CN109099992A - 具有参考反射的填料料位反射计 - Google Patents

Abstract

一种填料料位雷达装置，其包括两个至少部分地不同的信号源组件，用于对所接收到的被填充材料表面反射的信号与第二信号进行外差混频，以便生成具有不依赖第一信号的频率的均匀频率的中频信号。

Description

具有参考反射的填料料位反射计

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年6月21日提交的欧洲专利申请第17 177 111.6号和第17 177147.0号的申请日的优先权权益，将这两个欧洲专利申请的公开内容通过引用并入本文中，并且本申请还要求2017年6月21日提交的德国专利申请第10 2017 210 383.3号、第102017 210 381.7号、第10 2017 210 382.5号以及第10 2017 210 402.3号的申请日的优先权权益，将这四个德国专利申请的公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及填料料位测量的得技术领域。特别地，本发明涉及填料料位雷达装置(也被称为填料料位反射计)，该填料料位雷达装置根据电磁波的延迟时间来确定填料料位，所述电磁波是从该测量装置发出的、且在填充材料上反射之后再被接收的。本发明进一步涉及用于确定填料料位的方法、程序要素和计算机可读介质。

背景技术

本发明被用在填料料位测量装置的领域中，特别地涉及这样一种填料料位测量装置：其根据从该测量装置发射的、且在填充材料上反射后再被接收的电磁波的延迟时间来确定填料料位。测量装置与填充材料之间的距离能够根据上述电磁波的延迟时间来予以确定，并且根据所确定的距离，进而能够确定配备有该测量装置的容器的填充程度。

电磁波可以是高频波或微波。所述电磁波能够从测量装置在去往填充材料的方向上发射到自由空间中，或者可替代地，所述电磁波能够通过波导被引导到自由空间且被引导回来。

已知有各种各样的用于测量电磁波在发射与接收之间的延迟时间的测量方法。原则上，这些方法是：用于测量非常短的发射脉冲(大多数被称为脉冲雷达)的延迟时间的方法；以及以连续发射的信号的调制为基础的方法。这些被称为CW(连续波；continuous-wave)雷达的方法在测量过程的整个期间中连续地发射，因此，与脉冲方法相比而言，发射期间通常比测量过程中的信号的延迟时间长了数个数量级。

上述延迟时间能够在对发射波和接收波进行调制的过程中被间接地确定。在调频连续波(FMCW：frequency-modulated continuous-wave)方法中，线性调频(linearfrequency modulation)就被用于这一目的。图2以非常简化的框图的形式示出了FMCW雷达传感器的收发器电路5的基本设计。合成器31被用来产生发射信号30，而且为此目的，合成器31例如包括压控振荡器(VCO：voltage-controlled oscillator)。该发射信号的频率是借助于合成器31中所包括的用于控制发射频率的电路(例如，PLL(锁相环：phase lockedloop)电路)而被线性地调制的。发射信号30经由环形器(circulator)32到达天线33，并从所述天线朝着反射器34发送。在反射之后返回到天线33的接收信号经由环形器32到达混频器(mixer)35。所述混频器将接收信号与发射信号的一部分进行混频，从而产生差拍信号(beat signal)39。所述差拍信号在滤波器36中经过低通滤波和在放大器37中经过相应的放大之后由模拟-数字转换器38数字化，然后进一步被进行数字处理。来源于同一信号源31的发射信号和接收信号的混频是利用零差接收器(homodyne receiver)原理。

反射器34的距测量装置的距离对差拍信号39的频率有直接影响，这就是为什么反过来能够基于所测量的差拍频率来直接得出关于测量距离的结论的原因。在有多个反射器的情况下，会产生这样的差拍信号39：其具有与各个不同的测量距离相关联的各个信号的频率混合。因此，为了分离出各个频率部分或反射部分，而且视需要任选地为了针对各分量的频率准确地确定这些分量且进而准确地确定潜在的测量距离，通常利用傅里叶变换(例如，快速傅里叶变换(FFT：fast Fourier transform))对数字化的差拍信号实施频谱分析。图3在时间-频率图中示出了具有线性调频的发射信号30的一部分，并且在该时间-频率图正下方的时间-电压图中示出了相关联的模拟差拍信号39的示例，该模拟差拍信号39是在规定的反射器距离处产生的。

如图3中作为替代方案30′所示，FMCW方法的已知变型是将发射信号的线性调频改变为台阶式线性调频。在这种情况下，发射信号30′在一定的时间段内保持为特定的频率，然后以相等的增量跳到后续的频率。借助于图2的框图所示的零差混频(其也适用于此处)，针对每个频率台阶而产生了由发射信号和接收信号的相互相移造成的直流电压。由每个台阶造成的直流电压当接连地放置时就产生了与前述的FMCW方法的差拍信号39一致的信号曲线39’。这也在图3中部分地且示意性地图示了。从该图中可以清楚地看出，原先连续的差拍信号39被转换成台阶式模拟信号39′。当所述台阶式模拟信号39′随后从模拟转换为数字时，自然地就有了针对每个台阶都精确地转换一个采样值的可能性，由此，台阶式线性调频的数字化差拍信号与标准FMCW方法的数字化差拍信号没有实质差别。因此，以傅里叶变换开始的进一步数字信号处理在这两种方法中是一样的。

尽管基于上述的先前已知的用于测量电磁波的延迟时间的方法的填料料位测量装置目前已经非常复杂且高效，但是仍然能够做出改善。所述改善例如可以涉及更高的信号灵敏度、更高的测量精度或者使测量装置更好地适应于有关用途。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对先前方法的替代方法，其能够以有利的方式使用电磁波进行填料料位测量。

本发明的第一方面涉及填料料位雷达装置或填料料位反射计，该填料料位雷达装置或填料料位反射计包括第一信号源组件和第二信号源组件或电路。第一信号源组件用于生成第一电磁信号，所述第一电磁信号具有部分地恒定的频率，其中，各个频率分布在规定的频带内。第二信号源组件用于生成第二电磁信号。例如，为了将第一信号朝着填充材料表面发射且为了接收在填充材料表面上反射的第一信号，设置有发射组件，所述发射组件例如呈用于无接触测量的天线形式或呈波导的形式。此外，设置有混频器装置或电路，以用于所接收到的被反射的第一信号与第二信号的外差混频(heterodyne mixing)，从而生成具有不依赖于第一信号的频率的均匀频率的中频信号。此外，该填料料位雷达装置包括用于根据中频信号确定填料料位的评估电路。

外差混频意味着设置了两个不同的信号源组件，这使得来自不同信号源组件的信号可以被用来产生中频信号。相反，零差混频涉及把来自同一信号源或信号源组件的两个信号进行混频。上述信号例如是：由信号源组件直接传送到混频器的发射信号；和作为由填充材料反射的发射信号的接收信号。

根据本发明的实施例，评估电路包括第一电路装置，该第一电路装置例如用于根据中频信号来确定复数反射系数，所述复数反射系数例如呈幅度和相位的形式或者呈实部和虚部的形式。根据本发明的另一实施例，评估电路包括第二电路装置，该第二电路装置用于根据第一信号的部分地恒定的频率和相关联的复数反射系数来生成值表。

第一信号的恒定频率是接连地发射的，并且与所述频率有关的复数反射系数是针对每个恒定频率而确定的。因此，值表包括由频率值和相关联的复数反射系数组成的针对每个恒定频率的值组。

然后，能够借助于傅里叶逆变换从各个值组中毫无疑义地确定填料料位。

根据本发明的另一实施例，第二电路装置被设计成：实施所述值表的从频率范围到时间范围的傅里叶逆变换，并随后根据经过变换的所述值表确定填料料位。

根据本发明的另一实施例，第二信号源组件包括用于产生具有恒定频率的信号的信号源。

根据本发明的另一实施例，第二信号具有部分地恒定的频率，该频率相对于第一电磁信号的频率具有恒定的频率偏移。

根据本发明的另一实施例，第一信号的各个频率在频带内彼此等距离地分布着。在电缆引导探针(cable-guided probes)的情况下，所述频带例如在1GHz与5GHz之间，并且具有例如3GHz的宽度。在向自由空间中辐射的填料料位雷达装置的情况下，频带例如在70GHz～80GHz之间，且宽度约为10GHz。

特别地，也可以提供更高的频率或更低的频率。

根据本发明的另一实施例，设置有参考反射器，评估电路被设计为在填料料位确定期间使用在参考反射器上反射的第一信号作为时间和/或幅度参考。因此，可以更精确地修正借助于天线而被测量出来的反射的幅度和距离。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定填料料位的方法，在该方法中，生成第一电磁信号，所述第一电磁信号具有部分地恒定的频率，各个频率在规定的频带内分布着。同时，由另一个信号源组件产生第二电磁信号。第一信号朝着填充材料表面而被发射，并且在填充材料表面上反射的第一信号再被测量装置接收。随后，对所接收到的被反射的第一信号和第二信号执行外差混频，以便生成具有不依赖于第一信号的频率的均匀频率的中频信号。两个信号来自至少部分地不同的信号源组件。然后，根据中频信号来确定填料料位，其作为一般规则涉及快速傅里叶逆变换。

根据实施例，所述方法包括以下特征：

接连地发射多个电磁波，该电磁波具有在规定的频带内规定的、部分地固定的频率，各个频率分布于所述频带上；

在接收时，对被反射和再被接收的信号进行外差混频，以便产生不依赖于发射频率组的均匀中频；

对中频信号进行滤波和放大，以便抑制中频范围之外的干扰信号成分；

基于中频信号来确定复数反射系数，所述复数反射系数呈幅度和相位的形式或者呈实部和虚部的形式；

创建由上述频率值和相关联的复数反射系数组成的数字值表；

执行傅里叶逆变换，以便将所述值表转换成由时间值和相关联的反射特征值组成的对应数字值表；

评估所得到的基于时间的反射轮廓，以鉴别填充材料表面的反射；

基于先前已知的波传播速度来确定填充材料反射的时间值并将所述时间值转换成反射器距离；以及

根据先前已知的容器高度、传感器距容器的距离以及先前确定的反射器距离来计算填充程度值。

该方法的另一有利特征是参考反射(距离参考和/或幅度参考)的使用，该参考反射例如来自耦合/天线上的反射。这也可能是环形器泄漏信号、内部永久参考上的反射、或者可切换参考的信号或独立的参考通道的信号。

本发明的另一方面涉及程序要素，当在填料料位雷达装置的评估电路上执行该程序要素时，该程序要素指示填料料位雷达装置执行上述步骤和以下步骤。

本发明的最后一个方面涉及存储有上述程序要素的计算机可读介质。

本发明的核心方面能够被认为是替代的填料料位雷达方法的使用，该方法提供了在等距地分布于频带上的多个频率上的反射系数的确定。此外，另一个有利的特征是参考反射的使用。

在下文中，参照附图描述本发明的实施例。在以下附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。附图中的视图是示意性的，并不是按比例绘制的。

附图说明

图1示出了填料料位雷达装置的设计结构。

图2示出了填料料位雷达装置的传感器电子器件的设计结构。

图3示出了FMCW方法的两种变型。

图4示出了根据本发明一个实施例的收发器电路的设计结构。

图5示出了根据本发明另一实施例的收发器电路的设计结构。

图6示出了根据本发明又一实施例的收发器电路的设计结构。

图7示出了根据本发明一个实施例的包括切换单元的收发器电路的一部分。

图8示出了根据本发明另外一个实施例的参考反射的使用。

图9是根据本发明一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了在现有技术中广为人知的雷达填料料位传感器的基本设计结构。在这种情况下，该雷达传感器是双线雷达传感器，其经由双线回路(two-wire loop)1而被提供能量并且将测量值发送到外部。在本框图中，所述雷达传感器首先被划分为四个基本块：双线接口2、电源组3、控制及测量值处理电路4、以及收发器电路5。双线接口2包含：用于滤除干扰信号的EMV滤波器电路6、用于确定在电流回路中当前流动的电流的电流感测电路7、电流调节电路8、和分流电路(shunt circuit)9。电流调节电路8把由电流感测电路7检测到的调节的当前实际值10与由控制及测量值处理电路4提供的目标值11进行比较，并且例如借助于串联连接的晶体管12来调节回路电流，以使得目标值和实际值对应。在电流调节器8的输出端13处流动的电流供应给电源组3，所述电流被分为用于储能器14的充电电流和用于DC-DC转换器15的工作电流。如果储能器14被完全充电，并且如果DC-DC转换器15暂时需要的电力比双线回路输出到该传感器的电力小，则剩余电流就通过分流电路9流回到源极(未示出)。

控制及测量值处理电路4监控传感器内的测量过程，根据收发器电路5的传感器信号来确定呈容器填充程度的形式的测量值，以及将测量值传送到外部。为此目的，所述控制及测量值处理电路包括控制器电路16以及通信和接口电路17。控制器电路16例如含有具有相应外围设备的微控制器。通信和接口电路17将测量值以模拟或数字形式传送以输出到电流调节电路8作为目标值11，并且除此之外，通信和接口电路17可以包括用于与人或其他设备通信的各种其他通道18、19。所述通信既可以经由配线18也可以经由无线电19来进行。

收发器电路5包含在发送和接收雷达传感器的高频电磁波时所必需的所有微波电路。所述收发器电路还包含用于对所接收信号进行处理和转换的电路构件，使得所述信号可以作为控制器电路16的信号处理的呈数字形式的输出信号23而被获得。控制器电路16就其本身而言经由控制线24控制收发器电路5，以使得：所述控制器电路重复地启动、监控且评估各个测量周期，并且通过更新测量值来终止这些测量周期。

雷达传感器的控制及测量值处理电路4和收发器电路5的所有构件经由DC-DC转换器15的调节后输出电压20、21、22而被供给。

图4～图6是能够可替代地用于根据本发明的雷达填料料位传感器中的收发器电路5的框图。所述传感器部分地包含相同的构件，因此这些相同的构件被赋予相同的附图标记。

根据图4和图5的实施例具有电路设计结构更简单的优点，因为只需要固定频率振荡器43或51。

在借助于混频器42或52进行的混频的期间中产生的输出频率彼此更接近，因此，作为有用频率的可能会被滤除的频率需要更精密的带通滤波器。(图4的示例：发射频率1GHz，振荡器频率10MHz，所得到的混频器输出频率尤其为0.99GHz、1GHz、1.01GHz；例如，只有0.99GHz的频率可能会被用作混频器40的本地振荡器)。

这借助于根据图6的更精密的电路设计结构来避免(图6的示例：发射频率1GHz，合成器61的输出频率1.01GHz，所得到的混频器62的输出频率尤其为10MHz、1GHz、1.01GHz、2.01GHz；输出频率10MHz被使用)。

在介绍中已经说明了根据图2的用于实施包括零差接收混频的已知FMCW方法的收发器电路5。

图4～图6以简化框图的形式示出了用于实施根据本发明的方法的可能电路设计结构。外差电路设计结构在这全部的三个框图中都是通用的，该设计结构为接收信号的接收混频提供了不同频率的本地振荡器信号，使得在混频器输出端处产生中频。

在图4中，合成器31生成发射信号，该发射信号经由环形器32或定向耦合器32传送到天线33，并从天线33发送出去。在此过程中，天线33将经由线路而被传送的高频信号转换成电磁波100，该电磁波100被发射到自由空间中，或者可替代地，该电磁波100经由波导(例如，空心导体、或者单线或多线导体)被引导至反射器。在反射器(填充材料表面)上反射的波101至少部分地返回天线33，并且被转换回为线导(line-guided)接收信号。所述接收信号经由环形器或定向耦合器32到达接收混频器40。

环形器或定向耦合器32是雷达填料料位测量领域中已知的组成部件，并且可以有利地用于单基站(monostatic)操作中，即当使用同一个天线进行发射和接收时。所述环形器或定向耦合器包括三个端口，并且主要以定向选择的方式将信号从一个端口传送到第二端口，而在这种情况下第三端口是解耦的。在双基站(bistatic)操作中(其也是可能的，但是在这里没有示出)，两个独立的天线用于发射和接收。在这种情况下，省去了环形器或定向耦合器32，并且在一方面，信号从合成器31到达发射天线，在另一方面，信号从接收天线到达接收混频器40。

合成器31用于产生各种离散频率的各种正弦波。为此目的，所述合成器包含可调谐振荡器，例如压控振荡器(VCO：voltage-controlled oscillator)。此外，所述合成器有利地包含控制回路和参考振荡器。该控制回路(例如，锁相环(PLL：phase-locked loop))调节可调谐振荡器的频率，使得该频率相对于参考振荡器的频率处于特定可调比率。

有利地，例如以由控制电路16控制的方式来数字地调节上述频率比率，所述调节主要涉及切换一个或多个分频器件件，该一个或多个分频器构件将参考振荡器的频率和/或可调谐振荡器的频率分频。在这种情况下，除了简单的整数分频器之外，非整数分频器(所谓的小数N分频器)也是可能的。通过使用这种分频器，可以在相对大的频率范围内以非常小的步幅调节合成器31的输出频率。

合成器31的输出信号的一部分例如经由功率分配器或耦合器(未进一步详细示出)在接点90处分支出来，以便形成接收混频器40的本地振荡器信号。为此目的，被分支的合成器信号30′通过混频器42与固定频率振荡器43的输出信号44混频，其结果是，从这两个输入频率产生了各种新的频率部分(例如，和频率与差频率)。这两个输入频率在经过相应的带通滤波(这里未示出)之后，可以视需要任选地用作接收混频器40的上述本地振荡器信号。特别地，本地振荡器信号和接收信号的差频率由接收混频器40中的所述本地振荡器信号和接收信号产生，因此，该差频率恰好对应于固定频率振荡器43的输出频率。除了上述固定频率外，接收混频器40的所述输出信号45(被称为中频信号)也具有相位位置，该相位与中频信号的幅度一起定义了参与波反射的所有反射器的反射系数的复数特征变量。或者换句话说，中频信号的相位位置取决于本地振荡器信号和接收信号相互相位位置。接收信号的相位位置就其本身而言取决于发射波或接收波所传播的距离，因此进而取决于反射器距离，而本地振荡器信号的相位位置取决于合成器输出信号，因此进而取决于发射信号。因此，中频信号的相位位置最终只取决于发射信号与接收信号之间的相移，进而取决于反射器距离。

在电路部分37中，所述中频信号45经过带通滤波，并且如果需要的话中该频信号45被放大，以便增加信噪比。在根据模拟中频信号来确定复数反射系数时可以有不同的变型。首先，可以通过采样和模拟-数字转换对经滤波和放大的中频信号进行直接数字化，使得中频信号的相位和振幅的后续数字确定直接提供复数反射系数的期望振幅和相位。图4中未示出该变型。

其次，经过滤波和放大的中频信号可以通过使用正交解调器(quadraturedemodulator)46而被分解为该中频信号的复数成分，即实部50a和虚部50b，并且随后这两个部分分别从模拟转换为数字。为此目的，固定频率振荡器43的输出信号44的另一部分48以及相对于所述信号相移90°的信号49被额外地提供给正交解调器46，该相移信号是在移相器47中生成的。使用正交解调器的优点在于：中频信号的实部和虚部呈现为基带信号50a、50b的形式，即，不再包含高频部分，且因此非常容易数字化。

正如已经指出的那样，测量值在借助于转换器38进行模拟-数字转换之后，在控制及测量值处理电路4内被进一步处理。所述电路例如包含控制器电路16，该控制器电路16包括全部需要的外围设备，尤其非易失性和易失性存储器。控制器电路16还包含用于控制一系列的测量周期(即，用于启动波的发射和频率的控制)和测量值的数字化的程序代码。

图4中所示的电路布置使得如上所述能够确定在合成器31的特定输出频率处的复数反射系数。所述复数反射系数由接收信号中所包含的所有反射部分组成。如果涉及多个反射器，则各个信号部分就不再能分离，并且各个反射器的距离就不再能确定。然而，如果所述测量在特定频带内的额外的经调节的输出频率处重复进行，则能够创建由经调节的频率值和相关联的复数反射系数组成的数字值表。有利的是，所有频率值的频率距离都被选择为相等的距离，以使得频率值将频带划分为等距部分。然后，以该方式产生的数字反射系数的限带频谱(band-limited spectrum)例如在IFFT(快速傅里叶逆变换：inverse fastFourier transform)的等距频率距离处经历傅里叶逆变换，这将频率信号变换成时间信号。所述数字时间信号进而又是发射和再接收的测量信号的反射之和的特征。所述数字时间信号呈现为由时间值和相关联的反射部分组成的值表(value table)的形式，并且能够关于局部极大值的检测而被评估。所述局部极大值表征了在规定时间之后接收到的各种反射器的个别反射。以这种形式，所述时间-反射幅度值表与来自已知填料料位雷达方法的常规数字化反射轮廓相同。因此，能够从已知的脉冲雷达或FMCW雷达体系的方法中采用用于确定填充材料表面的所期望回波(echo)和用于确定所述回波的精确反射时间的其他评估步骤。因此，有利的是，例如，当填充材料容器尽可能空时，将现有的反射保存为干扰回波，以使更容易识别填充材料表面的回波。

图5中的框图包含图4中的许多元件，这些元件具有相同的附图标记。该框图与图4的框图的不同之处在于：混频器52中的合成器31的输出信号30′的频率通过增加固定频率振荡器51的信号而被增加或减少了一个恒定量。在这种情况下，接收混频器40根据合成器31的接收信号和信号30′形成差频率，在本例中该差频率是混频器40的本地振荡器信号。因此，与图4的布置情况一样，在接收混频器40的输出端处所得到的中频信号45具有固定频率振荡器的固定频率，在本例中是振荡器51的固定频率。

图6示出了使用外差接收器原理的另一变型。所述变型与先前所述的两个框图的不同之处在于：存在有第二合成器61而不是固定频率振荡器43或51。所述第二合成器在原则上包括与已经描述的合成器31的功能单元相同的功能单元。与合成器61的输出频率相反的是，混频器62的混频器输出信号63被用作受控变量并且形成这两个合成器之间的差频率。所述差频率通过合成器61的控制回路被安排为特定值。由于接收混频器40形成具有同一个差频率的中频信号45，所以与图4和图5中一样，该频率是恒定的。

关于这些框图，应该注意，它们被简化为必要的组成部件，并且在实际实施时所需的一些组成部件已被省略或简化，因为它们对于本领域技术人员来说是已知的。例如，这涉及在混频器的输出端处的滤波措施，以便仅使所期望的混频频率通过而抑制不期望的混频产物。此外，如果需要，在信号链上的各个点处使信号放大以增加信噪比，这对本领域技术人员而言是常规技术。例如，这些可以是在处于接收混频器之前的发射分支或接收分支中的放大器。此外，仅图示了对直接测量技术十分重要的传感器电路部分。根据该原理而设计出来的填料料位雷达传感器显然包含额外的电路部件，例如用于供应电压的电源组和用于将所测量的填料料位值传送给上级过程控制站的电路部件，等等。

根据上述原理而设计出来的填料料位雷达传感器的有利改进是参考反射的使用。因此，能够消除对测量值有负面影响的传感器的工作时间或工作温度的波动。发射器和接收器中的所有模拟电路部件(例如混频器、放大器和滤波器)都在它们的行为性能中表现出特定的温度依赖性。因此，所测量的复数反射系数在幅度和相位方面不是针对温度的变化而恒定不变的。为了能够校正在反射轮廓的反射幅度和反射时间中产生的变化，生成和评估参考反射器的先前已知的反射是有利的。从天线馈线(antenna feed line)到天线的过渡同样也是合适的，例如参见图4～图6中的附图标记70。由于天线馈线和天线的阻抗通常不是完全相互匹配的，所以在这一点上产生了原本不期望出现的反射。然而，这种反射能够用作参考反射，其发挥了反射轮廓内的时间和幅度参考的作用。回波轮廓内的所有后续回波能够与针对所述后续回波的延迟时间而在该轮廓中同时存在的参考回波相关，以使得能够确定参考回波与待测量的填充材料回波之间的时间差，而不是确定绝对延迟时间。以同样的方式，能够通过将参考反射的幅度标定到先前已知值并且将同一个标定值(scalingvalue)应用于所有其他幅度，来修正由温度引起的幅度变化。

代替向天线过渡处的反射，发射信号的一小部分也适合作为参考反射，这一小部分从合成器31经由路径上的环形器或定向耦合器32直接到达接收混频器40，所述路径在理想的环形器或定向耦合器的情况下是不可能存在的但是在实际组成部件的情况下是仍然存在的。同样，在环形器32与天线33之间加入预定的反射点也是合适的，该反射点例如在为此目的而使用的高频线路上的点处呈阻抗变化的形式。

此外，如图7中部分地所示，在环形器32与天线33之间的线路中加入切换单元71是合适的。图7所示的框图仅限于环形器32与天线33之间的区域。其他未示出的组件能够根据图4～图6的框图设计出来。切换单元71包含至少一个高频开关72，并且在第一工作状态下，以由微控制器16控制着的方式，把来自环形器的发射信号切换成直至天线，同时保持着剩余的高频开关73、74和其他可能的高频开关(这里未示出)断开。

在第二工作状态中，切换单元71将来自环形器32的信号传送到阻抗器75而不是天线。为此目的，高频开关73闭合，而所有其他开关72、74断开。结果，在阻抗器75处产生参考反射，该参考反射返回到环形器，并从环形器返回到接收混频器40。阻抗器75原则上可以是任何阻抗器，但是，优选是短路或开路操作。此外，借助于附加开关74来接通阻抗器76也是有利的，并且如果需要，如图7所示，使用其他开关来接通其他阻抗器也是有利的，以便在各种开关位置中切换例如短路反射和开路操作反射以及来自环形器的对线路的匹配阻抗。由于各种参考反射的测量和评估，能够更精确地校正借助于天线33而被测量出来的反射的幅度和距离。与上述几个变型对比而言，在包括开关的变型中，总是需求使用不同的开关位置来确定参考信息的至少一个单独的参考测量周期。这样的优点在于：在“正常”开关位置中，用于记录填充材料反射的反射轮廓不会被叠加的参考反射破坏。

此外，根据图8的框图(仅部分地示出)，也能够有利地生成参考反射。在这种情况下，发射信号的一部分在环形器32的输入处分支，并且例如通过经过特定的线路长度在延迟单元81中以规定方式延迟。随后，所述参考信号到达切换单元或耦合单元82。来自环形器32的接收信号在所述切换单元或耦合单元82的第二输入处被馈入。切换单元或耦合单元82视需要任选地将两个输入信号中的任何一个或两个组合的输入信号转发给混频器40，在混频器40中，按照上面已经描述的方式在该信号的频率方面进行转换并进一步处理该信号。为此目的，切换单元或耦合单元82要么包含高频开关要么包含信号耦合器。该电路变型的优点在于：由于延迟单元81的可选择的延迟时间，参考反射就能被置于回波轮廓上的一点处，在该点处不存在来自相互影响的测量对象的反射风险。如果延迟单元81额外地设置有规定的信号阻尼，则参考反射的幅度也能够被预设为期望值。可替代地，在这一变型的变型方式中，将延迟单元81并入环形器32与切换单元或耦合单元82之间的接收信号的信号路径中而不是并入分支的信号路径中，这也可以是有利的。结果，在所有干扰性的内反射和经由天线接收的所有测量反射之前，参考反射在回波轮廓中作为第一回波出现。

图9是根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤901中，产生具有部分地恒定的频率的第一电磁信号，其中各个频率分布在规定的频带内。在步骤902中(作为一般规则而言，其与步骤901同时执行)，产生第二电磁信号。这两个电磁信号来自至少部分地不同的信号源组件。在步骤903中，第一信号被发送到填充材料表面，并且在步骤904中，第一信号被填充材料表面反射，然后在步骤905中再被测量装置接收。在步骤906中，将所接收到的信号与在步骤902中生成的信号以外差方式混频，以便生成具有不依赖于第一信号的频率的均匀频率的中频信号。在步骤907中，将中频信号进行滤波和放大，以便抑制该中频范围之外的干扰信号部分，并且在步骤908中，基于中频信号来确定呈幅度和相位形式或者呈实部和虚部形式的复数反射系数。在步骤909中，创建由上述频率值和相关联的复数反射系数组成的数字值表，并且在步骤910中，对所述值表进行傅里叶逆变换，以便将其变换为由时间值和相关联的反射特性值组成的对应数字值表。在步骤911中，对所得到的基于时间的反射轮廓进行评估，以鉴别填充材料表面的反射，并且在步骤912中，确定填充材料反射的时间值，并且基于先前已知的波传播速度将所述时间值转换成反射器距离。在步骤913中，根据先前已知的容器高度、测量装置距容器的距离以及先前确定的反射器距离，来确定填充程度(填料料位)的值。

此外，能够使用参考反射来实现对通过天线而被测量出来的反射的幅度和距离的校正。

为了完整起见，应该注意，“包括”和“具有”不排除存在其他元件或步骤的可能性，并且“一个”或“一”不排除多个的可能性。应该进一步指出，参照上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与其他上述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被视为限制。

Claims (11)

1.填料料位雷达装置，其包括：

第一信号源组件(31、51、52)，其被配置成产生第一电磁信号(100)，所述第一电磁信号(100)具有部分地恒定的频率，各所述频率分布在规定的频带内；

第二信号源组件(31、42、43、61、62)，其被配置成产生第二电磁信号(102)；

发射装置(33)，其被配置成将所述第一信号朝着填充材料表面发射，并且被配置成接收在所述填充材料表面上反射的所述第一信号(101)；

混频器装置(40)，其被配置成将所接收到的被反射的所述第一信号和所述第二信号进行外差混频，以便生成具有不依赖于所述第一信号的频率的均匀频率的中频信号(45)；

评估电路(41、37、46、47、38、16)，其被配置成根据所述中频信号来确定填料料位。

2.根据权利要求1所述的填料料位雷达装置，

其中，所述评估电路(41、37、46、47、38、16)包括第一电路装置(46、47)，所述第一电路装置(46、47)被配置成根据所述中频信号(45)来确定呈幅度和相位形式或呈实部和虚部形式的复数反射系数。

3.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，

其中，所述评估电路(41、37、46、47、38、16)包括第二电路装置(38、16)，所述第二电路装置(38、16)被配置成根据所述第一信号(100)的部分恒定的频率和相关联的所述复数反射系数来创建值表。

4.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，

其中，所述第二电路装置(38、16)被设计成执行所述值表的从频率范围到时间范围的傅里叶逆变换，并且随后根据变换后的所述值表确定所述填料料位。

5.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，

其中，所述第二信号源组件(31、42、43、61、62)包括信号源(43)，所述信号源(43)被配置成产生具有恒定频率的信号。

6.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，

其中，所述第二信号(102)具有部分恒定的频率，该频率相对于所述第一信号(100)的频率具有恒定的频率偏移。

7.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，

其中，所述第一信号(100)的各所述频率彼此等距。

8.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，进一步包括：

参考反射器(70、75、76)；

其中，所述评估电路(41、37、46、47、38、16)被设计为在填料料位确定期间使用在所述参考反射器上反射的所述第一信号作为时间和/或幅度参考。

9.用于确定填料料位的方法，其包括以下步骤：

产生第一电磁信号(100)，所述第一电磁信号(100)具有部分地恒定的频率，其中各所述频率分布在规定的频带内；

产生第二电磁信号(102)；

将所述第一信号朝着填充材料表面发射，并且接收在所述填充材料表面上反射的所述第一信号(101)；

对所接收到的被反射的所述第一信号与所述第二信号进行外差混频，以便生成具有不依赖于所述第一信号的频率的均匀频率的中频信号(45)；

根据所述中频信号确定填料料位。

10.程序要素，当所述程序要素在填料料位雷达装置的评估电路(41、37、46、47、38、16)上被运行时，所述程序要素指示所述填料料位雷达装置执行根据权利要求9所述的步骤。

11.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10所述的程序要素。