CN108139256A - 包括多个雷达传感器的填料体积检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的料位测量系统，所述料位测量系统包括主设备以及一个或多个从设备，其中，所述主设备被设计成向所述从设备传输控制信号。由于所述从设备不具有独立的料位测量设备的全部功能，所以可以经济地生产所述从设备。

Description

包括多个雷达传感器的填料体积检测系统

技术领域

本发明涉及料位(fill level)测量。特别地，本发明涉及用于检测容器中的填料(filling material)表面的拓扑(topology)或填料的体积的料位测量系统、涉及用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的方法、涉及程序元素和计算机可读介质。

背景技术

为了确定填料表面的拓扑(也称为表面轮廓)或为了确定散装材料的体积，可以使用料位测量设备来扫描填料表面。可替代地，可以使用包括多个料位测量设备的布置，可以根据该布置的测量数据来确定填料表面的拓扑或填料的体积。这些广泛的测量系统通常很复杂并且昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、灵活和经济有效的用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的测量系统。

这个目的可以通过独立权利要求的特征来实现。本发明的改进可以在从属权利要求和以下说明中找到。

本发明的第一方面涉及用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的料位测量系统，这个系统包括第一料位测量设备和至少一个第二料位测量设备。所述第一料位测量设备是设计为主设备的料位测量设备，并且所述第二料位测量设备是设计为从设备的测量设备，所述第二料位测量设备中的各者以距所述主设备一定物理距离的方式连接至所述主设备。在这种情况下，所述主设备被设计成向所述从设备传输控制信号，以控制所述从设备。

此时，应该注意的是，如果在下文中仅讨论一个从设备，则还是可以设置多个对应的从设备。主设备可以特别地被设计成与大量的从设备连接(并联和/或串联)，并且可以特别地被设计成确定(通过与相应的从设备通信)有多少从设备连接至主设备。

主设备被设计成执行从设备无法独立执行的任务。例如，这些附加任务可以是协调系统的整个测量活动以及至少部分随后的评估活动。特别地，主设备负责控制系统的测量活动的时间顺序。主设备还可以完全或至少部分地接管从设备的测量数据的评估和管理。

主设备也可以通过相应的从设备来触发测量。

因此，从设备依赖于主设备，并且从设备不是可以在没有主设备的情况下用于料位测量的“独立设备”。由于从设备是不能完全独立地控制测量任务或完全地评估接收到的回声曲线(echo curve)的“精简”测量设备，因此，可以以比以前更经济有效的方式生产从设备。在这个上下文中，“完全地评估”应理解为特指检测表面的拓扑和/或计算位于传感器之下的散装材料的体积。

主设备和从设备可以通过相应的软件配置按其各自的角色定义。在这种情况下，主设备和从设备在硬件方面或在设备固件方面彼此之间没有区别。

主设备和从设备可以是根据引导微波原理辐射到自由空间或料位测量设备的料位雷达装置。然而，原则上，这些测量设备也可能是超声波传感器或激光传感器。单个传感器也可以与测量系统内的各种测量原理结合。

料位测量系统能够使用多个物理上分离的料位测量设备来确定散装物料仓中的表面轮廓(拓扑)和/或体积，所述测量设备中的一个测量设备用作主设备并接管所有其他测量设备(从设备)的信号的控制和评估。

根据本发明的一个实施例，所述主设备连接至例如形成为双线环路(two-wireloop)的外部能量供应器。在这种情况下，所述主设备被设计成向所述从设备供应能量。例如，所述主设备可以被设计成是所述从设备的唯一能量供应者，即，在所述系统中集成的不同的所述从设备不具有单独的能量供应器。从所述主设备提供过来的能量可以被供应给各种从设备，并且可以规定，当特定的从设备需要能量时，这个从设备始终可以准确地由所述主设备供应能量。如果另一个从设备在各种情况下都具有相应的能量需求，则也可以从一个从设备向另一个从设备供应过多的能量。

从设备可以包括以存储电容器或电池的形式存在的能量存储器，这些能量存储器在相应的从设备执行料位测量之前被充电。

根据本发明的另一个实施例，从所述主设备传输到所述从设备的所述控制信号被设计成通过相应的所述从设备启动(即，触发)测量。因此，所述从设备不能独立地决定是否进行测量，而是在每次测量之前由所述主设备指示进行测量。

此外，当所述主设备指示所述从设备进行测量时，下一步可能是确保所述从设备的能量存储也足够充分，以便正确地进行测量。只有在这种情况下，才会进行实际测量。该功能可以由所述从设备接管。

根据本发明的另一个实施例，所述从设备被设计成检测回声曲线，根据该回声曲线，可以确定所述从设备与所述填料表面之间的距离。此外，所述从设备被设计成将完整的所述回声曲线、所述回声曲线的一部分或由所述从设备从所述回声曲线导出的数据传输到所述主设备。从所述回声曲线导出的所述数据例如可以是能够从所述回声曲线导出的回声的位置及回声的幅度。这可以减少所述从设备与所述主设备之间的数据传输。

特别地，只有当从设备已经确定料位(或回声曲线的另一个受关注的参数，例如填料的回声幅度)改变了特定量(例如，2cm)(或在幅度的情况下，30％或50％)时，所述从设备才可以将一个回声曲线或从回声曲线导出的数据传输到主设备。这可以防止回声曲线或其他数据在没有必要的情况下从从设备发送到主设备，因为料位可能根本没有改变或改变可以忽略不计。这也可以减少主设备与从设备之间的数据传输。

根据本发明的另一个实施例，所述主设备也被设计成检测回声曲线，根据该回声曲线，可以确定所述主设备与所述填料表面之间的距离。此外，所述主设备可以根据从所有的所述从设备传输过来的回声曲线或由所述从设备从回声曲线导出的数据并且根据单独检测到的回声曲线来计算填料表面的拓扑和/或填料的体积。

根据本发明的另一个实施例，所述主设备和所述从设备各自包括单独的位置传感器，根据所述位置传感器测量的数据，可以确定所述设备的位置。在这种情况下，所述从设备被设计成将根据所述位置传感器的测量数据确定的其位置数据传输到所述主设备。

主设备接收由所有的从设备发送过来的位置数据，然后在计算填料的拓扑或体积时考虑这些数据。因此，用户不需要手动地输入相应的从设备的位置，因为所述位置由位置传感器(例如，GPS(全球定位系统)接收器)确定。

根据本发明的另一个实施例，从设备被设计成一旦所述从设备连接到主设备并投入运行，就能自动确定所述从设备的位置数据并将所述从设备的位置数据传输到主设备。这可以确保：如果主设备包含所述从设备的回声曲线或从所述回声曲线导出的数据，则主设备知道从设备的位置。

本发明的另一个方面涉及用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的方法。控制信号从主设备传输到多个从设备，以控制所述从设备。所述主设备和所述从设备都是料位测量设备，例如，料位雷达传感器。

因此，各个设备(即，主设备和各个从设备)检测回声曲线，根据该回声曲线，可以确定从设备或主设备与填料表面之间的相应距离。这个确定过程通过相应的从设备或集中在主设备中进行。

在检测到数据之后，将检测到的回声曲线或由相应的从设备从回声曲线导出的数据传输到主设备，由此，根据由所有的从设备传输过来的回声曲线或由从设备从回声曲线导出的数据并且根据由主设备检测到的回声曲线来计算填料表面的拓扑或填料的体积。

本发明的另一个方面涉及程序元素，当在料位测量系统的处理器上执行所述程序元素时，如上文和下文所述，所述程序元素指示所述料位测量系统进行上文和下文所述的方法步骤。

本发明的最后一个方面涉及计算机可读介质，上述的程序元素存储在所述计算机可读介质上。

在这种情况下，所述程序元素例如可以是存储在料位测量系统的处理器上的软件的一部分。此外，所述程序元素可以从一开始就使用本发明，或者所述程序元素可以是使现有程序元素通过更新来使用本发明的程序元素。

在下文中，将参照附图说明本发明的实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的料位测量系统。

图2是根据本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的，并且不是按比例绘制的。

图1示出了根据本发明的实施例的料位测量系统。料位测量系统包括设计为主设备的料位测量设备101。例如，主设备是用于非接触式测量的料位雷达。主设备经由线路113连接至外部能量源104。线路113特别地用来向主设备供应能量。然而，也可以经由该线路在装置104与设备之间传输数据。在这种情况下，装置104可以是中央控制站等，并且例如，线路113可以被设计为双线线路或四线线路。然而，主设备101也可以经由线路被供应能量，并且也可以在主设备与控制站之间以无线的方式传输数据。

多个从设备102、103可以例如串联到主设备101。

设备101、102、103中的各者可以包括例如以GPS接收器的形式存在的单独的位置传感器107、105、106，借助于这些位置传感器，可以确定设备的确切位置。不同设备彼此之间的相对位置对于确定填料108的拓扑和体积是特别重要的。该相对位置可以由主设备101根据对各个设备的位置数据的了解来计算。

各个设备包括天线，该天线朝向填料表面109发送测量信号110、111、112。然后，从所述表面反射的测量信号被相应的天线接收，且随后可以被评估。

图1所示的测量系统可以被设计成可模块化扩展。换言之，若干个从设备(其数量可以由客户自由选择)可以连接至主设备。在这种情况下，主设备识别所连接的从设备的数量，并且通过从从设备传输过来的数据来识别从设备的位置。根据从从设备传输过来的数据，在所述主设备已经执行了其自身的测量之后，主设备可以确定散装材料表面109的拓扑或散装材料108的体积。

因此，可以由客户灵活使用的料位测量系统被设置用于精确测量散装材料的表面轮廓和/或体积。设计为主设备的料位测量设备101接管主功能，并协调检测物理远程从设备(physically remote slave device)102、103的测量数据。

与传统的料位测量设备相比，不同的从设备102、103包括减少的硬件和软件功能，因此可以以较低的成本生产。然而，从设备102、103不能作为独立的设备运行。

将设备互连使得可以在主设备与从设备之间交换信号、数据和能量。整个系统能够检测位于测量设备之下的介质108的散装材料表面和/或体积的特征值。该检测最终由主设备101进行协调，并且测量数据的评估由该设备完全或至少部分地执行。如果从设备是相应设计的，则可以在相应的从设备内对测量数据进行预处理。然而，通常情况下，主设备101接管尽可能多的任务，使得从设备102、103可以尽可能便宜地生产。

特别地，可以设置接口113，通过接口113，可以将检测到的特征值向外部传输，例如，传输到中央控制站104，所述接口通过多个传感器“隐藏”测量的实现。这意味着，不论上述的料位测量系统或设计成检测拓扑的传统测量系统是否与外部单元104连接，原则上对外部单元104都没有影响。

因此，可以基于多个用于检测表面或体积的至少一个特征值的料位测量设备来设置可扩展测量设备，至少一个主设备与至少一个从设备交互，以便交换信号、控制命令、数据和/或能量并且通过使用来自至少一个从设备的数据向外部接口提供特征值。

料位测量系统由一个主设备和至少一个从设备组成，例如，主设备和从设备彼此之间的物理距离大于用于料位测量的雷达信号或超声波信号的波长。料位测量设备装配在填料之上。

首先，主设备将能量和/或控制信号传输到至少一个从设备，由此，所述从设备使用雷达信号(或超声波信号)确定距位于所述从设备之下的填料的距离。例如，从设备可以被设计成在实际测量之前首先累积能量，例如，该能量从主设备经由双线接口被从设备接收。

在实际测量的过程中，从设备确定至少一个回声曲线，所述从设备以模拟、数字或数字压缩形式传输给主设备。从设备也可以仅将回声曲线的特征值(例如，填料回声的位置以及可选的填料回声的幅度)传输给主设备。

主设备可以被设计成：通过能量信号和/或控制信号并行地或按时间顺序致动多个从设备、将这些设备转换为测量模式、并从这些设备接收测量结果。

然后，主设备根据多个接收到的单独测量结果确定特征值，这些特征值与位于传感器之下的散装材料表面的形状和/或体积相关。然后，主设备例如通过HART(可寻址远程传感器高速通道)、以太网、操作显示器、WLAN(无线局域网)、蓝牙、智能手机应用程序等在对客户非常重要的外部接口中提供结果。

主设备可以被设计为双线传感器，同样也为所有的从设备供应能量。然而，从设备也可以经由例如独立的电线连接来独立地获得它们的能量。

主设备与从设备之间的通信可以以时间控制或事件驱动的方式进行。例如，在后者的情况下，可以规定，只有当自上次测量后料位已经改变了特定量(例如，改变了2cm)时，从设备才能向主设备发送新数据。有线模拟和/或数字方法以及无线连接方法都是可能的通信方法。

图2是根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤201中，多个从设备连接至主设备，并投入运行。在步骤202中，从设备测量它们当前的位置，并将相应的位置数据传输到主设备，主设备根据位置数据计算不同设备彼此之间的相对位置。在步骤203中，主设备向从设备传输控制信号，以便控制这些设备并触发不同的料位测量。在步骤204中，主设备和各种从设备各自接收回声曲线，根据回声曲线，可以确定主设备或相应的从设备与填料表面之间的距离。在步骤205中，由从设备检测到的回声曲线被传输到主设备。可替代地，各个从设备可以对所接收的回声曲线进行预处理，并只将相应的预处理后的数据传输到主设备。特别地，可以规定，只有当数据与先前的测量相比发生了足够大的改变时，才会发生这种数据传输。这可以减少数据传输。

在步骤206中，根据从从设备传输到主设备的数据或从该数据导出的数据并且根据由主设备检测到的回声曲线，最终计算填料表面的拓扑和/或填料的体积。主设备执行该计算。

在步骤207中，最终结果被传输到中央单元。

此外，应该指出的是，“包括”和“具有”不排除任何其他的元件或步骤，并且“某个”和“一个”不排除多个。此外，应该指出的是，已经参照上述实施例中的一个实施例说明的特征和步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应该被认为是限制性的。

Claims (16)

1.料位测量系统，所述料位测量系统用于确定容器中的填料表面的拓扑或填料的体积，并且所述料位测量系统包括：

第一料位测量设备(101)，所述第一料位测量设备(101)被配置为主设备；

第二料位测量设备(102、103)，所述第二料位测量设备(102、103)被配置为从设备，并且所述第二料位测量设备(102、103)以距所述主设备一定物理距离的方式连接至所述主设备；

其中，所述主设备被配置成向所述从设备传输控制信号，以便控制所述从设备。

2.根据权利要求1所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)例如以双线回路的形式连接至外部能量供应器(104)；并且

所述主设备被配置成向所述从设备(102、103)供应能量。

3.根据权利要求2所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)被配置成是所述从设备(102、103)唯一的能量供应者。

4.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

至少一个所述控制信号被配置成通过所述从设备(102、103)来启动测量。

5.根据权利要求4所述的料位测量系统，其中，

所述从设备(102、103)没有被配置成独立地决定是否执行测量，而是需要来自所述主设备(101)的相应的所述控制信号以便启动测量。

6.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

所述从设备(102、103)被配置成检测回声曲线，根据所述回声曲线，能够确定所述从设备与所述填料表面之间的距离；并且

所述从设备被配置成向所述主设备(101)传输所述回声曲线或由所述从设备从所述回声曲线导出的数据。

7.根据权利要求6所述的料位测量系统，其中，

所述从设备(102、103)被配置成只有当所述从设备已经确定料位改变超过预定阈值时，才向所述主设备(101)传输回声曲线或从所述回声曲线导出的数据。

8.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)被配置成检测回声曲线，根据所述回声曲线，能够确定所述主设备与所述填料表面之间的距离；

所述主设备被配置成：根据由所有的所述从设备(102、103)向所述主设备传输的所述回声曲线或从所有的所述从设备导出然后被传输到所述主设备的所述数据并且根据单独检测到的所述回声曲线来计算所述填料表面的拓扑或所述填料的体积。

9.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)和所述从设备(102、103)各自包括位置传感器(107、105、106)，根据所述位置传感器的数据，能够确定所述设备的位置，并且

所述从设备被配置成向所述主设备传输所述从设备的位置数据。

10.根据权利要求9所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)被配置成接收从所有的所述从设备(102、103)传输过来的所述位置数据，并且所述主设备(101)被配置成当计算所述填料表面的拓扑或所述填料的体积时考虑所述位置数据。

11.根据权利要求8或9所述的料位测量系统，其中，

所述从设备(102、103)被配置成一旦所述从设备连接至所述主设备并投入运行，就自动确定所述从设备的位置数据并将所述从设备的所述位置数据传输到所述主设备(101)。

12.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

所述料位测量设备(101、102、103)被配置为雷达装置。

13.根据上述权利要求中任一项所述的料位测量系统，其中，

所述主设备(101)被配置成控制整个所述料位测量系统。

14.用于检测容器中的填料表面的拓扑或填料的体积的方法，所述方法包括：

通过主设备(101)向多个从设备(102、103)传输控制信号，以便控制所述从设备；

在每种情况下，通过所述主设备(101)和各个所述从设备(102、103)检测一个回声曲线，根据所述回声曲线，能够确定所述主设备或相应的所述从设备与所述填料表面之间的距离；

向所述主设备传输所述回声曲线或由所述从设备从所述回声曲线导出的数据；

根据由所有的所述从设备(102、103)传输过来的所述回声曲线或由所述从设备从所述回声曲线导出的所述数据并且根据由所述主设备检测到的所述回声曲线，计算所述填料表面的拓扑或所述填料的体积。

15.程序元素，当在料位测量系统的处理器上执行所述程序元素时所述程序元素指示所述料位测量系统实施下列步骤：

通过主设备(101)向多个从设备(102、103)传输控制信号，以便控制所述从设备；

在每种情况下，通过所述主设备(101)和各个所述从设备(102、103)检测一个回声曲线，根据所述回声曲线，能够确定相应的所述从设备与所述填料表面之间的距离；

向所述主设备传输所述回声曲线或由所述从设备从所述回声曲线导出的数据；

根据由所有的所述从设备(102、103)传输过来的所述回声曲线或由所述从设备从所述回声曲线导出的所述数据并且根据由所述主设备检测到的所述回声曲线，计算所述填料表面的拓扑或所述填料的体积。

16.计算机可读介质，在所述计算机可读介质上，存储有根据权利要求15所述的程序元素。