CN112415508A - 确定混合比 - Google Patents
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Abstract
用于确定包括至少两种不同的流体（H2O，GLY）的混合物的混合比的装置，其包括：具有设置用于确定混合比的尤其被流过的测量区域（MR）的管道区段（2）；其中所述混合物设置用于流过管道区段（2）；具有雷达传感器芯片的雷达传感器系统，雷达传感器芯片具有布置在管道区段（2）外壁上和/或至少部分穿过外壁的传感器外侧；雷达传感器系统设立为：经由传感器外侧将预给定频率范围（Δf）内调频的毫米雷达波（fS）辐射到测量区域（MR）中；接收所述混合物处反向散射的毫米雷达波（fR）；借助反向散射的毫米雷达波针对预给定频率范围（Δf）确定与频率有关的反射系数（ρf）；并根据反射系数（ρf）通过计算确定或分配混合比。
Description
技术领域
本公开涉及借助于雷达确定在加热技术、通风技术、空调技术和冷却技术的系统（Anlagen）中流过（durchströmen）管道的液体的混合比。本公开还涉及用于确定液体的混合比的测量装置以及方法。
在本公开中，这特别是涉及：确定智能（smart）流量阀中的混合比。在此，通常应确定由乙二醇和水组成的混合物的混合比。对在由水和乙二醇组成的混合物中的乙二醇含量的了解使得可以适当处理通过该阀门的热传递。
背景技术
2011年10月19日提交了国际专利申请WO 2012/065276 A1。该申请于2012年5月24日公开。WO 2012/065276 A1涉及确定由传热液体组成的热流。根据WO 2012/065276 A1，两个超声换能器14、15布置在用于测量热流的设备10中。这些超声换能器与调节器19通信。调节器19又与评估单元20连接。附加地，设备10包括布置在这两个超声换能器之间的温度传感器17。
现在，在WO 2012/065276 A1的设备10中，借助温度传感器10确定流体的绝对温度。同时，借助超声换能器14、15测量所述流体中的声速。根据所述绝对温度和测得的声速，现在可以推断出水-乙二醇混合物的密度和混合比。
2007年3月29日在德国提交了专利申请DE 10 2007 015 609 A1，这是一种用于确定调温循环线路中的能量消耗的冷量表装置或热量表装置。该专利申请于2008年10月9日公开。DE 10 2007 015 609 A1公开了一种测量设备2，其具有用于确定流量的超声测量头4。测量设备2还包括两个温度探头9，用于检测在进流末端和回流末端之间的温度下降。温度探头9和超声测量头4与控制器12连接。
DE 10 2007 015 609 A1的测量设备2提供了微风速计13。该微风速计13布置在进流侧和回流测之间，并且同样与控制器12连接。根据微风速计13检测的值得到关于比热的估计k。因此，微风速计13使得能够将k的值包括到热流估计中。可以设想，根据k值推断出水-乙二醇混合物的组成。
除了DE 10 2007 015 609 A1和WO 2012/065276 A1的方案外，还可以进行手动输入。代替自动确定混合比，该手动方案需要用户输入。该方案以对加热、通风和空调系统的管道中水-乙二醇混合物的混合比的足够了解为前提。该手动方案容易受用户的错误输入的影响。
发明内容
本公开教导：不需要复杂的超声传感器即可对液体、特别是水-乙二醇混合物进行分类。相应于本公开的分类避免了由于用户的不正确输入而导致的错误。
从Soli项目（https://atap.google.com/soli/，于2019年8月6日调取）中已知一种微型雷达传感器系统。该微型雷达传感器系统最初是为手势识别而开发的。根据本公开，并非以雷达支持的方式检测手指的运动以用于识别手势，而是确定混合比。该传感器的侧面尺寸为10毫米比8毫米（10mm x 8mm）。使用六十千兆赫兹（60GHz）的毫米雷达波。功耗为三百毫瓦（300mW）。该传感器的作用范围是十米（10m）。对于Soli传感器的更多技术细节尤其是在Jaime Lien，Nicholas Gillian，M. Emre Karagozler，Patrick Amihood，CarstenSchwesig，Erik Olson，Hakim Raja和Ivan Poupyrev的文章中可见。该文章于2016年7月在ACM Transactions on Graphics，第35卷，第4期，第142篇文章中发表。该文章的标题为“Soli: Ubiquitous Gesture Sensing with Millimeter Wave Radar”（Soli：使用毫米波雷达的无处不在的手势感测）。
本公开的目的还在于提供一种用于对水-乙二醇混合物进行分类的鲁棒装置。为此，将雷达传感器系统与管道相邻地布置。因此，所述雷达传感器系统在空间上与待检查的流体分开。
此外，本公开的目的是借助可商购的组件来执行对水-乙二醇混合物的检查。出于这个原因，使用了可商购的雷达传感器。根据本公开的分类适用于工业用途，例如在加热、通风和空调技术的阀门中。
本公开的又一个目的是提供可以针对各种各样的流体来应用的混合比确定。因此，所公开的分类不限于由水和乙二醇组成的混合物。而是该分类也适合于识别混合物中的危险液体和/或危险组成部分。
本公开的又一个目的是提供一种方法和一种装置，其中该方法和该装置使用数字计算单元来精确地计算至少两种流体的混合物的混合比。此外，本公开的目的是提供一种方法和一种装置，其中该方法和该装置最大限度地使用数字计算单元的算术功能来精确计算至少两种流体的混合物的混合比。
此外，本公开的目的是尽可能精确地确定混合比。为此，提供一种抑制由于反射而在管道区段中引起的干扰的装置。
此外，本公开的目的是识别设备中的故障，所述设备例如是加热、通风和空调技术的阀门。例如，可以鉴于合理性来检查借助雷达传感器获得的测量值。在必要情况下向用户发送（absetzen）信号，据此来对装置进行维护或修理。同样可能的是，在测量值不合理的情况下关闭阀门。由此闭锁了（verriegeln）加热、通风和空调系统。
附图说明
基于以下详细描述，各种细节对于本领域技术人员将变得可用。在此，各个实施方式不是限制性的。说明书所附的附图可以被描述如下：
图1图解了具有雷达传感器系统的管道区段。
图2像图1一样示出了具有雷达传感器系统的管道区段，其中在所述雷达传感器系统的对面安装了由雷达波吸收材料制成的层。
图3示意性地图解了雷达传感器系统的控制和/或调节单元。
图4示出了雷达传感器芯片的其他细节。
图5借助图表图解了反射系数与频率之间的关系。
具体实施方式
图1图解了基本的测量原理。将频率为例如60千兆赫兹且相应的波长为5毫米及以下的毫米雷达波fS辐射（einstrahlen）到管道区段2的内部空间MR中。该内部空间MR也可以称为测量区域或测量空间。附图标记R表示距雷达传感器芯片RC的传感器外侧CA、特别是距传感器外侧CA的平面中心的径向距离。预期在接下来的图2，用RMIN表示最小径向距离，由雷达传感器芯片RC发射的毫米雷达波fS只是自该最小径向距离起穿过（hindurchverlaufen）要检查的混合物FL。以相应的方式，用RMAX表示最大径向距离，到该最大径向距离为止所发射的毫米雷达波fS只是恰好穿过要检查的混合物FL。
在此，使用小型化的雷达传感器芯片RC。雷达传感器芯片RC与管道区段2相邻地放置。管道区段2本身优选地由对于上述毫米雷达波基本上透明的材料制成。该材料可以例如是塑料或陶瓷。混合物FL，例如由水和乙二醇组成的混合物，流经管道区段2。在此，混合物FL使被辐射到管道2或管道区段的内部空间MR中的毫米雷达波fS散射。雷达传感器芯片RC接收被散射的毫米雷达波fR并以信号技术的方式对其进行处理。
散射特性取决于流体FL的电磁特性。相应地，可以基于混合物FL的散射特性对该混合物FL进行分类。
例如，将水和/或水混合物设置作为混合物FL。特别是设置由水和至少一种其他物质组成的混合物，所述至少一种其他物质选自：
-氯化钙，
-乙醇，
-乙二醇，
-甘油，
-乙酸钾，
-甲酸钾，
-氯化镁，
-甲醇，
-氯化钠，和/或
-1,2-丙二醇。
此外，所述流体可以包括冷却剂，所述冷却剂选自：
-R-401A，
-R-404A，
-R-406A，
-R-407A，
-R-407C，
-R-408A，
-R-409A，
-R-410A，
-R-438A，
-R-500，和/或
-R-502。
上面的列表是不完全的。
分析所谓的复反射系数ρf。特别地，分析了复合反射系数ρf随材料组成的变化。规定：分析相关频率范围内的流体FL的散射特性。
此外，射频信号的衰减可以给出有关液体类型的提示。例如，可以通过这种方式将诸如牛奶这样的液体与自来水区分开。
此外，可以识别出具有不同葡萄糖值的溶液的介电特性的变化。通过这种方式可以区分不同的浓度。因此，毫米波适合于在与糖尿病患者的血糖浓度相似的浓度情况下在生物介质中识别葡萄糖。
进一步建议，在线性调频信号（Chirp-Signal）的意义上，将具有预给定的频率偏移，即在预给定的频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到测量区域MR中。这种（连续）调频的毫米雷达波fS可以例如是所谓的FMCW毫米雷达波fS。然后，在混合物FL处以及在管道区段2的材料上反向散射的、相应调频的毫米雷达波fR借助接收天线信号Rx0'与发射天线信号Tx0'（向下）混合（heruntermischen）成中频信号。随后将所述中频信号转换成所属的频谱，例如借助于傅立叶变换。然后可以根据向下混合后的中频信为号的频谱来确定与频率有关的反射系数ρf。
通过接收天线信号Rx0'的向下混合，有利地可以在明显更低的频带中进行简化的电子的进一步处理。
为了最小化所发射的毫米雷达波fS在管道区段2的材料处的反射的在测量技术上的可能不利的影响，例如可以“切去（wegschneiden）”所述中频信号的开头。鉴于时间方面而言，被切除的信号对应于直接在雷达传感器芯片RC上被管道区段2的壁反射的雷达波fR（参见图2）。因此，可以保持不考虑所述中频信号的以下时间段，在距传感器芯片外侧的最小距离RMIN内的所反射的雷达波fR可以被分配给所述时间段。以相应的方式，可以“切掉（abschneiden）”所述中频信号的结尾（Ende），鉴于时间方面而言，该中频信号的结尾对应于被管道区段2的相对壁反射的雷达波fR（参见图2）。可以保持不考虑所述中频信号的以下时间段，距所述传感器芯片外侧大于最大距离RMAX的所反射的雷达波fR可以被分配给所述时间段。
替代地，可以将完整的中频信号转换为所属的频谱。然后可以保持不考虑在该频谱中与最小距离RMIN和最大距离RMAX成正比的频率范围。在图2的示例中，仅对于（由传感器芯片外侧CA测量的）大于最小距离RMIN且小于最大距离RMAX的径向距离值R考虑在混合物FL处反射的雷达波fR。
可选地，可以布置雷达波吸收层4。图2示出了这样的雷达波吸收层4。该层4抑制干扰。该层4可以被布置为，使得它从外部包围管道2的至少部分。雷达波吸收层4也可以布置在所述管道内。还规定，所述管道的壁面（Wand）或壁（Wandung）包括雷达波吸收材料。
图3示出了雷达传感器系统RS，其包括具有集成的信号处理器的雷达传感器芯片GR。雷达传感器系统RS还包括具有集成的信号处理器的微控制器GC。所述具有集成的信号处理器的微控制器GC借助第一温度传感器TS1来检测管道区段2中混合物FL的温度。所述具有集成的信号处理器的微控制器GC借助接口输出有关混合物FL类型的数字信息或模拟信息。特别地，所述具有集成的信号处理器的微控制器GC输出有关混合物FL的混合比的数字信息或模拟信息。
为此，由具有集成的信号处理器的所述微控制器GC所包括的微控制器MC将控制数据CSP发送到信号处理器SP。作为回报，信号处理器SP将探测结果DET发送到微控制器MC。
有利地，具有集成的信号处理器的所述微控制器GC还包括信号处理器SP。在紧凑的实施方式中，微控制器MC和信号处理器SP被布置在同一芯片上。在这种情况下，微控制器MC和信号处理器SP是单芯片系统的部分。
在一个实施方式中，微控制器MC包括存储器。例如，在微控制器MC的所述存储器中可以存储用于确定混合物FL的混合比的表格值。有利地，微控制器MC的所述存储器是非易失性的。
此外规定，微控制器MC具有算术逻辑单元。微控制器MC的算术逻辑单元执行例如为了确定混合物FL的混合比所需要的计算。
信号处理器SP在其侧从雷达传感器芯片RC接收数据RDAT。同时，信号处理器SP借助控制信号CRC来控制雷达传感器芯片RC。因此规定：信号处理器RC向雷达传感器芯片RC发送控制信号CRC、诸如运行方式、频率和/或频率偏移。
有利地，所述具有集成的信号处理器的雷达传感器芯片GR也包括信号处理器SP。在另一个紧凑的实施方式中，雷达传感器芯片RC和信号处理器SP布置在同一芯片上。在这种情况下，雷达传感器芯片RC和信号处理器SP是单芯片系统的部分。
还规定，微控制器MC和信号处理器SP以及雷达传感器芯片RC可以布置在同一芯片上。在这种情况下，微控制器MC和信号处理器SP以及雷达传感器芯片RC是单芯片系统的部分。
图4图解了雷达传感器芯片RC的细节。雷达传感器芯片RC具有至少一个接收天线Rx0-Rx3。所述至少一个接收天线Rx0-RX3布置为从管道区段2接收射频信号。所述至少一个接收天线Rx0-Rx3特别是布置为从管道区段2接收毫米雷达波。
还规定，雷达传感器芯片RC包括至少两个接收天线Rx0-RX3。雷达传感器芯片RC优选地甚至包括三个或四个接收天线Rx0-RX3。
此外，雷达传感器芯片RC具有至少一个发射天线Tx0，Tx1。至少一个发射天线Tx0，Tx1布置为将射频信号辐射到管道区段2中。所述至少一个发射天线Tx0，Tx1特别是布置为将毫米雷达波辐射到管道区段2中。
优选地，雷达传感器芯片RC包括射频级（Hochfrequenzstufe）RF。该射频级RF在其侧与锁相环PLL通信。该锁相环PLL还可以包括计时器。在集成的实施方式中，雷达传感器芯片RC和锁相环PLL布置在同一芯片上。在这种情况下，雷达传感器芯片RC和锁相环PLL是单芯片系统的部分。
图5示出了反射系数ρf在频率上的示例性变化过程。反射系数ρf被用于确定混合物FL的混合比。所述反射系数被定义为反射信号Vr与辐射信号Vh之比：
ρf=Vr/Vh。
反射信号Vr和辐射信号Vh一般是复变量。因此，反射系数的值（Betrag）|ρf|通常根据驻波比（Stehwellenverhältnis）SWR来给定：
|ρf|=（SWR-1）/（SWR+1）。
有利地，雷达传感器系统RS对反射系数ρf的值和/或实部进行评估。例如，可以借助反射系数ρf并且借助在雷达传感器系统RS的存储器中存放的分配表格分配混合比。必要时除了存放的表格之外还附加地使用表格值之间的插值，特别是线性插值。
在此所使用的意义上，当与数值或数值范围结合使用时，术语“大约”和“基本上”意味着所述数值或数值范围的+/-5％。
因此，本公开教导了一种用于确定混合物FL的混合比的方法，其中该混合物FL包括至少两种不同的流体H2O，GLY，并被设置用于设备或系统中的技术过程，其中该方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有至少两个不同频率的毫米雷达波fS辐射到具有混合物FL的测量区域MR中；
-在测量过程期间，接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR；
-借助在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR并借助至少两个不同的频率来确定与频率有关的反射系数ρf；和
-根据所确定的反射系数ρf通过计算来确定所述混合比。
所述设备或系统优选地包括加热、通风和/或空调系统。此外，所述设备或系统优选地包括管道区段2。测量区域MR理想地布置在管道区段2中。
规定：用于确定混合物FL的混合比的所述方法包括以下步骤：
-将所确定的反射系数ρf分配至混合物FL的混合比。
特别是规定，用于确定混合物FL的混合比的所述方法包括以下步骤：
-借助分配表格将所确定的反射系数ρf分配至混合物FL的混合比。
所述至少两个不同的频率优选相差至少一个兆赫，优选相差至少两个兆赫，此外优选相差至少五个兆赫。明显不同的频率使得能够在扩展的频率范围Δf中确定反射系数ρf。所述混合比的确定由此变得更加精确。
本公开还教导了前述方法之一包括以下步骤：
在测量过程期间，将连续调频的毫米雷达波fS辐射到具有混合物FL的测量区域MR中；
-在测量过程期间，接收在混合物FL处反向散射的连续调频的毫米雷达波fR；以及
-借助在混合物FL处反向散射的连续调频的毫米雷达波fR来确定与频率有关的反射系数ρf。
本公开还教导了一种用于确定混合物FL的混合比的方法，其中该混合物FL包括至少两种不同的流体H2O，GLY并且被设置用于设备或系统中的技术过程，其中该方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有至少两个不同频率的连续调频的毫米雷达波（fS）辐射到具有混合物（FL）的测量区域（MR）中；
-在测量过程期间，接收在混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）；
-借助在混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）并且借助所述至少两个不同的频率，确定与频率有关的反射系数（ρf）；以及
-根据所确定的反射系数（ρf）通过计算来确定所述混合比。
本公开还教导了一种用于确定混合物FL的混合比的方法，其中该混合物FL包括至少两种不同的流体H2O，GLY并且被设置用于设备或系统中的技术过程，其中该方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将连续调频的毫米雷达波（fS）辐射到具有混合物（FL）的测量区域（MR）中；
-在测量过程期间，接收在混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）；
-借助在混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）确定与频率有关的反射系数（ρf）；以及
-根据所确定的反射系数（ρf）通过计算来确定所述混合比。
本公开还教导了前述方法之一包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有彼此不同的雷达频率f1，f2，fn的毫米雷达波fS的时间序列（zeitliche Folge）辐射到具有混合物FL的测量区域MR中；
-在测量过程期间接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR；
-分别确定关于这些彼此不同的雷达频率f1，f2，fn其中至少两个雷达频率的反射系数ρf；以及
-根据各自的反射系数ρf通过计算来确定所述混合比。
本公开还教导了在不同雷达频率f1，f2，fn的参与下的前述方法之一，其中该方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有至少五个彼此不同的雷达频率f1，f2，fn的毫米雷达波fS的时间序列辐射到具有混合物FL的测量区域MR中；
-分别确定关于这些彼此不同的雷达频率f1，f2，fn其中至少五个雷达频率的反射系数ρf。
特别是规定，用于在毫米雷达波fS的序列的参与下确定混合物FL的混合比的方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有彼此分别不同的雷达频率f1，f2，fn的毫米雷达波fS的时间序列辐射到具有混合物FL的测量区域MR中。
还规定，用于在一系列毫米雷达波fS的参与下确定混合物FL的混合比的方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有彼此成对地不同的雷达频率f1，f2，fn的毫米雷达波fS的时间序列辐射到具有混合物FL的测量区域MR中。
本公开还教导了前述方法之一包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有毫米雷达波fS的发射天线信号Tx0'连续波辐射到具有混合物FL的测量区域MR中；
-其中，所辐射的毫米雷达波fS具有预给定的频率偏移；
-在测量过程期间，借助接收天线信号Rx0'接收在混合物FL处反向散射的经相应调频的毫米雷达波fR；
-将发射天线信号Tx0'与接收天线信号Rx0'混合成中频信号；
-将所述中频信号转换为所属的频谱SP；以及
-根据所述频谱SP、至少根据所述频谱SP之内的一个频率范围来确定所述混合比。
“连续波辐射（Dauerstrich-Einstrahlen）”是指具有毫米雷达波fS的发射天线信号Tx0'具有恒定的振幅、至少基本上是恒定的振幅。具有预给定频率偏移的所辐射的毫米雷达波fS典型地是所谓的FMCW毫米雷达波（FMCW表示frequency modulated continuouswave（调频连续波））。这样的发射天线信号Tx0'也被称为线性调频信号。特别地，所述线性调频信号的频率优选连续增加或减小。
本公开还教导了一种用于在信号混合过程的参与下确定混合物FL的混合比的方法，其中该方法包括以下步骤：
-将所述中频信号转换为所属的频谱SP。
本公开还教导了一种用于在信号混合过程的参与下确定混合物FL的混合比的方法，其中该方法包括以下步骤：
-将所述中频信号傅立叶变换为所属的频谱SP。
本公开特别是教导了一种用于在信号混合过程的参与下确定混合物FL的混合比的方法，其中该方法包括以下步骤：
-借助快速傅立叶变换将所述中频信号转换为所属的频谱SP。
本公开还教导了一种用于在信号混合过程的参与下确定混合物FL的混合比的方法，其中该方法包括以下步骤：
-将频谱SP分配至混合比MV。
本公开特别是教导了一种用于在信号混合过程的参与下确定混合物FL的混合比的方法，其中该方法包括以下步骤：
-借助分配表格将频谱SP分配至混合比。
本公开还教导了前述方法之一，其中毫米雷达波fS，fR的辐射和接收借助安装在管道区段2上的雷达传感器系统RS进行。
理想地，雷达传感器系统RS与测量区域MR邻接。管道区段2有利地包括测量区域MR。
有利地，借助安装在管道区段2上的雷达传感器芯片RC来辐射和接收毫米雷达波fS，fR。
理想地，雷达传感器芯片RC与测量区域MR邻接。管道区段2有利地包括测量区域MR。
本公开还教导了一种机器可读介质，该机器可读介质具有存储在其上的一组指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时促使所述一个或多个处理器执行上述方法之一。
规定：所述机器可读介质是非易失性的。
本公开还教导了一种计算机程序产品，其具有用于执行本公开的方法之一的计算机可执行的指令。
本公开还教导了一种用于确定混合物FL的混合比的装置，其中所述混合物FL包括至少两种不同的流体H2O，GLY，所述装置包括：
-管道区段2，其具有被设置用于确定所述混合比的特别是被流过的测量区域MR；
-其中所述混合物FL被设置用于流过管道区段2；
-雷达传感器系统RS，所述雷达传感器系统RS包括雷达传感器芯片RC，其中所述雷达传感器芯片RC具有传感器外侧，所述传感器外侧布置在管道区段2的外壁上和/或穿过所述外壁；
其中，所述雷达传感器系统RS被设立为：
-经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中；
-接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR；
-借助反向散射的毫米雷达波fR针对预给定频率范围Δf确定与频率有关的反射系数ρf；以及
-根据所确定的与频率有关的反射系数ρf通过计算来确定所述混合比。
有利地，雷达传感器系统RS可以被设立为：
-在测量过程期间，经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中；以及
-在测量过程期间接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR。
根据一个实施方式，所述传感器外侧至少部分地穿透外壁。
在一个实施方式中，雷达传感器系统RS被设立为接收在混合物FL处反向散射的、经相应调频的毫米雷达波fR。
规定：加热、通风和/或空调系统包括所述管道区段2。还规定：技术系统或设备包括所述管道区段2。还规定：阀门包括所述管道区段2。特别地，所述阀门的入口和出口之间的流体路径可以包括所述管道区段2。还规定：所述管道区段2包括外壁。
进一步规定：雷达传感器系统RS被设立为针对预给定频率范围Δf确定与频率有关的介电反射系数ρf。
优选地，混合物FL包括至少两种不同的液体H2O，GLY。理想地，所述至少两种不同的液体H2O，GLY在293开氏温度和1013百帕斯卡的压力下呈液态的聚集状态。
本公开还教导了前述装置之一，其中，雷达传感器芯片RC被设立为：
-经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中；以及
-接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR。
本公开还教导了包括进行接收的雷达传感器芯片RC的前述装置之一，其中所述进行接收的雷达传感器芯片RC被设立为：
-接收在混合物FL处反向散射的经相应调频的毫米雷达波fR。
本公开还教导了前述装置之一：
-其中雷达传感器系统RS包括微控制器MC；
-其中微控制器MC与雷达传感器芯片RC通信地连接；
其中微控制器MC被设立为：
-借助反向散射的毫米雷达波fR针对预给定频率范围Δf确定与频率有关的反射系数ρf；以及
-根据所确定的与频率有关的反射系数ρf通过计算来确定所述混合比。
在一个实施方式中，微控制器MC被设立为：
-借助反向散射的毫米雷达波fR针对预给定频率范围Δf通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的实部；以及
-根据所述实部通过计算来确定所述混合比。
在又一个实施方式中，微控制器MC被设立为：
-借助反向散射的毫米雷达波fR针对预给定频率范围Δf通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的值；以及
-根据所述值通过计算来确定所述混合比。
在又一个实施方式中，微控制器MC被设计为：
-借助反向散射的毫米雷达波fR针对预给定频率范围Δf通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的虚部；以及
-根据所述虚部通过计算来确定所述混合比。
本公开还教导了具有微控制器MC的前述装置之一，其中所述微控制器MC被设立为：
-接收包括关于反向散射的毫米雷达波fR的测量值的探测结果DET；和
-借助探测结果DET，针对预给定频率范围Δf确定与频率有关的反射系数ρf。
特别地，微控制器MC被设立为从雷达传感器芯片RC接收探测结果DET，该探测结果DET包括关于反向散射的毫米雷达波fR的数字化数据。
在一个实施方式中，微控制器MC被设立为：
-借助探测结果DET，针对预给定频率范围Δf通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的实部；和
-根据所述实部通过计算来确定所述混合比。
在另一个实施方式中，微控制器MC被设立为：
-借助探测结果DET，针对预给定频率范围Δf通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的值；和
-根据所述值通过计算来确定所述混合比。
在又一个其他实施方式中，微控制器MC被设立为：
-借助探测结果DET，针对预给定频率范围Δf）通过计算来确定与频率有关的反射系数ρf的虚部；和
-根据所述虚部通过计算来确定所述混合比。
本公开还教导了前述装置之一：
-其中雷达传感器系统RS包括信号处理器SP；
-其中信号处理器SP与雷达传感器芯片RC通信地连接；
-其中信号处理器SP与微控制器MC通信地连接；
其中，信号处理器SP被设立为：
-从雷达传感器芯片RC接收包括关于反向散射的毫米雷达波fR的数字化信号的接收数据RDAT；
-根据接收数据RDAT产生探测结果DET，该探测结果DET包括接收数据RDAT的经处理成测量值的数字化信号；
-将探测结果DET发送到微控制器MC；
其中微控制器MC被设立为：
-从信号处理器SP接收探测结果DET；以及
-借助探测结果DET针对预给定频率范围Δf确定与频率有关的反射系数ρf。
本公开还教导了具有微控制器MC和信号处理器SP的前述装置之一：
其中微控制器MC被设立为：
-将控制数据CSP发送到信号处理器SP；
-其中控制数据CSP包括至少一个指令，用于辐射在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS；
其中，信号处理器SP被设立为：
-从微控制器MC接收控制数据CSP；
-根据接收到的控制数据CSP产生至少一个控制信号CRC，其中所述至少一个控制信号CRC包括至少一个变量，所述至少一个变量选自：
o频率
o频率偏移，
o调制方法；
-将至少一个控制信号CRC发送到雷达传感器芯片RC；
其中雷达传感器芯片RC被设立为：
-从信号处理器SP接收至少一个控制信号CRC；
-由于接收到至少一个控制信号CRC，经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中；以及
-其中所述辐射根据由所述至少一个控制信号CRC所包括的至少一个变量来进行。
规定：所述至少一个控制信号CRC描述了至少一个变量，所述变量选自：
-频率，
-频率偏移，
-调制方法；
并且
-所述辐射根据由所述至少一个控制信号CRC所描述的至少一个变量来进行。
在一个实施方式中，信号处理器SP被设立为：
-根据由控制数据CSP所包括的至少一个指令来产生所述至少一个变量。
特别地，可以将信号处理器SP设立为：
-根据由控制数据CSP所包括的至少一个指令来计算所述至少一个变量。
进一步规定，所述调制方法描述了选自以下的至少一种调制方法：
-频率调制，
-振幅调制，
-相位调制。
还规定，所述调制方法包括选自以下的至少一种调制方法：
-频率调制，
-振幅调制，
-相位调制。
特别是规定，所述调制方法是选自以下的至少一种调制方法
-频率调制，
-振幅调制，
-相位调制。
有利地，所述调制方法描述了频率调制，或者所述调制方法包括频率调制，或者所述调制方法是频率调制。
本公开还教导了前述装置之一，其中雷达传感器芯片RC在其传感器外侧具有至少一个发射天线Tx0，Tx1；
其中，雷达传感器系统RS被设立为：
-借助至少一个发射天线Tx0，Tx1经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中。
在一个特殊的实施方式中，雷达传感器芯片RC被设立为：
-借助至少一个发射天线Tx0，Tx1经由所述传感器外侧将在预给定频率范围Δf内的经调频的毫米雷达波fS辐射到所述测量区域MR中。
本公开还教导了上述装置之一，其中雷达传感器芯片RC在其传感器外侧上具有至少一个接收天线Rx0-Rx3；
其中，雷达传感器系统RS被设立为：
-借助至少一个接收天线Rx0-Rx3接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR。
在一个特殊的实施方式中，雷达传感器芯片RC被设立为：
-借助至少一个接收天线Rx0-Rx3接收在混合物FL处反向散射的毫米雷达波fR。
在一个优选的实施方式中，所述至少一个接收天线Rx0-Rx3不同于所述至少一个发射天线Tx0，Tx1。在紧凑的实施方式中，所述至少一个接收天线包括所述至少一个发射天线。
本公开还教导了前述装置之一，
该装置附加地包括：
-雷达波吸收层4；并且
-其中雷达波吸收层4布置在管道区段2的外壁上和/或穿透该外壁。
根据一个实施方式，雷达波吸收层4至少部分地穿透所述外壁。
雷达波吸收层4优选地布置在管道区段2的与雷达传感器芯片RC的传感器外侧相对的外壁上。该雷达波吸收层4有助于抑制在管道区段2的外壁上的干扰性反射。
雷达波吸收层4有利地包括由雷达波吸收材料（RAM）制成的层。雷达波吸收材料（RAM）尤其可以是雷达波吸收泡沫。在一个特殊的实施方式中，由雷达波吸收材料（RAM）制成的层包括例如以羰基铁来覆层的小球。在另一个特殊的实施方式中，由雷达波吸收材料（RAM）制成的层包括聚氨酯并且掺有（versetzen mit）由羰基铁和/或由（结晶）石墨制成的小球。
本公开还教导了一种用于确定混合物FL的混合比的装置，其中所述混合物FL包括至少两种不同的流体H2O，GLY，该装置包括：
-管道区段2，其具有设置用于确定所述混合比的、特别是被流过的第一测量区域MR以及具有设置用于确定所述混合比的特别是被流过的第二测量区域MR；
-其中混合物FL被设置用于流过该管道区段2并由此限定了流动方向；
-在第一测量区域MR的位置处的第一雷达传感器系统RS，其包括第一雷达传感器芯片RC，其中第一雷达传感器芯片RC具有第一传感器外侧，所述第一传感器外侧布置在管道区段2的外壁上和/或穿过该外壁；
-在第二测量区域MR的位置处的第二雷达传感器系统RS，其包括第二雷达传感器芯片RC，其中第二雷达传感器芯片RC具有第二传感器外侧，所述第二传感器外侧布置在管道区段2的外壁上和/或穿过该外壁；
-其中连续地（Seriell）布置第一和第二测量区域MR，使得第一测量区域MR位于第二测量区域MR的上游；
-其中在从第一和第二测量区域MR中选择的区域处布置磁体，使得由于磁体引起的磁通量穿透所述区域并且优选地垂直于流动方向地穿透所述区域；
其中，第一雷达传感器系统RS被设立为：
-经由其第一传感器外侧将第一预给定频率范围Δf内的第一毫米雷达波fS辐射到第一测量区域MR中；
-接收在混合物FL处反向散射的第一毫米雷达波fR；
-借助反向散射的第一毫米雷达波fR来确定第一反射系数ρf；
其中第二雷达传感器系统RS被设立为：
-经由其第二传感器外侧将第二预给定频率范围Δf中的第二毫米雷达波fS辐射到第二测量区域MR中；
-接收在混合物FL处反向散射的第二毫米雷达波fR；
-借助反向散射的第二毫米雷达波fR来确定第二反射系数ρf；以及
其中，所述装置包括与第一雷达传感器系统RS和第二雷达传感器系统RS通信连接的计算单元，其中所述计算单元被设立为：
-通过将第一反射系数ρf与第二反射系数ρf进行比较来通过计算来确定混合比。
根据一个实施方式，第一传感器外侧至少部分地穿透所述外壁。同样规定，第二传感器外侧至少部分地穿透所述外壁。
在一个实施方式中，磁体包括永磁体。在替代的实施方式中，所述磁体包括电磁体。所述磁体优选地在管道区段2中产生至少0.1特斯拉，优选至少0.2特斯拉或甚至0.5特斯拉的最大通量密度。更高的通量密度使得能够更精确地确定所述混合比。
在一个实施方式中，第一预给定频率范围Δf包括第二预给定频率范围Δf。特别地，第一预给定频率范围Δf可以等于第二预给定频率范围Δf。在替代的实施方式中，第一预给定频率范围Δf不同于第二预给定频率范围Δf。
优选地，所述计算单元被设立为：
-从第一雷达传感器系统RS接收第一反射系数ρf；和
-从第二雷达传感器系统RS接收第二反射系数ρf。
优选地，第一雷达传感器系统RS被设立为将第一反射系数ρf发送到所述计算单元。优选地，第二雷达传感器系统RS被设立为将第二反射系数ρf发送到所述计算单元。
在本发明的范围中，作为毫米雷达波fS特别是适用：波长在2毫米至38毫米之间的电磁波，优选是波长在2毫米至25毫米之间的电磁波，特别优选是波长在3毫米至17毫米之间的电磁波。
根据本公开的设备或方法的一些部分可以被实现为硬件、由计算单元执行的软件模块或者借助云计算机，或者借助前述可能性的组合来实现。所述软件可以包括固件、在操作系统内实施的硬件驱动器或应用程序。因此，本公开还涉及包含本公开的特征或执行必要步骤的计算机程序产品。当实现为软件时，所描述的功能可以作为一个或多个命令保存在计算机可读介质上。计算机可读介质的一些示例包括工作存储器（RAM）、磁性工作存储器（MRAM）、只读存储器（ROM）、闪存、电子可编程ROM（EPROM）、电子可编程和可擦除ROM（EEPROM）、计算单元的寄存器、硬盘、可更换的存储单元、光学存储器或可由计算机或其他IT设备和应用访问的任何合适的介质。
上述内容涉及本公开的各个实施方式。可以对所述实施方式进行各种改变而不背离基本思想并且不脱离本公开的范围。本公开的主题通过其权利要求限定。在不脱离所附权利要求的保护范围的情况下，可以做出各种改变。
附图标记列表
1 测量装置
2 管道区段、管区段
3 电路载体，电路板
4 雷达波吸收材料（RAM）
CA 芯片外侧，发送和接收侧
CRC 控制信号（用于设置运行方式、频率、频率偏移）
CSP 控制数据（用于配置信号处理器）
DET （混合物的）探测结果
DIE 芯片盘
F 流动方向
FL 流体，混合物
fR 反射的毫米雷达波
fS 发射的毫米雷达波
GC 具有集成的信号处理器的微控制器
GLY 乙二醇
GR 具有集成的信号处理器的雷达传感器芯片
H2O 水
LO 本地振荡器
MC 微控制器
MED 混合物类型，介质类型
MR 测量区域，测量空间
PLL 锁相环
PRGM 在微控制器上执行的计算机程序
PRGS 在信号处理器上执行的计算机程序
Pterm 热功率
R 距离
RC 雷达传感器芯片
RDAT 接收数据（来自雷达传感器芯片的数字化数据）
RF 射频级，射频前端
RMAX 最大距离
RMIN 最小距离
RS 雷达传感器系统
Rx0-Rx3 接收天线
Rx0'-Rx3' HF天线信号，混频器信号
Tx0，Tx1 发射天线
SP 信号处理器
SPI 串行接口
SWR 驻波比
TS1 温度传感器1
TS2 温度传感器2
TS3 温度传感器3，集成在微控制器中
ρf 与频率有关的反射系数
（英语：reflection coefficient）。
Claims (15)
1.用于确定混合物（FL）的混合比的装置，其中所述混合物（FL）包括至少两种不同的流体（H2O，GLY），所述装置包括：
-管道区段（2），所述管道区段具有被设置用于确定所述混合比的特别是被流过的测量区域（MR）；
-其中所述混合物（FL）被设置用于流过所述管道区段（2）；
-雷达传感器系统（RS），所述雷达传感器系统包括雷达传感器芯片（RC），其中所述雷达传感器芯片（RC）具有传感器外侧，所述传感器外侧布置在所述管道区段（2）的外壁上和/或穿过所述外壁；
其中，所述雷达传感器系统（RS）被设立为：
-经由所述传感器外侧将在预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（fS）辐射到所述测量区域（MR）中；
-接收在所述混合物（FL）处反向散射的毫米雷达波（fR）；
-借助所述反向散射的毫米雷达波（fR）针对所述预给定频率范围（Δf）确定与频率有关的反射系数（ρf）；以及
-根据所确定的所述与频率有关的反射系数（ρf）通过计算来确定所述混合比。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述雷达传感器芯片（RC）被设立为：
-经由所述传感器外侧将在预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（fS）辐射到所述测量区域（MR）中；以及
-接收在所述混合物（FL）处反向散射的毫米雷达波（fR）。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，
-其中所述雷达传感器系统（RS）包括微控制器（MC）；
-其中所述微控制器（MC）与所述雷达传感器芯片（RC）通信地连接；
其中所述微控制器（MC）被设立为：
-借助所述反向散射的所述毫米雷达波（fR）针对所述预给定频率范围（Δf）确定与频率有关的反射系数（ρf）；以及
-根据所确定的所述与频率有关的反射系数（ρf）通过计算来确定所述混合比。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述微控制器（MC）被设立为：
-接收包括关于所述反向散射的毫米雷达波（fR）的测量值的探测结果（DET）；和
-借助所述探测结果（DET），针对所述预给定频率范围（Δf）确定与频率有关的反射系数（ρf）。
5.根据权利要求3至4中任一项所述的装置，
-其中所述雷达传感器系统（RS）包括信号处理器（SP）；
-其中所述信号处理器（SP）与所述雷达传感器芯片（RC）通信地连接；
-其中所述信号处理器（SP）与所述微控制器（MC）通信地连接；
其中，所述信号处理器（SP）被设立为：
-从所述雷达传感器芯片（RC）接收包括关于所述反向散射的毫米雷达波（fR）的数字化信号的接收数据（RDAT）；
-根据所述接收数据（RDAT）产生探测结果（DET），所述探测结果（DET）包括所述接收数据（RDAT）的经处理成测量值的数字化信号；
-将所述探测结果（DET）发送到所述微控制器（MC）；
其中所述微控制器（MC）被设立为：
-从所述信号处理器（SP）接收所述探测结果（DET）；以及
-借助所述探测结果（DET）针对所述预给定频率范围（Δf）确定与频率有关的反射系数（ρf）。
6.根据权利要求5所述的装置，
其中所述微控制器（MC）被设立为：
-将控制数据（CSP）发送到所述信号处理器（SP）；
-其中所述控制数据（CSP）包括至少一个指令，用于辐射在所述预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（fS）；
其中，所述信号处理器（SP）被设立为：
-从所述微控制器（MC）接收所述控制数据（CSP）；
-根据接收到的所述控制数据（CSP）产生至少一个控制信号（CRC），其中所述至少一个控制信号（CRC）包括至少一个变量，所述至少一个变量选自：
o频率
o频率偏移，
o调制方法；
-将所述至少一个控制信号（CRC）发送到所述雷达传感器芯片（RC）；
其中所述雷达传感器芯片（RC）被设立为：
-从所述信号处理器（SP）接收所述至少一个控制信号（CRC）；
-由于接收到所述至少一个控制信号（CRC），经由所述传感器外侧将在预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（fS）辐射到所述测量区域（MR）中；以及
-其中所述辐射根据由所述至少一个控制信号（CRC）所包括的所述至少一个变量来进行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，
其中所述雷达传感器芯片（RC）在其传感器外侧具有至少一个发射天线（Tx0，Tx1）；
其中所述雷达传感器系统（RS）被设立为：
-借助所述至少一个发射天线（Tx0，Tx1）经由所述传感器外侧将在预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（RADAR）辐射到所述测量区域（MR）中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，
其中所述雷达传感器芯片（RC）在其传感器外侧上具有至少一个接收天线（Rx0-Rx3）；
其中所述雷达传感器系统（RS）被设立为：
-借助所述至少一个接收天线（Rx0-Rx3）接收在所述混合物（FL）处反向散射的毫米雷达波（fR）。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，
所述装置附加地包括：
-雷达波吸收层（4）；并且
-其中所述雷达波吸收层（4）布置在所述管道区段（2）的外壁上和/或穿透所述外壁。
10.根据权利要求9所述的装置，
其中所述雷达波吸收层（4）包括由雷达波吸收材料（RAM）制成的层；并且
其中所述雷达波吸收材料（RAM）是雷达波吸收泡沫。
11.根据权利要求9所述的装置，
其中所述雷达波吸收层（4）包括由雷达波吸收材料（RAM）制成的层；并且
其中所述由雷达波吸收材料（RAM）制成的层包括以羰基铁来覆层的小球。
12.根据权利要求9所述的装置，
其中所述雷达波吸收层（4）包括由雷达波吸收材料（RAM）制成的层；
其中所述由雷达波吸收材料（RAM）制成的层包括聚氨酯；并且
其中所述由雷达波吸收材料（RAM）制成的层优选地掺有由羰基铁和/或由石墨制成的小球。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，
其中所述雷达传感器系统（RS）被设立为：
-经由所述传感器外侧将波长在3毫米至17毫米之间在预给定频率范围（Δf）内的经调频的毫米雷达波（fS）辐射到所述测量区域（MR）中。
14.用于确定混合物（FL）的混合比的方法，其中所述混合物（FL）包括至少两种不同的流体（H2O，GLY）并被设置用于设备或系统中的技术过程，其中所述方法包括以下步骤：
-在测量过程期间，将具有至少两个不同频率的连续调频的毫米雷达波（fS）辐射到具有所述混合物（FL）的测量区域（MR）中；
-在所述测量过程期间，接收在所述混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）；
-借助在所述混合物（FL）处反向散射的连续调频的毫米雷达波（fR）并且借助所述至少两个不同频率来确定与频率有关的反射系数（ρf）；以及
-根据所确定的反射系数（ρf）通过计算来确定所述混合比。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述测量过程期间，将具有毫米雷达波（fS）的发射天线信号（Tx0'）连续波辐射到具有所述混合物（FL）的所述测量区域（MR）中；
-其中所辐射的所述毫米雷达波（fS）具有预给定的频率偏移；
-在所述测量过程期间，借助接收天线信号（Rx0'）接收在所述混合物（FL）处反向散射的经相应调频的毫米雷达波（fR）；
-将所述发射天线信号（Tx0'）与所述接收天线信号（Rx0'）混合成中频信号；
-将所述中频信号转换为所属的频谱（SP）；以及
-根据所述频谱（SP）确定所述混合比。
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