CN109632043B - 借助连续波雷达测量确定介质料位的方法和料位测量设备 - Google Patents

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Abstract

描述和示出以连续波雷达测量确定介质料位的方法和相应料位测量设备，码序列发生器产生码序列且发送器发射用码序列编码的发送信号，其至少部分在介质上反射且作为反射信号由接收器接收，用相关器使反射信号和由发送信号导出的信号经历相关分析并产生相关结果，控制与评估单元用相关结果求取相关信号时间偏移量且由其求取介质料位。纯模拟或纯数字构造接收路段的缺点由此避免：相关器有：模拟混频器，反射信号和由发送信号导出的信号用模拟混频器混频成混频器输出信号；模拟/数字转换器，用其对混频器输出信号采样并将混频器输出信号量化成数字的混频器输出信号；数字积分器，用数字积分器将数字的混频器输出信号序列数字积分成相关结果。

Description

借助连续波雷达测量确定介质料位的方法和料位测量设备
技术领域
本发明涉及一种用于借助连续波雷达测量来确定介质的料位的方法，其中，由码序列发生器产生码序列并且由发送器发射利用所述码序列编码的发送信号，其中，所述发送信号至少部分地在所述介质上反射并且作为反射信号由接收器接收，其中，利用相关器（Korrelator）使所述反射信号和由所述发送信号导出的信号经历相关分析，并且产生相关结果，其中，控制与评估单元利用所述相关结果来求取相关信号（korrelierte Signal）的时间偏移量（Zeitversatz）并且由其求取介质料位。此外，本发明也涉及一种用于借助连续波雷达测量来确定介质的料位的料位测量设备、所述料位测量设备具有码序列发生器、发送器、接收器、相关器和控制与评估单元，它们被如此应用并且互相配合（zusammenspielen），使得通过所述测量设备实现前述方法。
背景技术
多年来，在工业应用中有基于雷达测量的料位测量设备。料位测量设备与应用在料位测量设备中的方法共同的是，所测量的如下时间，在料位测量设备中生成的发送信号需要所述时间，以便从所限定的发射位置（Emissionsstelle）到达介质的表面并且从那里作为反射信号返回到接收器的所限定的位置（Ort），其中，不仅反射信号的物理接收的位置（Stelle）（例如接收天线）而且反射信号的评估的位置或位置范围（örtlicher Bereich）也理解为接收器。在任何情况下，可以借助所测量的运行时间和利用关于电磁波的传播速度的知识推断出介质表面与料位测量设备的距离。
作为设备技术上的实施方案，基本上区分为线缆连接的和自由辐射的料位测量设备。在线缆连接的设备中，电磁波沿着垂入（hineinhängend）到待测量的体积中的线缆传播，因此，这样的料位测量设备相对更抗干扰（störischer）。然而，所述料位测量设备具有以下缺点：必须将用作测量探头（Messsonde）的线缆安置在待测量的路线中。在自由辐射的料位测量设备中不面临（stellen sich）该问题，因为电磁波作为自由空间波（Freiraumwelle）通过构型为天线的发送器发射到待测量的空间中。这样的料位测量设备略微地更易受干扰，例如由于寄生的回波的接收，所述寄生的回波来源于壳体壁或在壳体中的装入件（Einbauten）。在这里所考虑的方法中和在这里所考虑的料位测量设备中，不在于波导的先前描述的方式和方法。
对于在此考虑的方法和在此考虑的料位测量设备的类型有意义的是，应用连续波雷达测量的原理，其中，与脉冲雷达不同，在测量过程的持续时间期间持续地发射发送信号，该发送信号在此配备有一定编码；出于该原因，连续波雷达测量也称作“连续波雷达（continuous wave radar）”。通过发送信号的编码，在发送信号的持续时间期间给发送信号调制（aufprägen）特征性的和因此可再识别的模式（Muster），从而在发送信号中可再识别每个位置。原则上，在料位测量设备的相关器中，于是将经编码的发送信号和具有相同的编码的反射信号相互比较，其中，所述编码能够实现：求取发送信号和反射信号之间的时间偏移量。因为原始的发送信号在反射信号到达（Eintreffen）时不再可供使用，所以通常产生由发送信号导出的信号，其中，所导出的信号具有与发送信号相同的编码，以便可以由相关器有意义地执行相关分析。基于相关结果，然后可以求取相关信号的时间偏移量并且由该时间偏移量求取介质料位。
由现有技术基本上已知两种不同的用于上利用连续波料位测量设备进行料位确定的方法。在第一方法中，在无采样和量化的情况下以模拟的电路技术、即时间连续地执行整个信号处理，即相关器也以模拟的电路技术构造。在此，将反射信号与经编码的发送信号或者与由经编码的发送信号导出的发送信号混频（mischen）（相乘（multipliziert））并且输送给模拟的积分器（Integrierer），要么直接地要么以通过模拟的低通滤波器的方式来输送。积分器（Integrator）和低通滤波器于是例如利用运算放大器或者以其他的模拟的半导体电路技术来实施。该解决方案的问题是，为了执行高度精确的测量，积分器同样必须高度精确地遵守已知的积分时间，即用于计算相关积分。这难以得到保证，因为其涉及模拟的电路组件，所述模拟的电路组件自然具有部件公差、遭受老化效应并且部分地具有相当明显的温度依赖关系。
在另一种方法中，在接收链中完全数字地、即时间离散地并且也以值方式来量化地进行整个信号处理。为此，对反射信号进行采样（直接地或按顺序地）并且随后以数字信号处理实现数字的相关滤波器。在该方法中，虽然避免了电路式地完全以模拟技术实现的信号处理的一些缺点，但为此却容忍其他缺点，例如更差的信噪比、基于反射信号的顺序采样引起的大的测量时间，其总是可经过码序列的整个长度延伸，即使实际上仅仅经过更小的时间间隔的相关性是令人感兴趣的。此外，用于实现用于高频的反射信号的采样的合适的采样电路的耗费是可观的，因为仅仅能够应用覆盖整个高频带宽的高频组件。另外的数字信号处理在工艺上是要求高的并且成本耗费的，无所谓是否应用数字信号处理器或者必要时也应用具有FPGA的解决方案。
发明内容
本发明的任务是，说明一种用于借助连续波雷达测量来确定介质的料位的方法和一种关于此的料位测量设备，其中，尽可能地避免由现有技术已知的解决方案的缺点。
在开头描述的用于借助连续波雷达测量确定介质的料位的方法中和在开头示出的料位测量设备中，通过以下方式解决先前引出的任务：所述相关器具有模拟混频器，并且所述反射信号和由发送信号导出的信号利用模拟混频器混频成混频器输出信号；所述相关器具有模拟/数字转换器，利用所述模拟/数字转换器对所述混频器输出信号采样并且将所述混频器输出信号量化成数字的混频器输出信号；并且所述相关器具有数字积分器，利用所述数字积分器将数字的混频器输出信号的序列（Folge）数字地积分成所述相关结果。在所提出的解决方案中，因此不同于现有技术，接收侧的信号处理并非单纯模拟地（即时间连续地和非时钟驱动的（nicht getaktet）硬件）并且也并非单纯地如数字技术中的离散的采样系统那样构造，相反，实现一种混合的相关接收器，所述相关接收器在高频范围内利用模拟的电路技术并且在存在技术上较不苛刻的时间要求的地方利用时间离散的数字解决方案。因此，以模拟的电路技术构造混频器，从而可以时间连续地并且在实践中任意快速地进行反射信号与由发送信号导出的信号的混频，其中待相关的（zukorrelierend）信号利用混频器被相乘。后续的模拟/数字转换器在时间连续的模拟世界和时间离散的数字时间之间进行交换（vermitteln），其中，在此选择如下采样频率，该采样频率位于混频器输出信号的低频的频谱范围内。采样频率在发送信号的频率或反射信号的频率处被测量为非常小。同时，时间积分可以高度精确地被执行，因为积分器以数字技术构造并且存在用于计时（Taktgebung）的高度精确的和高度稳定的振荡器并且是廉价地可用的。
根据所述方法的一个优选的实施例规定，相关器此外具有模拟的低通滤波器，并且通过所述低通滤波器对所述混频器输出信号滤波，并且，由所述模拟/数字转换器对经低通滤波的混频器输出信号进行采样并量化成数字的混频器输出信号。利用模拟的低通滤波器进行混频器输出信号的预滤波（Vorfilterung）。模拟的低通滤波器的首要功能在于，在频谱上如此限制混频器输出信号，使得可以以相对小的采样频率干净地（sauber）采样并且量化所述混频器输出信号。
优选地，由所述码序列发生器生成长度Ncode的二进制码序列，并且所述发送器以比特持续时间Tchip发射所述二进制码序列的每个比特，其中所述发送器因此以二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip发射所述二进制码序列。比特持续时间Tchip被选择得尽可能小，以便获得尽可能高频的发送信号和反射信号，因为这直接影响空间分辨率（Ortsauflösung）。用于单个码段的比特持续时间在此以Tchip来表示，由此表明，硬件式地预给定所述节拍（Taktung）。
优选在比特频率1/Tchip=fchip和码序列频率fcode=1/Tcode之间以所述模拟/数字转换器的采样频率fsample进行混频器输出信号的、尤其经低通滤波的混频器输出信号的采样。码长度Ncode被选择得越长，则采样频率fsample稍后就可以被选择得越低。优选地，数字/模拟转换器的采样频率fsample被选择为码序列频率fcode的至少两倍，采样频率fsample被优选选择为码序列频率fcode的大于十的倍数（ein Vielfaches größer als Zehn derCodesequenzfrequenz）。在大的码长度Ncode的情况下，采样频率fsample可以被选择为以十的幂的方式低于（Zehnerpotenzen unter）比特频率fchip=1/Tchip（在例如Ncode=100000的情况下，模拟/数字转换器的采样频率可以被选择为，比比特频率低5个十的幂。在任何情况下，混频器输出信号的低通滤波是有用的，因为低通滤波器于是用作抗混叠滤波器（Anti-Aliasing-Filter），所述抗混叠滤波器用于利用随后的模拟/数字转换器以尽可能小的采样频率进行数字化，这能够实现尽可能有利的模拟/数字转换器的应用。
先前阐述的特征同样适用于所要求保护的用于根据连续波方法进行料位测量的方法以及适用于所要求保护的料位测量设备。
附图说明
具体地，现在具有不同的可能性来构型和扩展根据本发明的方法和根据本发明的料位测量系统。为此，参考独立专利权利要求的从属权利要求以及参考结合附图对优选的实施例的描述。在附图中，
图1示出用于借助连续波雷达测量确定介质的料位的方法和料位测量设备，其中，利用延迟元件产生由发送信号导出的信号，
图2示出用于确定料位的料位测量设备和在那实现的方法，其中，利用单独的码序列发生器产生由发送信号导出的信号；
图3a、3b在时间范围和频率范围中示出所使用的和根据所述方法获得的信号的示意图；
图4示出具有两个并行的相关接收器的料位测量设备；
图5示出用于实现自由辐射的料位测量的料位测量设备和在那实现的方法；
图6如图5那样但调制到高频的载波信号上；
图7示出具有正交幅度解调的另外的料位测量设备；
图8示出以冗余构造的料位测量设备和在那实现的方法，以及
图9示出在使用经编码的反射器的情况下的料位测量设备和在那实现的方法。
具体实施方式
在图1、2和4至9中，一般性地示出用于借助连续波雷达测量确定介质2的料位的方法1以及与其相应的料位测量设备3。这些方法步骤由前述附图的结构图由信号流（时间流程）以及由相应的示意性的电路框图表示中的所使用的块的功能性含义内容得出。
在图1中首先示出料位测量设备3的基本构造。在右侧示出料仓/罐4，该料仓/罐部分地以介质2、在此是散装货物填充。在图1、2、8和9中，线缆5分别伸入罐4中，该线缆用于波引导，这在此涉及TDR解决方案（time domain reflectometry（时域反射法））。在图5至7中的实施例中，连续波雷达射束在罐4的自由空间中传播。
由码序列发生器6产生码序列7并且由发送器8发射利用码序列7编码的发送信号9，其中，发送信号9在介质2上至少部分地被反射并且作为反射信号10由接收器11接收。利用相关器13使所述反射信号10和由所述发送信号9导出的信号12经历相关分析，由此产生相关结果。相关结果表明，经历相关分析的这两个信号、即反射信号10和由发送信号9导出的信号12是否相关。相关器计算相关积分，相关积分在相关信号完全一致的情况下以标准化的形式提供值1，否则视一致性程度而定地提供小于1的值。以在连续的或离散的时间范围内的有关的相关积分进行的相关分析是已知的。
在所示出的实施例中，在过程侧 (prozessseitig)、即在到罐4的连接路段的范围中经由唯一的物理线路来回引导发送信号9和所接收的反射信号10。为了将反射信号10与发送信号9分离，在该实施例中应用定向耦合器（Richtkoppler ）14，利用定向耦合器根据信号运行方向（Signallaufrichtung）将所引导的波的功率分量（Leistungsanteile）传输到其他线路上。在此情况下，因此在定向耦合器中将反射信号10输送给到接收器11的线路。
接收器11在附图中部分地在多个地方被示出，这由此表明，料位测量设备3的不同部分实际上涉及反射信号10的接收。
相关器13的相关结果在任何情况下都被引导给控制与评估单元15，所述控制与评估单元利用相关结果求取相关信号的时间偏移量和由此求取介质料位。
在这些附图中分别应看出，相关器13具有模拟混频器16，该模拟混频器时间连续地工作，其中，利用模拟混频器16将反射信号10和由发送信号导出的信号12混频成混频器输出信号。在此，混频在于乘法，实际上构成相关积分的被积函数（Integrand）。
相关器13此外具有模拟/数字转换器17，利用所述模拟/数字转换器对所述混频器输出信号采样并且将所述混频器输出信号量化（quantisieren）成数字的混频器输出信号。
此外，所述相关器13具有数字积分器18，借助所述数字积分器将数字的混频器输出信号的序列（Folge）数字地积分成所述相关结果。数字积分器18对相关积分的由混频器16计算和输出的并且在中间步骤中数字化的被积函数的值进行积分。对于相关积分的计算的精确度也决定性的是，可以非常精确地遵守（einhalten）积分持续时间（Integrationsdauer），即以下时间：在该时间期间，数字积分器18持续地对被积函数的所提供的值积分（aufintegrieren）。与模拟技术中的积分器不同，这在数字技术中可以显著更简单地并且以非常高的精确性来被保证。
在这些附图中，构成相关器13的元件、即模拟混频器16、模拟/数字转换器17和数字积分器18由虚线框包围，所述虚线框不仅有用于接收器的附图标记11而且有用于相关器的附图标记13。这两个标记是适用的，构成相关器13的组件和功能单元实际上形成接收路径的最大的功能部分。接收器11因此也称作相关接收器（Korrelationsempfänger）。
在此情况下重要的是，所示出的料位测量设备3的接收侧不仅利用时间连续的模拟电路技术、即以模拟混频器11的形式，而且也使用时间离散的和量化的数字技术。由此实现：应用快速的模拟技术，所述模拟技术在一定程度上在所使用的部件（Bauteil）的物理行为中执行信号处理；并且在另外的较不时间临界的范围中应用高度精确的时间离散的电子装置，所述电子装置例如保证，可以以极其精确性遵守（einhalten）用于计算相关积分的积分时间，这利用模拟技术是困难的、耗费的和昂贵的。因此，可以将在此示出的相关器13和接收器11也称作“混合的相关接收器（hybrider Korrelationsempfänger）”。
所有示图具有以下共同点：相关器13具有模拟的低通滤波器19、即时间连续地工作的并且硬件式地实现的低通滤波器19，其中，通过所述低通滤波器19对所述混频器输出信号滤波，并且，由所述模拟/数字转换器17对经低通滤波的混频器输出信号进行采样并量化成数字的时间离散的（zeitdiskret）混频器输出信号。利用模拟的低通滤波器19在频谱上限制混频器输出信号，以便可以以相对小的或甚至非常小的采样频率干净地（sauber）采样并且量化该混频器输出信号。
在图1中示出，由所述发送信号9利用延迟元件（Verzögerungsglied）20产生由所述发送信号9导出的信号12，使得所导出的信号具有与发送信号9相同的编码（Codierung），但相对于发送信号9是经时移（zeitverschoben）的。图2示出一种可替代的行为方式，其中，利用另外的码序列发生器21产生所导出的信号12，其中，与所述码序列发生器6的码序列7相比，所述另外的码序列发生器21产生所述码序列发生器6的相同的码序列7'、但经时移地产生。在具有相同编码的反射信号10和所导出的信号12之间的不同的时间延迟的调整（Einstellen）是必需的，以便可以对于信号的不同时移执行相关分析。如果对于确定的时移计算理想的或尽可能大的相关值，则确定的时移相应于信号运行时间（Signallaufzeit），信号运行时间是所测量的距离的度量。
在图3中示例性地绘出在时间范围中的所产生的信号（图3a）以及在频率范围中的接收侧的行为（图3b）。图3a图解由码序列发生器6所产生的、长度Ncode的二进制码序列22，xb(t)。然后，发送器8以比特持续时间Tchip发射二进制码序列22的每个比特。因此，发送器8以二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip发射所述二进制码序列22。在图3b中，在示意性的幅度图（Amplitudendiagramm）中在频率轴线上可以看出，比特频率fchip=1/Tchip是料位测量设备中的最高频率过程（Vorgang）。二进制码序列22，xb(t)的量级谱（Betragsspektrum）abs(Xb(f))是极端宽带的（extrem breitbandig）。以实线示出在采样频率fsample之上数字滤波器的传递函数（Übertragungsfunktion），以虚线示出所属的混叠（Aliasing）。以所述模拟/数字转换器（17）的采样频率fsample进行混频器输出信号的、在此为经低通滤波的混频器输出信号的采样。采样在比特频率1/Tchip和码序列频率fcode=1/Tcode之间进行，尤其其中，所述模拟/数字转换器17的采样频率fsample至少相应于双倍的码序列频率fcode。示例性的值是对于比特频率fchip=2GHz。如果对于码序列长度设置Ncode=100000，则码序列频率仅仅还为20kHz。采样因此容易地以例如fsample=100kHz的频率实现。模拟的低通滤波器19如此调整，使得模拟的低通滤波器作为抗混叠滤波器用于利用后续的模拟/数字转换器17以尽可能小的采样频率进行数字化，低通滤波器的传递函数abs(HTP(f))同样以虚线绘出，该低通滤波器抑制在大致一半的采样频率fsample以上的所有频率。
鉴于图1和2已经讲述：由发送信号9导出的信号12具有与发送信号相同的编码，然而是经时移的。这也适用于其他附图中的所示出的其他实施例。在所示出的实施例中，顺序地（sequenziell）在比特持续时间Tchip至最大到二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip的范围中运行（durchlaufen）时间延迟，其中，时间延迟在每一次运行（Durchlauf）中分别递增地增加了比特持续时间Tchip。因此，可以以最好的空间分辨率求取料位信息。不是强制性需要的是，使时间延迟运行直至二进制码序列持续时间Tcode，甚至可以有利的是，使时间延迟在明显更小的值Tcode处结束，即在以下值处：该值相应于存在的最大测量范围并且因此相应于所要求的唯一性范围（Eindeutigkeitsbereich）。其他运行时间的回波（Echo）于是不感兴趣（interessieren），相应地可以通过限于比Tcode更小的时间上来节省测量时间。
由这些阐述可以看出，测量的精确性决定性地取决于，不同的信号生成如何良好地相互协调。出于该原因而规定，所述控制与评估单元15至少间接同步地控制：通过码序列发生器6产生所述码序列7；产生由所述发送信号9导出的信号12；采样所述混频器输出信号；和采样所述经低通滤波的混频器输出信号；以及优选地所述数字积分器18的积分，这通过附图中的相应的块之间的连接示出。在所示出的料位测量设备中，所述控制也以间接地通过节拍与同步控制装置23来控制的方式进行，其中，节拍与同步控制装置23优选拥有数字的、高度精确的时钟节拍（Uhrentakt）24。所述控制如此实现，使得控制与评估单元15在节拍与同步控制装置23处中央地请求新的测量，其中，节拍与同步控制装置23然后在所连接的位置处发起相应的过程，也即例如在码序列发生器6、21处和在模拟/数字转换器17处。
在图4中示出的料位测量设备3或在图4中示出的用于运行料位测量设备3的方法1以此而出众：借助至少一个另外的相关器25，使所述反射信号10和另外的由所述发送信号9导出的信号26利用所述另外的相关器25经历相关分析，其中，使另外的所导出的信号26相对于所述发送信号9和/或相对于由所述发送信号9导出的信号12时移，从而实现至少两个并行的相关接收器。因此，实现相关器组（Korrelator-Bank），利用所述相关器组进行并行的测量信号处理。为了获得一目了然性，按意义地在示图中忽略待补充的功能块。显然，两个相关器13、25的相关结果被传送给控制与评估单元15。
图5示出用于料位确定的料位测量设备3和与之相关的方法1，所述方法与在图2中示出的实施例的区别仅仅在于，料位测量设备不利用线缆引导的雷达来工作，而是利用自由辐射的雷达来工作。
也适用于图6中的实施例的是，利用自由辐射的雷达来工作，其中分别利用高混频器（Hochmischer）27、28通过与高频的载波信号29的混频来将由所述码序列发生器6所产生的码序列7或者利用所述码序列7编码的发送信号9和由所述发送信号9导出的信号12混频到更高的频带中。重要的是，上混频利用待相关的两个信号进行，其中所述两个信号在混频器16中相乘。
图7示出用于料位确定的料位测量设备3和与之相关的方法，其以此而出众：利用高混频器27通过与高频的载波信号29的混频来将由所述码序列发生器6产生的码序列7或者利用所述码序列7编码的发送信号9混频到更高的频带中；将所接收的反射信号10导向两个单独的正交混频器30、31；所述反射信号10利用所述两个正交混频器中的一个30通过与所述高频的载波信号的混频来被混频回到基带中，并且作为同相分量（Inphasenkomponente）在所述正交混频器30的输出端上准备好；所述反射信号10利用所述两个正交混频器30、31中的另一个正交混频器31通过与时移了90°的高频的载波信号29的混频来被混频回到所述基带中，并且作为正交分量在所述另一个正交混频器31的输出端上准备好，其中，将同相分量输送给所述相关器13的模拟混频器16，并且将正交分量输送给另外的相关器25的模拟混频器，其中，给所述相关器13、25的混频器分别相同地输送所述发送信号9或由所述发送信号9导出的信号12作为另外的混频信号。
这样实现的正交幅度解调导致基带信号的同相分量和正交分量，它们并行地在两个单独的信号处理路径（13、25）中被处理。因此，与图4中的相关器组类似地得出信号处理路径的并行性（Parallelität），然而正交分量、同相分量的操控与脉冲压缩（Pulskompression）在此利用同一另外的码序列发生器（21）进行。
图8示出具有多个并行的料位测量设备的冗余地构造的系统，如其对于安全关键的应用有意义的那样，例如根据SIL规范（SIL：Safety Integrity Level（安全完整性等级））。冗余地应用两个（或必要时更多个）料位测量系统3、3'，它们分别相互独立地测量罐/料仓4内的介质2的料位。优选地，为此，这两个料位测量设备3、3'利用共同的输入耦合装置（发送器8）接入到同一TDR测量探头上。这两个料位测量设备3、3'的相互影响（干扰）和因此错误测量可以利用经编码的二进制信号（码序列）的应用来有利地并且以简单的方式和方法抑制或显著被减轻。
为此，这两个不同的料位测量设备中的码序列发生器6如此设计，使得它们如此产生不同的码序列，使得所产生的这两个信号的交叉相关函数尽可能接近零，也即使得这两个二进制信号尽可能强烈地相互正交。在该前提条件下确保，第一料位测量设备3的发送信号9和第二料位测量设备3'的发送信号9不导致第二料位测量设备3'内的TDR目标的有错误的探测，并且反之亦然（码分多址（Codemultiplex））。
在图9中最后示出一种方法1和一种料位测量设备3，其具有以下特性：在所述介质2上应用经编码的反射器32，所述反射器例如以浮子（Schwimmer）的形式，其中，所述反射器32的编码如此选择，使得经编码的发送信号9的反射信号10是脉冲形的（pulsförmig），其中，将脉冲形的反射信号10引导到脉冲混频器（Pulsmischer）33上并且与由脉冲发生器34产生的脉冲混频并且对所述脉冲形的反射信号顺序地采样，即通过借助模拟的低通滤波器的低通滤波、通过模拟/数字转换器的后续的采样和量化和利用数字积分器的积分。因此，可以实现两种不同的测量方法（脉冲测量）和经扩频（gespreizt）的信号的测量，由此又给出自监视的可能性，其方式是，将在两个并行的信号路径上的测量进行比较。
附图标记
1 用于料位确定的方法
2 介质
3 料位测量设备
4 罐、料仓、容器
5 TDR线缆
6 码序列发生器
7 码序列
7' 如同码序列7，但经时移
8 发送器
9 经编码的发送信号
10 反射信号
11 接收器
12 由发送信号导出的信号
13 相关器
14 定向耦合器
15 控制与评估单元
16 模拟混频器
17 模拟/数字转换器
18 数字积分器
19 低通滤波器
20 延迟元件
21 另外的码序列发生器
22 二进制码序列
23 节拍与同步控制
24 时钟节拍
25 另外的相关器
26 另外的由发送信号9导出的信号
27、28 高混频器
29 高频的载波信号
30、31 正交混频器
32 经编码的反射器
33 脉冲混频器
34 脉冲发生器。

Claims (17)

1.一种用于借助连续波雷达测量来确定介质（2）的料位的方法（1），其中，由码序列发生器（6）产生码序列（7）并且由发送器（8）发射利用所述码序列（7）编码的发送信号（9），其中，所述发送信号（9）至少部分地在所述介质（2）上反射并且作为反射信号（10）由接收器（11）接收，其中，利用相关器（13）使所述反射信号（10）和由所述发送信号（9）导出的信号（12）经历相关分析，并且产生相关结果，其中，控制与评估单元（15）利用所述相关结果来求取相关信号的时间偏移量并且由其求取介质料位，
其特征在于，
所述相关器（13）具有模拟混频器（16），并且所述反射信号（10）和所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）利用所述模拟混频器（16）混频成混频器输出信号；所述相关器（13）具有模拟/数字转换器（17），利用所述模拟/数字转换器对所述混频器输出信号采样并且将所述混频器输出信号量化成数字的混频器输出信号；并且所述相关器（13）具有数字积分器（18），利用所述数字积分器将数字的混频器输出信号的序列数字地积分成所述相关结果，
其中所述相关器（13）具有模拟的低通滤波器（19），并且通过所述低通滤波器（19）对所述混频器输出信号滤波，并且，由所述模拟/数字转换器（17）对经低通滤波的所述混频器输出信号进行采样并量化成数字的混频器输出信号，
其中由所述码序列发生器（6）生成长度Ncode的二进制码序列（22），并且所述发送器（8）以比特持续时间Tchip发射所述二进制码序列（22）的每个比特，并且所述发送器（8）因此以二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip发射所述二进制码序列（22），并且
其中在所述比特频率1/Tchip和所述码序列频率fcode=1/Tcode之间以所述模拟/数字转换器（17）的采样频率fsample进行经低通滤波的混频器输出信号的采样，即所述模拟/数字转换器（17）的所述采样频率fsample至少相应于双倍的所述码序列频率fcode。
2.根据权利要求1所述的方法（1），其特征在于，所述模拟/数字转换器（17）的所述采样频率fsample相应于所述码序列频率fcode的大于十的倍数。
3.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，由所述发送信号（9）利用延迟元件（20）产生或者利用另外的码序列发生器（21）产生所述由所述发送信号（9）导出的信号（12），其中，与所述码序列发生器（6）的所述码序列（7）相比，所述另外的码序列发生器（21）经时移地产生所述码序列发生器（6）的相同的码序列（7'）。
4.根据权利要求3所述的方法（1），其特征在于，顺序地在所述比特持续时间Tchip直至所述二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip的范围中运行时间延迟。
5.根据权利要求4所述的方法（1），其特征在于，使所述时间延迟分别递增地增加了所述比特持续时间Tchip。
6.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述控制与评估单元（15）至少间接同步地控制：通过所述码序列发生器（6）产生所述码序列（7）；产生所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）；采样所述混频器输出信号，或采样所述经低通滤波的混频器输出信号；以及所述数字积分器（18）的积分。
7.根据权利要求6所述的方法（1），其特征在于，所述控制与评估单元（15）至少部分地间接地通过中间接通的节拍与同步控制装置（23）来控制：通过所述码序列发生器（6）产生所述码序列（7）；产生所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）；采样所述混频器输出信号，或采样所述经低通滤波的混频器输出信号；以及所述数字积分器（18）的积分，其中，所述节拍与同步控制装置（23）拥有数字的时钟节拍（24）。
8.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，借助至少一个另外的相关器（25），使所述反射信号（10）和另外的由所述发送信号（9）导出的信号（26）利用所述另外的相关器（25）经历相关分析。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，使另外的所导出的所述信号（26）相对于所述发送信号（9）和/或相对于所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）时移，从而实现至少两个并行的相关接收器。
10.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，分别利用高混频器（27，28）通过与高频的载波信号（29）的混频来将由所述码序列发生器（6）产生的所述码序列（7）或者利用所述码序列（7）编码的所述发送信号（9）和所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）混频到更高的频带中。
11.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，利用高混频器（27）通过与高频的载波信号（29）的混频来将由所述码序列发生器（6）产生的所述码序列（7）或者利用所述码序列（7）编码的所述发送信号（9）混频到更高的频带中；将所接收的所述反射信号（10）导向两个单独的正交混频器（30，31），所述反射信号（10）利用所述两个正交混频器中的一个正交混频器（30）通过与所述高频的载波信号的混频来被混频回到基带中，并且作为同相分量在所述正交混频器（30）的输出端上准备好，所述反射信号（10）利用所述两个正交混频器（30，31）中的另一个正交混频器（31）通过与时移了90°的所述高频的载波信号（29）的混频来被混频回到所述基带中，并且作为正交分量在所述另一个正交混频器（31）的输出端上准备好，其中，将所述同相分量输送给所述相关器（13）的所述模拟混频器（16），并且将所述正交分量输送给另外的相关器（25）的所述模拟混频器，其中，给所述相关器（13，25）的所述混频器分别相同地输送所述发送信号（9）或由所述发送信号（9）导出的信号（12）作为另外的混频信号。
12.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，在所述介质（2）上应用经编码的反射器（32），其中，所述反射器（32）的编码如此选择，使得经编码的所述发送信号（9）的所述反射信号（10）是脉冲形的，其中，将所述脉冲形的反射信号（10）引导到脉冲混频器（33）上并且利用所述脉冲混频器（33）与由脉冲发生器（34）产生的脉冲混频并且对所述脉冲形的反射信号顺序地采样。
13.根据权利要求12所述的方法（1），其特征在于，所述反射器以浮子的形式构造。
14.根据权利要求12所述的方法（1），其特征在于，通过借助模拟的低通滤波器的低通滤波、通过模拟/数字转换器的后续的采样和量化和利用数字积分器的积分，将所述脉冲形的反射信号（10）引导到脉冲混频器（33）上并且利用所述脉冲混频器（33）与由脉冲发生器（34）产生的脉冲混频并且对所述脉冲形的反射信号顺序地采样。
15.一种用于借助连续波雷达测量来确定介质（2）的料位的料位测量设备（3），所述料位测量设备具有：码序列发生器（6），其中，由所述码序列发生器（6）产生码序列（7）；发送器（8），其中，由所述发送器（8）发射利用所述码序列（7）编码的发送信号（9）；接收器（11），其中，所述接收器（11）接收至少部分地在所述介质（2）上反射的所述发送信号（9）作为反射信号（10）；相关器（13），其中，利用所述相关器（13）使所述反射信号（10）和由所述发送信号（9）导出的信号（12）经历相关分析，并且产生相关结果；控制与评估单元（15），其中，所述控制与评估单元（15）利用所述相关结果来求取相关信号的时间偏移量并且由其求取介质料位，
其特征在于，所述相关器（13）具有模拟混频器（16），并且所述反射信号（10）和所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）利用所述模拟混频器（16）混频成混频器输出信号，所述相关器（13）具有模拟/数字转换器（17），利用所述模拟/数字转换器对所述混频器输出信号采样并且将所述混频器输出信号量化成数字的混频器输出信号，并且所述相关器（13）具有数字积分器（18），利用所述数字积分器将数字的混频器输出信号的序列数字地积分成所述相关结果，
其中所述相关器（13）具有模拟的低通滤波器（19），并且所述混频器输出信号通过所述低通滤波器（19）来滤波，并且，经低通滤波的混频器输出信号由所述模拟/数字转换器（17）来采样并且被量化成数字的混频器输出信号，
其中由所述码序列发生器（6）生成长度Ncode的二进制码序列（22），并且所述发送器（8）以比特持续时间Tchip发射所述二进制码序列（22）的每个比特，并且所述发送器（8）因此以二进制码序列持续时间Tcode=Ncode*Tchip发射所述二进制码序列（22），并且
在所述比特频率fchip=1/Tchip和所述码序列频率fcode=1/Tcode之间以所述模拟/数字转换器（17）的采样频率fsample进行所述经低通滤波的混频器输出信号的采样，即所述模拟/数字转换器（17）的所述采样频率fsample至少相应于双倍的所述码序列频率fcode。
16.根据权利要求15所述的料位测量设备（3），其特征在于，所述模拟/数字转换器（17）的所述采样频率fsample相应于所述码序列频率fcode的大于十的倍数。
17.根据权利要求15或16所述的料位测量设备（3），其特征在于，包含延迟元件（20），其中，经编码的发送信号（9）在输入侧被馈入到所述延迟元件（20）中，并且所述延迟元件（20）输出经时间延迟的经编码的发送信号（9）作为所述由所述发送信号导出的信号（12）；和/或，包含另外的码序列发生器（21），其中，与所述码序列发生器（6）的码序列（7）相比，所述另外的码序列发生器（21）经时移地产生所述码序列发生器（6）的相同的码序列（7'）并且将其作为所述由所述发送信号（9）导出的信号（12）输出。
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