CN103733033B - 轨迹之间的线性关系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运行时间物位测量仪器和一种运行时间物位测量方法，其中将相继的回声曲线的回声分组并且组合成轨迹。因此，确定两个轨迹之间的线性关系并且考虑所述线性关系，以便从中确定一个或多个未知量。由此，例如能够推导出填充介质的介电常数、容器长度或探头长度或要期望的回声的位置。

Description

轨迹之间的线性关系

技术领域

本发明涉及物位测量的技术领域。尤其地，本发明涉及一种运行时间物位测量仪器、一种用于执行追踪方法的运行时间物位测量方法以用于对在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组、一种用于执行追踪方法的处理器、一种计算机可读介质和一种程序元件。

背景技术

运行时间物位测量仪器根据FMCW或脉冲运行时间方法来工作。所述测量仪器在朝向填充物料表面的方向上发出电磁波或声波。所述波然后完全地或部分地由不同的反射体来反射。所述反射体尤其能够为填充介质（例如水、油、另外的流体或流体混合物或散装物料）的表面、存储有填充介质的容器的底部、污染物、不同的填充物料之间的分离层（例如水和油之间的分离层）或者容器中的固定的干扰部位，如凸起或其他的容器固定装置。

如此反射的发射信号（下面也称作接收信号或回声曲线）现在接下来由物位测量仪器接收并且记录。

物位测量仪器典型地以脉冲运行的方式工作，因此分别在不同的时间以脉冲形式发出发射信号，并且然后如已经描述的那样由物位测量仪器的传感装置检测发射信号（接收信号）的所得出的、反射的脉冲。然后，仪器的评估单元从中推导出填充介质表面的方位或位置。因此，换言之，从所述所接收的脉冲来确定物位。

另外的物位测量仪器根据FMCW（调频连续波）原理工作。在此，在朝向容器的方向上连续地放射频率经过调制的波，并且对反射的信号分量在仪器中连同瞬时放射的信号一起进行处理。所述处理的结果是下述频谱，所述频谱能够根据已知的方法转化为回声曲线。

如此获得的并且必要时已经经过处理和评估的数据能够提供给外部仪器。所述提供能够以模拟的形式（4……20mA接口）或者也能够以数字的形式（现场总线）来进行。

也能够无线地进行数据传递。

所接收的为在一个或多个反射体上反射的（在特定的时间ti发出的）发射脉冲的回声曲线典型地具有一个或多个最大值和/或最小值，所述最大值和/或最小值距接收单元的电距离能够从相应的最大值或最小值的方位中确定。

所述电距离与脉冲的相应的信号分量的运行时间相对应。在考虑信号的传播速度的情况下，从中能够确定物理的、即实际的距离。换言之，当将接收信号绘制在坐标系中时（参见图7），电距离为所述接收信号的横坐标值。在此，完全不考虑物理的环境影响，所述环境影响会引起电磁波的改变的传播速度。因此，能够将电距离看作为模型的理想条件。与此相关的是物理距离。将其理解成下述距离值，所述距离值能够直接在传感器上物理地（例如借助米尺）确定。电距离的坐标系能够通过位移（补偿偏移）和扩展（Streckung）（补偿运行时间）而转变成关于物理距离的坐标系。术语说明在EP 11 167 924.7中再次更清楚地详述。

由于容器中不利的关系能够出现下述情况，回声曲线的特定的回声不能够与轨迹明确地关联或者不能够识别回声曲线中的所述回声，例如因为所述回声淹没在噪声中。

也能够出现下述情况，容器中的物理关系改变，例如因为填充介质的组分改变。

这种结果能够导致不准确的测量或者甚至不可能确定在特定的时间点的物位。

发明内容

本发明的目的是改进对物位的确定。

根据本发明的第一方面，提出一种运行时间物位测量仪器，所述运行时间物位测量仪器具有发射单元、接收单元和评估单元。发射单元用于发出发射信号，所述发射信号在填充介质的填充物料表面（所述填充介质例如位于容器中）上以及至少一个第二反射体上反射。因此，运行时间物位测量仪器在朝向填充物料表面的方向上发出发射信号。

接收单元用于检测所反射的发射信号（也称作接收信号、接收脉冲或回声曲线）。接收单元能够是独立的单元。所述接收单元也能够与发射单元共有特定的构件组。在物位雷达的情况下，共同的构件组例如是发射/接收天线。

所反射的发射信号为在多个反射体的情况下具有多个回声的回声曲线。当然，在回声曲线中不能够始终清楚地识别这些回声，因为其振幅在一些情况下过小或者因为其部分地彼此叠加。

评估单元用于执行追踪方法，以用于对在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组。

追踪方法下面再次在参考附图的情况下阐明。最终，运行时间物位测量仪器在不同的时间接收回声曲线，使得得到回声曲线的时间上的序列，所述回声曲线反应在容器中的关系的时间上的发展情况。现在，评估单元能够分析每个单独的回声曲线并且确定最大值或最小值的方位。

现在，追踪方法的目的是：将每个最大值或最小值与容器中的反射体关联或者分类为不可关联的回声。如果以正确的方式完成所述关联，那么从中获得物位的时间上的发展情况和箱中的不同的另外的反射体的位置的时间上的发展情况。然后，能够在图表中记录位置的时间上的发展情况。

现在，以容器中的恒定的排空速率或填充速率为出发点，可以近似地通过直线部段来绘制各个测量点（即从相继的回声曲线中计算出的电距离或反射体的位置；填充物料表面的位置也属于此），如这例如在图2中示出。形成直线部段仅是存储器优化的追踪方法的一个实施例。在该处能够设想每个另外的示出源自反射部位的回声所留下的痕迹的连接线。因此，轨迹的回声在前一时间点所位于的回声位置的连接能够通过任意的曲线组来实现。在最简单的情况下这对应于直线。然而，也能够根据情况使用高阶的多项式或甚至非线性的函数。

如果现在改变填充物料的排空速率或填充速率，那么这在基于直线的部段形成的追踪方法中引起所计算出的曲线中的折弯。因此，在该情况下为具有不同斜率的两个相互接触的直线部段。

因为为此考虑电距离并且不考虑实际的、物理的距离，底部回声的或位于填充物料表面之下的其他的固定的反射体的位置也随着物位上升或下降而改变。这在图8中示意性示出。

因此，在所述相互接触的直线部段中涉及轨迹。图8示出三个这种轨迹T₁、T₂、T₃。

所述轨迹中的一个通常对应于填充物料表面在不同时间的位置、底部回声的位置的另外的轨迹和第三轨迹，例如在填充物料表面之下的固定的反射体的位置、在两种不同的填充介质或在具有导波的物位测量装置的情况下探头之间的分离层的位置。

因此，运行时间物位测量仪器的评估单元实施为用于：确定第一组产生于第一反射体（例如填充物料表面、容器底部等）的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体（在该情况下例如为容器底部、填充物料表面等）的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同的时间（即在发出不同的发射信号的不同的时间点）从发射单元至与轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间。

此外，评估单元实施为用于确定在第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系。

所述线性关系为在第一轨迹经过的所有位置和第二轨迹经过的所有另外的位置之间的函数关联性。尤其根据图1至4进一步在下面解释如何计算所述函数关联性。

现在，因为在填充物料表面之下的位置固定的反射体的电位置以与填充物料表面的位置本身相对应的方式改变，那么在每两个轨迹之间从数学观点来看存在线性关联性或者线性关系，所述线性关联性或线性关系能够借助于不同的回声曲线来估算。

在确定第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系之后，然后，评估单元能够将另外的回声曲线的第一回声与第一轨迹相关联。所述另外的回声曲线例如与用于确定两个轨迹之间的线性关系的时间上相继的回声曲线相比在较晚的时间点被接收。在此因此为新的测量。

那么，评估单元能够从在第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系中确定一个或多个未知量。

未知量例如是另外的回声曲线的第二回声的期望位置。对此，除线性关系之外，评估单元还考虑另外的回声曲线中的与第一轨迹相关联的第一回声。

然后，因此能够从两个轨迹之间的线性关联性和另外的与第一轨迹相关联的测量点（另外的回声曲线的回声的位置）的了解中估算或计算出（第二轨迹的）相应的另外的回声的期望位置。

因此，本发明提供下述可行性：与振幅关系或填充速度无关地，在存在干扰回声、底部回声或多次回声的情况下也可靠地追踪物位回声。

因为评估单元能够确定两个任意轨迹之间的关系，所以所述方法不仅能够用于物位回声，而且也能够用于回声曲线的另外的回声。

根据本发明的一个实施形式，第一组回声是在填充物料表面上反射的发射信号。

根据本发明的另一个实施形式，未知量是另外的回声曲线的与第二轨迹相关联的回声的期望位置，其中另外的回声曲线与在上文中描述的回声曲线相比在稍后的时间点被接收。

根据本发明的另一个实施形式，未知量是填充介质的介电常数。

根据本发明的另一个实施形式，运行时间物位测量仪器是TDR物位测量仪器，其中未知量是TDR物位测量仪器的探头的长度。

根据本发明的另一个实施形式，评估单元实施成根据探头的特定的长度通过与实际的探头长度进行比较来识别，探头是否受到污染。

根据本发明的另一个实施形式，评估单元实施成根据探头的特定的长度通过与实际的探头长度进行比较来计算出（已经确定的）介电常数的品质。在该情况下假定探头没有受到污染。

根据本发明的另一个实施形式，未知量是存在有填充介质的容器的高度，或者是容器中的位于填充物料表面之下的固定的反射体的位置。

根据本发明的另一个实施形式，对轨迹和各两个轨迹之间的线性关系的确定通过估算方法来进行。

因此，不同的回声曲线的分别与轨迹相关联的回声的各个（电）位置能够通过一个或多个直线部段来近似。

根据本发明的另一个方面，对第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系的确定通过递归法来进行。

根据本发明的另一个方面，提出一种用于执行追踪方法的运行时间物位测量方法，以用于将在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组。所述方法具有下述步骤：

发出发射信号，所述发射信号在填充介质的填充物料表面上并且在至少一个第二反射体上反射；

检测所反射的发射信号，其中其为具有多个回声的回声曲线。

确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同的时间从发射单元至与轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间；

确定第一轨迹的各个位置和第二轨迹的位置之间的线性关系；

从第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系中确定一个或多个未知量。

方法也能够具有其他的在上文中和在下文中描述的步骤。

根据本发明的另一个方面，提出一种用于执行追踪方法的处理器，以用于对在不同时间检测到的回声曲线的产生于相同的反射体的回声进行分组。追踪方法为在上文中和在下文中描述的方法。

根据本发明的另一个方面，提出一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有程序，所述程序当其在运行时间物位测量仪器的处理器上执行时引导处理器实施在上文中以及在下文中描述的方法步骤。

根据本发明的另一个方面，提出一种程序元件，所述程序元件当其在运行时间物位测量仪器的处理器上执行时引导所述处理器实施在上文中以及在下文中描述的步骤。

附图说明

下面参考附图描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的一个实施例的追踪位置（反射体的电距离）的关联性的图表视图，所述追踪位置从时间上相继的回声曲线中获得。

图2示出两个轨迹的时间分布曲线。

图3示出根据本发明的一个实施例的两个轨迹的追踪位置的线性关系的图表视图。

图4示出在根据本发明的一个实施例进行物位确定时用于简少组合分析的方法。

图5示出根据本发明的一个实施例的具有填充物料容器的物位测量仪器。

图6示出根据本发明的一个实施例的具有填充物料容器的另外的物位测量仪器。

图7A示出在第一时间接收的回声曲线。

图7B示出在第二时间接收的回声曲线。

图8示出多个轨迹的时间上的发展情况。

图9示出各两个轨迹之间的线性关系。

图10示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在附图中的描述是示意性的且不是符合比例的。如果在不同的附图中应用相同附图标记，那么这些附图标记能够表示相同的或类似的元件。但是，相同的或类似的元件也能够通过不同的附图标记来表示。

下面，示出物位测量仪器的评估单元的可行的实施方案。所接收到的回声曲线能够首先经过处理。通过例如经由数字滤波来目的明确地对信号进行数字评估，对于用于提取回声的方法而言更容易可行的是：从回声曲线中确定显著的信号分量。

所提取的回声为了进一步处理例如能够以列表的形式存储。然而，除在列表中存储之外，访问数据的另外的可能性也是可行的。追踪功能块将时间点t_i的回声曲线的回声与时间点t_i+1的随后的回声曲线的回声相关联，其中回声经过相同的物理的反射部位和相同的路径（即通过在相同的反射体上反射发射信号而产生）。

追踪方法是已知的。更详细的信息例如在WO2009/037000A2中得出。

本发明的核心方面是：使两个轨迹的时间上的发展情况，也就是说，将两个反射或两个不同的物理反射部位的位置的时间上的发展情况相互相关并且从中确定线性关联性的参数。每个轨迹可以由一组位置数值构成，所述位置数值从回声曲线的回声中确定。因为在物位测量仪器中应当测量传感器距填充物料的间距，那么除术语位置之外也应用术语距离。

图1应当详细阐明两个轨迹之间的关系的真实情况。坐标系示出散点图，所述散点图由两个轨迹的各个位置数值的距离对形成。例如，轨迹称作为轨迹T₁和轨迹T₂。然而，能考虑两个不同的轨迹构成的任何其他可设想的组合。

每个距离对通过交叉来标记。横轴（x轴101）包括轨迹T₁的距离D，纵轴（y轴102）包括轨迹T₂的距离D。所述布置不是强制需要的。因此，横轴和纵轴也能够彼此交换。

轴标度的度量单位也对于本发明是不重要的。因此，在此仅示例性地存在电距离D。根据回声曲线对位置的暂时缩放是可行的。在图1中为了更准确地阐明而特别标记一个距离对。距离对P(D_T1,i;D_T2,i)描述在时间点i的轨迹T₁和轨迹T₂的两个位置的数值对，在所述时间点产生回声曲线。图表中的另外的且没有准确表示的点源自另外的回声曲线，所述另外的回声曲线在另外的时间点由传感器来检测到。由传感器产生的新的回声曲线以附加点来扩展图表，所述新的回声曲线源自另外的信号处理过程且所述新的回声曲线的回声与轨迹相关联。

两个轨迹的位置的在图1中示出的关联性使得能够将轨迹T₁和轨迹T₂的位置相关变得清楚。这表示，轨迹T₁和轨迹T₂处于函数关联性。描述散点图的直线方程为此用作为基础。数学上，所述关联性能够如下描述：

D_T2,k=a₁·D_T1,k+a₀+e_k (1.1)

D_T2,k是在时间点k的测量的轨迹T₂的位置，

D_T1,k是在时间点k的测量的轨迹T₁的位置，

a₀和a₁是直线的参数,所述直线描述轨迹T₁和轨迹T₂的位置之间的线性关联性，

e_k是时间点k的测量的关联性的误差。

函数的参数a₁没有度量单位，而a₀具有与D_T2,k或D_T1,k相同的度量单位。e_k具有与D_T2,k或D_T1,k相同的度量单位。假设在所给出的关联性中存在误差是必要的，因为由此综合地描绘出模型的误差。参数a₁和a₀与测量部位的所给出的特性相关，在所述测量部位处使用传感器。此外，参数与轨迹的变化相关，使所述参数彼此相关。

公式（1.1）仅是关联性的一种表达形式。当然，其能够应用于每个轨迹并且不一定要求将轨迹T₁和T₂作为基础。但是，那么，参数a₁和a₀的数值与轨迹T₁和T₂之间的关联性不同。

图2示出两个轨迹(T₃ 203和T₄ 204)关于时间的示例性的变化。x轴201表示以米为单位的距离并且y轴202表示测量时间t。轨迹203、204的支撑点205、207、209、……和206、208、210、……分别通过x标记，所述支撑点从回声曲线在相应的时间点j的回声位置中得出。

如果将图2中的支撑点转用到如图1那样示出两个轨迹之间的关系的图表中，那么获得图3中的图表。x轴307在此包括轨迹T₃的位置，y轴308在此包括轨迹T₄的位置。此外，以虚线的形式描绘两个轨迹之间的线性关联性304。现在能够识别的是，除了图3中的支撑点之外，也能够得到关于两个轨迹的关联性的另外的结论。不仅对于位于支撑点之间的位置303、而且对于位于支撑点附近的位置302和301而言，能够应用关联性。此外，这意味着：当已知一个轨迹的位置时，能够预测另外的轨迹的位置。所述预测是可逆的。在图3中的示例中，这意味着：能够从轨迹T₃的位置预测轨迹T₄的位置并且反之亦然。此外，不仅能够得出预测，而且当由于不利的信号关系而不可以确定轨迹的位置时，也给出对轨迹的位置的估算。

确定参数a₀和a₁：

参数a₀和a₁能够由传感器通过本领域技术人员熟悉的适当的参数估算方法来独立地确定。由于所基于的模型中的误差，参数的所谓的估算是有利的，所述估算在确定参数时使误差最小化。估算本身能够以不同的方式进行。应用常见的参数估算方法是可行的，例如LS（最小二乘法）估算器。LS估算器在参考文献中详细描述并且对于本领域技术人员是已知的。估算例如能够设计成：

D_T2是轨迹T₂的位置，

D_T1是轨迹T₁的位置，

和是直线的估算的参数，所述直线描述轨迹T₁和轨迹T₂的位置之间的线性关联性。

为了不必连续地将位置对保持在存储器中，所述方法也能够递归地执行。估算首先能够是有误差的，但是随着数值对的数量增加而得到改进。当然，必要的是，在能够从另外的轨迹的位置中预测一个轨迹的当前的位置之前，首先确定参数。

所描述的发明能够有益地扩展。回声曲线通常示出大量回声，这产生大量的轨迹。在所描述的方法中，在通常的情况下，使全部轨迹相互相关。这意味着，从每个单独的轨迹中能够直接地得出关于每个另外的轨迹的地点的结论。要建立的函数关联性的数量A能够根据轨迹的数量N借助下述公式来计算：

A=N·(N–1)/2

那么，在四个所跟踪的轨迹的情况下，建立、计算、维护和存储六个关联性。本发明的扩展方案通过目的明确地减少组合分析来得出。图4示出在四个不同的轨迹的情况下的完整的列表。函数关联性通过箭头示出。箭头的方向仅是示例性的，因为关联性也是可逆的。如果例如已知关联性T₇₁→T₇₂，那么也能够通过形成逆函数来计算关联性T₇₂→T₇₁。此外，图4示出减少组合分析的可能性，而在此没有降低本发明的预测能力。示例性地，根据轨迹T₇₁来减少。T₇₂和T₇₃之间的、T₇₂和T₇₄之间的或T₇₃和T₇₄之间的关联性能够从关联性T₇₁和T₇₂、T₇₁和T₇₃或T₇₁和T₇₄中计算出来。那么，仅还需要存储和扩展

A=N–1

个（那么，在图4中为三个）函数关联性。减少的前提是：必须选择作为减少的起点的轨迹。所述轨迹也能够称作中间轨迹。在图4中的示例中，这是轨迹T₇₁。显然地，也能够选择任何另外的轨迹作为减少的中间轨迹。图7中的计算链示出没有丢失信息内容。例如，能够从两个关联性T₇₁→T₇₂和T₇₁→T₇₃中确定T₇₂→T₇₃之间的关联性。为此，必须形成T₇₁→T₇₂的逆函数T₇₁←T₇₂。接下来，能够建立扩展的关联性T₇₂→T₇₁→T₇₃并且从轨迹T₇₂中确定轨迹T₇₃的位置，而不必事先估算用于关联性T₇₂→T₇₃的函数表达式的参数。在此，得到性能方面的优点，因为参数的估算证实为是计算密集的。此外，节约存储空间。

因此，扩展的核心方面是，当在计算轨迹T_A的位置的情况下始终根据轨迹T_B的位置经由中间轨迹T_C来计算时，能够减少组合分析。

所描述的方法的核心方面在于目标函数的参数的估算，所述目标函数然后描述两个轨迹之间的位置的关联性。如果目标函数的参数在物位测量仪器的运行期间已经充分好地确定，那么从一个轨迹的位置中能够得出另外的轨迹的位置的结论。因为参数与测量部位相关（安装地点、接管、凸缘、容器底部、容器盖、填充物料、容器中的固定结构），所以不能够在工厂进行参数化。

图5示出运行时间物位测量仪器500，所述运行时间物位测量仪器安装在容器中或容器处。物位测量仪器500例如为物位雷达或超声波仪器。所述运行时间物位测量仪器500在朝向填充物料表面505的方向上发出例如呈脉冲形式的自由辐射的波507。在物位雷达的情况下，为此设有天线501，例如呈号角天线的形式。所述发射信号或者发射脉冲507借助于信号生成单元513产生并且经由发射/接收单元501放射。所放射的发射信号507现在射到填充物料504的填充物料表面505上，所述填充物料位于容器中。在此之前，所述发射信号穿过位于填充物料表面505之上的介质、例如容器环境。

现在，发射信号507的一部分在填充物料表面上反射并且作为回声509向回运动至发射/接收单元501。发射信号507的另一部分进入到填充介质504中并且朝向容器的底部506运动（见信号分量508）。在那，其然后反射并且作为所谓的底部回声511在朝向发射/接收单元501的方向上向回运动。所述底部回声的一部分再次向回反射（在填充物料表面505处）。然而，底部回声的另一部分510穿过填充物料表面505并且然后能够由发射/接收单元501接收并且传导给评估单元502。

发射信号507的一部分也能够在另外的反射体上反射。对此的示例示出安置在容器壁上的凸起512，所述凸起位于填充物料表面之下。

图6示出安装在容器上的运行时间物位测量仪器500的另一个示例。在此，所述运行时间物位测量仪器为TDR物位测量仪器，所述TDR物位测量仪器根据导波的原理工作。在此，能够为引导的微波或另外的波状的发射信号，所述引导的微波或另外的波状的发射信号沿着线601或者例如也在空心导体的内部中在朝向填充物料表面的方向上被引导并且还部分地被引入到填充物料中。在线601的端部上例如存在用于张紧线的重块602。

图7A现在示出在评估单元中记录的回声曲线703的示例。回声曲线703具有两个最小值702、704和一个最大值701。

在该处提及的是：水平轴705为电距离（所述电距离相应于回声曲线703的各个部段的运行时间）并且纵轴706为回声曲线703的各个部段的振幅。

最大值701例如为在填充物料表面上反射的回声并且最小值702例如为在图6的探头601、602的探头端部处反射的回声或者为在图5的容器底部506上反射的回声。

所述回声曲线在时间点t₁被接收。

图7B示出相应的在稍后的时间点t2被接收的回声曲线。如在该曲线处识别出的，填充物料回声701还有探头端部回声或底部回声702当然沿相反的方向移动。这在于：探头端部回声或底部回声位于填充物料表面之下。

如果评估单元现在确定：回声701为产生于相同的反射体（在该情况下产生于填充物料表面）的回声并且所述评估单元确定：回声702同样产生于另外的、相同的反射体（容器底部或探头端部），那么所述评估单元能够将回声701组合成第一组并且将回声702组合成第二组。现在，如果在不同的时间点接收多个回声曲线，那么各个回声的电距离能够通过例如以相互接触的直线部段的轨迹而示出。这在图8中示出。横轴810表示测量各个回声曲线的时间点t_i，并且纵轴811表示各个回声曲线的不同回声所经过的电距离。

第一轨迹T₁由三个直线部段801、802、803构成，所述直线部段根据以何种速率填充或清空容器而分别具有不同的斜率。直线部段801描述在时间点t₁至t₂之间的容器填充，部段802描述在时间点t₂至t₃之间的清空并且部段803又描述在时间点t₃和t₄之间的填充。

如三个直线部段801、802、803周围的交叉应当用符号表示那样，已经进行大量的测量（回声曲线检测），使得能够以充分的精度来确定三个直线部段801至803。

所接收的回声曲线还具有另外两组回声，所述回声的电距离分别通过直线部段804、805、806或807、808、809来近似。

如从图8中可见的那样，三个轨迹T₁至T₃的折弯各自位于相同的时间点t₂、t₃和t₄。

现在，分别使轨迹中的各两个相互相关，以便确定各个轨迹之间的函数关联性。

如果分别采用两对轨迹，那么从中得出两个近似的直线905、906（见图9）。在此，横轴903表示第一回声组（即第一轨迹Ty）的回声的电距离并且纵轴904表示第二回声组（即第二轨迹Tx）的回声的电距离。在这方面在专业领域也通常使用“轨迹位置”。将其如上面所描述的那样理解为特定的回声曲线的特定的回声在其至接收单元的路径上所经过的相应的电距离。

通过确定函数关联性能够改进对回声的追踪。

函数关联性能够以线性关联性（在本文中也称作“线性关系”）的形式确定：

这已经在更上面描述。在参数a₀和a₁之上的顶部符号应当符号化，使得估算所述参数。

对轨迹的分类不是必须的。在此将分类理解成能够得出是否例如为物位回声、底部回声、干扰回声或多次回声的轨迹的结论。

如果获得关于物位或相关的物位轨迹的知识，那么能够计算未知量。

确定介电常数

为了确定在要测量的介质中的电磁波的介电常数需要的是：

1.物位的轨迹

2.在物位之下的固定的反射部位（回声）的轨迹

a.容器底部/在引导的电磁波的情况下探头端部

b.干扰回声（金属支柱等）

在下面的公式中，示例性地参考物位回声和底部回声。但是，替代底部回声也能够使用另外的通过位于填充物料表面之下的反射体引起的回声。底部回声作为示例仅用于：

根据没有详细详述的推导为参数a1得出关系：

指数L在此例如表示空气并且描述在要测量的介质（填充物料）之上的介质。

指数B在此例如表示底部并且描述要测量的介质。

要测量的值为从中能够得到关于介质的性质的结论。对于加工工业而言这是有利的，以便确定材料特性的变量。

那么，为得出

对足够准确的近似为

从而：

对μ_B适用的是相关介质μ_B=1进而能够计算ε_B。ε_B相应于介电常数。如果由于测量可靠性不希望执行估算，那么需要的数值当然能够参数化，即通过实际的或至少近似的数值来替换。

确定探头长度/容器高度/固定反射体的地点

为了确定探头长度需要：

1.物位的轨迹

2.底部/容器底部的轨迹

根据没有详细详述的推导为参数a0得出下述关系：

借助上述近似适用的是：

如同已经提及的，d_底部通常表示在填充物料表面之下的固定的反射体或探头端部的底部的位置。d_底部为距相应的固定的反射体的物理距离。

所述方法的优点在于，不必清空容器，以便确定容器底部的或探头端部的位置。由此，雷达物位测量仪器的无参数的起动是能够实现的或者简化了参数化（不必输入容器高度/探头长度）。

识别污染

如果探头长度事先在工厂中参数化或者客户已经将其手动地输入，那么借助特定的探头长度（在引导的微波的情况下）能够识别出受到污染的探头。所述功能用于诊断。探头的通过局部附着或整个探头的污染/浸润而出现的污染引起电磁波的传播速度的减小。那么，测量的探头端部不同于参数化的探头端部，这用信号通知污染。

随后，能够输出污染消息和/或能够进行对测量值的自动修正。

计算所确定的介电常数的品质

计算参数a₀和a₁通过估算器而同步地进行。估算器为一种程序，所述程序能够在每次测量时运行。因此，对每个计算出的介电常数也能够确定探头长度。在探头没有污染或没有在探头上形成任何沉积的情况下，能够得出关于所确定的介电常数的品质的结论。如果计算出的探头长度位于在参数化的探头长度周围的区域中，那么能够假设良好确定的介电常数。当然，根据所计算出的探头长度和参数化的探头长度彼此偏离的程度，品质例如能够百分比地表示0%……100%。

识别覆盖的干扰回声

覆盖的干扰回声为反射部位，所述反射部位位于要测量的介质之下或者已经由介质覆盖。穿透到介质中的信号部分能够在已经覆盖的反射部位上反射进而作为回声在回声曲线中描绘。在此，干扰回声表示，其不是物位进而干扰地影响接收信号。

为了确定覆盖的干扰回声需要的是：

1.物位的轨迹

2.在物位轨迹之下的任意的轨迹

对每个轨迹计算“底部位置”d_底部。如果d_底部位于探头长度之内，那么一定为覆盖的干扰回声，因为位置到可度量测量的值上的投影位于探头长度之内。如果所计算出的底部位置位于探头长度之外，那么仅为多次反射。

图10示出根据本发明的实施例的方法的流程图。

在步骤1001中，由发射单元在朝向填充物料表面的方向上以电磁脉冲或声学脉冲的方式发出发射信号。然后，所述脉冲由容器中的不同的反射体反射并且由此产生的具有相应的不同回声的回声曲线由接收单元检测（步骤1002）。

然后，接收单元在步骤1003中将回声曲线转发给评估单元，所述评估单元在步骤1004中执行跟踪方法以对回声进行分组。在步骤1005中，形成两个轨迹之间的线性关系并且在步骤1006中从所述关系中确定一个或多个未知量。

补充地，在此需要指出的是：“包括”和“具有”不排除其他的元件或步骤，并且“一种”或“一个”不排除复数。此外，需要指出的是：参考上述实施例中的一个描述的步骤或特征也能够与另外的在上文中描述的实施例的另外的特征或步骤组合地应用。权利要求中的附图标记不能够视为是限制。

Claims (13)

1.一种运行时间物位测量仪器(500)，具有：

发射单元(501，502)，用于发出发射信号(507)，所述发射信号在填充介质的填充物料表面(505)和至少一个第二反射体(506，512)上被反射；

接收单元(501，513)，用于检测被反射的所述发射信号(509，510)，其中所述发射信号为具有多个回声(704，701，703)的回声曲线(703)；

评估单元(513)，用于执行追踪方法，以用于对在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组，其中所述评估单元实施成执行下述步骤：

(a)确定第一组产生于第一反射体的回声(701)的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声(702)的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的所述发射信号在不同时间(t₁，t₂，t₃，t₄)从所述发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至所述接收单元的运行时间，其中所述第一反射体为所述填充物料表面；

(b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系；

(c)从所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的所述线性关系中确定一个或多个未知量。

2.根据权利要求1所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述第一组回声为在所述填充物料表面(505)上反射的发射信号(509)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述未知量为另外的回声曲线的与所述第二轨迹相关联的回声的期望位置，其中所述另外的回声曲线与其他的回声曲线相比在稍后的时间点被接收。

4.根据权利要求1或2所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述未知量为所述填充介质(504)的介电常数。

5.根据权利要求1或2所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述运行时间物位测量仪器(500)是TDR物位测量仪器；

其中所述未知量是所述TDR物位测量仪器的探头(601，602)的长度。

6.根据权利要求5所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述评估单元(513)实施成根据所述探头(601，602)的所确定的长度通过与实际探头长度进行比较来识别：所述探头是否受到污染。

7.根据权利要求5所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述未知量为所述填充介质(504)的介电常数，并且其中所述评估单元(513)实施成根据所述探头(601，602)的所确定的长度通过与实际探头长度进行比较来计算所确定的介电常数的品质。

8.根据权利要求1或2所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述未知量为装有所述填充介质的容器的高度(520)或者为所述容器中固定的反射体(512，506)的位置，其中所述第二反射体是所述固定的反射体。

9.根据权利要求5所述的运行时间物位测量仪器，

其中所述评估单元(513)实施为执行下述步骤：

计算所述容器底部的位置d_底部；

确定所述容器底部的所计算出的位置是否位于所述探头的下部端部之上；

将所计算出的位置作为反射体的位置分类，其中如果所述容器底部的所计算出的位置位于所述探头的下部端部之上，则不是所述容器底部。

10.根据权利要求1或2所述的运行时间物位测量仪器，

其中对所述轨迹和所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系的确定通过估算法来进行。

11.根据权利要求1或2所述的运行时间物位测量仪器，

其中确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系通过递归法来进行。

12.一种用于执行追踪方法的运行时间物位测量方法，以用于对在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组，所述方法具有下述步骤：

发出发射信号，所述发射信号在填充介质(504)的填充物料表面(505)和至少一个第二反射体(512，506)上被反射；

检测被反射的所述发射信号(509，510)，其中所述发射信号为具有多个回声(704，701，703)的回声曲线(703)

确定第一组产生于第一反射体的回声(701)的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声(702)的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的所述发射信号在不同时间(t₁，t₂，t₃，t₄)从发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间，其中所述第一反射体为所述填充物料表面；

确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系；

从所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的所述线性关系中确定一个或多个未知量。

13.一种用于借助追踪方法执行运行时间物位测量方法的处理器(513)，以用于对在不同时间检测到的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组，其中所述处理器包括下列模块：

用于确定第一组产生于第一反射体的回声(701)的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声(702)的第二轨迹的模块，其中每个轨迹描述相应的所述发射信号在不同时间(t₁，t₂，t₃，t₄)从所述发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至所述接收单元的运行时间；

用于确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系的模块；

用于从所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的所述线性关系中确定一个或多个未知量的模块。