CN105981401B - 用于检测对象的特性的测量装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测对象(110)的特性的测量装置(500,600,530,630)包括具有预定宽度的对象引导装置(101)、第一发射装置(502)、至少两个接收装置(505)及控制装置(501,601)。所述控制装置(501,601)发射发射信号(510,551,552,553,610,605,606)以及接收接收信号(510,551,552,553,610,605,606)。所述控制装置(501,601)使用所述接收信号(510,551,552,553,610,605,606)在所述对象引导装置(101)的宽度(B)内沿线性区域(130,552',552″)分析对象(110)的结构。

Description

用于检测对象的特性的测量装置与方法
技术领域
本发明涉及测量技术的技术领域。特定地，本发明涉及用于检测对象的特性的测量装置、检测对象的特性的方法及用于检测对象的特性的计算机程序产品。
背景技术
在传送对象时，通常需要确定所传送的对象的量或数目。采石场、农业或高炉工业中的传送带并且设置在发电或港口设施中使用的传送带皆会出现传输量方面的问题。特定地，在此类工业部门中的一些部门中，需要在填充或排空过程期间检测通过传送带传送的材料的量(体积或质量)，例如以便于随后建立自动化清单或及时停止填充。
为测定对象的传输量，例如可采用皮带秤以连续地检测由传送带及被传送的介质的重量当前施加的力。
但通过皮带秤监测输送设备可能会导致运行振动，进而造成测量结果失真。此外，为使用皮带秤，在构建输送线时必须直接对测量装置进行构造整合，且难以对现有设备进行改装。
发明内容
鉴于此，根据本发明的一个方面，提出用于检测对象的特性的测量装置、检测对象的特性的方法及用于检测对象的特性的计算机程序产品。
可期望高效地测量运动对象的特性。
根据本发明的一个方面，提出一种用于对位于对象引导装置上的对象的特性进行检测的测量装置。测量装置具有发射装置、至少两个接收装置及控制装置。在一个示例中，测量装置仅具有单独一个发射装置。在另一示例中，测量装置具有至少两个发射装置。控制装置通过发射装置来发射发射信号。此外，控制装置通过至少两个接收装置来接收接收信号，特别是接收至少两个接收信号，其中，接收信号由同一发射信号产生。在一个示例中，至少两个接收装置大体并行地或同时地接收接收信号。在接收时，接收装置可以以相移的方式来接收接收信号，因为这些接收装置可布置在不同位置上。可通过这些接收装置或接收单元的位置来测定相移。接收信号可以是反射信号，其大体上是由于对象和/或对象引导装置上的反射而产生的。特定地，接收信号可以是由于对象表面上的反射而产生的。
控制装置根据至少两个接收装置的接收信号在对象引导装置的宽度内沿线性区域分析对象的结构或拓扑。通过限制在预定宽度的方案，可确保至少两个接收装置对属于对象的所有部分进行检测。在一个示例中，可在控制装置上例如通过调节相应参数来调节用于限制分析的宽度。
可通过分析来获得参考平面上方的对象的沿线性区域的高度轮廓。可提供此高度轮廓。可根据此高度轮廓来测定位于高度轮廓下的体积。可提供所测定的体积。
可以以相对于对象引导装置固定的方式来安装测量装置。为此目的，测量装置可具有保持装置。
通过将对象引导装置限制在预定宽度，还可对线性区域的宽度和/或长度进行限制，从而大体上仅在被限制的区域内观察发射信号和/或接收信号。例如，如此便能将发射信号的发射波束方向和/或接收信号的接收方向聚焦在线性区域的宽度和/或长度上。换言之可采用以下方案：发射信号和/或接收信号的波束方向的角度范围是预定的，以便限制在线性区域上。线性区域的长度可大于线性区域的宽度。线性区域的长度可大致等于对象引导装置的宽度。在一个示例中，线性区域可呈矩形或椭圆形。线性区域可大致为发射信号和/或接收信号的占据面积，或者为占据面积的一部分。
换言之，发射信号可根据天线辐射图案检测对象的表面的大于线性区域的区域。例如可借助由物理聚焦装置执行的发射信号的物理波束形成和/或借助通过改变发射装置之间的相移实现的发射信号的波束形成，定义天线辐射图案及被辐射区域。被辐射区域可包含由发射信号检测的区域，且也称作被照射区域。
随后，通过例如由数字波束形成实现的对接收装置的接收信号的数字处理，反射信号能够从被辐射区域产生或提取所期望的线性区域并且/或者将线性区域拆分为矩形或圆形扫描面，以便对这些扫描面下的体积进行测定并将其总计成线性区域的总体积。在对线性区域的总体积进行计算时，可采用积分方法，具体方式为：将扫描面拆分成较小的扫描面，从而增大沿线性区域的扫描面的数目。线性区域也可称作时间片，其表示线性区域可包括在测量过程中检测的结构。
在一个示例中，作为对单独一个发射装置及至少两个接收装置的替代方案，设有至少两个发射/接收装置。发射/接收装置可通过单独一个装置对信号进行发射及接收。通过在控制装置中进行切换，可以对发射/接收装置进行操作，从而由发射/接收装置发射信号，以及由发射/接收装置接收反射信号。在发射信号时所处的状态可称作发射模式，且在接收信号时所处的状态可称作接收模式。例如，可通过至少两个发射/接收装置沿发射方向产生对较大面进行辐射的发射信号，并通过至少两个发射/接收装置对接收波束进行波束形成，从而实现聚焦和/或线性区域的拆分。为对发射信号和/或接收信号进行波束形成，可设有至少两个发射装置或至少两个接收装置，它们彼此耦合从而构成天线阵列。
根据本发明的另一方面，描述了一种测定位于对象引导装置上的对象的特性的方法。对象的特性可为对象的表面结构和/或对象的表面拓扑。所述方法可如下设计：通过发射装置发射信号并通过至少两个接收装置来接收接收信号，其中，这些接收信号是由同一发射信号产生的。在一个示例中，可大体上同时接收这些接收信号。在上下文中，“同时”是指大体上在可被解释为同时性间隔的时间范围内接收这些接收信号。“同时”、“并行”或“同一时间”的概念表示这些接收信号是由同一发射信号产生的。由于这些接收装置布置于不同地点且在不同的接收装置上进行接收，所以同一发射信号的反射可能会在该时间范围内的不同时间点到达。
例如，在位于距离对象引导装置的预定距离处的同一平面中进行发射及接收。换言之，对象引导装置可沿信号传播方向在距离设置有发射装置和/或至少两个接收装置的平面的预定距离处布置。但在发射装置和/或接收装置的相互位置是已知的情况下，发射装置和/或至少两个接收装置也可任意布置。
通过将对象的运动限制在位于预定宽度内的区域上，可确保对对象的所有待检测部分进行检测。可根据对象引导装置的限制对发射信号的天线辐射图案进行调整。在采用单独一个发射装置时，天线辐射图案可为球形发射器的辐射图案。但当在阵列中采用至少两个发射装置时，阵列也可通过波束形成产生任意图案。通过物理波束形成装置或聚焦装置(例如槽形抛物面)，也能实现波束形成。
在接收到接收信号后，通过由至少两个接收装置在对象引导装置的宽度内沿线性区域检测的接收信号，对对象的结构进行分析。在信号后处理期间，例如在控制装置中或在分析装置中通过数学算法进行线性区域的形成。在一个示例中，位于对象引导装置的宽度内的线性区域可以是占据面积或投影，其是通过发射装置和/或通过至少两个接收装置产生的。
根据本发明的又一方面，提出一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于在被处理器运行时执行本发明的方法。
根据本发明的又一方面，提出一种计算机可读取数据存储介质，在所述数据存储介质中存储有程序代码，所述程序码用于在被处理器运行时执行本发明的测定对象特性的方法。
计算机可读取存储介质可以是软盘、硬盘、DVD(数字多功能光盘)、蓝光光盘TM、USB(通用串行总线)存储介质、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)或EPROM(可擦除可编程只读存储器)。也可将能实现程序代码的上传或下载的通信网络(如因特网)视为计算机可读取存储介质。
测量装置可以是现场设备或传感器。传感器可具有发射装置、至少两个接收装置和/或控制装置。在一个示例中，测量装置还可包含具有预定宽度的对象引导装置。传感器可与对象引导装置的几何尺寸，特别是与对象引导装置的宽度相匹配。特定地，传感器的尺寸可与对象引导装置的几何尺寸相匹配。但在一个示例中，传感器也可小于对象引导装置的宽度，并且可通过控制接收装置来检测较大的区域。现场设备可被实施为料位测量仪、体积测量仪和/或流量测量仪，并可根据现有对象引导装置改造现场设备。在一个示例中，可将测量装置与料位测量仪相结合，并通过料位测量仪对被输送的体积进行真实性检查。
为与对象引导装置匹配，现场设备和/或测量装置可具有聚焦装置，以用于定义对象的可检测的线性区域沿运动方向的宽度。独立于上述方案，现场设备和/或测量装置可具有用于波束形成的装置，以用于对线性区域沿横向的长度进行调节和/或将该区域拆分为较小的扫描面。
对象引导装置可用于将对象的运动限制在位于预定宽度内的区域上。因而，可在控制装置中对对象引导装置的预定宽度进行调节，以便将接收波束的接收区域，即将接收方向限制在对象引导装置的宽度上，或使得接收方向与所述宽度匹配。在一个示例中，对象引导装置既能对运动方向又能对对象的运动所处的区域进行定义。在另一示例中，对象自身可运动并对运动方向进行定义。对象引导装置大体上用于确保对象在具有所预定的宽度的区域内运动，使得线性区域位于所述界限内。为对运动进行限制，对象引导装置例如可具有边界、导板或障壁，或者也可具有沿重力方向下降的边缘，使得对象的位于宽度外的部分落至地面。
在一个示例中，对象引导装置可以以独立于测量装置的方式工作。
聚焦装置或调焦装置可被实施为物理聚焦装置，例如被实施为槽型抛物面、天线阵列、介电柱面透镜或类似聚焦装置。此外，可通过SAR(合成孔径雷达)算法，对所检测的测量数据进行分析以用于沿输送装置的运动方向和/或沿对象的运动方向进行数学聚焦。若进行了沿运动方向的物理聚焦，则不必进行SAR分析。该SAR分析不需要阵列，因为其可仅对多普勒参数进行分析。阵列由至少两个接收装置和/或至少一个发射装置构成，其中，这些装置彼此之间的空间位置是已知的，且这些装置彼此连接。至少一个发射装置可以是单独一个发射装置或至少两个发射装置。可根据彼此之间的空间位置来测定发射信号和/或接收信号之间的相移。这些接收装置和/或发射装置可任意地布置在阵列中。对于分析，特别是对于接收信号的波束形成而言，需要了解这些接收装置和/或发射装置彼此之间的位置。通过将这些至少两个接收装置布置成线性阵列可实现沿横向的波束形成。
可使用描述的主题来对对象引导装置的线性区域进行扫描，并籍此为经过传感器的对象的表面建立拓扑。在此情况下，线性区域可大体为拓扑的一个时间片，其中，整个拓扑由多个时间片组合而成。可大体上根据对象的表面与传感器的距离来测定拓扑。拓扑可给出对象引导装置的参考面上方的高度。参考面可以用于容置对象的面，例如传送带的带。若参考面的位置是已知的，也就是参考面与传感器的距离是已知的，则可对对象的绝对高度或对象的表面的拓扑的高度进行测定。如此便能对拓扑下的面积和/或拓扑下的体积进行计算。若对象的密度是已知的，也可以对体积的重量进行计算。当对象发生运动时，可对每时间单位的运动体积进行测定，从而推断出容器中的料位。例如可通过积分计算来测定每时间单位的运动体积。其中，可将对象的运动速度考虑在内。此外，可通过控制装置对对象的运动速度进行控制，以便获得良好的积分结果。还可任意地定义参考面。
测量装置可具有输入设备，以用于输入参数，例如对象的密度(例如散装材料的密度)。此外，可输入栅格尺寸，以用于定义两个扫描位置的沿横向和/或沿对象的运动方向的间距。
因此，对在工业环境中在对象引导装置中或通过输送线(例如传送带)从原始地点朝目标地点自动地运动的体积/质量而言，用于检测对象的特性的测量装置可实现对该体积和/或质量的检测。在本发明的范围内，除传送带外，也可将其它适于使对象在参考平面上从原始地点朝目标地点运动的方案用作对象引导装置或输送线。测量装置还适用于如下对象，这些对象自身在参考平面上在对象引导装置内运动。
对象可以是具有由峰及谷构成的随机表面结构的散装材料。表面结构可呈波状。若输送线并非被散装材料占据，而是被多个单个对象占据，则可利用测量装置对这些对象进行检测、计数和/或测定其尺寸。测量装置例如可应用于工厂自动化领域，但还可应用于后勤领域，例如邮件分配中心或机场。
由于对象引导装置可被理解为任一种类的适于使质量或对象从原始位置朝目标位置运动的输送线，所以还可将测量装置应用于交通监测领域，例如在道路交通以及轨道及船舶交通中对车辆进行进行分类及计数。一般而言，可通过测量装置对预定区域进行监测。
对象引导装置可用于界定对象能够运动的区域。在采用传送带时，该界限是由该传送带的两侧确定的，这是因为无法对伸出传送带两侧的对象进行输送。特定地，针对自身发生运动的对象(如人员或车辆)，可通过多个障壁或导板来确定可供这些对象传播及前进的限制区域。
可通过限制将监测范围减小为经限制区域，通过发射信号和/或接收信号对该区域进行检查及扫描。大体而言，所述区域可以是具有有限的长度且被发射信号和/或接收信号辐射或扫描的线条。但多个物理效应导致无法始终精确地对线性区域进行检测，故使用算法对接收信号进行处理。控制装置可用于对线性区域的区域界限进行识别并对位于该区域内的对象进行测量。
所发射的发射信号可以是雷达信号。可以以脉冲的形式或作为FMCW雷达信号(调频连续波雷达)连续地发射雷达信号。通过由透镜或反射镜(例如用抛物面天线)实施的物理波束形成或者通过数字波束形成来使发射信号和/或接收信号对准线性区域，以便对沿运动方向尽可能窄的时间片进行检测。如此便能够以较窄的时间片对对象的表面结构进行扫描。通过对来自对象的反射进行分析，能够对发生反射时以穿过线性限制区域的方式运动的对象所具有的对象结构进行分析。在采用数字波束形成的情况下，例如在对接收信号进行分析时，即在对接收信号进行后处理时，通过数学算法或数学方法来实现波束形成。
对象可以是刚性体或散装材料。大体而言，散装材料是指对象的部分的随机堆积，这些堆积例如是在流程链中由较高温度引起的散装材料的部分的静止角、团聚、凝集或结块而产生。团聚体可能是由于残留水分或化学反应而产生。对象的拓扑可能由这种堆积产生，也就是说，待检测的对象可具有相应的拓扑。通过对堆积原因进行分析，可对表面的位置或结构进行预估并将其纳入到体积的计算中。
通过通过发射信号及接收信号实施的线性扫描，大体上可对对象的拓扑在某一时间点的轮廓曲线进行测定。通过这种扫描或采样，能够测定对象在该测量时间点的沿线条的高度轮廓曲线。当参考高度或参考平面是已知的时，用于容置对象的平面的位置是已知的时，可测定对象在该测量时间点的体积以及对象的量或质量。若对象的密度也是已知的，则可测定对象在该测量时间点的重量。若在某个时间间隔内以固定间隔重复这些测量，则可测定在该时间间隔内输送的对象的量。
根据本发明的另一方面，发射装置及至少两个接收装置以相对于对象引导装置间隔有预定距离的方式布置在同一平面中。在一个示例中，用于容置发射装置及至少两个接收装置的平面与对象引导装置构成直角。在另一示例中，发射装置及接收装置的平面平行于对象引导装置的用于输送对象的平面，和/或平行于由标记装置构成的表面。
在一个示例中，测量装置具有至少一个第二发射装置。所述至少一个第二发射装置与第一发射装置布置于同一平面中。
根据本发明的又一方面，发射装置与多个接收装置可线性地布置，或者多个发射装置与多个接收装置可线性地布置。
多个发射装置和/或多个接收装置可由于有限延伸而位于一个平面中，但线性地布置在该平面中。
通过发射装置及接收装置的线性定向，可沿天线的线性延伸在垂直于对象的运动方向上实现发射装置及接收装置的聚焦。在大体垂直于对象的运动方向上的延伸的方向可称作横向。除线性布置外，至少两个接收装置和/或发射装置也可采用任意的布置方式。例如，至少两个接收装置可布置成半圆状。但可能需要了解各接收装置相对彼此的位置，以便在分析接收信号时将位置考虑在内。至少两个接收装置的线性布置能在分析线性区域时减少所需的计算步骤。
在一个示例中，接收装置可关于发射装置或关于多个等发射装置对称地布置。
在另一示例中，发射装置可布置在线条的中心处，且多个接收装置可沿线条的边界布置。通过这种布置方案，可沿横向(即以垂直于对象运动方向的方式)实现波束形成。多个发射装置可彼此等间距地布置在中心区域内。多个接收装置也可以彼此等间距地布置。为将唯一性区域限制为90°的角，在一个示例中，多个接收装置的间距可小于所使用的雷达信号的半波长。其中，唯一性区域是指如下区域：在该区域内，计算出的接收信号可被明确地分配给一个角度，即不具有含混性。
在另一示例中，接收组件也可以以彼此无特定位置关系的方式沿线条的延伸静态地分布。但多个接收组件的间距应当是已知的，以便对拓扑进行测定。
根据本发明的另一方面，测量装置具有对象引导装置。对象引导装置用于将对象的运动限制在宽度(B)内的范围。
通过将测量装置与对象引导装置相结合，可根据对象引导装置的尺寸对测量装置进行调整。如此便能在测量装置中实现固定的角度范围，并对处于对象引导装置的宽度内的预定线性区域进行检测。由此能够提供具有彼此匹配的组件的测量系统。
根据本发明的另一方面，至少两个接收装置及发射装置或多个发射装置可布置在具有对象引导装置的宽度的区域内。
用于布置多个发射装置和/或多个接收装置的宽度可与对象引导装置的宽度匹配。由此，可通过发射装置和/或接收装置对对象引导装置的宽度进行良好地检测。通过对用于主波束方向和/或接收方向的角度进行调节，可额外地对线性区域的宽度进行调整。用于布置发射装置和/或接收装置的宽度可等于对象引导单元的宽度。用于布置发射装置和/或接收装置的宽度也可小于或大于对象引导单元的宽度。发射装置和/或至少两个接收装置可构成线性阵列。在一个示例中，线性阵列的宽度可等于对象引导装置的宽度。在另一示例中，线性阵列的宽度可小于或大于对象引导装置的宽度。在一个示例中，线性阵列的宽度为20cm。
根据本发明的又一方面，对象引导装置具有标记，以用于确定参考平面。
振动可引起对象引导装置的运动。在此情形下，例如并非对象的高度，而是对象引导装置的位置发生改变，故对象拓扑的测量结果可能会失真。但如果对象引导装置具有标记或标记装置，以用于指示对象引导装置在特定测量时间点相对于发射装置和/或多个接收装置的瞬时位置，则可对测定的结构进行修正。可在控制装置中进行这种修正。
测量装置可用于识别标记并根据标记的位置将干扰性的机械影响从测量结果中移除。测量装置可具有用于识别标记的标记识别装置。
根据本发明的另一方面，测量装置用于对发射装置的主波束方向和/或接收装置的主接收方向进行改变。
可通过改变主波束方向和/或主接收方向来沿线性区域对信号进行检测，从而对表面在对应区域内的结构或拓扑进行检测。通过使用多个不同的主接收方向，可从线性区域提取多个较小的扫描面，并对这些扫描面的宽度及对应体积进行测定。特定地，可预设角度范围，在该角度范围内实现对线性区域的划分。可在后处理中对多个主波束方向进行分析。特定地，通过改变主接收方向，便可针对性地对线性区域的区段进行分析。
根据本发明的又一方面，使用数字波束形成来改变接收装置的主接收方向。特定地，改变主接收方向，从而沿横向对线性区域进行分析。例如将横向区域拆分为多个较小的扫描面，这些扫描面的尺寸与多个接收装置的角度相对应。
除沿横向分析之外，可实施沿运动方向的聚焦。聚焦可用于沿运动方向界定尽可能窄的区域。为进行聚焦，可使用物理聚焦装置和/或数学计算。例如可将SAR算法(合成孔径雷达算法)用作聚焦用计算方法。作为附加或替代方案，可将透镜或天线，例如将槽形抛物面用作物理聚焦装置。
换句话说，可通过聚焦装置沿运动方向将聚焦装置窄化，并通过改变主波束方向和/或主接收方向沿横向(垂直于运动方向)对经窄化的区域进行检查。通过改变主接收方向，可大体上限定宽度的大小，即确定线性区域的长度。通过主接收方向，可对线性区域的被分配给相应角度的不同区段进行检查。此外，通过改变主接收方向，可将线性区域的长度限制为对象引导装置的和/或相应配设的标记装置的宽度。通过聚焦便能对对象的表面结构的尽可能窄的区域进行测量，并产生较窄的时间片。通过设置主接收装置的较小角度范围，可进一步缩小扫描面。
根据需要，可采用数学和/或物理波束形成。
根据本发明的又一方面，对象引导装置可以是从由传送带、振动装置及路面构成的装置群组中选择的装置。
所有这些装置能够沿给定的方向对对象进行输送，并且在输送期间对对象进行空间限制。这些对象引导装置同样均参考平面，对象在该参考平面上运动。
根据本发明的另一方面，测量装置还具有速度测量装置，其中，速度测量装置用于对对象的运动速度进行测定。
在对象的运动速度是已知的情况下，可对对象在某一时间间隔内被输送的体积或重量进行测定。速度测量装置可被实施为旋转编码器和/或速度雷达。还可对对象的运动速度进行控制。
根据另一方面，被输送的对象为散装材料、车辆和/或人员。
根据本发明的另一方面，控制装置用于对对象的拓扑进行测定，并根据拓扑对对象的体积和/或质量进行测定。
可以不采用秤的方式来测定拓扑。如此无需将其安装在对象引导装置的支承点。因此，可轻易实现对用于测定对象拓扑的测量装置的改装。
根据本发明的另一方面，测量装置被实施为双线系统。
双线系统可使用4…20mA信号。双线系统可仅通过双线连接来获取用于操作测量装置所需的能量，特别是用于操作控制装置、传感器、阵列、发射装置和/或接收装置所需的能量。双线线路还用于通信，特别是用于将至少一个测量值或由此推导出的测量值(如拓扑曲线、容器中的质量或被输送的体积)输出。双线系统可实现双向通信，同时还可为测量装置，特别是为测量装置的有源组件提供能量。
通过将测量装置实施为双线系统，可通过用于提供测量结果的物理线路来进行供电。为进行数据传输，可采用符合标准的协议或4…20mA信号。测量仪装置可具有测量仪接口，该测量仪接口是从由I2C接口、接口、4…20mA接口和者4至20mA接口构成的测量仪接口群组中选择的测量仪接口。
特定地，采用接口的协议(可寻址远程传感高速通道)可称作用于可总线寻址的现场设备的主/从协议。能够实施如下方法，该方法通过将频移键控(FSK)施加于4至20mA处理信号上来对数据进行传输，从而实现远程配置及诊断检查。协议或对应的接口还可用于传输原始数据。4至20mA接口或接口是硬件接口，其中，4至20mA接口为模拟接口，该接口通过采用协议及其组件或硬件而具备传输数字数据的能力。
在测量仪接口上可提供经处理的且形式为每时间单位的重量或每时间单位的体积的测量值或者提供用于表示对象表面的结构或对象的拓扑的曲线。拓扑曲线或表面曲线可表示沿线性区域的高度轮廓曲线。可通过在沿线性区域的不同位置上进行传输时间测量，或通过沿横向在线性区域的不同角度上来测定拓扑曲线。例如可通过对雷达波的从发射时间点至接收时间点的传输时间进行测量，来实施传输时间测量。在一个示例中，可对拓扑曲线的高度轮廓曲线进行测定，具体方式为，在不同的角度下对各接收单元或各接收装置的回波曲线进行分析。而拓扑曲线自身可以不是回波曲线。可直接在测量装置上进行分析。但还亦可将分析迁移至外部分析仪，其中仅为外部分析仪提供原始数据。向外部设备的迁移可减小测量装置的电力需求，特别是对双线系统而言，此为良好的能源管理方案。
发射装置和/或至少两个接收装置可以是传感器的一部分，传感器将所接收的信号以回波曲线的形式提供。可根据这些接收的信号来测定拓扑曲线。传感器还可以是现场设备的一部分，或自身作为现场设备。测量装置可具有传感器或现场设备以及分析装置。分析装置可被实施为外部设备，且通过多个测量仪接口中的一个(例如通过双线接口、控制环路或双线线路)与现场设备和/或与测量装置进行通信。在另一示例中，分析装置可被集成至现场设备中。例如，分析装置是可旋拧到现场设备中并直接向测量装置提供测量值，例如每时间单位的体积或重量，或者相应积分值。此外，还可对计算出的测量值进行接收及显示。
需要注意，通过参照不同主题描述了本发明的不同方面。特定地，通过参照装置权利要求描述了一些方面，而通过参照结合方法权利要求描述了其它方面。本领域技术人员能够根据上文及下文中的说明认识到：在没有另外给出描述的情况下，除了属于同一种类的主题的特征的任意组合外，与不同种类的主题相关的特征的任意组合也应当被视为本文的揭露内容。特定地，装置权利要求的特征与方法权利要求的特征的组合，也应当被视为本文的揭露内容。
附图说明
图1a示出了输送线，以旨在更清楚地说明本发明；
图1b为图1a所示的输送线的俯视图，以旨在更清楚地说明本发明；
图2为包含集成皮带秤的输送线，以旨在更清楚地说明本发明；
图3为包含放射测量式传感器的输送线，以旨在更清楚地说明本发明；
图4a为包含用于通过激光波束来测定对象的表面结构的传感器的输送线的正视图，以旨在更清楚地说明本发明；
图4b为包含用于通过激光波束来测定对象的表面结构的传感器的输送线的侧视图，以旨在更清楚地说明本发明；
图5a为根据本发明的实施例的输送线的正视图，该输送线包括用于通过雷达波束来测定对象的表面结构的传感器；
图5b为根据本发明的实施例的输送线的侧视图，该输送线其包含用于通过雷达波束来测定对象的表面结构的传感器；
图5c为根据本发明的实施例的如图5a、5b所示的输送线的局部俯视图；
图6a为根据本发明的实施例的输送线的正视图，该输送线包含另一用于通过雷达波束来测定对象的表面结构的传感器；
图6b为本发明的实施例中的输送线的侧视图，其包含另一用于通过雷达波束来测定对象的表面结构的传感器；
图6c为根据本发明的另一实施例的如图6a、6b所示的输送线的局部俯视图；
图7为根据本发明的实施例的包含标记的测量装置；
图8为根据本发明的实施例的用于测定输送线的速度的测量装置；及
图9为根据本发明的实施例的测定对象的特性的方法的流程图。
具体实施方式
附图仅是示意性且是非等比例的。在对图1a至9的描述中，相同或相对应的组件使用相同的组件符号来表示。
图1a示出输送线100，以旨在更清楚地说明本发明。示出的被用作对象引导装置101的传送带101将对象110或介质110(例如散装材料110，如砾石110)从诸如对象输入设备102等原始地点(例如料斗102)输送至位于目标地点103上的对象收集装置111(例如容器111)。输送线100可仅具有对象引导装置101。可选地，输送线100亦可具有对象输入设备102和/或对象收集装置111。对象引导装置101适于沿预定方向引导对象。对象110位于参考平面131上，该参考平面在图1a中由传送带101的带构成。
为从原始地点达到目标地点，对象110自身可在对象引导装置101内运动或通过对象引导装置101主动地使对象110运动。图1a的箭头指示了运动方向。通过转向滚轴112或轮子112进行转向，由此传送带在设有对象110的一侧上沿对象110的运动方向运动，并在相反的一侧上沿相反的方向运动。对象110的运动方向是从原始地点指向目标地点。此方案能排除了反向移动。对象110以定义的速度运动。转向滚轴112可被驱动并使对象引导装置101运动。但在其它实施例中亦可采用其它驱动方案。
图1b为图1a所示的输送线100的俯视图，以旨在更清楚地说明本发明。为简化示图，图1b中未绘示由输送线输送的对象110。在原始地点处，对象110可通过料斗102中的缝隙113落至对象引导装置101上。通过对象引导装置101的宽度B来定义容置对象110的区域的宽度。为对宽度B进行限制，对象引导装置101可具有(未绘示于图1a或图1b中的)限制机构、增高机构或障壁，以能大体上确保对象110在对象引导装置101上位于宽度B内。在图1a、1b中，通过对象引导装置101的尺寸来实现限制，即，所有落在区域B以外的对象皆落在对象引导装置101旁且无法被输送，故对象引导装置对用于输送对象的区域构成横向限制。该横向大体上垂直于对象引导装置101的运动方向。因此，该横向在垂直于所示的箭头方向上延伸。对象引导装置101的宽度B大体上沿横向延伸。图1b还示出位于对象引导装置101上的线性区域130，可沿该区域对(未绘示于图1b中的)对象进行分析。特定地，可对对象110的表面沿线性区域130高出参考平面131的程度进行分析并提供高度特性曲线。
可对由输送装置101，特别是对由对象引导装置101移动的材料的质量和/或体积进行测定。
图2示出包含集成皮带秤204的输送装置100或输送线100，以旨在更清楚地说明本发明。输送线100具有对象引导装置101及两个转向滚轴112、112a。对象引导装置101以能够旋转的方式被支承在支承点202上。在第二支承点203上，通过秤204连续地检测当前由对象引导装置101及被输送的对象110的重量施加的力。在采用对象引导装置101的几何尺寸及设计数据的情况下，可测定当前位于传送带上的对象110的质量。此外，若通过位于转向滚轴112或转向滚轴112a中的(未绘示于图2中的)旋转编码器了解对象引导装置101沿运动方向206的速度，则可测定输送装置100在指定时间段或指定时间单位内输入容器111的对象的量或对应的材料量。此外，若已知对象110的材料密度，则可测定在指定时间段内输送的体积。
通过皮带秤204对输送设备的监测可能导致以下后果：输送设备100内的运行振动或振荡造成测量结果失真。此外，在设计输送线100时必须直接对测量装置204进行构造组合，故难以对现有输送设备100进行改装。
图3示出包含放射测量式传感器301、304的输送线100，以旨在更清楚地说明本发明。放射源301辐射输送线100所输送的对象110。布置在对象110下方的检测器304测定放射性辐射305的已知的输出强度的吸收，该吸收是对位于放射源与检测器之间的介质的厚度或吸收系数的测量。该测量不受输送线的振动的影响，且在材料的密度及成分是已知的且传送带的速度已被测定的情况下，该测量也能提供在某一时间单位内输送的体积。然而，在采用利用放射源实施的测量时，需要谨慎避免放射性辐射对人及环境造成危害。因此，需要针对相应的安全预防措施投入较高的成本，从而使得此方法较为昂贵。此外，对象的成分的变化可能会导致难以修正的测量误差。
图4a示出了包含用于通过激光辐射来测定对象110的表面结构的传感器401、402的输送线100的正视图，以便更清楚地说明本发明。图4b示出了包含用于通过激光辐射来测定对象的表面结构的传感器401、402的输送线100的沿图4a中的由字母A标记的方向的侧视图，以便更清楚地说明本发明。通过激光波束在不同位置405、406、407上扫描被输送的介质110或被输送的对象110的表面，其中，在每个位置上均测量测量仪401与表面405、406、407的距离。通过测量不同位置处的表面，测量仪401能够测定表面的轮廓，且在额外检测输送设备的速度的情况下，测量仪还能够计算被输送的体积。为沿横向测定表面的线性轮廓，使激光波束偏转成垂直于对象引导装置101的运动方向。对象引导装置101的运动方向由图4a及4b中的箭头410示出，并与对象110在面向传感器401、402的一侧上的运动方向一致。
在对象110的密度是已知的情况下，还可计算对象110的被输送的质量。然而，该测量可能会受灰尘影响，灰尘可能造成激光404的传播的衰减或甚至偏转。此外，在图4a及4b所示的测量机构中，辐射方向会因机械运动式构件402而发生机械变化，从而可导致相应的磨损。
图5a是根据本发明的实施例的包含用于通过雷达波束测定对象110的表面结构的传感器500的输送线100的正视图。图5b是根据本发明的实施例中的包含用于通过雷达波束测定对象110的表面结构的传感器500的输送线100的沿图5a中的由字母C标记的方向的侧视图。由于采用雷达波束的原因，该测量大体与灰尘无关。
测量装置530具有传感器500及输送线100。输送线100具有对象引导装置101及转向滚轴522或轮子522。输送线100还可具有(未绘示于图5a、5b中的)料斗102及容器111。对象引导装置101所引导的对象110的速度与对象引导装置101的在面向传感器500的一侧上的速度相同。测量装置530还可仅具有传感器500并以独立于对象引导装置的方式操作。然而，传感器500还可与对象引导装置101固定连接。
通过单个发射装置502或通过至少两个发射装置502来产生雷达发射波束。(该发射波束未绘示于图5a及5b中)。雷达发射波束根据天线辐射图案朝着对象引导装置101传播并在对象110的表面上发生反射。在未设有对象的位置处，雷达波束被对象引导装置，特别是被参考平面131反射。在不失一般性的情况下，在对这些实施例进行描述时，将散装材料110假定为对象110。散装材料可具有如图5a所示的在宽度B范围内沿横向呈波状的表面结构。此外，散装材料可具有如图5b所示的沿运动方向呈波状的表面结构，其中，沿运动方向的表面结构可不同于沿横向的表面结构。此外，在不失一般性的情况下，在对这些实施例进行描述时，将传送带假定为对象引导装置101。
图5a所示的测量机构具有控制装置501。控制装置501可控制发射装置502，在发射装置中，根据雷达原理产生雷达波束。雷达波束的频率例如为79GHz，并对应于3.8mm的波长。可连续地以脉冲的形式或根据FMCW原理产生雷达波束。图5a仅示出单个第一发射装置502。然而，传感器500还可具有至少两个发射装置502。当传感器500具有至少两个发射装置502时，可控制发射信号的主波束方向。如此，还可沿发射方向控制天线辐射图案。然而，在不失一般适用性的情况下，在描述图5a、5b、5c时，假定会引起大体为矩形或椭圆形的占据面积的大体呈点状或球状的辐射图案。
发射装置502或发射单元502朝待监测的介质110或待监测的对象110发射作为发射信号的雷达信号，以用于测定其特性。(发射信号未绘示于图5a中)。在发射期间中，发射装置520的天线辐射图案的朝向待监测的介质的定向随时间保持恒定，且发射装置大体在对象引导装置101的沿横向的整个宽度B上以及在沿运动方向的长度L的范围内辐射输送装置100。图5c以俯视图示出了因发射信号而产生的被辐射区域560或占据面积560。
天线辐射图案的主波束方向大体上垂直于朝向对象110的发射装置502。占据面积是根据天线辐射图案产生的。
通过发射信号辐射介质110的表面，介质的表面或输送装置的被辐射区域533、531对信号进行反射。
通过至少两个接收装置505中的每一个以不同的角度从而以彼此存在相移的方式接收来自不同位置533、507、508、509、531的接收信号510中的每一个。
沿对象110的运动方向同样从不同的位置511、512、513反射接收信号。同样地，通过至少两个接收装置505中的每一个以不同的角度从而以与沿运动方向和接收装置构成的角度对应的多普勒频移来接收这些接收信号551、552、553中的每一个。
接收信号533、507、508、509、531、551、552、553均由相同的发射信号产生。因而，介质110沿横向对信号510进行反射，这些信号由至少两个接收装置505接收。至少两个接收装置505沿与对象引导装置101的转向滚轴522的旋转轴521平行的线条线性地布置。其中，接收装置505或接收单元505优选地具有小于雷达信号的波长λ的一半的间距d，即d<λ/2。若将测量限制在对象引导装置的宽度内，则根据所需的唯一测量区域，这些接收装置的间距也可大于λ/2。其中，在可由唯一区域定义的角度范围中，可向所计算的接收信号分配唯一一个角度，即不存在含混性。
发射装置与接收装置的间距可等于这些发射装置之间的间距。然而，也可以采用其它间距。
通过阵列504中的接收装置505选择所述等距间距d≤λ/2，能够防止在间距d≤λ/2时可能出现的±90°的角度范围内的含混性。但也可以以不等距的方式将这些接收单元沿线条分布。
在图5a中，发射装置502及至少两个接收装置505皆为单独装置。但还可将发射装置502同样用作接收装置。在此情形下，发射/接收装置适于实现并行发射/接收模式。为实现线性扫描，需要至少两个接收装置，因而包含发送/接收装置的阵列504具有至少两个发射/接收装置。
通过接收装置505的线性布置方案，接收装置505构成线性的一维天线阵列504。发射装置502同样可布置成在所述线条中。通过这种布置方案，这些接收装置在某个信号传输时间之后并因而以与距对象表面的距离相对应的相移对来自不同角度方向的至少部分地反射的雷达信号进行接收。
可使用数学算法将接收信号510转换为具多个接收波束方向的接收信号。图5a示出了这种例如具有3个波瓣或3个接收方向的接收信号510。通过使用数学算法来获取沿不同接收方向的接收信号的方案被称作“数字波束形成”。这些接收信号中的每一个可属于扫描面。
接收装置505及多个发射装置502或至少两个发射装置502可大体位于共同平面上，使得它们以大体垂直于对象引导装置的方式定向。根据所期望的空间分辨率，可对天线阵列504的宽度，特别是对接收装置505的间距进行调整。阵列504的宽度不必等于对象引导装置101的宽度B。天线阵列504的宽度可小于、大于或等于对象引导装置101的宽度B。
发射装置502及接收装置505皆可与控制装置501连接，且可通过控制装置501对上述二装置进行控制。控制装置501与发射装置502和/或至少两个接收装置505一同构成传感器500或现场设备500。测量装置530具有传感器500及可选的对象引导装置101。
传感器500可具有单独的(未绘示于图5a或5b中的)分析装置，该分析装置对接收装置502所接收的信号进行处理。传感器与分析装置可通过双线线路连接。根据所接收的信号，分析装置能够测定传感器500与位于对象引导装置101的不同位置533、507、508、509、531上的介质110或对象110之间的距离。来自不同位置533、507、508、509、531的信号涉及在后处理中根据至少两个接收装置505所接收的接收信号通过数字波束形成而重新建构的不同接收方向。可根据所计算的接收雷达波束510在相应接收波束角下到达相应位置533、507、508、509、531的信号传输时间来测定与这些不同位置之间的距离。沿横向利用数字波束形成来实现用于线性区域的扫描的预定分辨率。
分析装置可被集成在传感器500中。作为替代方案，控制装置501可执行分析装置的功能。然而，分析装置也可布置在传感器500外部，由此减小传感器内的用于计算的电力需求。例如，在将传感器500或现场设备500实施为双线设备时，采用上述方案便可通过用于提供测量值或用于对测量装置进行参数设置(即在测量装置中针对测量设置参数)的线路来进行供电。
在下文中假定控制装置501执行分析装置的功能并被集成在传感器500中。通过对在对象110的表面上反射的雷达信号510、551、552、553的传输时间进行分析，控制装置501能够测定对象110的表面的延伸。控制装置501还能检测和/或控制对象输送装置101的速度和/或在对象输送装置101内运动的对象110的速度。在将速度考虑在内的情况下，可计算对象引导装置每时间单位输送的对象110的体积。根据每时间单位输送的体积，可计算观察时间段内输送的总体积。在密度已知的情况下，还可计算输送的质量。例如，通过测定的这些特性参数便能测定何时会达到(未绘示于图5a、图5b中的)容器111所允许的载重量并可关闭对象引导装置101。
图5a示出对象110的波状表面结构的示例性位置507、508、509、533、531。这些位置507、508、509、533、531沿对象引导装置101的线性区域横向地延伸，且可与扫描面或扫描位置相对应。在发射装置502首先通过雷达信号在整个宽度B上辐射输送线之后，在接收装置505中，特别是在控制装置501中，通过数字波束形成改变接收雷达信号510的接收方向，由此测定传感器500，特别是接收装置505和/或发射装置502与对象110位于不同位置507、508、509、533、531上的表面之间的距离。
然而，基于发射装置502的天线辐射图案，天线阵列504还检测来自对象的运动方向上的方向551、552、553的分量进行检测。对于这些因相对传感器单元500具不同相对速度而经过不同的基于多普勒效应的频移的接收信号而言，通过对它们的频移进行分析，便能通过SAR(合成孔径雷达)算法对这些分量进行分析及明确定位。采用SAR算法便能实现区域552'沿运动方向的聚焦。
接收方向的改变涉及至少两个接收装置505。为改变接收方向，测量仪500、现场设备500或传感器500使用数字波束形成(Digital Beam Forming)的原理，其中在传感器500中使用由各接收装置505接收的信号通过使各信号发生相移来执行数字波束形成。在执行由接收装置从宽广角度范围接收的接收信号的波束形成时，以数学方式对这些接收信号施加与其横向位置及与期望接收方向匹配的相移，并将这些接收信号组合在一起。施加相移是指：使由不同接收装置505接收的信号以与这些接收装置的间距对应的相位值彼此偏移，并将执行信号组合在一起。通过波束形成能够从任意接收方向产生沿横向强聚焦的回波信号。这些强聚焦式接收信号可沿线性区域布置并构成较小的扫描面508、512。通过这些措施能够测定对象110的表面在对象引导装置101的不同位置533、507、508、509、531上的延伸。
特定地，可预设接收角。图5a通过接收发射信号510的不同波瓣示出计算产生的不同接收方向上的不同接收信号。这种情况下，发射装置502例如被实施为球形发射器，并同时辐射大于线性区域552'的面560。被辐射面560或占据面积560具有对象引导装置101的宽度B、长度L及位于输送装置101上的面积B x L。图5c为占据面积560的示例。
因此，不是通过用于波束偏转的机械组件，而是通过改变阵列504的主接收方向，即在采用至少两个接收装置505的回波曲线的情况下通过数字波束形成来使接收波束510发生偏转。除了基于位置507、508、509、533、531、511、512、513与接收装置505之间的不同距离的某个传输时间偏移之外，所有接收装置505同时接收发射信号的由散装材料表面引起的回波，由此同时或并行地检测不同接收波束方向的数据。因此，每个测量间隔和/或每个时间片仅需要单独一个发射信号。
换言之，发射信号510因天线辐射图案而具有位于对象输送装置101和/或对象110上的矩形或椭圆形占据面积560。通过将发射信号一次性发射同时对占据面积进行辐射。
图5c是图5a、5b所示的输送线的局部俯视图以及由根据本发明的实施例的发射装置502及至少两个接收装置505检测的占据面积560的局部俯视图。在图5c中，横向由x表示，且运动方向由y表示。特定地，图5c为尺寸为L x B的被辐射区域560的俯视图。在不失一般性的情况下，为简单起见，将图5c中的占据面积绘示为矩形。通过数字波束形成以横向宽度B1的分辨率以及通过SAR算法以沿对象110的运动方向的分辨率L1来扫描线性区域。
如图5c所示，占据面积560大体具有宽度为B且长度为L的区域，该区域相当于具有从位置533至位置531的横向长度B以及从位置511至位置513的沿运动方向的长度L。天线阵列504的至少两个具不同传输时间和/或不同相位和/或不同多普勒频移的接收装置505同时接收来自占据面积560的所有反射。通过数位波束形成和/或聚焦，可通过占据面积560或通过整个被辐射区域560产生线性区域552'。在一个示例中，为产生线性区域552'，可采用SAR算法通过先前或随后记录的回波曲线来对非来自区域552'的信号进行相移和组合。采用物理波束形成和/或SAR算法对发射信号和/或接收信号进行聚焦，能够将长度L减小为线宽L1。通过这些措施能够实现沿运动方向的较高分辨率。
借助对接收信号510的波束形成，可通过在不同位置533、507、508、509、531上进行扫描将线性区域552'拆分为多个宽度为B1的面。这些宽度为B1且长度为L1的扫描面共同构成宽度为L1且长度为B的线性区域552'。例如，图5c针对扫描面示出了沿运动方向及沿横向皆大体垂直地位于传感器500下方的位置508、512。整个线性区域552'大体垂直地位于由512表示的具有垂直接收方向的接收信号的下方，即大体垂直地位于线性阵列504的下方。
通过沿某个方向，例如沿线条或直线增大一维线性阵列504的接收装置505的数目和/或发射装置502的数目，能够提高传感器500的横向分辨率，这是因为增大这些接收装置的数目有助于改进利用数字波束形成(DSF)所能实现的针对接收情形的天线辐射图案。传感器500的横向分辨率可以是沿与传送带驱动器的旋转轴521平行的方向的分辨率。特定地，该分辨率可理解为两个位置507、508、509、533、531、511、512、513之间的接收角中的物理意义上的最小可能区别。在此，仅通过所有接收装置505的最大总横向延伸度D1(即，阵列长度)以及所采用的波长λ依据瑞雷准则来测定横向角分辨率θDSF，且该横向角分辨率θDSF＝λ/D1(按弧度测量)。
因此，对象引导装置101上的垂直地位于延伸度D1的中心下方的可解析的最小可能距离如下计算：B1＝2*DF*tan(λ/(2*D1))。在此，DF为接收装置505和/或发射装置502所处的平面与参考平面131之间的距离。
换言之，通过增大接收装置505的数目和/或发射装置502的数目，能够在保持接收装置505的间距d的情况下，沿横向在多个沿线条552'紧邻的位置507、508、509、533、531上检测对象110的结构，从而以提高分辨率的方式在传感器500中产生对象110的结构的图像。
对象110的运动方向520或质量流量110的运动大体垂直于横向x。在对象引导装置101的面向传感器500的一侧上，对象110的运动方向与对象引导装置的运动方向520一致。在背离传感器的一侧上，对象引导装置101的运动方向520与对象110的运动方向相反。
沿对象110的运动方向520，天线阵列504具有较宽广的发射辐射图案及或接收辐射图案。该发射辐射图案和/或接收辐射图案大体与长度L对应。为沿对象110的运动方向也实现尽可能窄并因而呈线性的接收辐射图案L1，可采用附加的计算技术。利用这些附加的计算技术例如能够良好地测定对象110的表面与沿运动方向520的位置511、512、513增加的距离。换言之，可测定对象110的沿宽度为L1的尽可能窄的线条的沿横向位于阵列504的下方的表面的结构或拓扑。例如，可能仅需要获得大体垂直信号512沿线性阵列504的反射，而接收回波分量511、513。为此，需要将例如从位置511延伸至位置513且具有延伸度L的被扫描区域最小化。
换言之，沿横向及沿运动方向可皆力求实现较窄且大体为点状的扫描信号，以便尽可能精确地扫描对象的表面的结构。就所接收的因位于横向线条512外的位置511、513而产生的反射分量而言，需要将其遮断。使用SAR(合成孔径雷达)算法来分析沿运动方向的接收信号511、512、513的多普勒频移的情况下分析接收信号，多普勒频移是因对象的运动既朝位置511(对应正多普勒频率)又朝位置513(对应负多普勒频率)而产生。与线性布置的天线阵列504直接相对的回波分量大体不会经历多普勒频移。换言之，来自与天线阵列垂直地相对的区域的回波分量大体不会经历多普勒频移。就SAR技术而言，通过控制装置501来分析占据面积560的由接收装置505同时检测的大小为LxB的区域。
在采用SAR技术的情况下，可实现的沿运动方向的角分辨率θSAR＝λ/L(按弧度)。为在对象的位置512处实现最大分辨率，即实现尽可能窄的线条，必须使用和分析在时间窗口Δt＝L/vB中连续记录的测量数据。在此，vB等于对象引导装置101的速度。因此，对象引导装置101上的垂直地位于线段D1的中心下方的可解析的最小可能距离如下计算：L1＝2*DF*tan(λ/(2*L))。为实现良好覆盖，以t1＝L1/vB的时间间隔沿横向测定表面结构的时间片。但也可实施更大的时间间隔。
换言之，L界定未采取聚焦措施的覆盖区域的长度，且L1界定采用聚焦措施的覆盖区域的长度。通过已记录或待记录的回波信号对沿运动方向位于线条前后的位置511、513进行计算，能够实现沿对象110的运动方向520或输送方向520的聚焦。因而，可对区域552'进行聚焦线性扫描。
雷达-距离测量技术可包含对脉冲形雷达信号或FMCW雷达信号的分析。脉冲形雷达信号为调幅信号，而FMCW雷达信号为调频信号。
由于通过并行工作的接收装置505及下游的数字波束形成来检测对象110的表面，所以可实现极高的测量重复率。与此方案相比，就采用模拟波束形成并从而对待检测区域进行连续扫描的机械偏转的系统而言，在相同的时间段内实施多个单独测量。基于现有标准，不可将各雷达测量的测量时间任意减短，因此这种系统无法具备检测传送带所需的测量重复率。可将发射信号的波束形成及接收信号的波束形成可被视为偏转。
图6a为根据本发明的实施例的输送线100的正视图，该输送线包含另一用于通过雷达波束来测定对象110的表面结构的传感器600。图6b为根据本发明的实施例的输送线100的沿图6a中的由字母D标记的方向的侧视图，该输送线包含另一用于通过雷达波束来测定对象的表面结构的传感器600。该另一传感器600是利用沿运动方向的物理波束形成的传感器，以便实现沿运动方向的物理聚焦。该另一传感器600大体与图5a及5b所示的传感器对应，但除天线阵列604外该另一传感器还具有槽形抛物面607，以用于实现沿对象110的运动方向520的波束聚焦。采用这种物理聚焦时，不必通过SAR算法来分析多普勒效应。
抛物面传感器600具有控制装置601及一维天线阵列604，该一维天线阵列具有至少一个发射装置502及至少两个接收装置505。天线阵列604的结构可与天线阵列504相同。一维天线阵列604呈线性，其中，发射装置502布置于线条的重心处，且接收装置505围绕发射装置502线性地布置。也可采用任一其它布置方案。
如同图5a及5b所示的接收信号510，就爱那个接收装置505的接收信号610、605、606用于沿横向的数字波束形成。在此，并非如图5a及5b所示的实施例以算法的方式利用SAR算法，而是采用合适的硬件组件来沿输送方向来聚焦这些信号。
例如，将一维天线阵列604布置在槽形抛物面607内。一维天线阵列604布置在槽形抛物面607的焦点处。槽形抛物面607呈凹面状，其开口朝向对象引导装置101。为增强方向性，槽形抛物面607可被实施为卡塞格伦(Cassegrain)天线620。除槽形抛物面607外，卡塞格伦天线620还具有双曲形对应反射器608，以用于以与槽形抛物面607相结合的方式沿输送装置100的运动方向520既对发射信号又对通过数字波束形成沿横向聚焦的接收信号610、605、606进行聚焦。通过这种聚焦，发射信号及接收信号610、605、606仅扩展至长度L2，从而在对象引导装置101的宽度B及长度L2的范围内产生相应较窄的线性占据面积560'。线性占据面积560'以与对象引导装置101的转向滚轴522的旋转轴521平行的方式延伸。槽形抛物面607为天线，故互易性对其适用，即槽形抛物面既具发射又具接收用的特有性能。
测量装置630具有包含卡塞格伦槽形抛物面620的传感器600以及对象引导装置101。测量装置630还可仅具有传感器600并以独立于对象引导装置的方式操作。
除卡塞格伦槽形抛物面620外，还可采用其它天线构造来实现雷达波的聚焦。作为替代方案，例如可通过多个透镜机构或二维贴片天线来实现机械聚焦，这些透镜机构或二维贴片天线沿输送装置520的运动方向逐行地固定相连，以便通过这些成行的贴片或发射装置502之间的固定相移实现方向性。
然而，阵列504，即无物理聚焦装置的阵列504是指未沿对象110的运动方向520聚焦的一维机构。因此，使用SAR算法来实现聚焦。在如图6a所示针对包含槽形抛物面607的阵列604采用物理聚焦式布置方案时，不需要SAR算法，但可利用SAR算法来协助聚焦。
图6c为尺寸为L2 x B的被扫描区域的俯视图。通过数字波束形成沿横向实现宽度分辨率B2，并通过物理聚焦装置实现分辨率L2。此外，图6c示出发射装置及接收装置所检测的占据面积560'，该占据面积因所采用的物理聚焦装置而大体与线性区域552"相对应。
以与用于宽度B1的数字信号形成技术大体相同的技术来扫描宽度B2。长度L2与槽形抛物面的物理特性相关，特别是与该物理特性对发射信号和/或接收信号的波束路径的作用方式相关。
在图5c中，通过数学计算得到长度L1。在图5c中，在每个测量时间间隔Δt内对尺寸为BxL的面560的反射信号进行接收，而在图6c中，在每个测量时间间隔Δt1内对尺寸为BxL2的面560'的反射信号进行接收。
图5c的线性区域552'的扫描面L1xB1以及图6c的线性区域552"的扫描面L2xB2是正方形或矩形面，或者是线性区域552'及552"的平面区域，因此对象110的体积与具有对应高度的柱体的体积接近。扫描面508、512越小，越能更精确地测定线性区域的体积。
当输送装置101的参考平面131或传感器500、600的安装位置以彼此独立的方式振动，使得参考平面与传感器的安装位置之间的距离发生变化时，可能会对测量结果造成干扰。为防止振动所造成的干扰，可预先将与已知位置的距离纳入测量。例如，在进行接收波束形成时可将附加的距离测量614考虑在内。
参照图5a、5b、6a、6b，需要指出的是，尽管这些附图示出传感器500、600与对象引导装置101的组合，但也可以以不设置对象引导装置101的方式对传感器500、600进行制造、提供及操作。然而，可设置用于接收接收方向的可调节角度范围，使得通过任意对象引导装置101来操作传感器。然而，所采用的对象引导装置的宽度可能会对接收方向的可预设角度范围造成影响。控制装置501、601可相应地定义这些接收方向的角度范围。
图7为根据本发明的实施例的包含标记701或标记装置701的测量装置630。尽管图7为如图6a、6b、6c所示的包含卡塞格伦槽形抛物面620的测量机构，但就如图5a、5b、5c所示的机构而言也可采用标记701。标记701被实施为包含反射体702及保持装置703的参考反射位置701。参考反射位置701适于反射雷达波束，特别是适于反射所采用的频率范围中的雷达波束。保持装置703适于在振动时保持转向滚轴522的旋转轴521与反射体702的间距。该保持装置可具有以下功能：确保反射体702的表面与对象引导装置101的表面(对象110位于此表面上或在此表面上运动)大体处于同一高度。反射体702的表面可呈平面状，且反射体702的表面704可与对象引导装置101的面向传感器630的表面位于同一平面131上。
在图7中，对象引导装置110被实施为传送带110。将参考反射位置701或标记701纳入通过传感器500、600实施的表面测量中。为此，越过横向宽度B将表面扫描扩展至宽度B3，使得标记701也被发射信号614、610、605、606检测从而参与构成被反射的信号。由于标记的位置是已知的，所以标记与传感器600之间的参考距离也是已知的。若对象引导装置101的位置例如因振动而发生移动，则标记701的位置会进行相同程度的移动。通过接收信号614对此移动进行记录。若测得标记701的实际距离，在假设对象110随对象引导装置101运动且表面结构基本上不因振动而发生改变的情况下，可根据对象110的表面的当前测量的实际距离来补偿振动效应。换言之，可通过标记701来校正用于对象110的参考平面131的当前位置，使得以大体与振动无关的方式计算对象110的体积和/或质量。标记装置701用于确保反射体702的表面704与对象引导装置101的参考平面131位于同一平面上。反射体702大体不被对象110遮盖，例如因为反射体位于宽度B的边界之外。
例如可使用(未绘示于图5a、5b、6a、6b、7中的)旋转编码器来检测对象引导装置101的沿运动方向520的速度vB，这些旋转编码器被用作速度测量装置并测量转向滚轴522的角速度。可通过测定的速度来测定对象110的每时间单元的质量流量和/或体积流量。旋转编码器例如可设置在旋转轴521上。
图8为根据本发明的实施例的速度测量装置801，该速度测量装置用于以非接触的方式测定对象110的速度。速度测量装置801与控制装置601连接并将其结果提供给控制装置601。尽管图8示出速度测量装置801与图6a、6b所示的控制装置601的组合，但可将速度测量装置与控制装置501、601中的任一个相结合。除采用或不采用旋转编码器的方案外，可使用非接触式速度测量装置，并能够检测介质110的速度。通过旋转编码器仅能间接地检测对象110的速度，而通过速度测量装置801能够直接检测对象110的速度。
作为对发射装置502和/或至少两个接收装置505的补充，速度测量装置801可被实施为附加发送装置及接收装置801。速度测量装置801还可被实施为既能产生又能接收雷达信号的附加发送/接收装置。然而，基于因邻近对象引导装置而引起的较短信号传输时间，可以以大体并行的方式进行发射及接收。换言之，可以彼此独立的方式操作发射装置及接收装置。为测量对象速度，附加发射装置801或附加接收装置801可以以与介质110的运动方向构成预设角度的方式安装。特定地，附加发射装置801或附加接收装置801可以与对象引导装置101的表面构成预设角度的方式布置。作为替代方案，附加发射装置801或附加接收装置801可以以与未绘示于图8中的标记701的表面构成预设角度的方式布置。
若速度测量装置801的发射装置发射雷达信号，则由于以角度α的安装的原因，在由速度测量装置801中的接收装置接收的对应接收信号中产生与对象110的速度vB相关的多普勒频移。根据此多普勒频移，可在控制装置601内测定对象110的瞬时速度vB。作为替代方案，速度测量装置801还可被实施为附加雷达测量仪801，其以与控制装置501、601无关的方式运行，并将对象110的瞬时速度vB传送至控制装置601。速度测量装置801还可被集成在传感器500、600中，从而为使用者提供紧密且便于安装的测量系统。发射装置502及接收装置505例如可适于测量速度。例如，在采用结合图5b描述的方法的情况下，还可根据接收单元505的提供给SAR算法的接收信号551、552、553来测定速度。可采用以下方案：在采用SAR算法时，可获得速度的有关信息。
测量装置530、630可被实施为用于对象引导装置100的可改装组件，并可具有控制装置501、601、传感器500、600及可选的速度测量装置801。
图9为根据本发明的实施例的用于测定对象特性的方法的流程图。以初始状态S900为出发点，在步骤S901中通过发射装置发射发射信号，并通过至少两个接收装置接收接收信号。这些接收信号由同一发射信号引起。在采用数学聚焦的情况下，对面L x B，即占据面积560的反射信号进行接收。在采用物理聚焦的情况下，对面L2 x B，即对线性区域552"或占据面积560'的反射信号进行接收。
在一个示例中，在同一平面中相对于对象引导装置间隔有预定距离，特别是在对象引导装置的面向发射装置和/或接收装置的表面的上方发射和接收信号。
在一个示例中，构建发射信号，以L1/vB或L2/vB的周期持续时间对其进行发射，但不必对对象表面的每个区域进行扫描来获得可用的结果。
在一个示例中，至少在发射和接收信号期间，将对象的运动限制在预定宽度B内的区域上。对发射信号和/或接收信号进行聚焦，以便检测对象引导装置的预定宽度。
在步骤S902中，根据至少两个接收装置的接收信号，以如下方式在对象引导装置的宽度内沿线性区域来分析对象的结构：将宽度拆分为多个较小的扫描面并对它们进行分析。用于实施分析的线条的长度可与对象引导装置的宽度B对应。
在采用数学聚焦的情况下，通过数字波束形成将多个宽度为B1的扫描面整合为横向区域B，并采用SAR算法来实现朝向长度L1的聚焦。
在采用物理聚焦的情况下，不必采用SAR算法，因为已存在经物理聚焦的信号，且仅需通过数字波束形成将多个宽度为B2的扫描面整合为横向区域B。
可提供经测定的体积值或包含表面拓扑的时间片。还可通过预设的持续时间提供经累积的表面结构。可通过设置装置对这些测量值的提供形式进行设置。
该方法在步骤903中结束。
此外需要指出的是，“包括”及“具有”并非将其它组件或步骤排除在外，且“一”或“一个”并非将多个排除在外。还需要指出的是，还可将参照上述实施例中的任一个描述的特征或步骤与上述其它实施例的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的组件符号不构成限制。

Claims (14)

1.一种用于确定位于对象引导装置(101)上的对象的拓扑、所述对象的体积或所述对象的质量的测量装置(500,600,530,630)，其包括：
发射装置(502)；
至少两个接收装置(505)；
控制装置(501,601)；
其中，所述发射装置和所述至少两个接收装置布置在所述对象引导装置的宽度上的横向上的线条上，所述对象引导装置用于在所述对象引导装置的纵向上引导所述对象；
其中，所述控制装置(501,601)用于通过所述发射装置(502)来发射发射信号；
其中，所述控制装置(501,601)用于通过所述至少两个接收装置(505)来接收由所述发射信号产生的接收信号(510,551,552,553,610,605,606)；
其中，所述控制装置(501,601)用于使用来自所述至少两个接收装置(505)的所述接收信号(510,551,552,553,610,605,606)以利用数字波束形成在所述对象引导装置的所述宽度上的所述横向上分析所述对象(110)的结构，从而通过所述至少两个接收装置确定所述对象的表面的沿着所述对象引导装置的所述横向上的所述线条的拓扑，并且根据所述拓扑确定所述对象的体积或质量。
2.如权利要求1所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述发射装置(502)与所述至少两个接收装置(505)以相对于所述对象引导装置(101)间隔有预定距离(DF)的方式布置在同一平面中。
3.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述发射装置(502)和/或所述至少两个接收装置(505)线性地布置。
4.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其还包括：
所述对象引导装置(101)；
其中，所述对象引导装置(101)用于将所述对象(110)的运动限制在所述宽度(B)内的范围。
5.如权利要求4所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述至少两个接收装置(505)和所述发射装置(502)布置在所述对象引导装置(101)的所述宽度(B)的范围内。
6.如权利要求4所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述对象引导装置(101)包括标记装置(701)，以用于确定参考平面(131,704)。
7.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述测量装置(530,630)用于改变所述接收装置(505)的主接收方向。
8.如权利要求7所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，使用数字波束形成方法来改变所述接收装置(505)的主接收方向(510,610,605,606)。
9.如权利要求5所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述对象引导装置(101)是从由以下机构构成的群组中选择的机构：
传送带；
振动装置；及
路面。
10.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其还包括：
速度测量装置(801)；
其中，所述速度测量装置(801)用于测定所述对象(110)的运动速度。
11.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述对象(110)是散装材料、车辆和/或人员。
12.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述控制装置(501,601)用于测定所述对象的拓扑并根据所述拓扑来测定所述对象的体积和/或质量。
13.如权利要求1或2所述的测量装置(500,600,530,630)，其中，所述测量装置(530,630)被构建为双线系统。
14.一种用于确定位于对象引导装置(101)上的对象的拓扑、所述对象的体积或所述对象的质量的方法，其包括：
通过发射装置来发射发射信号；
通过至少两个接收装置来接收由所述发射信号产生的接收信号，其中，所述发射装置和所述至少两个接收装置布置在所述对象引导装置的宽度上的横向上的线条上，所述对象引导装置用于在所述对象引导装置的纵向上引导所述对象；以及
使用来自所述至少两个接收装置的所述接收信号，以利用数字波束形成在所述对象引导装置的所述宽度上的所述横向上分析所述对象的结构，从而通过所述至少两个接收装置确定所述对象的表面的沿着所述对象引导装置的所述横向上的所述线条的拓扑，并且根据所述拓扑确定所述对象的体积或质量。
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