CN103502782A - 用于fmcw雷达物位测量设备的校准和/或监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种基于测量到被布置在先前已知距离(D)处的参考反射器(15)的距离的方法，用于校准和/或监测相干调频连续波雷达物位测量设备，其中，该参考反射器(15)能够被可靠地识别。为此目的，使用了以振荡频率(f_OS)朝物位测量设备执行振荡的参考反射器(15)，该参考反射器(15)被使用在从物位测量设备周期性发射的线性调频的发送信号(S)的波束路径中。物位测量设备接收发送信号(S)在容器(3)中的反射器处反射回的部分并且基于这些接收信号(E)和它们对于各接收信号(E)的分别相关的发送信号的时间相关性来记录回波函数(EF)，该回波函数代表接收信号(E)的幅度(A)作为相关联的反射器的相关联的位置的函数。根据本发明，基于多个连续地记录的回波函数(EF)的时间变化和参考反射器(15)的振荡频率(f_OS)，识别在回波函数中参考反射器(15)的位置并且确定所述参考反射器的参考反射器位置(R_ref)。

Description

用于FMCW雷达物位测量设备的校准和/或监测方法

技术领域

本发明涉及一种用于相干调频连续波雷达物位测量设备(FMCW雷达物位测量设备)的校准和/或监测方法，其中，物位测量设备以预定的重复频率朝填充物质发送借助于预定的线性调制调频的发送信号，并且将所述发送信号的在位于发送信号的波束路径中的反射器上反射回至物位测量设备的部分作为接收信号接收；将参考反射器插入在发送信号的波束路径中在填充物质的上方在离物位测量设备已知的距离处；基于接收信号和它们相对于各接收信号的分别相关联的发送信号的时间相关性，记录回波函数，该回波函数将接收信号的幅度表示为接收信号相对于在接收到其时存在的发送信号的瞬时发送频率的频率差、在调制的时间依赖性上与频率差相关联的信号传播时间、或者与信号传播时间对应的到各反射器的距离的函数；并且基于参考反射器的回波函数，识别与其相关联的频率差、识别信号传播时间或距离并且将其确定为相关联的参考反射器位置；并且基于参考反射器位置和参考反射器离物位测量设备的已知距离，校准和/或监测物位测量设备。

背景技术

FMCW雷达物位测量设备在工业的很多分支中，例如在加工工业中、在各种化学领域中或在食品工业中被应用于测量物位。

它们通常被安装在包含填充物质的容器内并且具有有规律地指向填充物质的天线，它们经由该天线以预定的重复频率朝填充物质传输借助于预定的调制调频的发送信号，并且接收所述发送信号的被反射回至物位测量设备的部分。典型地基于接收信号和它们与分别相关联的发送信号的时间相关性，存在为各接收信号记录的回波函数，该回波函数通过调制的时间依赖性与频率差相关联的信号传播时间或对应于信号传播时间的到各自的反射器的距离呈现出接收信号的在容器中的反射器上尤其是在填充物质上反射的部分的幅度，所述幅度作为接收信号相对于在它们到达之后存在的发送信号的瞬时发送频率的频率差的函数。

根据回波函数确定的是希望的回波，其对应于在填充物质的表面上的发送信号的反射。由于调制的时间依赖性，所以该希望的回波在回波函数内的位置直接起因于到填充物质的表面并且返回的路径所需的相关联的信号传播时间。在微波的已知传播速度的情况下，信号传播时间直接可转换成传播的路程长度，根据该传播的路程长度，基于物位测量设备在容器上方的安装高度，结果直接是寻找的物位。

然而，存在很多能够导致这些物位测量设备的测量精度的下降的事件、因素和/或环境条件。示例包括：天线上的沉淀物导致测量特性的改变；温度效应，诸如例如传播速度的温度依赖性或装置中的信号处理；老化效应；对装置的损害或极端环境条件诸如例如灰尘；位于波束路径中的特定气体；或容器中的高压。

为了能够检测测量精度的下降以及尽可能补偿这样的下降，存在已经被使用的方法，在这种情况下，参考反射器被安放在离在填充物质上方的物位测量设备已知的距离处，并且其位置利用物位测量设备被测量。如果由物位测量设备测量的到参考反射器的距离偏离其实际距离，则测量精度的下降已经被辨认，并且这样是基于测量偏差通过对物位测量设备的校准可能达到的范围的补偿。

这些监测和校准方法的先决条件是，因为参考反射器离物位测量设备的距离不能另外被测量，所以参考反射器在回波函数中的位置能够由物位测量设备明确地识别。由于在参考反射器上的反射在记录的回波函数中仅以相对最大值的形式有规律地出现，所以当其它反射器位于参考反射器的环境中时，对参考反射器的识别总是有问题的或甚至是不可能的。其它反射器同样在回波函数中带来相对最大值，这由于它们与参考反射器的最大值的空间接近度不能与参考反射器的最大值加以区别。

相应地，频繁地将归因于参考反射器上的反射的回波函数的相对最大值与可归因于在容器中存在的其它微波反射结构上的反射的其它相对最大值加以区别是不可能的，所述其它微波反射结构诸如例如安装的物体、引入到容器中的装置或测量设备。

本发明的目的是提供一种用于利用参考反射器的协助来校准和/或监测FMCW雷达物位测量设备的方法，其中，参考反射器的位置能够被可靠地识别。

发明内容

为了实现该目的，本发明属于用于校准和/或监测用于测量在容器中的填充物质的物位的相干调频连续波雷达物位测量设备的方法，在该方法中，

-物位测量设备以预定的重复频率借助预定的调制朝向填充物质发送经线性调频的发送信号，并且接收发送信号的在位于发送信号的波束路径中的反射器上反射回至物位测量设备的部分作为接收信号，

-将以振荡频率朝物位测量设备执行振荡的参考反射器插入在发送信号的波束路径中在填充物质的上方离物位测量设备已知的距离处，所述振荡频率小于所述重复频率的一半，

-基于接收信号和它们相对于各接收信号的各自关联的发送信号的时间相关性，记录回波函数，回波函数将接收信号的幅度表示为接收信号相对于在接收到其时存在的发送信号的瞬时发送频率的频率差、在调制的时间依赖性上与所述频率差相关联的信号传播时间、或者与所述信号传播时间对应的到各反射器的距离的函数，

-基于多个连续记录的回波函数的时间变化和参考反射器的振荡频率，识别配属于该参考反射器的频率差、信号传播时间或距离并将其确定为相关联的参考反射器位置，以及

-基于参考反射器位置和参考反射器离物位测量设备的所述已知距离，校准和/或监测物位测量设备。

本发明的进一步的发展包括本发明的方法，其中，

-参考反射器的振荡的振荡幅度低于物位测量设备的距离分辨力，

-回波函数反映接收信号的复值幅度，并且连续记录的回波函数相互具有固定的相位关系，

-回波函数的最大值被确定并且它们的复值幅度连同它们在各自的回波函数中的位置得到保持，

-对于各最大值，基于预定数量的连续的回波函数在各自的最大值的位置处的复值幅度，推导移动频谱，所述移动频谱将回波函数在各位置处的复值幅度表示为回波函数的改变频率的函数，

-确定如下这样的移动频谱，该移动频谱的实部和/或虚部在位于参考反射器的振荡频率的区域中的改变频率处具有最大值，并且

-将在回波函数中的与移动频谱相关联的位置确定为参考反射器位置。

在本发明的进一步的发展中，基于在参考反射器位置处的多个连续地记录的回波函数的幅度的时间改变，确定参考反射器的实际振荡频率。

在两个进一步的发展的实施例中，实际振荡频率等于如下改变频率：在该改变频率下，参考反射器的移动频谱具有其位于振荡频率区域中的最大值。

在优选实施例中，参考反射器是伸入到容器中的物位限位开关的机械可振荡结构。

在优选实施例的最后提及的进一步的发展的附加进一步的发展中，参考反射器的运行基于由物位测量设备确定的参考反射器的振荡频率及其实际振荡频率被监测。

在本发明的实施例中，

-将以小于重复频率的一半的振荡频率分别朝物位测量设备振荡的多个参考反射器设置在离物位测量设备不同的距离处，

-确定位于填充物质的上方的参考反射器的参考位置，以及

-校准和/或监测基于这些参考反射器位置中的至少一个而发生。

为此，在第一实施例中，参考反射器具有相当大小的振荡频率，并且基于参考反射器离物位测量设备的不同的距离，使确定的参考反射器位置与各个参考反射器相关联。

为此，在第二实施例中，参考反射器具有不同大小的振荡频率，并且基于参考反射器的不同的振荡频率和/或它们离物位测量设备的不同的距离，使确定的参考反射器位置与各个参考反射器相关联。

在首先提及的进一步的发展的实施例中，确定并且监测在不同的时间推断的参考反射器的移动频谱位于振荡频率区域中的最大值的宽度和幅度。

附图说明

现在将基于其中实施例的示例被呈现的附图的图形更详细地解释本发明及其优势；图形中相同的部分设有相同的附图标记。附图的图形示出如下：

图1FMCW雷达物位测量设备结合装备有参考反射器的物位测量装置的框图；

图2多个连续地记录的回波函数的时间曲线图，以及据此出现的在参考反射器的位置处以及在物位的位置处的回波函数的幅度的时间依赖性；以及

图3在复平面中的调制电路的相量表示。

具体实施方式

图1示出相干调频连续波雷达物位测量设备(FMCW雷达物位测量设备)结合物位测量装置的框图。

测量装置包括包含填充物质1的容器3。物位测量设备在测量操作中用于测量在容器3中的填充物质1的物位L，并且为此，被安装在填充物质1的上方容器3上。

物位测量设备包括指向在填充物质1的天线5，物位测量设备以预定的重复频率f_R经由天线5朝填充物质1连续地发送借助于预定线性调制调制的具有预定的发送信号持续时间和频率的发送信号S。

发送信号S的产生诸如在常规FMCW雷达物位测量设备的情况下在此处还借助对应的微波发生器7发生。与之匹配的是例如斜坡发生器，该斜坡发生器以预定的线性调制施加在源自于参考振荡器9的局部振荡器信号上。在相干FMCW雷达物位测量设备的情况下，在连续跟随的发送信号S之间存在固定的相位关系。为了确保相关的稳定性，习惯作法是，应用例如石英晶体振荡器的高质量的振荡器作为参考振荡器9。

线性调制在图示的示例中由锯齿函数给定，根据该线性调制，发送信号S的频率f_s(t)在预定的发送信号持续时间T_S内连续地增加预定的频率增量Δf_I。

线性调频的发送信号S经由分配器网络11和发送及接收分离器13被供给至天线5，并且从天线5被发送到容器3中。

发送信号S在容器3中在位于它们的波束路径中的反射器上被反射。相应地，存在经由天线5接收的接收信号E，该接收信号E对应于在位于波束路径中的反射器上反射回至天线5的发送信号S的各个部分的叠加。除填充物质的表面之外，在反射器之间的还有安装在容器中的部件、位于容器3中的或伸入到容器3中的测量设备、搅拌机构或其它微波反射元件。

而且，在发送信号S的波束路径中，在填充物质1上方距离物位测量设备已知距离D处插入参考反射器15。

根据本发明，参考反射器15以总计小于重复频率(f_R)的一半的振荡频率(f_OS)执行指向物位测量设备的机械振荡，连续的发送信号S借助于参考反射器15被发送。

适合于作为参考反射器15的主要是伸入到波束路径中的所有微波反射机械可振荡结构，以便与物位测量设备的多个连续的测量周期的持续时间相比以总计小于发送信号S的重复频率f_R的一半的近似恒定至少近似已知的振荡频率f_OS执行振荡。

优选地为此应用的是具有尽可能高的反射率的机械可振荡结构。在这样的情况下，可振荡结构能够被实施例如为边缘或角形反射器。

在本发明的实施例的优选的形式中，参考反射体15是具有伸入到容器3中的机械可振荡结构的物位限位开关。物位限位开关用于建立和/或监测由它们在容器3中的安装高度预定的物位L_H的超过或未超过。物位限位开关例如由受让人以商标Liquiphant和Soliphant出售，并且它们在FMCW雷达物位测量设备的多个应用中在任何情况下尤其是作为装料过满防止器存在于容器3中。

在该类型的最熟知的装置的情况下，机构可振荡结构包括经由膜耦合的两个振荡音叉尖头，该两个振荡音叉尖头经由安装在膜的背向尖头的后侧上的机电转换器被促使垂直于它们的纵轴线以相互相反的相位振荡。另外，还有其可振荡结构具有仅一个振荡杆的装置是已知的。在运行中，振荡结构被激励以执行共振振荡，其频率决然地依赖于结构是否自由地振荡或代替由填充物质1覆盖。依赖于构造和填充物质，物位限位开关的自然振荡的振荡结构具有在100Hz至最大2000Hz的范围内的振荡频率f_OS和100μm量级的振荡幅度。这样，在振荡音叉用于在散装货物中使用的情况下，振荡频率f_OS的典型值位于例如100Hz或350Hz范围内，而在振荡音叉用于在液体中使用的情况下，所述典型值位于例如300Hz至400Hz或900Hz至1200Hz的范围内。

如还有在常规FMCW雷达物位测量设备的情况下，基于接收信号E和它们相对于分别关联的发送信号S的时间相关性，为各接收信号E绘制的回波函数EF，该回波函数将接收信号E的幅度A表示为相对于在其到达时存在的发送信号S的瞬时发送频率f_s(t)的频率差Δf、频率差Δf在调制的时间依赖性上所配属的信号持续时间t_L、或者在已知微波信号传播速度的情况下与该信号持续时间t_L对应的到各自的反射器的距离R的函数。所有的三个变量是等效的。相应地，某一频率差Δf、信号传播时间t_L或距离R随后在本文中还被称为在回波函数EF内的位置。

回波函数EF例如通过将接收信号E经由发送及接收分离器13供给至混频器17而衍生，其中，它们被重叠在同样在这种情况下经由分配器网络11被供应至混频器17的瞬时发送信号S上。

接收信号E的各部分的频率f_E(t)相对于与在接收的时间点t时发送信号S的瞬时发送频率f_s(t)具有频率差Δf，该频率差依赖于所施加的调制的时间依赖性并且依赖于传播到各自的反射器的路径并且返回所需的信号传播时间t_L。

为了获得在混频器17的输出信号中所包含的该信息，输出信号在信号调节装置19中经由低通滤波器滤波并且优选地还被放大。低通滤波器从混频器17的输出信号滤出低频并且借此滤出关于包含频率差Δf的部分的信息，并且将滤波的且加强的信号引导至模数转换器A/D，该模数变换器A/D执行对滤波信号的采样和数字化。为了确保物位测量设备的相干性，在此处必须采样，该采样确保各个采样时间点t与经由微波发生器7产生的发送信号S的瞬时发送频率f_s(t)的唯一的优选地线性且随时间稳定的关联。这优选地通过基于参考振荡器9的局部振荡器信号对时间点进行采样而发生。

基于模数转换器A/D的输出信号，针对连续地接收的接收信号E₁、..、E_n中的每一个，存储中频信号IF(t)，其示出作为时间t的函数的混频器17的输出信号的相关联的低频部分的幅度A。在这样的情况下，在相干FMCW雷达物位测量设备的情况下，在连续地接收信号E₁、..、E_n的中频信号IF(t)之间存在固定的相位关系。

然后，借助于傅里叶变换器21，执行接收信号E₁、..、E_n的中频信号IT(t)的傅里叶变换，该傅里叶变换产生作为频率差Δf的函数的中频信号IF(t)的复值幅度。

在由此产生的傅里叶变换器21的输出处，回波函数EF(Δf)是可用的，其反映接收信号E₁、..、E_n的复值幅度A，该复值幅度A作为接收信号E₁、..、E_n相对于发送信号S的瞬时发送频率f_s(t)的频率差Δf的函数。

作为其替代，基于已知的调制的时间依赖性，频率差Δf能够被转换成相关联的信号传播时间t_L，并且回波函数EF作为接收信号E₁、..、E_n的复值幅度A被确定作为反映其信号传播时间t_L的函数并且被存储用于进一步的评估和处理。

然而，优选的，诸如在此处呈现的接收信号E₁、..、E_n的傅里叶变换的中频信号经由频率差Δf与物位测量设备的相应地其天线5到各自的反射器的距离（范围）R之间的由调制的时间依赖性和微波信号的传播速度给定的关系被转换，并且被确定为作为到相关的反射器的距离R的函数的接收信号E₁、..、E_n的复值幅度A的回波函数EF(R)并且被存储以便它们的进一步的评估和处理。

基于回波函数EF(R)，现在能够确定将被测量的物位L。在这样的情况下，各自的回波函数EF(R)的最大值经由对应的算法被确定，这能够归因于各自的发送信号S在填充物质的表面上的反射。通常，这是各自的回波函数EF(R)的绝对最大值。因此，物位L在回波函数EF(R)中的位置通常基于各自的回波函数EF(R)的幅度频谱是直接可识别的。为此，可用的方法从现有技术获知，并且因此，在此处不作详细的描述。

相反，参考反射器15在回波函数EF(R)中的位置的明确识别基于回波函数EF(R)通常不是直接可能的，尤其是在参考反射器15的环境中有其它反射器存在的情况下。这种情况的理由是，参考反射器15通常仅作为相对最大值存在于回波函数EF(R)中，在关于识别的正确性毫无疑问的情况下，该相对最大值不能总是与在相同的回波函数EF(R)中所包含的其它相对最大值加以区别。如果具有与参考反射器15的反射率近似的反射率的另一个反射器位于参考反射器15的附近，则参考反射器15既不能基于回波函数EF(R)的相关联的幅度也不能基于相关联的距离R而被明确地识别。

根据本发明该问题通过如下事实解决：参考反射器15振荡，并且其振荡频率f_OS小于重复频率f_R的一半，连续的发送信号S以重复频率f_R被传输。

因此，本发明的参考反射器15是以振荡频率f_OS移动的目标，其移动在连续的接收信号E₁、...、E_n的回波函数EF₁(R)、...、EF_n(R)的时间特性中呈现。

根据本发明，相应地，基于多个连续地记录的由于相干性相互之间具有固定的相位关系的回波函数EF₁(R)、...、EF_n(R)的时间变化，并且基于参考反射器15的振荡频率f_OS，将被分配给该参考反射器15的距离R被识别并且被确定为相关联的参考反射器位置R_ref。

在其机械振荡幅度大于FMCW雷达物位测量设备的距离分辨力的参考反射器15的情况下，这样情况将需要的是，应用将考虑用于检测移动目标的多普勒效应的诸如例如在军事技术中使用的复杂方法。

这些复杂的方法能够通过应用参考反射器15诸如例如上文提及的物位限位开关而避免，参考反射器15相对于物位测量设备的振荡效应距离改变位于物位测量设备的距离分辨力Δx下方。Δx大约对应于光速c₀和两倍频率增量Δf_I的商，

$\mathrm{\Δx}=\frac{c_0}{2\mathrm{\Δ}{f}_I},$

并且在具有50GHz以上的发送频率f_s的FMCW雷达物位测量设备的情况下位于厘米范围内。据此，它清晰地位于物位限位开关的机械振荡幅度之上。

如果在回波函数EF(R)中将距离细分成各个距门，每一距门具有由物位测量设备的距离分辨力Δx预定的宽度，在所述宽度中，回波函数EF(R)的复数幅值总是由取样点给定，则在连续进入回波函数EF(R)的接收信号E₁、...、E_n中，各回波函数EF(R)的源自在参考反射器15上的反射的最大值总是位于相同的距门中。

关于这一点，图2示出多个连续地记录的回波函数EF(R)的幅度re(A(R))的实部的时间特征的示例。从图2显然，在右旁边呈现的是在回波函数EF(R)中的对应于参考反射器15的距离D的位置R1处的回波函数EF(R)的作为时间t的函数的幅度A_Ref(t；R1)的时间振荡。与之相比，存在在相同的图示中呈现的可归因于在回波函数EF(R)的位置R2处的填充物质的表面上反射的绝对最大值的恒定幅度A_L(t；R2)。

参考反射器15相对于物位测量设备的振荡相关的小(与微波信号的波长相比较)距离改变引起参考反射器15在回波函数EF(R)中的位置R1处出现的复数幅值A(t,R1)的相位调制。该关系在图3中以在复平面中的调制圆圈的相量表示图示出。依赖于由参考反射器15离物位测量设备的距离预定的幅度A(t,R1)的绝对相位关系，由参考振荡器15的机械振荡引起的相位调制导致虚部（图3中的a）、实部（图3中的b）的时间变化以及组合的实部与虚部（图3中的c）的时间变化。由于微波信号传播到参考反射器15并且返回的路径，所以在调制圆圈上的一圈在此处对应于微波信号的半波长。相应地，为了基于该相位调制识别参考反射器15，将复数幅度的实部以及还有虚部两者都考虑进去。

在这样的情况下，下列公式适用于该相位调制的调制移位

其中f_s是发送信号S的中心微波频率，

a是参考反射器15的振荡幅度，并且

c₀是光速。

在79GHz的发送信号S的中心微波频率和100μm的参考反射器15的振荡幅度的情况下，产生3°的调制移位。

为识别和确定参考反射器位置R_ref，在信号处理装置23中借助于对应的软件DET确定预定数量n的连续的接收信号E₁、..、E_n的回波函数EF(R)的最大值M_i，并且它们的复值幅度A_i连同它们的在回波函数EF内的位置（在此为距离R_i）在反射器列表中被捕捉。

连续的接收信号E₁、..、E_n回波函数EF(R)之一的各最大值M_i(R_i)对应于相关联的发送信号S的一部分在位于离物位测量设备各自的距离R_i处的反射器上的反射。为了简明的目的，图形G示出可归因在参考反射器15上的反射的最大值M1和可归因在填充物质的表面上的反射的最大值M2的幅度A的仅绝对大小。

另外，为了在序列中的第一接收信号E₁的回波函数EF(R)中最大值M_i被检测的每一个距离R_i，基于在n个连续的接收信号E₁、...、E_n的回波函数EF(R)中的对应的距离R_i处出现的幅度A(t,R_i)的时间特性，距离R_ref被确定，在距离R_ref处，幅度A(t,R_i)的实部和/或虚部以位于参考反射器15的振荡频率f_OS区域中的改变频率f_ΔRef改变。

为此，优选地借助于附加傅里叶变换器25，针对每一个距离R_i，在n个连续的接收信号E₁、...、E_n的回波函数EF(R)的复数幅度A(t;R_i)上执行傅里叶转换。

由此产生对应于检测的最大值M_i的数量的多个移动频谱B_Ri，该多个移动频谱B_Ri分别示出作为它们的变动频率f_Δ的函数的在相关联的距离R_i处测量的幅度A_Ri的实部和虚部。在移动频谱B_Ri中，静态反射器在零的改变频率f_Δ处作为最大值出现。相应地，为距离R2推断的将被分配给填充物质的表面的移动频谱B_R2在零的改变频率f_Δ处仅示出一个标定最大值。

相反，依赖于移动的类型和时间依赖性，移动的反射器的移动频谱B_Ri在不同于零的变动频率f_Δ处还具有不同于零的幅度。相应地，参考反射器15的移动频谱B_R1在实部和/或虚部上在位于参考反射器15的振荡频率f_OS的区域中的改变频率f_ΔRef处具有标定最大值。

相应地，参考反射器15通过确定在参考反射器15的振荡频率f_OS区域中在实部和/或虚部上具有标定最大值的移动频谱B_i被识别。基于与该移动频谱B_R1相关联的距离R₁，存在直接由此得出参考反射器位置R_ref的结果。

在这样的情况下，参考反射器15的参考位置R_ref的识别可能性和确定精度在参考反射器15的充分高振荡品质因子的情况下通过所包括的连续的接收信号E₁、...、E_n的数量n增加而提高，诸如在物位限位开关的情况下有规律地存在。

除了参考反射器15的移动频谱B_R1之外，由于在使用位置处的摇动或不必要的振动，还有其它本身静态的反射器的移动频谱在不同于零的变动频率f_Δ下能够具有可测量的幅度。然而，基于对于参考反射器15特征性的振荡频率f_OS，能够有规律地将移动频谱与参考反射器15的移动频谱B_R2区分。

在其中回波函数EF未作为距离R的函数而是替而作为频率差Δf或信号传播时间t_L的函数被绘制的物位测量设备中，当然，能够完全类似地执行该方法，其中，在这样的情况下，相应地，将被分配给这种情况的频率差Δf_Ref或信号传播时间t_Lref被确定为相关联的参考反射器位置。

基于利用物位测量设备测量的参考反射器位置R_ref以及基于参考反射器离物位测量设备的预先已知距离D，现在，在给定的情况下，测量的参考反射器位置R_ref与实际参考反射器位置之间的现有偏差能够被确定并且被应用用于校准和/或监测方法的性能。

在这样的情况下，所有已知的基于利用静态参考反射器的参考测量的校准和/或监测方法能够完全类似地被应用和使用。

代替容器3中的单个参考反射器15，本发明的还有两个或更多个参考反射器15能够被提供，在每种情况下，布置在离物位测量设备不同的已知距离D处。利用本发明的方法，在此处相应地，位于填充物质1上方的所有参考反射器15基于它们各自的振荡频率f_OS是可明确识别的，所有参考反射器15以它们的各自的振荡频率f_OS朝填流料位测量设备振荡。在这样的情况下，首先，所有的参考反射器位置R_ref利用上述方法被确定，然后与各自的参考反射器15匹配。

如果应用多个具有相同或近似大小的振荡频率f_OS的参考反射器15，则确定的参考反射器位置R_ref与各个参考反射器15的匹配基于它们离物位测量设备的已知的不同的距离D进行。为此，如果应用具有不同大小的振荡频率f_OS的参考反射器15，则匹配能够基于它们的不同的振荡频率f_OS以及还基于它们离物位测量设备的不同的已知距离D而发生。

校准和/或监测在此处基于以上述方式确定的位于填充物质1上方的某一选择的多个或所有的参考反射器15的参考反射器位置选择性地发生。在这样的情况下，基于位于填充物质1上方的多个参考反射器15的位置，例如通过插值，依赖于测量距离的校准能够被执行。

除物位测量设备的校准和/或监测之外，优选地，位于填充物质1的上方的参考反射器15的功能也被监测。

当参考反射器15缺失或例如由于缺陷而不再以在振荡频率f_OS区域中的频率执行周期振荡时，其参考反射器位置不能利用上述方法被确定。如果情况是这样，则这种情况由物位测量设备自动地识别，并且优选地，对应的偏差报告被输出和/或警报被触发。

结合作为参考反射器15被安装的物位限位开关，同时随其提供了对物位限位开关的功能性能力的监测。

相反地，基于无问题地运行的参考反射器15的移动频谱B_R1，物位测量设备的自监测是可执行的。为此，优选地在不同的时间推断的移动频谱B_R1中的位于振荡频率f_OS区域中的最大值的宽度和幅度被确定并且被监测。最大值的突然出现或更长期的加宽和/或它们的幅度的下降是物位测量设备的测量特性的变化的明确指示。这种情况的原因能够是例如信号记录和/或信号处理的范围的动态变化或在发送信号S的产生中出现的偏差。

而且，可以基于多个连续记录的回波函数EF(R)在各自的参考反射器15的参考反射器位置R_ref处的幅度A(t,R_ref)的时间改变，对于各个参考反射器15确定其实际振荡频率。这对应于各自的参考反射器15的位于振荡频率f_OS区域中的移动频谱B_R1的最大值的改变频率f_ΔRef。

实际振荡频率使得对各自的参考反射器15的运行的合格的监测成为可能。在这样的情况下，实际振荡频率f_ΔRef与存储在物位测量设备中的该参考反射器15的振荡频率f_OS的变化和/或偏差能够自动地被识别并且甚至在数量上能够由物位测量设备确定。在这样的情况下，逐渐变小的变化或偏差能够被确定为相关联的测量时间间隔，各自地，实际振荡频率通过其被确定的所包括的连续的接收信号E₁、...、E_n的数量n变得更大。

以这种方式，例如，在参考反射器15上的引起其振荡频率的显著下降的增加物能够被早期地识别并且被显示。增加物形成起因于参考反射器15上的沉积物。它们能够例如由填充物质飞溅物导致，所述填充物质飞溅物各自地干燥粘在参考反射器15上。在参考反射器15不一定总是位于填充物质1的上方的情况下，它自然地还能够由于直接填充物质接触而出现。

当增加物导致参考反射器15的反射率的下降时，对在参考反射器15上的增加物的早期检测是尤其有利的，这将使得参考反射器15的识别未必困难。

结合作为参考反射器15的填流料位限位开关，基于实际振荡频率，而且，它们的功能性能力通过识别和/或测量限位开关的实际振荡频率f_ΔRef与为其预定的振荡频率f_OS的偏差而被监测。

在具有低介电常数的填充物质1的情况下，发送信号S的至少小部分渗透到填充物质1中并且在位于填充物质表面下方的反射器上被反射回至物位测量设备。如果情况是这样，利用上述方法还能够识别本发明的位于填充物质表面下方的参考反射器15并且测量它们的实际振荡频率f_ΔRef。在充分长测量持续时间并且据此相应地实际振荡频率f_ΔRef的更加准确的测量的情况下，基于对应的参考值物位测量设备能够确定测量的振荡频率f_ΔRef是否对应于在自由状态下或在由填充物质1覆盖的状态下的参考反射器15的振荡频率。基于此，物位测量设备各自地自动地检测物位L是否位于该参考反射器15的安装高度的上方。例如为了最初描述的识别源自在填充物质表面上的反射的有效回波，可以考虑该补充信息。

附图标记列表

1  填充物质

3  容器

5  天线

7  微波发生器

9  参考振荡器

11 分配器网络

13 发送及接收分离器

15 参考反射器

17 混频器

19 信号调节装置

21 傅里叶变换器

23 信号处理装置

25 傅里叶变换器

Claims (10)

1.一种用于校准和/或监测用于测量容器(3)中的填充物质(1)的物位的相干调频连续波雷达物位测量设备的方法，所述方法包括如下步骤：

-所述物位测量设备以预定的重复频率(f_R)朝向所述填充物质(1)发送借助预定的调制线性调频的发送信号(S)，并且接收所述发送信号(S)的在位于所述发送信号(S)的波束路径中的反射器上反射回至所述物位测量设备的部分作为接收信号(E)，

-将以振荡频率(f_OS)朝所述物位测量设备执行振荡的参考反射器(15)插入在所述发送信号(S)的波束路径中在所述填充物质(1)的上方离所述物位测量设备已知的距离(D)处，所述振荡频率(f_OS)小于所述重复频率(f_R)的一半，

-基于所述接收信号(E)和它们相对于各接收信号(E)的各自关联的发送信号(S)的时间相关性，记录回波函数(EF)，所述回波函数将所述接收信号(E)的幅度(A)表示为所述接收信号(E)相对于在接收到其时存在的所述发送信号(S)的瞬时发送频率(f_s)的频率差(Δf)、在调制的时间依赖性上与所述频率差(Δf)相关联的信号传播时间(t_L)、或者与所述信号传播时间(t_L)对应的到各反射器的距离(R)的函数，

-基于多个连续记录的回波函数(EF)的时间变化和所述参考反射器(15)的振荡频率(f_OS)，识别配属于该参考反射器的频率差(Δf)、信号传播时间(t_L)或距离(R)并将其确定为相关联的参考反射器位置(R_ref)，以及

-基于所述参考反射器位置(R_ref)和所述参考反射器(15)离所述物位测量设备的所述已知距离(D)，校准和/或监测所述物位测量设备。

2.如权利要求1所述的方法，其中，

-所述参考反射器(15)的振荡的振荡幅度(a)低于所述物位测量设备的距离分辨力(Δx)，

-所述回波函数(EF)反映所述接收信号(E)的复值幅度(A)，并且连续记录的回波函数(EF)相互具有固定的相位关系，

-所述回波函数(EF)的最大值(M_i)被确定并且它们的复值幅度(A)连同它们在各自的回波函数(EF)中的位置得到保持，

-对于各最大值(M_i)，基于预定数量(n)的连续的回波函数(EF)在各自的最大值(M_i)的位置(R_i)处的复值幅度(A)，推导移动频谱(M_Ri)，所述移动频谱(M_Ri)将所述回波函数在所述各位置(R_i)处的复值幅度(A(f_Δ))表示为所述回波函数的改变频率(f_Δ)的函数，

-确定如下这样的移动频谱(M_R1)，该移动频谱(M_R1)的实部和/或虚部在位于所述参考反射器(15)的振荡频率(f_OS)的区域中的改变频率(f_ΔRef)处具有最大值，并且

-将在所述回波函数(EF)中的与所述移动频谱(M_R1)相关联的位置(R1)确定为参考反射器位置(R_ref)。

3.如权利要求1所述的方法，其中，

基于多个连续记录的回波函数(EF(R))在所述参考反射器位置(R_ref=R1)处的幅度(A(t,R1))的时间改变，确定所述参考反射器的实际振荡频率。

4.如权利要求2和3所述的方法，其中，

所述实际振荡频率等于如下改变频率(f_ΔRef)：在所述改变频率(f_ΔRef)处，所述参考反射器(15)的所述移动频谱(M_R1)的最大值位于所述振荡频率(f_OS)的区域中。

5.如权利要求1所述的方法，其中，

所述参考反射器(15)是在伸入到所述容器(3)中的物位限位开关的机械可振荡结构。

6.如权利要求3和5所述的方法，其中，

基于所述参考反射器(15)的振荡频率(f_OS)以及由所述物位测量设备确定的所述参考反射器(15)的实际振荡频率(f_ΔRef)来监测所述参考反射器(15)的运行。

7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，

-将以小于所述重复频率(f_R)的一半的振荡频率分别朝所述物位测量设备振荡的多个参考反射器(15)设置在离所述物位测量设备不同的距离(D)处，

-确定位于所述填充物质(1)的上方的所述参考反射器(15)的所述参考位置(R_ref)，并且

-基于这些参考反射器位置(R_ref)中的至少一个进行所述校准和/或监测。

8.如权利要求7所述的方法，其中，

所述参考反射器(15)具有相当大小的振荡频率(f_OS)，并且基于所述参考反射器(15)离所述物位测量设备的不同的距离(D)，将所确定的参考反射器位置(R_ref)与各个参考反射器(15)相关联。

9.如权利要求7所述的方法，其中，

所述参考反射器(15)具有不同大小的振荡频率(f_OS)，并且基于所述参考反射器(15)的不同的振荡频率(f_OS)和/或它们离所述物位测量设备的不同的距离(D)，将所确定的参考反射器位置(R_ref)与各个参考反射器(15)相关联。

10.根据权利要求2所述的方法，其中，

确定并且监测在不同的时间推断的所述参考反射器(15)的移动频谱(M_R1)位于所述振荡频率(f_OS)区域中的最大值的宽度和幅度。

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