CN102812337B - 用于利用传播时间测量方法确认并且监测介质在容器中的填充水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于根据传播时间测量方法借助现场装置确认并且监测在容器中的介质的填充水平的方法,其中,在学习阶段中,确定应用和装置参考测试信号和从填充水平上表面预期的响应信号并且从中确认应用和装置参考比较信号,其中,在操作阶段中,朝向介质发射测试信号并且接收应用和装置参考响应信号,以及利用比较算法将比较信号与响应信号相比较并且确认用于一致性概率(P)的值,并且其中,在高于预定极限值地超过一致性概率的确认值时,确认填充水平并且作为测量值输出,和/或在未超过或者降至低于预定极限值的情形中,发射新的测试信号以重新确认响应信号。

Description

用于利用传播时间测量方法确认并且监测介质在容器中的填充水平的方法
技术领域
本发明涉及一种用于利用传播时间测量方法确认并且监测介质在容器中的填充水平的方法。
背景技术
经常地在自动化和过程控制技术的测量装置中应用用于确认并且监测容器中的填充水平的这种方法。例如,根据商标Prosonic、Levelflex和Micropilot从本受让人可获得填充水平测量装置,该填充水平测量装置根据传播时间测量方法工作并且用于确定和/或监测介质在容器中的填充水平。这些填充水平测量装置在填充物质的上表面的方向上借助发射/接收元件在微波或者超声波范围中发射周期的发射信号并且在依赖于距离的传播时间之后接收反射的回声信号。利用微波工作的通常的填充水平测量装置能够基本上被划分为两个类别。第一个类别是,微波借助天线朝向填充物质发送、在填充物质的表面上反射并且然后在依赖于距离的传播时间之后被接收回来的情形。第二个类别是,微波被沿着波导朝向填充物质引导、由于在填充物质的表面存在的阻抗跳跃而在该表面上反射并且反射波然后被沿着波导导引回去的情形。
通常,根据所接收的回声信号形成作为传播时间的函数表示回声振幅的回声函数,其中这个回声函数的每一个值对应于在距发射元件特定的距离处反射的回声的振幅。
在这个如此建立的回声函数中,确定与发射信号在填充物质的表面上的反射对应的期望回声。根据期望回声的传播时间,在发射信号的传播速率已知的情形中,直接地得到了在填充物质表面和发射元件之间的距离。
为了简化回声曲线评价,并非使用所接收的脉冲序列的原始信号,而是替代地确认包络、即所谓的包络曲线。例如通过矫正脉冲序列的原始信号而获取包络曲线,并且然后以低通对其滤波。
目前,根据传播时间原理工作的填充水平传感器使用如下处理步骤确定距离:作为对于所发送的测试信号的响应而获得的模拟响应信号(中间频率信号)取决于传感器原理而在模拟阶段中被滤波,或者在前面的A/D转换随后,在数字阶段中,在给定情形中被从时域转换成频域、被矫正并且被转换成对数表示。这个处理步骤链的结果是所谓的包络曲线,然后在其中借助各种算法获取填充水平回声。根据复杂性或高或低的规则进行算法的选择;在最简单的情形中,该算法仅搜索包络曲线的全局极大值。
在这种类型的评价的情形中,响应信号的信息内容被填充水平回声搜索步骤强烈地减少并且基本被限制为振幅信息。
存在用于在包络曲线中确定期望回声的很多不同的方法,其能够被划分成两种基本方法。利用静态回声搜索算法的静态检测方法和/或例如通过应用历史信息利用动态回声搜索算法的动态检测方法。
在第一种方法,在静态回声搜索方法中,使用静态回声搜索算法,具有比剩余回声更大的振幅的回声被选择作为期望回声。因此,在包络曲线中具有最大振幅的回声被确认为期望回声。
在第二种方法,在静态回声搜索方法中,使用静态回声搜索算法,假设期望回声是在发射脉冲之后在包络曲线中发生的第一个回声。因此,在包络曲线中的第一个回声被选择作为期望回声。
通过例如定义所谓的第一回声因子,在静态回声搜索算法中将两种方法相互组合是可能的。第一回声因子是预定因子,回声必须以该因子超过特定振幅,从而被识别为期望回声。替代地,可以定义依赖于传播时间的回声阈值,回声必须超过该回声阈值,从而被识别为期望回声。
在第三种方法中,填充水平测量装置曾被告知当前填充水平。填充水平测量装置能够基于预定填充水平将相关联的回声识别为期望回声并且例如利用适当的动态回声搜索算法对其进行跟随。这种方法被称作回声跟踪。在这种情形中,例如在每一个测量循环中,确定回声信号或者回声函数的最大值,并且基于对于在前一测量循环中确认的填充水平的了解和填充水平的、特定于应用的最大预期变化率,检测期望回声。根据如此检测的当前期望回声的传播时间,然后得到了新的填充水平。
在DE10260962A1中描述了第四种方法。其中基于较早地在存储器中存储的数据检测期望回声。在这种情形中,根据接收的回声信号推导回声函数,该回声函数将回声信号的振幅反映为其传播时间的函数。回声函数被存储在表格中,其中每一列用于容纳一个回声函数。回声函数被顺序地存储在该列中,该顺序对应于与分别的回声函数相关联的填充水平。在操作中,借助于表格,基于当前发射信号的回声函数检测期望回声和相关联的填充水平。
在DE10360710A1中,描述了第五种方法,在该情形中朝向填充物质周期地发送发射信号,其回声信号被记录并且被转换成回声函数,确定回声函数的至少一个回声特性,并且基于至少一个前一测量的回声特性,推导对于用于当前测量的预期回声特性的预测。考虑该预测而确认当前测量的回声特性,并且基于回声特性,确认当前填充水平。这种方法最广义地接近回声跟踪。
在DE102004052110A1中,描述了第六种方法,该方法通过在包络曲线中的回声评价和回声的分类而实现了期望回声检测的改进。
在WO02065066A1中,描述了一种用于高度准确的填充水平测量的方法。中间频率信号被数字地存储并且因此振幅以及相位信息这两者均保持是可用的。通过应用数字化中间信号,能够以毫米准确度检测填充水平。
在DE4308373C2中,描述了一种方法,该方法从包络曲线提取回声和其回声特征。形状因子、位置或者时间点,和回声的振幅用作回声特征。形状因子特征在这种情形中被定义为在分别的回声的6dB前沿宽度与6dB总宽度之间的比率。例如,对于对称s回声,这个值等于1/2。借助于模糊逻辑,将关于每一个回声的可能性计算为干扰回声、多重回声或者期望回声。具有最大期望回声可能性的回声被选择为期望回声。
进而从EP0459336已知一种用于处理超声波回声信号的方法,在此情形中所接收的信号被数字地采样并且被存储在存储器中,其中所接收的信号是回声的包络曲线。在记录所接收的信号之后,借助例如最佳滤波和阈值检测的适当的方法使用信号处理来提取回声,并且检测在测量内出现的所有的回声。
进而已知用于抑制在所接收的信号中包含的非理想回声、例如由于对于测量物而言补充性地位于传感器的记录区域中的干扰物而存在的回声的方法。当干扰物被空间地固定并且同时测量物的运动范围受到限制时,然后可以通过评价时间窗口的适当选择实现干扰回声的充分抑制。
从DE3337690已知一种方法,利用该方法,可以利用如下特征抑制干扰物回声,该特征包括,在学习阶段中,在该情形中测量物并不位于传感器的记录区域中,首先,所有的干扰物回声均被检测并且被存储在存储器中。在测量操作期间,将当前检测的回声与经学习的回声相比较。在充分一致的情形中,回声被分类为干扰物回声并且被相应地抑制,而将剩余回声与测量物相关联。
在文献DE3337690和EP0459336中,进而描述了以下方法,该方法以如下方式屏蔽了由在传感器和物体之间的多重反射引起的干扰回声,使得限制所要评价的最大传播时间并且忽略在这个传播时间以外发生的回声。在于EP0459336中示意的方案的情形中,补充性地,还可以将回声振幅评价为用于多重回声抑制的标准。
从DE3821577已知一种用于基于似真检查(plausibilityexamination)抑制干扰回声的方法。因为由于物体的有限运动速率,测量状况能够以此改变的梯度受到限制,所以仅当回声的时间位置和振幅足够似真时基于前一测量状况评价回声。以此方式,首先,能够可靠地抑制随机地发生的干扰信号。
这些上述方法在它们的公开的程度上,在大量应用中非常好工作。然而,当不能在关于识别的正确性不存在怀疑的情况下利用该方法识别来自填充水平的回声并且期望回声信号由于过程条件而跳跃时,总是发生问题。
如果错误地将与填充水平回声不同的另一个回声分类成期望回声,则存在输出错误填充水平而未被注意的危险。取决于应用,这可能导致容器过度填充、导致泵抽干或者导致在给定情形中具有显著的危险性的其它相关事件。
由于上述测量问题,可能发生对在容器中的介质的填充水平的错误或者未予解决的测量值确认。在最坏的情形中,发生所谓的回声损失,在该情形中不再能够识别或者发现期望回声信号。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于在根据传播时间测量原理工作的填充水平测量装置的响应信号中识别期望回声信号的、更加可靠的和快速的方法。
利用在权利要求1中阐述的方法特征实现了本发明的这个目的。
在从属权利要求中给出了本发明的、有利的进一步的改进。
附图说明
根据具有在其中给出了本发明的实施例的优选实例的相关联附图的以下说明,本发明的主题的其它细节、特征和优点将变得清楚。在图中所示本发明的实施例的实例中,为了清楚和简化的意图,将相同的附图标记赋予在其构造方面和/或在其功能方面相互对应的元件。附图中的图如下地示出:
图1用于确认填充水平、包括相应的包络曲线的测量装置的实施例的实例;
图2用于借助用于在响应信号中识别期望回声信号的本发明的方法确认填充水平的测量装置的实施例的、本发明的实例;
图3平坦填充水平上表面的和来自干扰元件的中间频率信号的实例;和
图4对于区别来自平坦填充水平上表面的干扰回声和期望回声而言有用的、本发明的方法。
具体实施方式
图1示出用于确认介质7的填充水平F的、根据传播时间测量方法工作的测量装置1。测量装置1经由喷嘴而被安装在容器5上。所示意的测量装置1包括:自由地辐射到过程空间中的发射/接收元件6;和测量发射器9。测量发射器9包括:产生并且接收测量信号的至少一个发射/接收单元3;用于测量信号的信号处理并且用于测量装置1的控制的控制/评价单元2;和,经由总线系统以及测量装置1的能量供应控制通信的通信单元4。例如,在其中存储测量参数和回声参数并且在其中存储测量因子和回声因子的存储器元件被集成在控制/评价单元2中。发射/接收元件6在该实施例中例如是喇叭天线;然而,它可以具有诸如例如杆形或者平面状天线的任何已知的天线形式。在发射/接收单元3中,测量信号例如被以高频率发射信号S的形式产生,并且在介质7的方向上被以预定辐射特性经由发射/接收元件6辐射。在取决于传播距离x的传播时间t之后,在介质7的边界表面8上反射的发射信号S作为反射信号R被发射/接收元件6和发射/接收单元3接收回去。随后的控制/评价单元2根据反射信号R确定回声函数10,该回声函数10作为传播距离x或者相应的传播时间t的函数而示出反射信号R的回声信号的振幅。通过模拟回声函数、分别地回声曲线10的模拟/数字转换和滤波,产生数字化包络曲线11。
在图1中作为发射信号S的传播距离x的函数绘制示出容器5中的测量状况的包络曲线11。为了更好的理解,在包络曲线11中参考线被与相应的回声信号相关联,从而能够容易地看到原因和效果。包络曲线11的开始区域示出衰减行为或者所谓的振鸣(ringing),其可能由于多重反射或者还由于在发射/接收元件6中或者在喷嘴中的堆积物而出现。进而,包络曲线11的开始区域示出由介质7的输入流或者填充流的干扰回声K引起的回声信号14。在固体材料应用中,即在粒状材料(bulk goods)的情形中,还存在通过在材料中形成中空空间(未示出)引起的干扰回声K。
在目前的现有技术中,存在用于在回声函数10或者数字包络曲线11中检测期望回声信号的准确位置的不同的方案。能够在给定的测量条件下利用这种回声测量原理实现的测量准确度是取决于在包络曲线11中的填充水平F的测量位置的准确确认。
图2示出脉冲雷达填充水平测量装置1,该测量装置1通过直接测量作为被从发射元件6辐射并且被从所要测量的介质7的表面8反射的发射信号S的微波脉冲的传播时间而确定距离。脉冲雷达填充水平测量装置1在时域中工作并且因此不要求是对于调频连续波(FMCW)雷达而言的特征的快速傅里叶分析。微波脉冲的传播时间t对于几米的距离处于纳秒范围中。因此,如已经述及地,要求一种特殊的时间转换方法,从而能够准确地测量在两个脉冲之间的非常小的时间差。具有扩展的时轴的微波脉冲的缓慢活动图片(motion picture)是有必要的。脉冲雷达填充水平测量装置1使用具有高脉冲重复频率的、均匀的、周期地循环的发射信号S。通过用于所接收信号、分别地响应信号A的时间轴的时间扩展的序列采样方法,将极其快速的和均匀的信号转换成可评价的、扩展的时间信号,即所谓的中间频率信号ZF。周期的响应信号A由发射信号S自身、至少一个期望回声R和至少一个干扰回声或者多重回声K构成。中间频率信号ZF在这种情形中类似于超声波信号。例如,借助序列采样方法将6.3GHz的微波脉冲转换成例如76kHz的中间频率ZF,并且例如,将3.5MHz的脉冲重复频率因此降低为40Hz的频率。
脉冲雷达的回声相互间在时间上被各自地分离和隔离。这意味着脉冲雷达更好地适合用于应对经常在过程和粒状材料容器中发生的多重回声和干扰回声。
在雷达填充水平测量装置1的情形中使用的频率由制造商基于许可考虑、允许的机遇、微波组件的可用性和预期技术优点而选择。填充水平测量装置1的天线6的不同的发射频率与应用和测量状况匹配地应用。脉冲雷达填充水平测量装置1的可实现的准确度取决于应用、天线设计、HF电子设备、分别地评价电子设备的质量、以及所使用的信号处理软件。
在图2中示意了用于确定填充水平F的本发明的方案。本发明的方案利用无包络曲线评价的方案,其中直接地使用中间频率信号IF来搜寻期望回声R。应用用于搜寻填充水平F的期望回声R的中间信号IF具有以下优点,即,测量信号信息并不如在应用包络曲线11的情形中被仅限制于振幅信息。
为了能够利用响应信号A的尽可能多的信息,应该首先不加处理地记录响应信号A。对于随后的直接的评价,选择通常有效的方案,即,对于每一种传感器原理,借助模型参数MP从较早发送的测试信号T得到模拟响应信号A。
由此,可以推导以下等式:
A=MP×T
对于填充水平测量技术的任务定义,可以作为线性非时变系统来在实际上静态的环境中表达模型参数MP。
然而,模型参数MP取决于测试信号T、分别地发射信号在容器5中的所有的反射,该容器位于传感器6的视线内。所接收的响应信号A遵循容器5的几何形状、填充水平F和不同的寄生效应。进而,响应信号A在尺寸和形式方面不同。填充水平上表面例如在理想的情形中表示无限地扩展的表面。相反,在边缘上的堆积物、搅拌桨叶或者通常地安设的物体形成作为干扰信号K的点形或者弧形反射器。
在图3中示意了这种状况。平面状区域递送以均匀、正弦脉冲群形式的期望回声R作为响应信号A。相反,干扰回声K递送非均匀脉冲群作为响应信号A。
例如,喷嘴边缘18表示环形反射器。因此,不同的响应信号A允许区别反射信号是来自上表面8的平面填充水平、即它是期望回声R,还是包括来自干扰元件12、13、14、15、16、18的干扰回声信号、即干扰回声K。在这里使用这个基本原理来选择并且识别填充水平F的期望回声R。
用于检测期望回声信号R的方法在图4中示出并且例如如在如下方法步骤中描述地被付诸实践:
-采样并且记录对于选定的测试信号S的响应信号A或者从其推导的比较参数MP。
-将响应信号A或者从那里推导的比较参数AMP与一系列比较信号C或者从那里推导的比较参数CMP比较。比较信号C是对于由填充水平上表面产生的期望回声R的选定测试信号S的预期响应信号A。
-基于信号或者从其推导的比较参数CMP确定对于测试信号记录的响应信号A的一致性概率(agreement probability)P。
-在超过固定的概率值P的情形中,检测相关联的填充水平F并将其作为测量值输出。
-如果没有对于任何比较信号C实现设定的概率值P,则重复测量。
测试信号S在所期望的程度上可以是振幅和角度调制的基带或者带通信号。优选地使用斜坡形调频信号、所谓的芯片(chip)基带脉冲或者具有脉冲形状调制的单频高频信号。
可以例如借助EM模拟或者系统化测试测量和在给定情形中它们的插值而使用自动化参数分析获得比较信号C。它们可以被存储在例如具有相关联的测试信号并且根据应用而被编目的大型数据库中。
训练不仅限于学习阶段L而是替代地还可以包括通过来自测试测量和模拟的新发现的、数据库内容的稳态的系统化扩展和改进。
一致性概率P规定响应信号A作为在中间频率范围ZF中的脉冲组从平坦反射器、分别地介质7的表面8发生的概率。在图3中,比较算法已经在这方面计算出对于在该图上部中的期望回声R的脉冲组的97%的概率值和对于来自该图下部中的搅拌桨叶15的干扰回声K的脉冲组的6%的概率值。
测量的响应信号A与一系列比较信号C的直接比较取决于传感器实施例6可能是非常复杂的和低效的。具有很多采样值的长响应信号A将会要求用于比较信号C和响应信号A以及计算密集型的比较算法的大量存储器容量。通过测试信号S,分别地比较信号C的建模,它们的基本内容可以被组合到很少的比较模型参数CMP中,该比较模型参数CMP在传感器6中要求显然更少的存储器容量。如果在每一次测量之后,重复用于响应信号A的建模,则替代干扰信号K和反射信号R,可以将它们的响应模型参数AMP与所存储的比较模型参数VMP相比较。将预期介质7的填充水平F的无限表面8的非常简单的几何形状可以利用简单的模型描述,并且因此对于模型参数MP、CMP、AMP的建模和比较,整体上,与更长的响应信号A和比较信号C的比较相比,要求更小的计算能力。
该建模对应于响应算子(response operator)的估计。为此,例如使用建模方法或者可以相应地从以下方法推导建模方法:
-参数方法;
-神经网络;
-子空间方法,例如MUSIC;和
-自适应波束形成方法。
参数方法基于概率密度的分布函数的特定形式并且然后优化它们的参数。
子空间算法MUSIC(多信号分类)利用在理想的情形中在噪声子空间的特征向量(eigenvector)和与搜索的入射方向相关联的空间组响应之间发生的正交性。MUSIC算法对于该组的空间脉冲响应的形式没有提出任何特殊要求。在特殊情形中,例如线性天线组,可以省略整个波谱的计算。
在子空间方法中,首先进行阶次的估计,即目标数目的估计。在理想的情形中,能够被与反射信号R相关联的特征值能够被唯一地从属于噪声的特征值隔离:噪声特征值均具有相同的大小,而反射信号的特征值更大。可以利用这种情况来估计所接收的反射信号的数目。借助于被如此分离的子空间,即使在干扰回声K和期望回声R之间存在小的差异的情形中,也能够对目标求解。与最大似然方法(maximumlikelihood method)比较,子空间方法要求更小的计算能力,这是特别地有利于在过程自动化中使用子空间方法,其中由于所要求的内在安全性,现场装置1以低功率操作,从而限制能量可用性。回声分离能力还意味着针对于干扰、例如由在容器12中安设的组件、材料沉积物13和/或容器5中的搅拌机构14引起的干扰实现更高的鲁棒性,因为干扰回声K的反射能够与期望回声R的反射区别。雷达信号和超声波信号的大的动态范围和传感器不精确性的确在给定情形中使得准确的子空间分离是困难的。这意味着必须检查其它信号处理方法以增加诸如校准和解相关的角度分离方法的鲁棒性。
在神经网络作为建模方法的情形中,在输入信号或者测试信号和相应的所检测的响应信号A或者输出变量之间的因果关系被以至少一个传递函数或者模型参数的形式存储。
本发明的方法进而具有以下优点,即,关于测量程序的基础知识保留在公司中而不必予以公开,因为在学习阶段中产生的比较信号总是表示仅小部分的数据库内容。进而,能够通过本地存储的比较信号C和建模方法,分别地其模型参数MP的替代或者补充来执行升级和由此用于增加已经在操作中的装置1的效率的措施。
本发明的方法不仅在如图1和图2中所示的自由辐射微波测量装置1中,而且还在诸如、例如TDR测量装置或者超声波测量装置的、另外的传播时间测量系统中是有用的。在应用超声波测量装置的情形中,不必产生中间信号,因为超声波信号的频率处于信号处理单元的电子设备的频率工作范围中。
附图标记列表
1   现场装置,测量装置
2   控制/评价单元
3   发射/接收单元
4   通信单元
5   容器
6   发射/接收元件,传感器
7   介质
8   边界表面,上表面
9   测量发射器
10  回声函数,回声曲线
11  包络曲线
12  在容器中安设的组件
13  材料沉积物
14  搅拌器
15  材料进入流
16  非稳态表面
17  通信/能量供应线
18  喷嘴边缘
Amp   振幅值
S   发射信号,测试信号
A   响应信号
R   反射信号,期望回声
K   干扰信号,干扰回声
N    噪声
C    比较信号
IF   中间频率信号
RIF  响应-中间频率信号
CIF  比较-中间频率信号
P    一致性概率,概率值
G    预定的极限值
x    路径,传播距离
t    时间,传播时间
F    填充水平
O    操作阶段
L    学习阶段
MP   模型参数,比较参数
VMP  比较模型参数
MPS  模型参数集合
AMP  响应模型参数

Claims (10)

1.一种用于利用传播时间测量方法借助现场装置(1)确认并且监测在容器(5)中的介质(7)的填充水平(F)的方法,
-其中,在学习阶段(L)中,确定应用和装置所参考的测试信号(S)和从填充水平上表面预期的响应信号(R),
-其中,根据在所述学习阶段(L)中的应用和装置所参考的测试信号(S)和所述从填充水平上表面预期的响应信号(R),确认应用和装置参考比较信号(C),
-其中,在所述学习阶段(L)中,根据所述应用和装置参考比较信号(C),借助建模方法,推导相应的比较模型参数(CMP)并且作为模型参数集合(MPS)而存储在填充水平测量装置(1)中,
-其中,在操作阶段(O)中,朝向所述介质(7)发射测试信号(S)并且接收应用和装置参考响应信号(A),
-其中,在所述操作阶段(O)中,根据应用和装置参考响应信号(A),借助建模方法,推导相应的当前响应模型参数(AMP),并且借助比较算法,确认一致性概率(P),所述比较算法将所述当前响应模型参数(AMP)与在所述模型参数集合(MPS)中存储的所述比较模型参数(CMP)比较,并且
-其中,在所述操作阶段(O)中,当高于预定极限值(G)地超过所述一致性概率(P)的确认值时,确认所述填充水平(F)并且作为测量值输出,和/或,在未超过或者降至低于所述预定极限值(G)的情形中,发射新的测试信号(S)以重新确认应用和装置参考响应信号(A)。
2.根据权利要求1所述的方法,
其中所述应用和装置参考响应信号(A)和/或比较信号(C)借助序列采样而被转换成低频率响应中间频率信号(RIF)和/或比较中间频率信号(CIF)并且其中这些中间频率信号(RIF,CIF)借助模拟数字转换而被数字化。
3.根据权利要求1所述的方法,
其中,作为建模方法,借助EM模拟或者系统化测试测量在所述学习阶段(L)中执行参数分析。
4.根据权利要求1或者3中的一项所述的方法,
其中,作为建模方法,在所述操作阶段(O)中连续地并且系统地执行参数分析。
5.根据权利要求1或者3中的一项所述的方法,
其中,为了借助建模方法推导所述比较模型参数(CMP)和所述当前响应模型参数(AMP),使用参数方法、神经网络、子空间方法和/或自适应波束形成方法。
6.根据权利要求4所述的方法,
其中,为了借助建模方法推导所述比较模型参数(CMP)和所述当前响应模型参数(AMP),使用参数方法、神经网络、子空间方法和/或自适应波束形成方法。
7.根据权利要求1或者3中的一项所述的方法,
其中所确认的比较信号(C)在数据库中被以特定于应用的方式和/或特定于装置的方式编目并且被与所附属的测试信号(S)相关联地存储。
8.根据权利要求4所述的方法,
其中所确认的比较信号(C)在数据库中被以特定于应用的方式和/或特定于装置的方式编目并且被与所附属的测试信号(S)相关联地存储。
9.根据权利要求1所述的方法,
其中应用振幅和/或角度调制基带信号、斜坡形调频信号、基带脉冲或者利用脉冲形状的单频高频信号调制作为测试信号(S)。
10.根据权利要求7所述的方法,
其中应用振幅和/或角度调制基带信号、斜坡形调频信号、基带脉冲或者利用脉冲形状的单频高频信号调制作为测试信号(S)。
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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011007372B4 (de) * 2011-04-14 2023-05-04 Endress+Hauser SE+Co. KG Kalibrations- und/oder Überwachungsverfahren für FMCW-Radar Füllstandsmessgeräte
DE102011089231A1 (de) * 2011-12-20 2013-06-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren und Messgerät zur Füllstandsmessung
DE102012007979A1 (de) 2012-04-24 2013-10-24 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums und entsprechende Vorrichtung
DE102012107146A1 (de) * 2012-08-03 2014-02-20 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter
DE102013103532A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip
DE102013214324A1 (de) * 2013-07-22 2015-01-22 Vega Grieshaber Kg Radarfüllstandmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung
DE102013107847A1 (de) 2013-07-23 2015-01-29 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter nach einem Laufzeitmessverfahren
EP2869042B1 (de) * 2013-11-04 2016-08-10 VEGA Grieshaber KG Modellbasierte Rauschunterdrückung bei Füllstandmessgeräten
DE102014113993A1 (de) * 2014-09-26 2016-03-31 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Herstellen eines Behältnisses für ein Medium
US9767671B2 (en) * 2014-11-05 2017-09-19 Intel Corporation System for determining sensor condition
US10436625B2 (en) * 2015-01-19 2019-10-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Interferometric doppler radar and method for wave and water level measurement
DE102015120736B4 (de) * 2015-11-30 2022-07-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren und Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes
DE102016114647A1 (de) * 2016-08-08 2018-02-08 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Messgeräts und Messgerät
DE102016124364A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-14 Endress+Hauser SE+Co. KG Grenzstandschalter mit Ausfallsicherheit
DE102017109316A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Füllstands
KR102164547B1 (ko) 2017-07-31 2020-10-12 주식회사 엘지화학 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
US10578479B2 (en) * 2017-08-09 2020-03-03 Fluke Corporation Calibration bath with acoustic liquid level sensor
US10746625B2 (en) 2017-12-22 2020-08-18 Infineon Technologies Ag System and method of monitoring a structural object using a millimeter-wave radar sensor
US10576328B2 (en) 2018-02-06 2020-03-03 Infineon Technologies Ag System and method for contactless sensing on a treadmill
US10775482B2 (en) 2018-04-11 2020-09-15 Infineon Technologies Ag Human detection and identification in a setting using millimeter-wave radar
US10761187B2 (en) * 2018-04-11 2020-09-01 Infineon Technologies Ag Liquid detection using millimeter-wave radar sensor
US10794841B2 (en) 2018-05-07 2020-10-06 Infineon Technologies Ag Composite material structure monitoring system
EP3575817A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-04 VEGA Grieshaber KG Verfahren zur füllstandmessung
US10903567B2 (en) 2018-06-04 2021-01-26 Infineon Technologies Ag Calibrating a phased array system
US11416077B2 (en) 2018-07-19 2022-08-16 Infineon Technologies Ag Gesture detection system and method using a radar sensor
US11183772B2 (en) 2018-09-13 2021-11-23 Infineon Technologies Ag Embedded downlight and radar system
US11125869B2 (en) 2018-10-16 2021-09-21 Infineon Technologies Ag Estimating angle of human target using mmWave radar
US11360185B2 (en) 2018-10-24 2022-06-14 Infineon Technologies Ag Phase coded FMCW radar
US11397239B2 (en) 2018-10-24 2022-07-26 Infineon Technologies Ag Radar sensor FSM low power mode
DE102018127012A1 (de) * 2018-10-30 2020-04-30 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät
EP3654053A1 (en) 2018-11-14 2020-05-20 Infineon Technologies AG Package with acoustic sensing device(s) and millimeter wave sensing elements
US11087115B2 (en) 2019-01-22 2021-08-10 Infineon Technologies Ag User authentication using mm-Wave sensor for automotive radar systems
US11126885B2 (en) 2019-03-21 2021-09-21 Infineon Technologies Ag Character recognition in air-writing based on network of radars
US11415451B2 (en) 2019-04-01 2022-08-16 Abb Schweiz Ag High and/or low energy system coupler
US11079473B2 (en) 2019-04-01 2021-08-03 Abb Schweiz Ag Timing control circuit for guided wave radar level transmitter
US11193809B2 (en) * 2019-04-01 2021-12-07 Abb Schweiz Ag Expert control systems and methods for level measurement
US11454696B2 (en) 2019-04-05 2022-09-27 Infineon Technologies Ag FMCW radar integration with communication system
CN110243436B (zh) * 2019-07-08 2020-05-19 智驰华芯(无锡)传感科技有限公司 一种用于雷达物位计的近距离干扰信号消除系统
US11327167B2 (en) 2019-09-13 2022-05-10 Infineon Technologies Ag Human target tracking system and method
US11774592B2 (en) 2019-09-18 2023-10-03 Infineon Technologies Ag Multimode communication and radar system resource allocation
US11435443B2 (en) 2019-10-22 2022-09-06 Infineon Technologies Ag Integration of tracking with classifier in mmwave radar
DE102019135288A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Endress+Hauser Group Services Ag System und verfahren zum überwachen eines zustands von mindestens einem objekt, das in einem rohrleitungssystem umfasst ist
US11808883B2 (en) 2020-01-31 2023-11-07 Infineon Technologies Ag Synchronization of multiple mmWave devices
US11614516B2 (en) 2020-02-19 2023-03-28 Infineon Technologies Ag Radar vital signal tracking using a Kalman filter
US11585891B2 (en) 2020-04-20 2023-02-21 Infineon Technologies Ag Radar-based vital sign estimation
US11567185B2 (en) 2020-05-05 2023-01-31 Infineon Technologies Ag Radar-based target tracking using motion detection
US11774553B2 (en) 2020-06-18 2023-10-03 Infineon Technologies Ag Parametric CNN for radar processing
US11704917B2 (en) 2020-07-09 2023-07-18 Infineon Technologies Ag Multi-sensor analysis of food
US11614511B2 (en) 2020-09-17 2023-03-28 Infineon Technologies Ag Radar interference mitigation
US11719787B2 (en) 2020-10-30 2023-08-08 Infineon Technologies Ag Radar-based target set generation
US11719805B2 (en) 2020-11-18 2023-08-08 Infineon Technologies Ag Radar based tracker using empirical mode decomposition (EMD) and invariant feature transform (IFT)
EP4012356B1 (de) * 2020-12-11 2023-08-30 Pepperl+Fuchs SE Verfahren zum bestimmen eines füllstands, ultraschallsensor und messeinrichtung zum bestimmen eines volumens eines füllguts
CN113155240B (zh) * 2020-12-31 2023-03-07 重庆川仪自动化股份有限公司 一种用于雷达物位计标定装置的全自动控制方法
US11662430B2 (en) 2021-03-17 2023-05-30 Infineon Technologies Ag MmWave radar testing
US11921187B1 (en) * 2021-04-16 2024-03-05 Amazon Technologies, Inc. Monitoring non-stationary object distance using ultrasonic signals
US11950895B2 (en) 2021-05-28 2024-04-09 Infineon Technologies Ag Radar sensor system for blood pressure sensing, and associated method
DE102021115874A1 (de) 2021-06-18 2022-12-22 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessung
DE102021115871A1 (de) 2021-06-18 2022-12-22 Endress+Hauser SE+Co. KG Grenzschicht-Detektion

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223346A1 (de) * 1992-07-16 1994-01-20 Vega Grieshaber Gmbh & Co Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung mit Hilfe von Impuls-Echo-Signalen
US5587969A (en) * 1993-03-16 1996-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Process for the recognition and separation of useful and interfering echoes in the received signals of distance sensors which operate in accordance with the pulse-echo principle
WO2001013075A1 (en) * 1999-08-16 2001-02-22 Solartron Mobrey Limited Ultrasound level detection using a dynamic threshold

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3337690A1 (de) 1983-10-17 1985-04-25 VEGA Grieshaber GmbH & Co, 7620 Wolfach Verfahren und vorrichtung zur messung des fuellstands in einem behaelter mittels schall-/ultraschallwellen
DE3821577A1 (de) 1988-06-25 1990-01-04 Hipp Johann F Verfahren und vorrichtung zur hinderniserkennung mit ultraschallentfernungsmessung
US5060205A (en) 1990-05-29 1991-10-22 Deere & Company Ultrasonic distance measuring system
FR2718249B1 (fr) * 1994-04-05 1996-04-26 Thomson Csf Procédé et dispositif radar de mesure de distance.
DE19824267A1 (de) * 1998-05-29 1999-12-02 Siemens Ag Verfahren zur Erkennung von Nutz- und Störechos im Empfangssignal von Abstandssensoren sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
US6577960B1 (en) * 2000-07-13 2003-06-10 Simmonds Precision Products, Inc. Liquid gauging apparatus using a time delay neural network
EP1235059A1 (de) 2001-02-14 2002-08-28 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät
AU2003250981B2 (en) * 2002-07-19 2009-05-28 Vega Grieshaber Kg Method and device for determining an expectancy range for a level echo and a spurious echo
DE10260962A1 (de) 2002-12-20 2004-07-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Füllstandsmeßgerät und Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip
DE10325267A1 (de) * 2003-06-03 2004-12-23 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Anordnung und Verfahren zur Füllstandsmessung
DE10360710A1 (de) 2003-12-19 2005-10-06 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip
DE102004052110B4 (de) 2004-10-26 2018-08-23 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip
DE102005003152A1 (de) * 2005-01-21 2006-07-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion eines Füllstandmessgeräts
DE102006019191A1 (de) * 2006-04-21 2007-10-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223346A1 (de) * 1992-07-16 1994-01-20 Vega Grieshaber Gmbh & Co Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung mit Hilfe von Impuls-Echo-Signalen
US5587969A (en) * 1993-03-16 1996-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Process for the recognition and separation of useful and interfering echoes in the received signals of distance sensors which operate in accordance with the pulse-echo principle
WO2001013075A1 (en) * 1999-08-16 2001-02-22 Solartron Mobrey Limited Ultrasound level detection using a dynamic threshold

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Publication number Publication date
EP2516973A2 (de) 2012-10-31
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US20120265486A1 (en) 2012-10-18

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