CN107894264A - 用于料位确定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于料位确定的方法。本发明涉及用于确定至少一个过程变量‑特别是，位于容器内的填料的料位的系统。为了这个目的，所述系统包括用于获取容器的至少一个第一子区域的至少一幅影像的至少一个相机，用于获取至少所述第一子区域的至少一幅热影像的至少一个热成像相机，以及评估单元。根据本发明，所述评估单元基于所述至少一幅热影像与所述至少一幅影像结合来确定过程变量，其中后者用在容器几何尺寸的确定中。根据本发明的系统由此提供组件不必布置在容器的内部的优点。相应地，相比于根据现有技术的料位测量装置，根据本发明的系统的简化装备是可能的。

Description

用于料位确定的方法
技术领域
本发明涉及一种借助热成像相机和传统相机用于确定料位或者用于确定其它过程变量的方法，以及涉及一种适用于执行所述方法的系统。
背景技术
在自动化技术中-特别是，在过程自动化技术中-用来检测和/或修改过程变量的现场装置频繁被使用。为了检测过程变量，传感器被使用，其例如集成到料位测量装置、流率测量装置、压力和温度测量装置、pH氧化还原电位测量装置、电导率测量装置等中。它们检测相应的过程变量，例如料位、流率、压力、温度、pH值、氧化还原电位，或者电导率。调速控制器被用于修改过程变量，例如其它物件中的阀门或泵，借助它们管道部分中的液体的流率或容器中的料位能够被改变。在本发明的范围内，术语“容器”也指代不封闭的容器，例如盆、蓄水池或流动的水体。在过程附近使用的以及提供或处理过程相关的信息的所有装置统称现场装置。与本发明有关的，“现场装置”因此也指代远程输入/输出、无线电适配器，或通常地布置在现场层面的电子组件。多种这样的现场装置由Endress+Hauser公司制造和销售。
为了测量容器中填料的料位，非接触式测量方法已经变得确立，因为它们是稳健的且需要最小的维护。另外的优点在于它们几乎连续和高精度的测量料位(L)的能力。在连续料位测量领域，主要基于雷达的测量方法被使用。在这个方面一种已建立的测量原理是脉冲传导时间测量原理-也以“脉冲雷达”的名字为人熟知。另外，还有FMCW方法，其中使用一种具有变频率的连续微波信号。
基于雷达的料位测量设备已经从现有技术中充分知晓。以举例的方式，公开WO2015/010814A1在这里提及，用于料位测量的基于传导时间的测量方法的功能原理来源于它。
基于雷达或基于超声的方法中的缺点在于测量设备必须直接安装在待确定的料位(L)所处的容器的内部空间。另外，没有另外的测量方法不可能确定除了料位(L)之外进一步的过程变量，例如填料温度或填料内部或两种不同填料之间的相边界。
发明内容
本发明因此基于提供一种用于测量料位(L)或额外的过程变量的系统的目的，该系统不必被安装在容器上。
本发明通过用于确定位于容器内的填料的至少一个过程变量的系统达到这个目的。为了这个目的，所述系统包括：
-用于获取整个容器或者容器的至少一个第一子区域的至少一幅影像(IP)的至少一个相机，
-用于获取所述相机也记录的相同(子)区域的至少一幅热影像(IH)的至少一个热成像相机，
-基于所述至少一幅影像(IP)以及基于所述至少一幅热影像(IH)确定所述至少一个过程变量的评估单元。
根据本发明的系统由此提供没有一个组件必须布置在容器内部的优点。相应地，相比于根据现有技术的料位测量装置，简化的系统装配是可能的。
根据本发明借助热影像(IH)的影像信息确定所述料位或任何其它过程变量，其中传统相机的影像(IP)的影像信息也被考虑进来。这样做时，真实的核心信息，例如填料和位于其上的气体环境之间的相边界借助热影像(IH)确定。通过考虑来自影像(IP)的影像信息，所述相边界可以从空间上关联到容器或它的几何尺寸。总的说来，知道了容器中的位置，所述料位可以由此从检测到的相边界确定出来。根据本发明所述系统的另外的优点在于所述系统不必永久安装以及如果需要的话，能够在不同的位置重新安装，因为即使在转换视角的情况下容器的外形也借助相机被记录。取决于容器的尺寸，它还可以被设计成便携式系统。
为了根据本发明的思想的最佳实现，如果所述第一子区域相应地被选择使得所述容器的外形的至少一部分能一直被确定是有利的。与此关联容易想到的是在更上位的单元自主地确定当前记录的子区域是否包括容器外形的一部分。如果不是这样，例如对应的错误信息能被输出。与此关联，在离容器底部(或者离其它的已知参考位置)已知距离处被施于容器上的至少一个标记也是可以想到的，其中在该情况下所述第一子区域将被选择使得它包括所述至少一个标记。采用这种方法，提供了一个参考标记，借助其例如可以从影像(IH，IP)确定料位。
如果飞行时间相机被用作所述相机和/或热成像相机，另外还可能采用空间分辨的方式，例如三维地，确定所述料位和/或另外的过程变量。
对于根据本发明的系统的一种可靠的实现，如果所述至少一个相机和所述至少一个热成像相机布置在容器外使得所述至少一幅影像(IP)和所述至少一幅热影像(IH)从具有已知几何关系的两个不同的视角或从大致相同的视角获取是有利的。
取决于根据本发明的系统的应用，例如在复杂容器几何形状的情况下，如果所述系统包括用于记录不同子区域的多个相机和/或多个热成像相机是有利的。
为了增加热影像(IH)和/或影像(IP)的对比，可以使用光源照明所述至少一个子区域。特别地如果热影像中的对比度要被增强，所述光源优选地被设计使得它以所述至少一个热成像相机具有最大灵敏度的波长发射光。
用于增强对比的另外一种措施可以通过容器至少在所述第一子区域中设计使得容器的壁材料在所述热成像相机的灵敏度处于最大值的波长处具有特别地大于0.85的透射系数而实现。这例如能够通过合适的壁材料选择来达到，例如聚乙烯或聚丙烯。
本发明基于的目标还通过一种用于确定位于容器中的填料的至少一个过程变量的方法达到。类似于上文所述的系统，所述方法包括如下方法步骤：
-由至少一个相机获取容器的至少一个第一子区域的影像(IP)，
-由至少一个热成像相机获取容器的所述至少一个第一子区域的热影像(IH)，
-由评估单元基于至少一幅影像(IP)以及基于至少一幅热影像(IH)来确定所述至少一个过程变量。
通过这样做，所述至少一个过程变量优选地是容器中的填料的料位和/或至少一个填料温度和/或在填料内的一个相边界。
根据本发明，对影像(IH，IP)以哪个时间间隔被获取或确定的过程变量多长时间更新一次没有要求。除了周期性的或事件驱动的更新，几乎连续的更新也是可能的，从而改为记录视频。因此，至少一个过程变量的时间曲线能被确定，以便例如监控所述填料此刻经历的化学过程。
就这一点来说，是否随着热影像(IH)的每次更新也获取一幅新的影像(IP)是不相关的。影像(IP)的更新只有当相机的视角以及由此所选择的(子)区域改变时才需要。
取决于容器或待确定的过程变量的大小和复杂性，如果除了第一子区域之外至少一个第二子区域的影像(IP)和热影像(IH)被获取能证明是有利的。
根据本发明的系统的校准例如可以在所述至少一个过程变量从一开始就知道(例如，通过另外地预先的确定)时被执行，其中关于所述已知的过程变量执行后续的校准。
附图说明
本发明参考如下的附图更详细地解释。如图所示：
附图1：借助热成像相机结合相机确定容器上的过程变量。
具体实施方式
附图1展示了具有填料2的容器1，其中所述填料2的过程变量要被确定。过程变量例如是填料的温度T、料位L、可能的泡沫层，或填料2的另外的相边界。特别地，在过程自动化中的应用中，可能会发生的是容器1中的填料2经历化学过程。在这种情况下，过程变量也可能是容器1中的时间分辨的和/或空间分辨的温度分布。这允许进行的过程的监控。
为了确定过程变量，相机3和热成像相机5布置在容器1的外部区域。两个相机3、5被定向使得它们从大致相同的视角获取容器1的子区域4的影像IP或热影像IH。所述子区域4在该情况下被选择使得它包括，举例来说，填料2的与借助热成像相机5确定过程变量相关的部分。
另外，在示范性实施例中的子区域4被选择使得它包括容器1的外形的一部分。这保证了外形的至少一部分被相机3记录。从而可能通过评估单元6将热成像相机5的热影像IH与容器1的外形相关联以及由此来确定例如作为过程变量的容器1中的料位L。在所示的示范性实施例中，子区域4还包括在容器1的外壁上的标记7。借助这个标记7——其尺度与离容器底部的距离相关——由此能确定与容器底部相关的料位L。
如果过程变量是料位L，还需要将子区域4设计成足够大使得它能代表最小可能的料位和最大可能的料位两者。如果这由于容器1上的外部条件或由于相机3、5的有限的分辨能力是不可能的，则作为附图1所示的示范性实施例的一种替代方式，使用多个相机3和多个热成像相机5也是可能的，其分别获取多个不同子区域的影像或热影像IH，IP。在该情况下，然而各个子区域相对彼此的位置应当是已知的。
参考标记列表
1 容器
2 填料
3 相机
4 第一子区域
5 热成像相机
6 评估单元
7 标记
IH 热影像
IP 影像
L 料位
T 温度

Claims (14)

1.一种用于确定位于容器(1)内的填料(2)的至少一个过程变量的系统，包括：
-至少一个相机(3)，用于获取所述容器(1)的至少一个第一子区域(4)的至少一幅影像(IP)，
-至少一个热成像相机(5)，用于获取至少所述第一子区域(4)的至少一幅热影像(IH)，
-评估单元(6)，基于所述至少一幅影像(IP)以及基于所述至少一幅热影像(IH)来确定所述至少一个过程变量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一子区域(4)被选择使得所述容器(1)的外形的至少一部分能够被确定。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中至少一个标记(7)在离容器底部已知距离处被施于所述容器(1)，并且其中所述第一子区域(4)被选择使得其包括所述至少一个标记(7)。
4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述至少一个相机(3)和所述至少一个热成像相机(5)布置在所述容器(1)外部使得所述至少一幅影像(IP)以及所述至少一幅热影像(IH)从具有已知几何关系的两个不同视角被获取。
5.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述至少一个相机(3)和所述至少一个热成像相机(5)布置在所述容器(1)外部使得所述至少一幅影像(IP)以及所述至少一幅热影像(IH)从大致相同的视角被获取。
6.根据前述权利要求的至少一个所述的系统，包括多个相机(3)和/或多个热成像相机(5)。
7.根据前述权利要求的至少一个或多个所述的系统，其中提供光源用于照明所述至少第一子区域(4)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述光源以所述至少一个热成像相机(5)具有最大灵敏度的波长发射光。
9.根据前述权利要求的至少一个所述的系统，其中所述容器(1)至少在所述第一子区域(4)被设计成使得所述容器(1)的壁材料在所述热成像相机(5)的灵敏度处于最大值的波长处具有大于0.85的透射系数。
10.一种借助系统确定位于容器(1)内的填料(2)的至少一个过程变量的方法，包括以下方法步骤：
-借助至少一个相机(3)获取所述容器(1)的至少一个第一子区域(4)的至少一幅影像(IP)，
-借助热成像相机(5)获取所述容器(1)的所述至少一个第一子区域(4)的至少一幅热影像(IH)，
-借助评估单元(6)基于所述至少一幅影像(IP)以及基于所述至少一幅热影像(IH)来确定所述至少一个过程变量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，除了所述第一子区域(4)之外，至少一个第二子区域的影像(IP)和热影像(IH)被获取。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的方法，其中所述至少一个过程变量是所述容器(1)内的所述填料(2)的料位(L)和/或至少一个填料温度(T)和/或所述填料(2)内的一个相边界。
13.根据权利要求8到11的至少一个所述的方法，其中所述至少一个过程变量的时间曲线被确定。
14.根据权利要求8到11的至少一个所述的方法，其中所述至少一个过程变量是已知的，并且其中关于所述已知的过程变量执行所述系统的校准。
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