CN102997975B - 用于根据传播时间原理测量料位的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种利用根据测量装置中传播时间原理工作的料位测量设备(3)来测量容器(1)中的填充物质的料位(L)的方法，其中，在空容器(1)的情况中，发射到容器(1)中的微波信号(T)的至少一部分经由在容器(1)的底部上的反射而反射回料位测量设备(3)。该方法安全而可靠地检测空容器(1)的存在。微波信号(T)被发射到容器(1)中并且其在容器(1)中反射回料位测量设备(3)的部分被接收作为被接收信号(R)。基于被接收信号(R)，推导出回波函数(E(P))，该回波函数把被接收信号(R)的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离的位置(P)的函数。仅在下列情况下指示空容器(1)的存在：在相应的回波函数(E(P))中未检测到料位回波(EL)，并且在相应的回波函数(E(P))中在位于先前确定的双侧受限的空回波位置范围(ΔPempty)中的位置(P)检测到容器底部回波(EF)，其中，容器底部回波(EF)在空容器(1)的情况中出现在空回波位置(Pempty)处，该空回波位置依赖于容器(1)的形状和料位测量设备(3)的安装位置。

Description

用于根据传播时间原理测量料位的方法
技术领域
本发明涉及一种利用根据测量装置中传播时间原理工作的料位测量设备来测量容器中的填充物质的料位的方法，其中，在空容器的情况中，发射到容器中的微波信号的至少一部分经由在容器的底部上的反射而反射回料位测量设备，其中，料位测量设备将微波信号发射到容器中并在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后把信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回，基于被接收信号推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为与信号的传播时间或其在容器中传播的路径距离相对应的位置的函数，并且，基于回波函数，检测该回波函数是否包含归因于在填充物质的表面上的反射的料位回波并且该回波函数是否包含归因于在容器底部上的反射的容器底部回波。
背景技术
这样的料位测量方法应用于许多工业分支中，例如在加工工业、化学工业或食品工业中。
通常，料位测量设备安装在容器上方。在测量操作中，从料位测量设备朝容器中的填充物质发射微波信号，并且在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后将信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回。基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为位置的函数，该位置对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离。在这种情况下，传播时间和路径距离可基于微波信号沿该路径的传播速度而彼此转换。
在位于容器中的反射器（例如，填充物质的表面和容器底部的反射器）上的反射在对应于其与料位测量设备的距离的回波函数中的位置处产生在回波函数（在本文中随后称为回波）中的局部最大值。
为了确定传播时间，可以使用所有已知的方法，这些方法使得能够借助于反射的微波测量相对较短的距离。最熟知的实例是脉冲雷达方法和调频连续波雷达（FMCW雷达）方法。
在脉冲雷达的情况中，短微波发射脉冲被周期性地发射到容器中，并在那里被反射，并且在依赖于脉冲传播的路径距离的传播时间之后接收回。
在FMCW方法的情况中，连续地发射例如以锯齿函数的方式周期性地线性调频的微波信号。因此，相对于发射信号在接收的时点处具有的瞬时频率，所接收的信号的频率具有取决于相关联的微波信号的传播时间的频率差。因此，在发射信号和接收信号之间的频率差对应于传播时间并且因此对应于反射表面到料位测量设备的间距，该频率差可通过将这两个信号混合并对混合信号的傅立叶光谱进行评估来得到。此外，通过傅立叶变换得到的频率光谱的光谱线振幅对应于回波振幅。因此，在这种情况下该傅立叶光谱表示回波函数。
基于回波函数确定料位回波，该料位回波对应于发射的信号在填充物质的表面上的反射。在已知的微波传播速度的情况中，从料位回波的传播时间直接获得微波在其路径上从测量设备到填充物质的表面并返回所经过的路径距离。基于料位测量设备在容器上方的安装高度，可以直接计算出所求的料位。
在这种情况下，也希望能够正确而可靠地检测空容器的存在情况。在空容器的情况下，没有在填充物质表面上的微波信号的反射。相反，以本文中随后称为空距离的到料位测量设备的距离，微波信号到达容器底部的一部分，并且在那里被反射。在空容器的情况中，发射到容器中的微波信号的至少一部分经由容器底部被反射回料位测量设备，在这样的测量应用中，回波函数在空容器的情况中有规律地具有在本文中随后被指定为容器底部回波的回波，该回波可归因于在容器底部上的反射。
在这样的情况中，问题在于在空容器的情况中在回波函数中中容器底部回波的位置依赖于料位测量设备的安装位置和容器的几何形状。只有在具有平坦底部的空容器的情况中，发射的微波信号才直接反射回料位测量设备。在这种情况下，在空容器的情况中，在回波函数内容器底部回波出现在对应于空距离的位置处。
相比之下，如果发射的微波信号在空容器的情况中落在例如容器底部的倾斜或弯曲部分上，则信号对应于其到达该部分的入射角而反射，并且因此只能经由在容器中的其它反射而间接反射回料位测量设备。这里，在空容器的情况中，在容器中反射回到料位测量设备的发射信号的部分经过依赖于安装位置且依赖于容器几何形状的路径。在给定情况下，该路径的长度可以远大于空距离。
为了检测空容器，目前已经存在应用的方法，其中基于回波函数，首先检查是否能在空距离内识别料位回波。如果不能识别，则检查容器底部回波是否出现在超出空距离的回波函数的区域中。由于取决于容器形式容器底部回波也可出现在明显大于空距离的位置处，因此通常考虑相对大的距离范围，该范围始于对应于空距离的位置且包含对应于到料位测量设备的距离的那些位置，该距离大于空距离。如果在该距离范围内存在对应回波，则将其识别为容器底部回波，并且料位测量设备报告空容器。
然而，当实际存在的填充物质的料位回波临时不可检测时，该方法包含不准确的空报告的危险。在该情况下，由于回波函数中存在补充于不可检测的料位回波的容器底部回波，空容器被指示。
例如，当填充物质临时具有较小介电常数，并且因此在填充物质的表面上仅出现弱反射时，就发生这种情况。由于其较小振幅，这些弱反射在回波函数中不是明确地可识别。同样，填充物质表面上的湍流或表面上的泡沫形成也会导致料位回波不再能在回波函数中识别的结果。
此外，当容器中的料位超过其中诸如安装在容器中的部件的微波反射干扰物所处的高度时，料位回波也可能不再被直接识别。如果料位位于干扰物的高度处，则干扰回波和料位回波叠加在回波函数的相同区域中，并且因此无法直接区分彼此。然而，该问题是通过诸如合适的回波跟踪算法的辅助措施目前可克服的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用微波料位测量设备测量料位的方法，该设备根据传播时间原理工作并且安全而可靠地识别空容器的存在。
为此，本发明在于一种利用根据测量装置中传播时间原理工作的料位测量设备来测量容器中的填充物质的料位的方法，其中，在空容器的情况中，发射到容器中的微波信号的至少一部分经由在容器的底部上的反射而反射回料位测量设备，其中，
-料位测量设备将微波信号发射到容器中并在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后把信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号而接收回，
-基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离的位置的函数，
-基于回波函数，检测该回波函数是否包含归因于在填充物质的表面上的反射的料位回波并且该回波函数是否包含归因于在容器底部上的反射的容器底部回波，并且
-空容器的存在仅在下列情况下被指示：在相应的回波函数中，未检测到料位回波，并且在相应的回波函数中，在容器底部回波位置处检测到容器底部回波，该容器底部回波位置位于此前确定的双侧受限的空回波位置范围中，其中，容器底部回波在空容器的情况中出现在空回波位置处，该空回波位置依赖于容器的形状和料位测量设备的安装位置。
本发明的第一进一步发展涉及一种方法，其中，通过包括下列的步骤确定空回波位置：
-在其中容器被排空至少一次的时间段内，料位测量设备发射微波信号到容器中并在依赖于信号在容器中的传播的路径距离的传播时间之后把信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号而接收回，
-基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离的位置的函数，
-基于回波函数，确定可在该回波函数中检测的容器底部回波的容器底部回波位置，并且
-当在该时间段中检测到至少一个容器底部回波时，空回波位置被设为等于在该时间段中确定的最小容器底部回波位置。
第一进一步发展的进一步发展涉及一种方法，其中，
-预确定包围空距离位置的空距离位置范围，其中，在该空距离位置中出现的回波既不可识别为料位回波，也不可识别为容器底部回波，
--其中，空距离位置是对应于到料位测量设备的距离的位置，其中在空容器的情况中从料位测量设备发射的微波信号首先到达容器底部的一部分，
-当在该时间段期间未检测到容器底部回波或者在该时间段期间出现的所述最小容器底部回波位置直接与空距离位置范围接界时，空回波位置范围被设为等于该空距离位置范围，
-当确定的空回波位置超出空距离位置范围的量大于料位测量设备的位置确定精度时，空回波位置范围被设为等于空回波位置的包围范围，该包围范围的宽度大于位置确定精度且小于位置确定精度的个位数倍数，并且，
-在后续的定期测量操作中，在空回波位置范围内出现的回波被识别为容器底部回波。
第一进一步发展的另一个进一步发展涉及一种方法，其中，填充物质部分地反射到达其上的微波信号并部分地让它们穿过，并且通过下列步骤来确定回波函数中的容器底部回波位置：
-检测在该时间段期间导出的回波函数中的一个中的容器底部回波并确定其容器底部回波位置，并且
-在每种情况下，基于相应的回波函数和此前最后确定的容器底部回波位置，检测在该回波函数之后在时间上导出的回波函数的容器底部回波。
本发明的第二进一步发展涉及一种方法，其中，填充物质部分地反射到达其上的微波信号并部分地让它们穿过，并且通过包括下列的步骤来确定空回波位置：
-在其中料位至少变化预定最少量且容器被排空至少一次的时间段内，料位测量设备发射微波信号到容器中并在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后将信号在容器中反射到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回，
-基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离的位置的函数，
-基于回波函数，在回波函数中可检测的料位回波的料位回波位置和在回波函数中可检测的容器底部回波的容器底部回波位置被确定并与在每种情况下相关联的料位存储在一起，
-确定在该时间段期间检测到的最大料位回波位置，并且将相关联的料位保持为在该时间段期间出现的最低料位，并且
-基于所记录的容器底部回波位置和相关联的料位，确定第一回归线，该第一回归线表达作为料位的函数的容器底部回波的位置，并且
-将空回波位置确定为根据回归线存在于最低出现的料位处的容器底部回波位置。
第二进一步发展的进一步发展涉及一种方法，其中，
-在该时间段的开始处，预确定包围空距离位置的空距离位置范围，其中，在空距离位置中出现的回波既不可识别为料位回波，也不可识别为容器底部回波，
--其中，空距离是依赖于料位测量设备的安装高度和容器形式的到料位测量设备的距离，以该距离从料位测量设备发射的微波信号在空容器的情况中首先到达容器底部的一部分，并且空距离位置是在回波函数内对应于空距离的位置，
-基于所记录的料位回波位置和相关联的料位，确定第二回归线，该第二回归线表达作为料位的函数的料位回波的位置，
-确定假想空距离位置，该假想空距离位置等于两个回归线的交点的位置，
-出现在回波函数中的时间段内以及空距离范围内的回波，当其出现在小于假想空距离位置的位置时被识别为料位回波，并且当其出现在大于假想空距离位置的位置时被识别为容器底部回波。
上一进一步发展的进一步发展涉及一种方法，其中，基于最大检测到的料位回波位置，通过将实际存在的空距离位置设为等于在该时间段中检测到的最大料位回波位置，确定实际存在的空距离和/或其实际存在的空距离位置。
本发明的第三进一步发展涉及一种方法，其中，填充物质部分地反射到达其上的微波信号并部分地让它们穿过，并且在下列条件下基于此前确定的容器底部回波位置对料位的依赖关系和底部回波的位置来确定料位：
--在回波函数中未检测到料位回波，并且
--检测到的底部回波的底部回波位置位于空回波位置范围以外。
上一进一步发展的进一步发展涉及一种方法，其中，通过包括下列的步骤来预确定容器底部回波位置对料位的依赖关系：
-在其中料位至少变化预定最少量的时间段内，料位测量设备发射微波信号到容器中并在依赖于信号在容器中传播的路径距离的传播时间之后将信号在容器中反射回到料位测量设备的部分作为被接收信号接收回，
-基于被接收信号，推导出回波函数，该回波函数将被接收信号的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器中传播的路径距离的位置的函数，
-基于回波函数，确定在回波函数中可检测的容器底部回波的容器底部回波位置并与在每种情况下相关联的料位存储在一起，并且
-基于所记录的容器底部回波位置和相关联的料位，确定回归线，该回归线表达容器底部回波位置对料位的依赖关系。
第一进一步发展的进一步发展、第二进一步发展、第二进一步发展的进一步发展、第三进一步发展、或第三进一步发展的进一步发展提出，在所述时间段期间，其中基于记录在相应的时间段中的回波函数，确定空距离位置和/或容器底部回波位置对料位的依赖关系，通过在回波函数中确定可在回波函数中检测到的料位回波的料位回波位置来测量料位，并且基于料位回波位置确定相关联的料位。
附图说明
现在将基于附图更详细地描述本发明及其优点，其中提供了实施例的三个实例；在附图中，相同部件用相同的附图标记来提供。在附图中：
图1示出了包括具有平坦容器底部的容器的料位测量装置，以及在空容器的情况中在该装置中推导出的回波函数；
图2示出了具有倾斜圆柱形容器的料位测量装置，以及在空容器的情况中在该装置中推导出的回波函数；
图3示出了包括具有漏斗形容器底部的容器的料位测量装置，以及在空容器的情况中在该装置中推导出的回波函数；以及
图4示出了用图2的测量装置确定的作为相关联的料位的函数的料位和容器底部回波位置。
具体实施方式
以举例方式，基于图1至3所示三种料位测量装置，现在将描述用于容器1中的填充物质的料位测量的本发明的方法。每幅图示出了具有布置在空容器1上的料位测量设备3的测量装置，因此，示出了图1中的容器1a、图2中的容器1b和图3中的容器1c。在所有三种测量装置中，均指示了空距离D。如由料位测量设备3的安装位置和容器形式所预确定的，空距离D是位于料位测量设备3和容器底部的相应区域之间的间距，在空容器1的情况中，从料位测量设备3发射的微波信号T首先到达相应区域。
本发明的方法可结合根据传播时间原理工作的初始命名的料位测量设备3（例如脉冲雷达料位测量设备）使用，并且也可结合FMCW雷达料位测量设备使用。
在这种情况下，料位测量设备3在测量操作中发射微波信号T到容器1中。微波信号T在容器1中，尤其在填充物质的表面上和/或容器底部上被反射，并且其反射回料位测量设备3的部分在依赖于其在容器1中传播的路径距离的传播时间之后作为被接收信号R被接收回。
基于被接收信号R，推导出回波函数E(P)，该回波函数表达作为信号的位置P的函数的被接收信号R的振幅。在这种情况下，位置P对应于与相应振幅相关联的传播时间（由料位测量设备3测量且为反射的部分所需以用于从料位测量设备3到反射位置并返回的路径距离），或对应于在容器1中传播的路径距离且对应于相应的传播时间。
为了推导出回波函数E(P)，可使用在这类料位测量设备中使用的所有已知的方法。通常，在这种情况下，为先后接收的信号R中的每一个推导出回波函数E(P)。
然后，基于回波函数E(P)，确定回波函数是否包含归因于在填充物质的表面上的反射的料位回波EL，并且回波函数是否包含归因于在容器底部上的反射的容器底部回波EF。
本发明的方法的应用假设，在空容器1的情况中，发射的微波信号T的至少一部分经由在容器底部上的反射被反射回料位测量设备3。如果由于几何形状和/或料位测量设备3的安装方式，这种反射在空容器1的情况中基本上不可能，则本发明的方法不适用。
为了检测料位回波EL和容器底部回波EF，相应的回波函数E(P)优选以数字形式存储在料位测量设备3中，并且借助于从料位测量技术已知的对应回波识别算法进行检验。基于这些回波识别算法的回波识别方法通常根据下述概念操作：在位于容器1中的反射器上的反射，尤其是在填充物质的表面上或容器底部上的反射在回波函数E(P)中以局部最大值的形式出现。回波函数的每个最大值对应于可归因于在反射器上的反射的回波。相应回波的位置P对应于到反射器并返回的相关联的信号传播时间，并且因此对应于在容器1中传播的路径距离。
相应地，例如，首先确定相应回波函数E(P)的最大值的位置和幅值，并且基于由所应用的方法预定的补充条件，检测所确定的回波中的一个是否为料位回波EL，以及回波中的一个是否为容器底部回波EF。
在这种情况下，基于对应于空距离D的空距离位置PD，回波函数E(P)被有规律地划分为两个区域；即，划分为第一区域I，其包括对应于小于空距离D的到料位测量设备3的距离的所有位置P；和第二区域II，其包括对应于大于空距离D的到料位测量设备的距离的位置。
通常，空距离D至少大致已知，并且例如在料位测量设备3在使用位置启动时，输入到料位测量设备。如果空距离D仅在测量精度或公差内已知，则相关联的空距离位置PD也只能以对应精度确定。在这种情况下，两个区域I、II彼此相隔空距离位置范围ΔPD，该范围包括实际存在的空距离位置PD，并且其宽度对应于空距离位置PD的不精确度。在这种情况下，空距离D的测量精度常常达到几厘米，并且因此明显大于目前的料位测量设备3的位置分辨率。
为了识别回波函数E(P)中可能存在的料位回波EL，目前使用例如回波识别方法，在该方法中，假设料位回波EL具有比在第一区域I中检测到的剩余回波更大的振幅。相应地，在第一区域I内具有最大振幅的回波被检测为料位回波EL。伴随地，回波识别方法是已知的，在该方法中，假设料位回波EL为在第一区域I中出现的第一回波。相应地，这里，第一回波被识别为料位回波EL。此外，也可以通过定义例如所谓的第一回波因子而将两种方法彼此结合。第一回波因子为预定因子，回波必须超出该因子一定振幅，才能被识别为料位回波EL。另外，优选地，在给定情况下，也可定义位置相关的预定回波阈值，回波的振幅必须超过该阈值，才能被识别为料位回波EL。这样，初始地可以抑制具有较小振幅的干扰信号，并且例如也可以屏蔽干扰回波，诸如例如由安装在容器中已知高度处的部件所造成的干扰回波。如果没有符合这些条件的回波位于第一区域I中，则不可检测到料位回波EL。
例如，通过将出现在第二区域II中的第一回波或出现在第二区域II中具有最大振幅的回波识别为容器底部回波EF，该回波方法也可以类似方式被考虑用于检测第二区域II中的容器底部回波EF。如果在第二区域II中不存在符合这些条件的回波，则不可检测到容器底部回波EF。
如果两个区域I、II彼此相隔空距离位置范围ΔPD，则出现在该空距离位置范围ΔPD内的回波既不能明确地识别为料位回波EL，也不能明确地识别为容器底部回波EF。
根据本发明，仅当在相应的回波函数E(P)中不能检测到料位回波EL，并且在回波函数E(P)内的位置PF处检测到容器底部回波EF时，才显示空容器1，其中位置PF位于此前确定的空回波位置范围ΔPempty内。空回波位置范围ΔPempty是以空回波位置Pempty的两侧为极限的范围，其中容器底部回波EF在空容器1的情况中出现在回波函数E(P)中。
空回波位置Pempty对应于在空容器1的情况中在容器1中传播的微波信号的路径距离。该位置依赖于容器形式和料位测量设备3在相应容器1上的安装位置，并且可以明显大于空距离位置PD。
为了说明这一点，图1至3的测量装置的右侧示出了相应的回波函数E(P)，这些回波函数为在空容器1a、1b、1c的情况中的相应测量装置而推导出。
图1的测量装置中所示容器1a为具有平坦底部的直立圆柱形罐。在空容器1a的这种情况中，到达平面容器底部的微波信号T被直接反射回料位测量设备3。相应地，容器底部回波EF在空容器1a的情况中出现在相关联的回波函数E(P)中的空回波位置Pempty处，该位置等于空距离位置PD。
图2的测量装置中所示容器1b为倾斜的圆柱形罐。这里，在由空距离D给定的到料位测量设备3的距离处，首先到达弯曲的容器底部的微波信号T被反射到相对地定位的同样弯曲的容器1b的内壁，从这里经由弯曲的容器底部反射回料位测量设备3。相应地，容器底部回波EF在空容器1b的情况中随后出现在回波函数E(P)中的空回波位置Pempty处，该位置对应于空距离D与在容器1b中在容器底部和相对地定位的内壁之间传播的附加路径距离X1之和。
在图3的测量装置中所示容器1c为具有漏斗形底部的罐。在该实例中，在由空距离D给定的间距处的微波信号T到达倾斜的漏斗内表面5，并且从这里反射到相对地定位的同样倾斜的漏斗内表面7。漏斗内表面7将到达其上的微波信号反射到容器盖9，继而从这里经由在两个相对地定位的漏斗内表面7、5上的反射反射回料位测量设备3。相应地，容器底部回波EF在空容器1c的情况中出现在回波函数E(P)中更晚的空回波位置Pempty处，该位置对应于空距离D、在漏斗内表面5、7之间经过的路径距离X2、以及在第二漏斗内表面7和容器盖9之间经过的路径距离X3之和。
如果对于使用本发明的方法的测量装置而言料位测量设备3的安装位置和容器1的几何形状此前已准确地知道，则可以基于在相应的应用中微波信号T在位于容器1中的填充物质介质中的传播速度来较早地计算空回波位置范围ΔPempty。
然而，优选地，空回波位置范围ΔPempty由料位测量设备3通过优选地自动化的方法来确定，该方法在相应的测量装置中的使用位置处自动地运行。这提供了下列优点：当较早地不知道或仅知道关于容器形式和料位测量设备3在相应容器3上的安装位置的初步信息时，也可以确定空回波位置范围ΔPempty。另一个优点在于：在这种情况下，基于在使用位置处的实际情况来推导空回波位置范围ΔPempty。这样，除了容器形式和安装位置之外，在其推导过程中自动记录并考虑的还有影响微波信号在容器1中的传播的其它因应用而异的情况。这尤其包括安装在容器1中且影响微波信号在空容器1的情况中的光束路径的物体，例如其它测量设备或搅拌机构。
就这一点而言，料位测量设备3安装在使用位置处且被放置一段时间，在这段时间内，容器1以操作的学习模式被至少排空一次。该操作的学习模式基本上对应于定期的料位测量操作。即料位测量设备将微波信号T发射到容器1中并在依赖于信号在容器1中传播的路径距离的传播时间之后将信号在容器1中反射到料位测量设备3的部分作为被接收信号R接收回。同样，基于被接收信号R形成回波函数E(P)，该回波函数将所被接收信号R的振幅表达为对应于信号的传播时间或信号在容器1中传播的路径距离的位置P的函数。
在该时间段中推导出的回波函数E(P)被检验，以确定其是否具有可检测的容器底部回波EF，并且确定和记录在回波函数E(P)中检测到的容器底部回波EF的容器底部回波位置PF。例如以前述方式进行。
由于容器1在该时间段期间至少排空一次，这独立于填充物质的反射特性而确保容器底部回波EF至少出现一次，即在容器1排空的过程中出现。如果在空容器1的情况中出现的容器底部回波EF由于料位测量装置的条件而位于回波函数E(P)的范围II内，该范围位于空距离PD以上或空距离范围ΔPD以上，则该回波被料位测量设备3检测为容器底部回波EF。在空容器1的情况中出现的容器底部回波EF仅在其位于空距离范围ΔPD内时不被料位测量设备3检测为容器底部回波EF。
在具有较小介电常数和因此较小反射率的填充物质的情况中，除了在空容器1的情况中出现的容器底部回波EF之外，当料位L高于对应于空距离D的料位时，自然地也检测到容器底部回波EF。在这种情况下，仅微波信号T的一部分在填充物质上表面上被反射回料位测量设备3。剩余未反射的部分穿透填充物质向下到容器底部，穿透部分的至少一部分从那里经由依赖于容器几何形状的路径被反射回料位测量设备3。由于微波信号中填充物质中的传播速度比在位于其上方的介质（通常为空气）中小，在位于空距离D上方的料位L的情况中检测到的容器底部回波EF比在空容器1的情况中检测到的一个或多个容器底部回波EF更晚地出现，即出现在更大的位置PF处。
如果在该时间段期间检测到至少一个容器底部回波EF，则因此将空回波位置Pempty设为等于在该时间段中确定的最小容器底部回波位置PF。
在确定空回波位置Pempty之后，优选地确定狭窄地限制在围绕该空回波位置Pempty的两侧上的空回波位置范围ΔPempty，在空容器1的情况中，在随后的测量操作中预计容器底部回波EF将出现在该范围内。在这种情况下，空回波位置范围ΔPempty必须至少与位置确定的测量精度一样大。
如果所确定的空回波位置Pempty超出空距离位置范围ΔPD的量大于料位测量设备3的位置确定精度，则优选地选择包围所确定的空回波位置Pempty的空回波位置范围ΔPempty，该范围的宽度大于料位测量设备(3)的位置确定精度且小于位置确定精度的个位数倍数。相比之下，如果所确定的空回波位置Pempty直接与空距离位置范围ΔPD接界，则将空回波位置范围ΔPempty设为等于空距离位置范围ΔPD。
如果在该时间段期间未检测到容器底部回波EF，则因而断定空回波位置Pempty位于空距离位置范围ΔPD内。同样在这种情况下，将所求的空回波位置范围ΔPempty设为等于空距离位置范围ΔPD。
在随后的定期测量操作中，当其出现在空距离位置范围ΔPD内时，出现在空回波位置范围ΔPempty内的回波也因此被识别为容器底部回波EF。
为了确定空回波位置范围ΔPempty，在该时间段的开始处，必须为容器底部回波EF记录和检验回波函数E(P)的第二范围II的非常大的位置范围。一旦在该时间段期间检测到第一容器底部回波EF，就可以通过在每种情况下在其上方接界在该时间段中尚未确定的最小容器底部回波位置PF来连续地缩小待评估的位置范围。
为了结合部分地反射和部分地通过到达其上的微波信号的填充物质来检测容器底部回波EF，可以如在料位测量技术中通常用于检测料位回波那样使用辅助方法，该方法在料位测量技术中被称为“回波跟踪”。这些方法基于以下概念：可归因于容器1中的某些反射器（例如填充物质的表面）的回波仅可通过以料位在具体应用中可改变的最大速度为上限的变化速率改变其位置。因此，可以跟踪曾经识别的回波的位置的时间发展。在这种情况下，由于在每种情况下在此前的测量循环中确定的该回波的位置以及该回波的位置的因应用而异的最大变化速率，在当前回波函数E(P)内存在有限的范围，该回波的新位置P必然位于该范围内。相应地，例如，当前回波函数E(P)的绝对最大值的位置P在该有限的范围内被确定并限定为该回波的新位置。
相应地，为了确定空回波位置Pempty，可以确定在该时间段期间推导出的回波函数E(P)之一中首先检测到的容器底部回波EF的容器底部位置PF，并且在每种情况下基于相应的回波函数E(P)、因应用而异的容器底部回波位置PF的最大变化速率以及此前最后确定的容器底部回波位置PF，并且通过存在于随后记录的回波函数E(P)中的容器底部回波EF的检测到的容器底部回波位置PF来随后跟踪其时间发展。
与此同时，也可以对料位回波EL检验在该时间段期间推导出的回波函数E(P)，并且基于检测到的料位回波EL的料位回波位置PL确定并输出料位L。因此，料位测量设备3已经在操作的学习模式过程中应用于料位测量。
结合这样的填充物质，部分地反射和部分地通过到达其上的微波信号，代替上文所述空回波位置确定方法，也可以使用随后描述的方法。在这种情况下，料位测量设备3以上文所述方式在一段时间内推导出回波函数E(P)，在该时间段内，料位L移动经过料位范围ΔL且容器1排空至少一次，并且在其中可检测到的料位回波EL的料位回波位置PL和在其中可检测到的容器底部回波EF的容器底部回波位置PF被确定并与在每种情况下相关联的料位L存储在一起。相关联的料位L在这里也可能已基于检测到的料位回波EL的料位回波位置PL被确定。
图4以举例的方式提供了在该时间段期间用图2所示测量装置获得的坐标图。该坐标图表达作为料位L的函数的料位回波位置PL（+号）和容器底部回波位置PF（三角形）。
随后，基于所记录的容器底部回波位置PF和相关联的料位L，从容器底部回波位置PF确定第一回归直线SL1。回归直线SL1表达作为料位L的函数的容器底部回波EF的位置PFSL1；即：
SL1:PFSL1=mL+PF0
其中m为斜率，PF0为线的截距。
该回归直线SL1的应用基于容器底部回波EF的容器底部回波位置PF随着料位L的上升而线性上升的假设。该假设被有规律地实现，因为这种与料位相关的上升取决于与料位L相关的微波信号在填充物质中传播的路径距离的长度以及微波信号在位于填充物质上方的介质中与在填充物质中的传播速度的差值。
与此同时，如果空距离位置PD仅仅优选地基于所记录的料位回波位置PL和相关联的料位L而不准确地知道，则从料位回波位置PL确定第二回归直线SL2，该回归直线提供了作为料位L的函数的料位回波EL的位置PL SL2。
SL2:PL SL2=nL+PL0
其中n为斜率，PL0为线的截距。
确定两个回归直线SL1和SL2的交点C，并且其位置随后用于将在该时间段中记录的回波函数E(P)中的料位回波EL和容器底部回波EF识别为将两个范围I和II彼此分隔的假想空距离位置PDC。基于该假想空距离位置PDC，现在也可以将在该时间段中出现在空距离位置范围ΔPD内的回波E识别为料位回波EL或容器底部回波EF。
在这种情况下，可能已经基于新测量的料位回波位置PL和新测量的容器底部回波位置PF在该时间段内相对早地确定了交点C。基于在该时间段中记录的料位回波位置PL，确定最大记录料位回波位置PL max。最大记录料位回波位置对应于在该时间段期间出现的最低料位Lempty。当出现的最低料位L的料位回波EL出现在空距离位置范围ΔPD内时，通过应用假想空距离位置PDC，也可以确保这一点。由于容器1在该时间段期间至少排空一次，出现的最低料位L位于几乎排空的容器1处。
因此，最大记录料位回波位置PL max同时也对应于实际存在的空距离位置PD。因此，优选地将其存储在料位测量设备3中并在后续测量操作中代替此前可能仅具有预定的较低测量精度的空距离位置PD而用于回波识别。
所求空回波位置Pempty对应于在空容器1的情况中的容器底部回波位置PF，并且因此直接由最大记录料位回波位置PL max和第一回归直线SL1引起，因为回归直线SL1指示为料位Lempty的该容器底部回波位置PFSL1(L=Lempty)与最大记录料位回波位置PL max相关联。
在确定空回波位置Pempty之后，优选地确定狭窄地限制在围绕该空回波位置Pempty的两侧上的空回波位置范围ΔPempty，在空容器1的情况中，在随后的测量操作中预计容器底部回波EF将出现在该范围内。在这种情况下，空回波位置范围ΔPempty必须至少与位置确定的测量精度一样大。然而，该范围也不需要太大。优选地，选择这样的范围，其宽度等于位置确定的测量精度的小的个位数倍数。
在设置该空回波位置范围ΔPempty之后，本发明的方法使得能够可靠地识别和显示空容器1的存在。
在这种情况下，当在相应的当前回波函数E(P)中不能检测到料位回波EL，且在狭窄地限定的空回波位置范围ΔPempty内检测到容器底部回波EF时，仅显示空容器1。
如果容器底部回波EF位于空回波位置范围ΔPempty以外，则料位L存在于由空距离D给定的在容器1中的高度以上，甚至在不能检测到料位回波EL时。
这种情况可由许多不同的原因引起。
因此，首先可以提及物理原因，该原因导致下列情况：填充物质的表面仅将小到无法记录测量值的一部分信号反射回料位测量设备3，或者甚至根本不反射。也就是说，例如下列情况：在所发射的微波信号T至少短时间到达的填充物质的表面的区域中，填充物质具有低的介电常数和因此低的反射率。此外，这种情况可由填充物质表面上的湍流引起，湍流导致下列情况：在填充物质的湍流表面上反射的微波信号在除了返回料位测量设备3之外的其它空间方向上被反射。不可检测到料位回波EL的另一个原因是在填充物质表面上形成泡沫，这导致弱反射和/或漫反射。
然而，与此同时，不可检测的料位回波EL也可以具有测量方法特有的原因。这样的例子出现在上文提及的方法中，其中，诸如安装在容器1中的物体的微波反射干扰物的回波例如通过预定的回波阈值而被排除在回波函数E(P)以外。这些方法导致下列结果：位于干扰物的高度处的料位L的料位回波EL以与干扰物的回波相同的方式被屏蔽，因此检测不到。
在测量操作中，如果未检测到料位回波EL，而是仅检测到位于空回波位置范围ΔPempty以外的容器底部回波EF，则这种情况优选地被料位测量设备3例如以料位回波丧失的报告的形式来显示。
此外，在这些情况下，基于超出空回波位置Pempty的检测到的底部回波EF的容器底部回波位置PF以及此前确定的容器底部回波位置EF对料位L的依赖关系PF(L)，可确定料位L。
如果容器1的几何形状和料位测量设备3的安装位置是此前已知的，则基于微波信号在位于填充物质以上的介质中与在填充物质中的传播速度的差值以及形成容器底部回波EF的信号分量在填充物质中经过的与料位L相关的路径距离的长度，通过计算可确定这种依赖关系PF(L)。
然而，优选地，容器底部回波位置EF对料位L的依赖关系由料位测量设备3以优选地自动的方法在相应测量装置中的使用位置处自动而准确地确定为空回波位置Pempty。这为依赖关系的确定提供了结合确定空回波位置Pempty已阐述的上述优点。
这种依赖关系PF(L)的确定优选地通过在某个时间段期间操作料位测量设备3来进行，在该时间段中，料位L经过应对其确定依赖关系PF(L)的料位范围的至少一部分至少一次。正如在确定空回波位置Pempty的情况中那样，在这里，在该时间段期间，也推导出回波函数E(P)，并且例如基于所确定的料位回波位置PL，将在回波函数E(P)中可检测的容器底部回波EF的容器底部回波位置PF和在回波函数E(P)中可检测的料位回波EL的料位回波位置PL记录为相关联的料位L的函数。到此为止，该方法适于确定空回波位置，并且得到图4所示记录。
另外，可以再一次从容器底部回波位置PF确定上文所述回归直线SL1，以便直接得到容器底部回波位置PF对料位L的所求依赖关系PF(L)。
在这种情况下，当这种依赖关系PF(L)的确定是在料位L仅穿过要确定依赖关系的料位范围的那部分的一段时间内时，达到要求。然后，可通过外推为所述部分确定的依赖关系PF(L)来确定该部分中未包含的料位区域内的依赖关系PF(L)。就这一点而言，例如也可借助于回归直线SL1预定在该部分以外的料位区域中的依赖关系PF(L)。
1  容器
3  料位测量设备
5  漏斗内表面
7  漏斗内表面
9  容器盖

Claims (10)

1.一种利用根据测量装置中传播时间原理工作的料位测量设备(3)来测量容器(1)中的填充物质的料位(L)的方法，其中，在空容器(1)的情况中，发射到所述容器(1)中的微波信号(T)的至少一部分经由在所述容器(1)的底部上的反射而反射回所述料位测量设备(3)，其中
所述料位测量设备(3)发射微波信号(T)至所述容器(1)中并在依赖于该信号在所述容器(1)中传播的路径距离的传播时间之后把该信号在所述容器(1)中反射到所述料位测量设备(3)的部分作为被接收信号(R)而接收回，
基于所述被接收信号(R)推导出回波函数(E(P))，所述回波函数把所述被接收信号(R)的振幅表达为与该信号的传播时间或该信号在所述容器中传播的路径距离相对应的位置(P)的函数，
基于所述回波函数(E(P))，检测所述回波函数是否包含归因于所述填充物质的表面上的反射的料位回波(EL)以及所述回波函数是否包含归因于容器底部上的反射的容器底部回波(EF)，并且
仅在下列情况下指示空容器的存在：在相应的回波函数(E(P))中，未检测到料位回波(EL)，并且在相应的回波函数(E(P))中，在容器底部回波位置(PF)处检测到容器底部回波(EF)，所述容器底部回波位置位于所述回波函数(E(P))的先前确定的双侧受限的空回波位置范围(ΔPempty)中，其中，所述容器底部回波(EF)在空容器(1)的情况下出现在依赖于所述容器(1)的形状和所述料位测量设备(3)的安装位置的空回波位置(Pempty)处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空回波位置(Pempty)通过包括下列的步骤来确定：
在所述容器(1)被排空至少一次的时间段内，所述料位测量设备(3)发射微波信号(T)至所述容器(1)中并在依赖于该信号在所述容器(1)中传播的路径距离的传播时间之后把该信号在所述容器(1)中反射到所述料位测量设备(3)的部分作为被接收信号(R)而接收回，
基于所述被接收信号(R)推导出回波函数(E(P))，所述回波函数把所述被接收信号(R)的振幅表达为与该信号的传播时间或该信号在所述容器中传播的路径距离相对应的位置(P)的函数，
基于所述回波函数(E(P))，确定所述回波函数(E(P))中可检测的所述容器底部回波(EF)的容器底部回波位置(PF)，并且
当在所述时间段中检测到至少一个容器底部回波(EF)时，所述空回波位置(Pempty)被设为等于在所述时间段中确定的所述容器底部回波位置(PF)的最小一个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
预确定包围空距离位置(PD)的空距离位置范围(ΔPD)，其中，在所述空距离位置中出现的回波既不可识别为料位回波(EL)，也不可识别为容器底部回波(EF)，其中，所述空距离位置(D)是对应于到所述料位测量设备(3)的距离的位置，其中在空容器(1)的情况下从所述料位测量设备(3)发射的微波信号(T)首先到达所述容器底部的一部分，
当在所述时间段期间未检测到容器底部回波(EF)或者在所述时间段期间出现的所述最小容器底部回波位置(PF)直接与所述空距离位置范围(ΔPD)接界时，所述空回波位置范围(ΔPempty)被设为等于所述空距离位置范围(ΔPD)，
当确定的空回波位置(Pempty)超出所述空距离位置范围(ΔPD)的量大于所述料位测量设备(3)的位置确定精度时，所述空回波位置范围(ΔPempty)被设为等于空回波位置(Pempty)包围范围，该包围范围的宽度大于所述位置确定精度且小于所述位置确定精度的个位数倍数，并且，
在后续的定期测量操作中，在所述空回波位置范围(ΔPempty)内出现的回波被识别为容器底部回波(EF)。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述填充物质部分地反射到达其上的微波信号且部分地让该微波信号穿过，并且在所述回波函数(E(P))中容器底部回波位置(PF)通过下列步骤确定：
检测在所述时间段期间导出的所述回波函数(E(P))之一中的容器底部回波(EF)并确定其容器底部回波位置(PF)，并且
在每种情况下，基于相应的回波函数(E(P))和先前最后确定的容器底部回波位置(PF)，检测时间上在该回波函数(E(P))之后导出的回波函数(E(P)的容器底部回波(EF)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述填充物质部分地反射到达其上的微波信号且部分地让所述微波信号穿过，并且所述空回波位置(Pempty)通过包括下列的步骤确定：
在其中所述料位(L)至少变化预定最少量且所述容器(1)被排空至少一次的时间段内，所述料位测量设备(3)发射微波信号(T)至所述容器(1)中并在依赖于该信号在所述容器(1)中传播的路径距离的传播时间之后把该信号在所述容器(1)中反射到所述料位测量设备(3)的部分作为被接收信号(R)而接收回，
基于所述被接收信号(R)推导出回波函数(E(P))，所述回波函数把所述被接收信号(R)的振幅表达为与该信号的传播时间或该信号在所述容器中传播的路径距离相对应的位置(P)的函数，
基于所述回波函数(E(P))，确定在所述回波函数(E(P))中可检测的所述料位回波(EL)的料位回波位置(EL)和在所述回波函数(E(P))中可检测的所述容器底部回波(EF)的容器底部回波位置(PF)并与在每种情况下相关联的料位(L)存储在一起，
确定在所述时间段期间检测到的最大料位回波位置(PL max)，并且把所述相关联的料位(L)保持为在所述时间段期间出现的最低料位(Lempty)，并且
基于所记录的容器底部回波位置(PF)和所述相关联的料位(L)，确定第一回归线(SL1)，所述第一回归线表达作为料位(L)的函数的所述容器底部回波(PF)的位置(PFSL1)，并且
所述空回波位置(Pempty)被确定为根据所述回归线(SL1)存在于最低出现的料位(Lempty)处的容器底部回波位置(PFSL1(L＝Lempty))。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
在所述时间段的开始处，预确定包围空距离位置(PD)的空距离位置范围(ΔPD)，其中，在所述空距离位置中出现的回波既不可识别为料位回波(EL)，也不可识别为容器底部回波(EF)，其中，空距离(D)是依赖于所述料位测量设备(3)的安装高度和容器形式的到所述料位测量设备(3)的距离，以该距离从所述料位测量设备(3)发射的微波信号(T)在空容器(1)的情况中首先到达所述容器底部的一部分，并且所述空距离位置(PD)是在所述回波函数(E(P))内对应于所述空距离(D)的位置，
基于所记录的料位回波位置(PL)和所述相关联的料位(L)，确定第二回归线(SL2)，所述第二回归线表达作为料位(L)的函数的所述料位回波(PL)的位置(PL SL2)，
确定假想空距离位置(PDC)，所述假想空距离位置等于所述两个回归线(SL1,SL2)的交点(C)的位置，
所述回波函数(E(P))中在所述时间段内以及所述空距离范围(ΔPD)内出现的回波，当其出现在小于所述假想空距离位置(PDC)的位置时被识别为料位回波(EL)，并且当其出现在大于所述假想空距离位置(PDC)的位置时被识别为容器底部回波(EF)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所检测到的最大料位回波位置(PL max)，通过把实际存在的空距离位置(PD)设为等于在所述时间段中检测到的所述最大料位回波位置(PL max)，确定实际存在的空距离(D)和/或其所述实际存在的空距离位置(PD)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述填充物质可以部分地反射出现在其上面的微波信号(T)且部分地使信号穿过，并且在下列条件下基于先前确定的所述容器底部回波位置(PF)对料位(L)的依赖关系(PF(L))和所述底部回波(EF)的所述位置(PF)来确定所述料位(L)：
在所述回波函数(E(P))中未检测到料位回波(EL)，并且
所检测到的底部回波(EF)的底部回波位置(PF)位于所述空回波位置范围(ΔPempty)以外。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过包括下列的步骤来预确定所述容器底部回波位置(PF)对料位(L)的所述依赖关系(PF(L))：
在其中所述料位(L)变化至少一个预定最少量的时间段内，所述料位测量设备(3)发射微波信号(T)至所述容器(1)中并在依赖于该信号在所述容器(1)中传播的路径距离的传播时间之后把该信号在所述容器(1)中反射回所述料位测量设备(3)的部分作为被接收信号(R)而接收回，
基于所述被接收信号(R)推导出回波函数(E(P))，所述回波函数把所述被接收信号(R)的振幅表达为与该信号的传播时间或该信号在所述容器中传播的路径距离相对应的位置(P)的函数，
基于所述回波函数(E(P))，确定在所述回波函数(E(P))中可检测的所述容器底部回波(EF)的容器底部回波位置(PF)并与在每种情况下相关联的料位(L)存储在一起，并且
基于所记录的容器底部回波位置(PF)和所述相关联的料位(L)，确定回归线(SL1)，所述回归线表达所述容器底部回波位置(PF)对料位(L)的依赖关系(PF(L))。
10.根据权利要求2、5、6、8或9所述的方法，其中，在所述时间段期间，其中基于在相应的时间段中记录的所述回波函数(E(P))，确定所述空距离位置(Pempty)和/或所述容器底部回波位置(PF)对料位(L)的所述依赖关系(PF(L))，通过在所述回波函数(E(P))中确定在所述回波函数(E(P))中可检测的所述料位回波(EL)的所述料位回波位置(PL)来测量料位(L)，并且基于所述料位回波位置(EL)确定所述相关联的料位(L)。
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