CN109099993A - 具有受控发射功率的填料料位雷达装置 - Google Patents

Abstract

一种填料料位雷达装置，其包括发射功率调节设备，所述发射功率调节设备被配置成根据可预先规定的相关性而依赖于发射信号的频率来调节发射信号的功率。结果，例如，就能够补偿填充材料氛围中的依赖于频率的吸收变化。

Description

具有受控发射功率的填料料位雷达装置

相关申请的交叉引用

本发明要求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，并且本发明要求2017年6月21日提交的德国专利申请第10 2017 210 383.3号、第10 2017210 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技术。特别地，本发明涉及包括发射功率调节设备的填料料位雷达装置、用于确定填料料位的方法、程序要素以及计算机可读介质。

背景技术

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，所述电磁波是由测量装置发射出来作为发射信号并且在被填充材料反射之后再被接收的。根据电磁波的延迟时间能够确定测量装置与填充材料之间的距离，根据所述距离，反过来又能够确定配备有测量装置的容器的填料料位。电磁波可以是高频波或微波。这些波可以由测量装置朝着填充材料自由地发射，或者可替代地，它们可以通过波导而被来回引导。

已知有各种测量方法被用于测量电磁波在发射与接收之间的延迟时间。原则上，可以区分开用于测量极短发射脉冲(通常称为脉冲雷达)的延迟时间的方法和基于对连续发射信号的调制的测量原理。被称为CW(连续波：continuous-wave)雷达的这些方法涉及整个测量过程中的恒定发射，由此，与脉冲方法相比，测量周期内的发射持续时间通常比信号的延迟时间长数个数量级。

通过对发射波和接收波进行调制，能够在该过程中间接确定延迟时间。在FMCW(调频连续波：frequency-modulated continuous wave)方法中，线性调频能够用于此目的。

发明内容

本发明的目的是提高填料料位雷达装置的测量精度。

该目的通过独立权利要求的特征来实现的。本发明的各种改进能够在从属权利要求和以下对实施例的描述中找到。

本发明的第一方面涉及填料料位雷达装置，该填料料位雷达装置包括：信号源装置，其被配置为产生电磁发射信号，所述电磁发射信号的持续时间大于发射信号从信号源装置传播到填充材料所需的时间，所述电磁发射信号在填充材料处被反射，然后返回到填料料位雷达装置及其分析电路。

填料料位雷达装置进一步包括：发射功率调节设备或电路，其被配置成依赖于发射信号的频率来调节发射信号的功率。这种依赖性对应于可预先规定的相关性，所述可预先规定的相关性能够这样被选择：其使得当对所使用的频带执行扫描时发射信号的功率发生改变。

根据本发明的一个实施例，填料料位雷达装置被设计为CW填料料位雷达装置。在这种情况下，发射信号的频率能够被调制，并且例如在测量阶段或测量周期的期间经过线性斜坡或台阶式斜坡。在这一背景下，这被称为FMCW方法或者台阶式CW方法。如果发射信号是具有部分地恒定的频率的台阶式发射信号，则发射信号的各个频率在规定的频带内例如彼此相距恒定的距离。

测量阶段或测量周期可以在信号源开始产生台阶式电磁发射信号且收发器电路开始将发射信号朝着填充材料发射时开始。当已经获取了用于确定填料料位所需的全部数据时，即，当该装置准备好确定填料料位时，上述测量阶段可以停止。

根据本发明的一个实施例，填料料位雷达装置被设计为连接到4～20mA双线回路，通过该双线回路为填料料位雷达装置提供了测量所需的能量，而且，填料料位雷达装置经由该双线回路发送测量数据且能够从外部实体接收参数化数据。

根据本发明的一个实施例，可预先规定的相关性依赖于填充材料的温度、容器中的温度、容器中的压力、填充材料的组分、容器氛围的组分和/或容器氛围的辐射衰减特性或吸收特性。例如，可预先规定的相关性例如能够考虑以下事实：在给定的边界条件(容器中的压力、填充材料的组分、容器中的温度)内，容器氛围能将发射信号衰减到依赖于频率而定的更大或更小程度。当衰减较强时，能够通过发送具有增大的功率的信号来纠正或者至少部分地补偿这种影响。

根据本发明的另一实施例，可预先规定的相关性依赖于填料料位测量装置的安装位置，在这种情况下，国界尤其能够发挥作用。例如，可以规定，在特定的国家中，填料料位雷达装置在特定频率下以不同于另一个国家的功率进行发射。还可以规定，在非常特定的位置处(例如，由于很多其他测量装置在那里密集地布置着)填料料位雷达装置在特定频率下以低于其他位置的功率进行发射。特别地，可以规定，填料料位雷达装置自身确定安装位置。为此目的，在测量装置中设置位置传感器，例如GPS模块。根据一个实施例，当测量装置知道它自己的安装位置时，它能够从外部实体自动获得所述可预先规定的相关性。可替代地，可以规定所述可预先规定的相关性已经存储在测量装置的数据库中，或者由测量装置自动计算。

不言而喻，可预先规定的相关性还可以依赖于多个边界条件，其不仅依赖于安装位置，而且还依赖于容器中的条件(压力、温度等)。

此外，可预先规定的相关性还可以依赖于能够获得的用于测量的能量和/或所需的测量精度。如果这种能量不足，则至少在某些频率范围内，发射功率可以被降低。

根据本发明的另一实施例，填料料位雷达装置包括用于通过使用可预先规定的相关性来确定填料料位的分析电路。

根据本发明的另一实施例，填料料位雷达装置包括：控制电路，用于在填料料位测量装置的操作阶段的期间改变可预先规定的相关性。例如，当容器内部条件改变时(例如由于容器氛围的吸收特性或辐射衰减特性改变)，就可发生可预先规定的相关性的改变。

根据本发明的另一实施例，控制电路被配置成通过使用由用户输入或由填料料位测量装置检测到的参数来确定可预先规定的相关性。所述参数例如可以是容器中的上述条件，但也可以是例如填料料位测量装置的安装位置。特别地，填料料位测量装置可以包括传感器装置，该传感器装置能够自动确定上述参数中的至少一些，例如压力计或温度传感器以及如上所述的位置传感器。

根据本发明的另一实施例，填料料位雷达装置包括：收发器电路，该收发器电路被配置成将所述发射信号朝着填充材料表面发射，并且接收由填充材料表面反射的发射信号，并将所接收的被反射的发射信号和另一信号进行混频以便形成依赖于反射的接收信号，根据所述依赖于反射的接收信号能够确定填料料位。根据该实施例，混频能够以外差(heterodyne)或零差(homodyne)的方式进行。

本发明的另一方面涉及一种用于确定填料料位的方法，在该方法中，产生电磁发射信号，该电磁发射信号的持续时间大于发射信号从信号源到填充材料的延迟时间的两倍。如上所述，根据可预先规定的相关性，能够依赖于发射信号的频率来调节发射信号的功率。

此时，应该注意，上文和下文中所述的填料料位雷达装置的特征也可以被实施为方法步骤，并且根据本发明方法的和在本发明上下文中所描述的特征可以由填料料位雷达装置来执行。

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处理器上运行该程序要素时，该程序要素促使填料料位雷达装置执行上文和下文所述的方法步骤。

本发明的另一方面涉及计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有上述程序要素。

本发明的基本构思可以认为是在填料料位雷达测量装置的测量周期的期间有针对性地控制和改变发射信号的发射功率，以改善该填料料位雷达测量装置的操作性能。

以下参考附图来描述本发明的实施例。在附图中使用相同的附图标记时，它们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是填料料位雷达装置的电路图。

图2示出了发射信号和对应的依赖于反射的接收信号的示例。

图3是另一填料料位雷达装置的电路图。

图4示出了发射信号的功率作为发射信号的频率的函数。

图5示出了用于进一步处理数字化样本值的步骤。

图6示出了电磁波在水蒸气氛围中的衰减作为频率的函数。

图7示出了最大允许发射电平的两个示例。

图8示出了根据第一补偿的发射功率的曲线。

图9a和图9b示出了填料料位测量装置的发射功率的自适应调节的示例。

图10示出了用于改善填料料位测量装置的操作性能的另一方法。

图11示出了根据本发明一个实施例的填料料位雷达装置。

图12示出了根据本发明一个实施例的另一填料料位雷达装置。

图13示出了变型后的数字信号处理的示例。

图14示出了根据本发明一个实施例的容器上的填料料位测量装置。

图15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是示出了FMCW填料料位雷达装置的收发器电路101的基本结构的高度简化框图。合成器102用于产生发射信号103，并包含例如用于此目的的压控振荡器(VCO：voltage-controlled oscillator)。发射信号经由合成器102中所包含的用于控制发射频率的电路(例如，PLL(锁相环：phase-locked loop)电路)以线性方式进行调频。

所述发射信号103经由环形器(circulator)104到达天线105，并且通过所述天线朝着反射器106发射。在反射后返回天线105的接收信号经由环形器104到达混频器107。所述混频器将接收信号与发射信号的一部分进行混频，从而产生所谓的差拍信号(beatsignal)108。在滤波器109中进行低通滤波并在放大器110中进行适当放大之后，所述差拍信号被模拟-数字转换器111数字化，并在此后进一步进行数字处理。在这种情况下，发射信号和接收信号的混频被称为零差接收器原理。反射器106与测量装置之间的距离对差拍信号108的频率有直接影响，这就是为什么反过来根据所测量的差拍频率能够直接推导出测量距离的原因。

多个反射器会导致如下的差拍信号108：其具有由与各种测量距离相关联的各频率组成的频率混频。因此，为了分离出各个频率分量或反射分量，并且可选地为了在频率方面精确地规定各部分进而确定潜在的测量距离，例如通常在控制器电路112内使用傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT：fast Fourier transformation)对数字化差拍信号进行频谱分析。图2示出了在时间/频率图中具有线性调频的发射信号103的一部分，并在例如其正下方的时间/电压图中示出了相关联的在规定的反射器距离处产生的模拟差拍信号108。

FMCW方法的变型是将发射信号的线性调频修改为台阶式频率调制，如图2中作为替代方案103’所示。在这种情况下，发射信号103’在一定的时间段内保持特定的频率，然后以均等的台阶跳跃到后续的各频率。考虑到根据图1的框图的零差混频(其也适用于此处)，对于每个频率台阶在混频器输出处出现DC电压，该电压源自发射信号和接收信号的相互相移。由每个台阶产生的DC电压连起来形成与先前所述的FMCW方法的差拍频率108对应的信号曲线108’。图2中也部分地显示了这一点。

从图中可以清楚看出，先前连续的差拍信号108被转换成台阶式模拟信号108’。在对所述台阶式信号108’进行后续的模拟-数字转换的情况下，每一个台阶恰好转换一个采样值自然是有利的，这意味着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性差异。因此，从频谱分析开始的进一步数字信号处理在两种方法中都是一样的。

图3是作为上述FMCW方法的替代方法的测量方法的框图。这与图1所示的收发器电路101的不同之处在于外差电路结构，所述外差电路结构将接收信号与具有可变频率的本地振荡器信号进行接收混频，从而在混频器输出处产生中频。

正如图1所示，合成器301产生发射信号，并且发射信号经由环形器302或定向耦合器302被引向天线303，并从天线303发射。在此过程中，天线303将经由线路提供过来的高频信号转换成电磁波304，该电磁波304要么被自由地发射出去，或者可替代地经由波导(例如，空心导体、或者单线或多线导体)被引向反射器。由反射器反射的波的至少一部分返回天线303，并且被转换回为被传导的接收信号。然后，所述信号经由环形器302或定向耦合器302到达接收混频器305。

环形器或定向耦合器302是雷达填料料位测量领域中已知的元件，并且可以有利地被用于单基站(monostatic)操作，即，当使用同一个天线进行发射和接收时。所述环形器或耦合器至少具有三个端口，并且首先定向地将信号从一个端口导向第二端口，而在这种情况下，使第三端口解耦。在双基站(bistatic)操作中(其也是可能的，但是在这里没有更详细地示出)，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302，并且信号经由合成器301到达发射天线且经由接收天线到达接收混频器305。

合成器301用于在预先建立的频带中在变化的频率下产生各种正弦曲线，其中，频率在一段时间内保持在设定值，然后跳到新设定的频率值。例如，这可以以台阶式线性调频的形式出现。为此，合成器包含可调谐振荡器，例如压控振荡器(VCO：voltage-controlledoscillator)。此外，有利的是，所述合成器包含调节回路和参考振荡器。调节回路(例如，锁相环(PLL))调节可调谐振荡器的频率，使得所述频率与参考振荡器的频率具有规定的可调关系。有利地，例如借助于信号306以由控制器电路317控制的方式对频率关系进行数字调节，并且频率关系通常表示切换至少一个分频器模块，所述分频器模块将参考振荡器和/或可调谐振荡器的频率进行分频。在这种情况下，除了简单的整数分频器之外，非整数分频器(所谓的分数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301的输出频率。

合成器301的输出信号的一部分例如经由功率分配器(未进一步详细示出)或耦合器转向，以便为接收混频器305产生本地振荡器信号。为此，转向的合成器信号307通过混频器306与第二合成器308的输出信号进行混频，这意味着从两个输入频率产生各种新的频率分量(例如，和频率与差频率)。

所述第二合成器308原则上由与前述合成器306的功能单元相同的功能单元构成。作为(锁相/)调节回路的调节变量的不是合成器306的输出频率，而是用于产生两个合成器信号之间的差频率的混频器306的混频器输出信号309。因此，所述差频率被合成器308的调节回路校正为预先建立的值，该预先建立的值要么永久存储在合成器308的PLL/调节回路中，要么由控制器电路317在其中编程。

合成器的输出信号被用作接收混频器305中的用于外差接收混频的本地振荡器信号。在接收混频器305中，尤其是本地振荡器信号和接收信号的差频率由两个信号产生。除了上述固定频率外，接收混频器305的所述输出信号(被称为中频信号310)具有相位，该相位与中频信号的幅度一起规定了参与对波的反射的所有反射器的反射系数的复数参数。或者，换句话说，中频信号的相位依赖于本地振荡器信号和接收信号相互间的相位。接收信号的相位依赖于发射或接收波传播的距离，从而依赖于反射器距离，而本地振荡器信号的相位依赖于合成器输出信号，因此依赖于发射信号。因此，中频信号的相位最终只依赖于发射信号与接收信号之间的相移，从而依赖于反射器距离。

所述中频信号在带通滤波器311中被频带滤波，并在中频放大器312中被放大，以增大信噪比。为了根据模拟中频信号确定复数反射系数，可以通过使用正交调制器313将中频信号分解为复数部分，即实部和虚部，并且此后这两个部分可以分别进行模拟-数字转换。使用正交调制器的优点在于，中频信号的实部和虚部作为基带信号315、316出现，即，不再有任何高频分量，因此对中频信号进行数字化变得非常简单。

如上所述，在通过模拟-数字转换器314进行模拟-数字转换之后，在控制器电路317中进一步处理测量值。除了用于分析数字化测量信号的程序代码之外，控制器电路317还特别包含用于测量周期的序列控制的程序代码(即，用于启动波的发射和用于控制频率)和收发器电路318的总体控制。

如所描述的那样，图3中所示的电路布置能够确定复数反射系数。所述复数反射系数由包含在接收信号中的所有反射分量组成。如果涉及多个反射器，则各个信号分量不再能分开，而且不再能确定各个反射器的距离。如果在特定频带内的额外设定的输出频率处重复该测量，则能够绘制由设定的频率值和相关联的复数反射系数组成的数字值表。有利地，所有频率值之间的频率间隔被选择为相等，使得频率值将频带划分为等距部分。这样就产生了数字反射系数的限带频谱(band-limited spectrum)，该限带频谱随后在控制器电路317中进行傅里叶逆变换(例如在等距频率间隔的情况下的IFFT(快速傅里叶逆变换))，其将频率信号变换成时间信号。所述数字时间信号进而代表发射和再接收的测量信号的反射之和。数字时间信号以时间值和相关联的反射分量的数值表的形式存在，并且能够通过确定局部极大值来分析。所述局部极大值表征了根据分配时间所接收到的各种反射器的单独反射。在这种形式中，该时间/反射幅度数值表相当于在已知填料料位雷达方法中常见的数字化反射轮廓。因此，能够从脉冲雷达或FMCW雷达系统的已知方法中采取用于确定填料料位表面的回波(echo)和用于确定所述回波的精确反射时间的进一步分析步骤。

在许多基于雷达原理的填料料位测量装置中，测量电路101、318产生的高频能量在相关工作范围内基本恒定。图4示出了相应的行为性能。根据电路元件的电容和认证要求规定的最大电平，由测量装置辐射的高频能量被设置为在f_Start至f_Stop之间的相关工作范围内保持基本恒定的输出功率P_out401。

图5通过序列图示出了用于进一步处理在测量装置的相关控制器112、317中计算的数字化样本值113、319的关键步骤。为了改善频谱分析，首先通过使用窗函数502的乘法对数字化信号值501进行加权。此时，能够使用的函数(例如Bartlett窗或Hamming窗)尤其改善了频谱分析中的旁瓣抑制。最后，在利用FFT和随后的绝对值进行连续地或递增地调频的雷达系统的情况下，窗化信号503被转换成回波曲线504。在根据图3的反射计方法中，IFFT与随后的绝对值形成一起优选地在此处产生回波曲线504。使用本领域技术人员已知的方法能够检查填充材料回波505的回波曲线504，并且所述回波的位置可以由控制器112、317在外部提供。

以下说明了许多边界条件，这些边界条件旨在阐明本发明的特定优势。

通常情况下，当使用雷达填料料位传感器时，待提供给传感器的能量或功率受外部环境的限制。如果传感器由具有有限容量的储能装置(例如，电池或蓄电池)供电，则有限的能量是可用的。通常情况下，雷达填料料位传感器作为所谓的双线传感器工作。这意味着，测量装置既可以通过一对称为双线线路的导线提供能量(例如，在电流为4mA-20mA下)，又可以经由所述一对导线发送测量值。用于优化传感器所需能量的重要参数是由传感器发射的发射功率401的优化。

另一个重要的优化方法源于以下事实：在具有叠加气相的容器中进行测量的情况下，在用于测量的频谱的至少一个子范围内，偶尔会出现明显的吸收行为。在通常用于微波测量装置的工作频率范围为0…240GHz的情况下，特别是在密闭容器的情况下以及出现水蒸气饱和或氨饱和的氛围时，能够观察到微波信号的相应减弱。图6示出了电磁波在水蒸气氛围中的衰减随频率的变化。相应气相的衰减行为依赖于介质以及容器内的温度和压力。

由于全球范围内的市场日益紧密，以及对尽可能高的生产速度的需求，现代传感器的生产商必须能够满足若干不同国家的法律和监管要求，在不同的国家，对于测量装置发射的电磁信号的功率，有时会有不同的规格，而这些规格通常是在相应的无线电认证标准中定义的。图7通过示例示出了新加坡701和日本702在0…12GHz范围内的最大允许发射电平。在已知的雷达装置中，有两种不同的方法来考虑所示的功率电平。首先，可以将发射功率限制在所涉国家认证全部使用的频率范围内所允许的最低限度。在这种情况下的缺点是会降低实际测量的可靠性和/或准确度。第二种可能性是，设备是为一个特定的目标销售国生产的，并且遵守了允许发射功率的相关限制。然而，这会导致制造商的设备范围增大，从而导致成本增加。

根据本发明的一个方面，已知介质(参见图6)的衰减行为至少可以部分地通过对填料料位测量装置发射的发射功率的自适应控制来补偿。图8示出了根据第一补偿的发射功率的曲线。在一个实施例中，测量装置在f_Start＝57GHz至f_Stop＝64GHz之间的范围内工作。在已知介质中以及在各种因素共同作用下(容器内的已知氛围、已知工作压力和/或已知温度)，测量装置能够自动确定信号的最大衰减将达到例如60GHz。例如，根据容器中的条件，容器氛围的衰减行为被存储在测量装置的数据库中。结果，测量装置将精确地以所述频率发射最可能的信号功率PTMAX801，并降低其他范围中的发射功率。这在各种频率上提供了基本恒定的测量可靠性，并另外使测量装置所需的能量最小化，从而导致测量重复率增加。

根据本发明的另一方面，填料料位测量装置发射的发射功率的自适应调节是基于相关的安装位置。图9a和图9b示出了具有3GHz至9GHz之间的示例性工作频率的测量装置的实施例。例如，如果通过用户适当的参数化确定或通过对当前安装位置的自动确定，来确定设备正在新加坡州境内操作，则该设备然后根据图9a所示的法律允许的最大发射电平来完全自动地调节发射功率。然而，如果设备安装在日本中，那么，在适当的输入或全自动位置确定之后，可以针对日本允许的特征曲线，根据图9b中的曲线优化发射的发射电平。所述方法的优点在于，无需生产特定国家的设备结构，并且可以在特定国家最佳地利用允许的最大发射电平，这将有助于提高测量的可靠性。

图10示出了用于改善雷达填料料位测量装置的运行性能的另一种方法。而在某些实施例中，发射功率几乎恒定地保持在f_Start与f_Stop之间的工作频率范围内，特别有利地，调节在相应频率范围内发射的发射功率，使得所述功率基本上遵循窗函数502的特性曲线。由于由A/D转换器111、314获得的信息已经在工作范围的开始506和终止507处通过应用窗函数502被强烈抑制，所以可以将该计算步骤从数字信号处理提升到实际的测量值获取。如果发射的发射功率遵循图9所示的曲线，则可以避免在数字信号处理中重新应用窗函数502。这会产生以下效果：在检测测量值501的同时，通过减小工作范围的子范围中的发射功率来节省能量，此外，还可以加速数字信号处理，从而也有助于节省能量。借助于上述方法，测量装置能够在降低能量需求的情况下进行单独的测量，这总体上能使测量重复率增加，从而提高测量的可靠性。

图11示出了用于根据FMCW方法在系统101中执行依赖于频率的发射功率调节的填料料位雷达装置。由合成器102产生的信号103在发送到天线106的途中首先通过发射功率调节设备1101，所述发射功率调节设备1101根据当前的信号频率放大和/或衰减由天线发射的发射信号1103的功率。这在技术上在发射功率调节设备内部例如通过根据微带技术结合高频电路产生的滤波器组来实现，该滤波器组可以通过对信号103进行滤波来提供多个预先规定的功率发射特性802、901、902、1001。可以通过控制器系统112经由控制输入1102来选择所需的滤波器组并由此设置期望的功率发射特性。可替代地，将微波进一步集成到高度集成的电路中为经由控制信号1102和极快的反应可变增益放大器(VGA)在测量周期中实时调节信号103的放大提供了选项。特别有利地，在执行测量之前，发射功率调节设备1101经由控制输入1102(例如，数字SPI输入)被编程为所需的放大值。存储在电路1101内的查找表中的放大值能够借助于适当快的时钟输出和极快的模拟-数字转换以预先确定的、期望的方式影响已知VGA电路的放大特性，从而有助于实施上文和下文所述的方法。

设置位置传感器1105，其可以确定填料料位雷达装置的位置并将所述位置数据转发给控制电路112。

如参考图3所述，用于实施上文和下文所述的方法的设备是根据反射计原理以实质上更简单的方式配置在电路318中。

图12示出了相应的电路。与根据图11的连续或增量调频FMCW电路中的情况相比，由合成器301产生的且具有固定在相关测量部分中的可预先规定频率的信号304被施加的时间更长。因此，可以选择常规的、数字可调的放大元件作为发射功率调节设备1201。由于待测量的频率经由控制线306由控制器电路317系统地从一个切换到下一个，所以可以使用相同的控制线306来调节发射功率调节设备1201内的新的放大值。

如图5所示，用于实施上文和下文所述的方法的另一重要方面涉及在控制器电路112、317内常规进行的数字信号处理。由于基于发射频率对功率发射电平进行调节，所以如果所述电平调节被认为是信号处理的一部分，则可以进一步改进测量装置。

图13示出了相应地修改后的数字信号处理的实施例。本实施例假设，在发射分支内，根据图9中的曲线产生发射电平901，并且出于测量的目的发射电平901已经从填料料位测量装置发射。由A/D转换器111、314检测到的中频信号501在测量过程完成之后以完全数字化的形式存在于存储设备中。由于在测量过程中出现的幅度变化在信号上对应于幅度调制，并且测量结果是从测量数据的频谱分析推导出来的，所以测量信号频谱的失真是由于幅度的变化而引起的。显而易见的是，在本发明的一个有利实施例中，幅度变化901应当在数字信号处理的第一步1301中反转。为此目的，所检测到的测量信号501首先乘以发射特性901的反转曲线1302。所得到的测量信号1303、501在系统理论上再次对应于理想信号，为了频谱分析，首先使用窗函数502对该理想信号进行加权，然后根据已知的方法(FFT、IFFT)最终将其转换成回波曲线。此时应该注意，因为与所发送的发射电平有关的信息由控制器单元管理，所以控制器单元112、317可以自动应用反函数1302。还应该注意，与函数1302、502的加权也可以合并到单个计算步骤中。

图14示出了在容器1402上的填料料位雷达装置1401。容器中待测量的液体1403形成饱和气体氛围1404，该饱和气体氛围1404根据其压力和温度影响微波1405的衰减。例如借助于内部传感器或借助于连接到外部传感器1406、1407，测量装置1401能够检测容器1402内的压力和温度。基于这些值，测量装置能够完全自动地确定微波的信号衰减601，并能够完全自动地优化所发射的发射功率802的测量。在这种情况下，根据本发明的测量装置考虑到关于容器中介质类型的用户规格。还可以提供传感器对用户关于应用的规范分析，例如指定测量是在容器内部还是外部进行的信息。在这种情况下，根据应用情况，也可以完全自动适应关于允许的发射功率的适当的、合法变化的规格。

测量装置还根据用户规格配置以确定容器1402所在的国家，并调节用于特定操作国家的功率发射电平701、702的优化曲线。在替代的实施例中，测量装置1401包括自动位置检测装置1402(例如，GPS接收器)。基于来自自动位置检测装置1402的数据，测量装置能够自动地确定安装地点，并由此反过来根据特定国家的适用法规自动地优化功率发射曲线。

应该注意，总之，框图和原理图被简化为必要部件，并且实际实施所需的一些组件还未被示出或已经被简化，因为这些部件对于本领域技术人员是已知的。例如，这涉及到在混频器的输出处的滤波措施，其用于仅允许所需的混频频率通过并且抑制不需要的混频产物通过。对于本领域技术人员来说，必要时在信号链中的各个点处将信号放大以增加信噪比也是常规方法。这可以通过例如发射分支或接收分支中的放大器来实现。此外，此处仅示出了对于直接测量技术而言十分重要的传感器电路部分。不言而喻，根据该原理而被构造出来的填料料位雷达传感器能够包含更多的电路部件。

图15是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。从步骤1501开始，生成电磁发射信号，该电磁发射信号的持续时间大于从信号源到填充材料的发射信号的延迟时间的两倍。发射信号是具有至少部分地不同的频率的连续或台阶式信号。在步骤1502中，开始发射信号朝着填充材料表面的发射。在步骤1503中，改变发射信号的功率，即，基于其当前的频率。功率的变化对应于频率与功率之间的可预先规定的相关性。在步骤1504中，所述相关性可以由测量装置改变(例如由于容器中的条件已经改变)。在步骤1505中，所发射的发射信号被填充材料表面反射，并且在步骤1506中由填料料位测量装置接收并处理。

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，并且不定冠词“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 (12)

1.填料料位雷达装置，其包括：

信号源装置(102、301)，其被配置成产生电磁发射信号(103、103’)，所述电磁发射信号的持续时间大于所述发射信号从所述信号源装置到填充材料的延迟时间的两倍；

发射功率调节设备(1101、1201)，其被配置成根据可预先规定的相关性依赖于所述发射信号的频率来调节所述发射信号的功率。

2.根据权利要求1所述的填料料位雷达装置，

其中，所述可预先规定的相关性依赖于所述填充材料的温度、容器中的温度、容器中的压力、所述填充材料的组分和/或容器氛围的辐射衰减特性。

3.根据前述任一项权利要求所述的填料料位雷达装置，

其中，所述可预先规定的相关性依赖于填料料位测量装置的安装位置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，还包括：

分析电路(112，317)，其被配置成通过使用所述可预先规定的相关性来确定填料料位。

5.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，还包括：

控制电路(1104)，其被配置成在填料料位测量装置的操作阶段的期间改变所述可预先规定的相关性。

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，所述控制电路(1104)被配置成通过使用由用户输入的或由填料料位测量装置检测到的参数来确定所述可预先规定的相关性。

7.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，还包括：

位置传感器(1105)，其被配置成确定填料料位测量装置的安装位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的填料料位雷达装置，还包括：

收发器电路(114)，其被配置成：

将所述发射信号朝着填充材料表面发射；并且

接收被所述填充材料表面反射的所述发射信号，且将所接收到的被反射的所述发射信号与另一信号混频，以形成依赖于反射的接收信号(108,108’)，根据所述依赖于反射的接收信号能够确定填料料位。

9.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，所述发射信号(103、103’)包括部分地恒定的频率；

并且其中，各个所述频率分布在规定的频带内。

10.用于确定填料料位的方法，其包括以下步骤：

生成电磁发射信号(103、103’)，所述电磁发射信号的持续时间大于所述发射信号从信号源到填充材料的延迟时间的两倍；

根据可预先规定的相关性，依赖于所述发射信号的频率来调节所述发射信号的功率。

11.程序要素，当所述程序要素在填料料位雷达装置的处理器单元(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10所述的步骤。

12.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11所述的程序要素。