线评估装置704提供其已针对边界表面的位置确定的参数。输出装置112可以具有用于向又一个处理装置（图7中未示出）提供边界表面的位置的特征变量。可以经由输出装置112以及经由外部接口113来传达提供测量结果的质量的质量参数。可以为判定装置705提供基于多个不同的回波评估装置704、704’、704”来确定填充液位的特征变量的该参数。判定装置705可以是输出装置112的一部分，并且可以在经由外部接口113提供特征变量之前被用作预处理装置。评估设备701可以具有存储装置（图7中未示出）和跟踪装置706用于存储回波曲线，特别是用于回波跟踪。还可以将特征变量称为特征值。
图8示出流程图，根据此流程图，液位计401可以认定容器中的填充材料表面的位置。
液位计401在步骤801中开始循环。借助于高频单元102和模数转换器110，在步骤802中，回波曲线被检测并以数字形式传送至附加评估设备701’、701”，该附加评估设备根据例如直接回波评估的原理工作。
使用该又一个回波评估装置704’，在后续步骤803中，附加评估设备识别包含在回波曲线204中的回波206、207、208、209。在回波的识别中，可能的是未进行关于回波类型的区别。在回波识别中确定第一回波特征值，例如每个回波的开始和结束、回波的幅度或特定回波的近似位置。另外，还可以确定被识别出的回波的改变后的特征值。在定义回波时使用在回波识别中确定的特征值。在可替选的例子中，可以在接收单元703中执行回波识别。
在步骤804中，液位计401的附加评估装置701’、701”识别由介质106的表面105直接引起的填充液位回波206。换言之，在步骤804中定义边界层回波、特别是液位回波。由此，识别了由所寻求的边界层直接引起的回波。为了定义或识别边界层回波或填充液位回波，可以将各种方法用于识别填充液位回波。如果要确定多于一个的边界层回波，则可以确定直接边界层回波的适当数目，其对应于要确定的边界层的数目。例如，可以确定不同材料之间的边界层的回波和填充液位回波。由于边界层回波常常是通过移动边界层引起的，所以来自回波跟踪技术领域的方法、所谓的跟踪方法可以用于限定边界层。通过使用跟踪方法，可以通过多次测量来跟踪源自于容器内的给定反射点的回波。还可以检测回波的消失，无论是由于测量信号的过度阻尼还是由于与容器的另一回波的交叠。由此，可以将已存储在评估设备701内的特定反射点的最新实际测量出的回波作为填充液位回波来处理。然而，作为不可见回波，为其提供适当的标记。
然后，在方法步骤805中，进行关于在填充材料表面105的先前记录或实际测量反射点中识别的反射在回波曲线204是否仍然或再一次可见的检查。如果回波被识别为可见回波，则使用用于确定直接回波的方法、通过测量回波曲线204或计量回波曲线204来认定并输出其准确位置。换言之，这可能意味着在方法步骤805中进行关于已被识别并定义为填充液位回波的回波在新提供的回波曲线中是否仍能够被识别并定义为填充液位回波。填充液位回波或边界表面回波可以是来自观察到的边界表面的直接回波，即，零阶多重回波。如果使用例如跟踪方法可以进行此定义，则这可以是可见回波，并且可以使用用于直接回波确定的方法。由此测量或计量了已确定的直接回波或填充液位回波。如果在步骤805中确认了填充液位回波的可见性，则在步骤806中测量填充液位回波。
使用多重回波的评估于是可以被免除，或者仅被用于检查直接回波测量的结果。不必激活根据多重回波测量的原理工作的具有回波评估装置704的评估设备701。因此，该方法可以在步骤817终止。
另一方面，如果来自填充材料表面105的回波206或直接回波是不可见的，例如因为其与另一回波交叠，则不能基于当前回波曲线来测量或计量回波。也就是说，填充液位回波的直接测量是不可能的。测量回波可能意味着确定回波峰与参考点之间的距离。
在关于填充液位回波的可见性的否定回答的情况下，判定装置705例如通过测量底部回波或借助于某种其它间接测量来识别是否可以确定边界表面的位置。为了此判定，进行关于是否可以通过测量底部回波或通过测量高于一阶的多重回波或高于零阶的多重回波来确定边界表面的位置的检查。
因此，在步骤807中进行关于由容器底部108引起的底部回波208在当前回波曲线204中是否可见的检查。出于此目的，可以询问又一个回波评估装置704”。如果确认了直接底部回波的可见性，则其位置DB在步骤808中被确定并且基本上准确地认定。为了回波的准确认定，基本上可以使用位置确定方法，其还可以被用于测量直接回波，因为为了实现准确的测量，要确定回波曲线中的峰或回波的位置，而不必将回波的类型纳入考虑。在步骤809中使用关系式：
可以基于电气距离DB间接地认定距填充材料表面105的基本上准确的距离dL。在不确定多重回波的情况下，该方法可以在步骤817中终止。
另一方面，如果来自容器底部108的回波是不可见的，例如由于介质106内的信号的过度阻尼，则在步骤807中，否定地回答关于底部回波的可见性的询问，并且在步骤810中，进行关于来自介质表面105或来自填充材料表面105的至少一个多重回波206在当前回波曲线204中是否可检测或可见的检查。特别地，进行关于其阶大于0的多重回波是否能够被识别的检查。对于此判定，可以由评估设备701向液位计的判定装置705提供例如指示多重回波的可见性的适当质量参数。
可以基于各种方法来进行多重回波的识别或分类。例如，可以基于信号渡越时间的倍数来识别多重回波。在确定多重回波时，可以使用如下事实：多重回波具有填充材料回波的k倍的速度，其中k是任何自然数。可以提供适当的方法来基于多重回波相对于被识别出的填充材料反射的幅度和位置来识别多重回波。
另外，该方法可以允许回波曲线中的至少两个回波的识别、以及该至少两个回波的位置和/或速度值的确定。然后，将已认定的速度值之比的代数符号纳入考虑，可以执行两个回波的回波分类，其中回波曲线的每个被识别出的回波的回波分类与选自于包括特征类底部回波、多重回波、反相关回波和填充材料回波的组的特征类相关联。可以以这种方式执行多重回波的稳健识别。
如果回波曲线204、210、427、514、612的评估导致如下结果：来自填充材料表面105的多重回波207在回波曲线204、210、427、514、612内可见，并且使用其它方法的回波确定是不可能的，则进行到步骤811的跳跃，并根据回波测量方法来基本上准确地确定此多重回波的位置DML1。可以激活根据本发明的评估设备701以便确定多重回波。
在步骤812中，根据以下关系式，可以将距填充材料表面105的基本上准确的距离dL间接地确定为多重回波的位置DML1的函数：
其中，N指示测量多重回波的阶，并且dD指定在应用中可能存在的穹顶轴503、613的长度。dL表示容器中的边界表面的位置的特征变量。此特征变量是通过将多重回波的电气距离DML1、DML2偏移上覆介质的材料性质εL,μL的环境参数、容器几何dD的环境参数和多重回波的阶的乘积并除以材料性质的环境参数与多重回波的阶的乘积来确定的。
在图4的本例子中，为了简单起见省略了穹顶轴的图示，使得可以将穹顶轴的长度dD设置为0m。可以自动地或以自动学习方式、例如使用两个多重回波的位置或定位来确定穹顶轴长度。
通过使用被如此检测和分类并且具有电气距离DML1的填充材料反射的多重回波EML1207的位置和使用被如此检测和分类并具有电气距离DML2的多重回波EML2的位置，基于两个多重回波的位置的穹顶轴长度的自动学习是可能的。例如，输入装置702可以通过对所确定的变量应用以下关系式来确定穹顶轴503、613的长度dD：
在此关系式中，N1定义距离DML1处的多重回波的阶，且N2定义距离DML2处的多重回波的阶。如果假设填充材料回波是具有电气距离DL的零阶多重回波，则输入装置702还能够基于直接填充材料反射并结合又一个高阶多重反射来确定穹顶轴长度。
此外，根据以下等式，基于第一多重回波的位置DML1并基于第二多重回波的位置DML2（DML2是与EML2相关联的回波的电气距离），在不知道穹顶轴长度的情况下，当穹顶轴503、613存在时，可以确定填充材料表面的位置：
其中，N1指示距离DML1处的多重回波的阶，且N2定义距离DML2处的多重回波的阶。由此，为了确定容器中的边界表面的位置的特征变量，确定两个多重回波的电气位置是足够的。这两个多重回波中的至少一个或这两个多重回波具有大于0的阶。最后，将上覆介质的材料性质纳入考虑，将该一个多重回波的阶偏移另一多重回波的电气距离和多重回波的阶的相对差导致要确定的边界表面的所寻求的位置。
然而，如果回波曲线204、210、427、514、612的评估不导致来自填充材料表面105的可见多重回波207，则否定地回答关于来自边界表面的多重回波及特别是填充材料的可见性的询问，并进行到步骤813的跳跃。
在步骤813中，进行关于来自容器底部108的至少一个多重回波209是否存在且是否在当前回波曲线204中可见的检查。为了确定由容器底部108上的反射引起的多重回波209是否可见，例如可以再一次使用两个回波的已认定的速度值之比的代数符号。多重底部回波的阶可大于0。
如果在步骤813中识别了来自容器底部108的多重回波，并且因此肯定地回答了关于来自容器底部的多重回波的可见性的询问，则在步骤814中使用回波测量方法基本上准确地确定多重回波209距容器底部的距离DMB1。基于来自容器底部的多重回波的所确定的距离DMB1，可以根据下式间接地得出关于距填充材料表面105的距离dL的结论
其中，N是底部回波的测量出的多重回波的阶，dD是在系统或应用中可能存在的穹顶轴503、613的长度，并且dB是容器109的物理高度或者液位计401的参考平面603距容器底部614的距离。容器中的边界表面的位置的特征变量dL或参数dL由此这样得到：将从回波曲线测量出的至少一阶的所确定的多重回波的电气距离DMB1偏移介质的材料性质εM,εM、作为环境参数的容器的几何dB的乘积、以及填充材料与液位计401之间的介质的材料性质εL，εL与容器的盖区域的几何特别是穹顶轴长度dD的乘积。在两个乘积中将被识别出的多重回波的阶N纳入考虑。
如前所述，在图4中的本例子中，为了简单起见省略了穹顶轴503或大厅顶篷602的图示，并因此可以将穹顶轴的长度dD设置为0m。除人工地设置环境参数穹顶轴长度dD之外，可以自动地确定穹顶轴长度。
此外，根据以下等式，基于底部反射的第一多重回波的位置DML1并且基于底部反射的第二多重回波的位置DMB2（图4中未示出），在不知道穹顶轴长度的情况下，无论轴503、613是否可选地存在，都可以确定填充材料表面的位置dL：
其中，N1指示位置DMB1处的第一多重回波的阶，且N2定义位置DMB2处的第二多重回波的阶。N1和N2是不同的。在一个例子中，所述阶中的至少一个大于0。特征变量是通过将一个多重回波的电气距离值偏移另一多重回波的阶并除以不同阶的差来确定的。所确定的值被偏移容器高度dB及材料的环境参数εM,εM和上覆空气的环境参数εL,εL。
然而，如果步骤813中的回波曲线204、210、427、514、612的评估不导致来自容器底部108的可见多重回波209，则进行到步骤816的跳跃。因此，如果在步骤813中否定地回答关于底部回波的可见性的询问，则在步骤816中评估设备111、701识别回波损耗，其可以例如通过用输出装置112、113输出干扰电流来信号通知外界。
测量的周期在最终状态817处终止。
所提出的方法可以提供基于根据公式（7）、（8）、（9）和（10）中的关系式的多重回波的基本上准确位置或基本上准确测量的位置、通过预先认定具有大于0的阶的至少一个多重回波以便得出关于感兴趣填充材料表面105或边界表面的位置的结论来间接地确定填充材料表面的位置的选项。该方法可能特别适合于准确地测量非常满的容器，如图3所示。然而，该方法还可以在填充液位回波206处在来自被永久地安装在容器中的干扰源的反射的影响区域中时递送良好的测量值，其作为回波曲线中的乱真回波是明显的。由于因两个回波的交叠而只能发生不精确的测量，所以在这种情况下可以代之以使用多重回波的测量。对于将在那时测量的情况而言，判定装置705可以指定适当的评估设备和/或评估设备所使用的方法。特别地，作为选择评估设备的结果而灵活选择测量原理可以允许使用适合于特定回波情况的测量原理。为了质量，与显示装置相组合地进行填充液位的稳健测量。
该方法还可以令人满意地用于测量具有低介电常数值（DK值）或相对电容率或电容率值的介质。仅基于直接填充液位回波和/或底部回波208的测量而不基于多重回波的测量的方法在容器108的填充液位非常低时可以导致高准确度，因为填充液位回波206和底部回波208在这些条件下具体地相互交叠。在这种情况下，测量底部反射的多重回波209可以增大测量准确度。可以使用判定单元705来选择用于手边的测量情况的适当测量方法，例如因为判定单元在评估设备701中加载适当的程序代码，或者在不同的评估设备701当中并由此在回波评估装置704、704’、704”当中进行选择。基于某些回波类型的可见性，判定装置705能够在每种情况下确定适当的方法，并选择适当评估设备或者以使得其执行适当方法的方式控制评估设备。
还提到了在本文中针对根据FMCW原理的液位测量或极限液位测量描述的原理就像根据导微波的原理的液位测量、脉冲渡越时间测量、超声原理、激光原理或某个其它渡越时间方法一样合适。
可以将所讨论的考虑转移到其中要确定容器中的两个不同介质之间的分离层的应用。由此，特别地，形成容器的底部中存在的介质的上边界表面的分离层的位置可以通过认定来自该分离层的多重回波的位置并基于这一点计算容器中的分离层的位置来间接地确定。
可以在启动期间或在传感器425的工厂校准期间人工地预设单独介质的以及上覆空气的诸如容器高度、电容率值εM,εL或磁导率值μM,μL的环境参数。然而，还可以由液位计、特别是由参数确定装置来自动地确定所需要的环境参数的一部分或全部。
可以人工地指定或自动地确定穹顶轴长度和容器高度。特别是对于自动确定而言，在传感器的信号处理内，容器高度和/或穹顶轴长度由于测量容差而可能略微不同于可物理测量出的变量。例如，可以通过设置参数或通过参数化（例如通过引入偏移）来更改传感器425的零点，以便改变为特定于顾客的参考平面。另外，例如在一个应用中，可以将容器的高度定义为包括安装在其上的穹顶轴，而在其它应用中，比如在负穹顶轴长度的情形中，可以不使用此定义。因此，在本文的范围内，为所讨论的变量定义数值，并且其与物理变量具有关系，并且基于其可以实施特殊方法特别是填充材料位置的间接测量。换言之，通过使用数值，变量被意在通过其辅助，等式（7）、（8）、（9）、（10）的使用在给定应用中导致正确的结果。
图9示出当例如在评估设备701中执行用于确定边界表面的位置的特征变量的方法时所执行的方法步骤。该方法从空闲状态901以回波曲线的接收开始。
在步骤902中，接收回波曲线以及表示回波的峰，并在步骤903中提供环境参数。环境参数可以是已经在评估装置的启动时输入的。
在接收到回波曲线之后，在步骤904中识别多重回波，确保只有阶大于0的多重回波被纳入考虑。使用将多重回波的阶和环境参数纳入考虑的方法，例如使用根据等式（7）、（8）、（9）或（10）的计算方法，在步骤905中确定并在步骤906中提供所寻求的特征变量，然后该方法在步骤907中终止。评估设备701可以接收用于确定将被用于测量回波曲线的特定评估方法的信号。
识别出的多重回波由此被用于分离层测量、液位测量或极限液位测量。
另外，应指出，词语“包括”或“具有”不排除其它要素或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已参照以上示例性实施例中的一个描述的特征或步骤还可以与上述其它示例性实施例的其它特征或步骤相组合地使用。不应将权利要求中的附图标记理解为限制性的。

Claims (13)

1.一种用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的用于液位计的评估设备，包括：
回波曲线评估装置，其用于接收并评估由电磁波生成的回波曲线；以及
输出装置，其用于提供所述边界表面的位置的所述特征变量，所述输出装置连接到所述回波曲线评估装置；
其中，所述回波曲线评估装置被配置成识别所述回波曲线中的多重回波、确定所述多重回波的电气距离、并确定所述多重回波的阶；
其中，所述多重回波具有至少为一的阶；
其中，所述多重回波的阶对应于所述边界表面上的反射次数减去值1；并且
其中，所述回波曲线评估装置被配置成将所述容器中的所述边界表面的位置的所述特征变量确定为包括所述多重回波的阶、所述多重回波的电气距离以及上覆空气的相对电容率的函数、并经由所述输出装置提供所述特征变量。
2.根据权利要求1所述的评估设备，其中，所述回波曲线评估装置被配置成基于所述回波曲线来确定又一个多重回波、其电气距离以及其阶；并且
其中，所述回波曲线评估装置被配置成通过将所述又一个多重回波的电气距离和所述又一个多重回波的阶与所述多重回波的电气距离和所述多重回波的阶相联系来确定所述容器中的所述边界表面的位置的所述特征变量、并经由所述输出装置提供所述特征变量。
3.根据权利要求1所述的评估设备，其中，在所述至少一个多重回波的产生中涉及至少一个底表面。
4.根据权利要求1所述的评估设备，其中，所述回波曲线评估装置将至少一个附加环境参数纳入考虑；
其中，所述附加环境参数是选自于由[i]穹顶轴长度和[ii]负穹顶轴长度构成的环境参数组的至少一个环境参数。
5.根据权利要求1所述的评估设备，还包括：
参数确定装置，其用于确定至少一个环境参数。
6.根据权利要求1所述的评估设备，还包括：
跟踪装置，其用于在多个测量周期内跟踪回波。
7.根据权利要求1所述的评估设备，其中，所述输出装置还包括用于提供信号的至少一个接口；
其中，所述信号被配置成显示被识别出的多重回波的类型和/或回波损耗。
8.一种用于检测回波曲线的液位计，包括：
评估设备，包括：(a)回波曲线评估装置，其用于接收并评估由电磁波生成的回波曲线；以及(b)输出装置，其用于提供边界表面的位置的特征变量，所述输出装置连接到所述回波曲线评估装置，其中，所述回波曲线评估装置被配置成识别所述回波曲线中的多重回波、确定所述多重回波的电气距离、并确定所述多重回波的阶；
其中，所述多重回波具有至少为一的阶；
其中，所述多重回波的阶对应于所述边界表面上的反射次数减去值1；并且
其中，所述回波曲线评估装置被配置成将容器中的所述边界表面的位置的所述特征变量确定为包括所述多重回波的阶、所述多重回波的电气距离以及上覆空气的相对电容率的函数、并经由所述输出装置提供所述特征变量，
其中，所述液位计被配置成将检测到的所述回波曲线传送至所述评估设备以获得所述边界表面的位置的所述特征变量；并且
其中，所述液位计被进一步配置成基于从所述评估设备获得的所述边界表面的位置的所述特征变量来确定填充液位。
9.根据权利要求8所述的液位计，还包括：
至少一个附加评估设备，其用于确定所述填充液位的所述边界表面的位置的又一个特征变量；
判定装置；
其中，所述至少一个附加评估设备中的每一个和所述评估设备使用不同的原理来确定所述边界表面的位置的所述特征变量；
其中，所述判定装置连接到所述至少一个附加评估设备中的每一个和所述评估设备；
其中，所述判定装置被配置成从所述评估设备获得所述边界表面的位置的所确定的所述特征变量；并且
其中，所述判定装置被配置成选择所述评估设备中的至少一个、并基于由所选择的评估设备提供的特征变量来确定所述填充液位。
10.根据权利要求9所述的液位计，其中，所述判定装置被配置成指示用于确定所述填充液位的质量。
11.一种用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法，包括：
接收由电磁波生成的回波曲线；
识别所述回波曲线中的多重回波；
确定所述多重回波的电气距离；
确定所述多重回波的阶，所述多重回波具有至少为一的阶；
其中，所述多重回波的阶对应于所述边界表面上的反射次数减去值1；
将所述容器中的所述边界表面的位置的特征变量确定为包括所述多重回波的阶、所述多重回波的电气距离以及上覆空气的相对电容率的函数；以及
提供所述边界表面的位置的所述特征变量。
12.一种用于液位测量的方法，包括：
通过执行渡越时间测量来检测回波曲线；
使用用于确定边界表面的位置的特征变量的下述方法、通过评估检测到的所述回波曲线来确定容器中的边界表面的位置的特征变量：
接收由电磁波生成的回波曲线；
识别所述回波曲线中的多重回波；
确定所述多重回波的电气距离；以及
确定所述多重回波的阶，所述多重回波具有至少为一的阶；
其中，所述多重回波的阶对应于所述边界表面上的反射次数减去值1；
将所述容器中的所述边界表面的位置的所述特征变量确定为包括所述多重回波的阶、所述多重回波的电气距离以及上覆空气的相对电容率的函数；以及
提供所述边界表面的位置的所述特征变量；以及
基于边界表面的位置的特征变量来认定填充液位。
13.根据权利要求12所述的用于液位测量的方法，进一步包括：
提供用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的至少一种其它方法；
其中，所述用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的方法和所述用于确定容器中的边界表面的位置的特征变量的至少一种其它方法使用不同的原理来确定所述边界表面的位置的所述特征变量；
选择方法；以及
使用所选择的方法、基于所述边界表面的位置的所述特征变量来认定所述填充液位。
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