DE102004051999A1 - Level measurement process based on runtime principle, e.g. used in food processing or chemical processing industry, involves using echo signals obtained from liquid filling container to determine level of liquid inside container - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Laufzeitprinzip.The The invention relates to a method for level measurement according to the transit time principle.
Nach dem Laufzeitprinzip arbeitende Füllstandsmessgeräte werden in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, z.B. in der verarbeitenden Industrie, in der Chemie oder in der Lebensmittelindustrie.To Become the runtime principle level gauges used in a variety of industries, e.g. in the manufacturing industry, in chemistry or in the food industry.
Bei der Füllstandsmessung werden Sendesignale, z.B. kurze elektromagnetische Impulse, Mikrowellen oder Schall- bzw. Ultraschallwellen, zur Oberfläche eines Füllguts gesendet und deren an der Oberfläche reflektierte Echosignale nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen. Es wird eine die Echoamplituden als Funktion der Laufzeit darstellende Echofunktion gebildet. Jeder Wert dieser Echofunktion entspricht der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand vom Füllstandsmessgerät reflektierten Echos.at the level measurement transmit signals, e.g. short electromagnetic pulses, microwaves or sonic or ultrasonic waves sent to the surface of a medium and their on the surface reflected echo signals are received again after a distance-dependent transit time. It becomes one of the echo amplitudes as a function of the term representing Echo function formed. Each value of this echo function corresponds the amplitude of a reflected at a certain distance from the level gauge Echoes.
Anhand der Echofunktion wird ein Echo bestimmt, das wahrscheinlich der Reflexion eines Sendesignals an der Füllgutoberfläche entspricht. Dabei wird in der Regel angenommen, dass dieses Echo, eine größere Amplitude aufweist, als die übrigen Echos. Aus der Laufzeit dieses Echos ergibt sich bei einer festen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sendesignale unmittelbar der Abstand zwischen der Füllgutoberfläche und dem Füllstandsmessgerät.Based The echo function determines an echo, which is probably the Reflection of a transmission signal on the product surface corresponds. It will usually assumed that this echo, a larger amplitude has, as the other echoes. From the duration of this echo results at a fixed propagation speed the transmission signals directly the distance between the Füllgutoberfläche and the level gauge.
Es werden heute hauptsächlich die folgenden drei Typen von nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgeräten eingesetzt: Ein erster Typ erzeugt kurze elektro-magnetische Impulse im Bereich von einer Nanosekunde, die entlang eines Leiters in Richtung des Füllguts geführt werden. An der Füllgutoberfläche aufgrund des dort bestehenden Impedanzsprunges reflektierte Echosignale werden entlang des Leiter wieder aus dem Behälter heraus geführt.It become today mainly the following three types of run-time-based Level gauges used: A first type generates short electro-magnetic pulses in the area of a nanosecond running along a conductor in the direction of filling material guided become. Due to the product surface of the impedance jump reflected there, echo signals are propagated along the ladder back out of the container led out.
Als Leiter können dabei sowohl ein einziger als auch zwei oder mehr parallel zueinander angeordnete Leiter dienen, die sich von einem Punkt oberhalb des höchsten zu messenden Füllstandes nach unten in den Behälter hinein erstrecken.When Head can doing both a single and two or more parallel to each other arranged ladder extending from a point above the highest to be measured level down into the container extend into it.
Ein zweiter Typ generiert Mikrowellen, die mittels einer Antenne in Richtung des Füllguts gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert und anschließend nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden.One second type generates microwaves by means of an antenna in Direction of the product sent, reflected on the product surface and subsequently after a distance-dependent Runtime be received again.
Ein dritter Typ generiert Schall- oder Ultraschallwellen, die in Richtung des Füllguts gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert und anschließend nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden.One third type generates sound or ultrasonic waves in the direction of the contents sent, reflected on the product surface and then after a distance-dependent Runtime be received again.
Bei
allen diesen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgeräten wird
bei der Füllstandsmessung
wie folgt verfahren:
Es werden Sendesignale in Richtung des
Füllgutes gesendet,
und deren Echosignale empfangen. Anhand der Echosignale wird eine
Echofunktion abgeleitet, die Amplituden des Echosignals in Abhängigkeit
von deren Laufzeit enthält.
Es wird dasjenige Echo der Echofunktion bestimmt, das der Reflektion an
der Füllgutoberfläche entspringt
und anhand von dessen Laufzeit der Füllstand berechnet. Dabei wird z.B.
davon ausgegangen, dass das gesuchte Echo die größte Amplitude hat. Üblicherweise
wird die Laufzeit des Maximums des ausgewählten Echos zur Füllstandsberechnung
herangezogen.For all level measuring instruments operating according to the transit time principle, the level measurement is carried out as follows:
Sending signals are sent in the direction of the contents, and their echo signals are received. Based on the echo signals, an echo function is derived which contains amplitudes of the echo signal as a function of their transit time. The echo of the echo function is determined, which originates from the reflection at the product surface and calculates the fill level on the basis of its transit time. It is assumed, for example, that the sought echo has the largest amplitude. Usually, the running time of the maximum of the selected echo is used for filling level calculation.
Bei diesen bekannten Verfahren hängt die Messgenauigkeit entscheidend davon ab, wie genau die Position des Maximums bestimmt werden kann. Es gibt jedoch Messsituationen, bei denen die genaue Bestimmung der Position des Maximums Schwierigkeiten bereitet.at depends on this known method the measurement accuracy crucially depends on how exactly the position of the maximum can be determined. However, there are measurement situations where the exact determination of the position of the maximum difficulties prepares.
Eine
Ursache hierfür
ist z.B. eine begrenzten Bandbreite der Signalverarbeitung. Um z.B.
Signale mit kleinen Amplituden Auswerten zu können, wird eine hohe Verstärkung der
eingehenden Echosignale vorgenommen. Werden nun nachfolgend Echos
mit im Vergleich dazu sehr großer
Amplitude aufgenommen, so gelangt die Signalverarbeitung in den
Bereich der Sättigung
und/oder Übersteuerung.
Entsprechend werden Teile der Echosignale mit sehr großer Amplitude
nicht ausreichend verstärkt.
Die resultierende Echofunktion zeigt dann anstelle eines lokalisierbaren
Maximums einen flachen Verlauf. Ein Beispiel hierzu ist in
Ebenso
treten Probleme auf, wenn sich dem vom Füllstand stammenden Echo ein
anderes Echo, z.B. von Einbauten im Behälter oder bei niedrigen Füllständen vom
Behälterboden, überlagert.
Diese Überlagerung
wird zwar in der Regel als das zur Füllstandsmessung heranzuziehende
Echo erkannt, ihr Maximum kann jedoch gegenüber dem Maximum des reinen
Füllstandsechos
verschoben sein.
Ebenso können Fälle eintreten bei denen z.B. ein Untergrundsignal oder kleinere Störsignale zu einer Verformung des Amplitudenverlaufs der Echofunktion führen.As well can Cases occur in which e.g. a background signal or smaller interference signals too cause a deformation of the amplitude curve of the echo function.
Das letztgenannte Problem ist in der Deutschen Offenlegungsschrift DE-A1 101 42 538 behandelt. Dort ist eine Verfahren zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät beschrieben, bei dem Sendesignale in Richtung des Füllgutes gesendet werden, und deren Echosignale empfangen werden. Bei diesem Verfahren wird das empfangene Echosignal abgetastet, digitalisiert und mit einem bereits vorher digitalisierten abgespeicherten Empfangs- oder Sendesignal oder einem bereitgestellten synthetischen Signal korreliert. Es ist beschrieben, das synthetische Signal durch geeignete parameterabhängige Modellformeln auszudrücken, die den zu erwartenden Signalverlauf des Echosignals möglichst gut wiedergeben. Die Parameter werden derart angepasst, dass ein Korrelationskoeffizient der Korrelation der Echofunktion und der synthetischen Funktion maximal bzw. die Summe der Gaußschen Fehlerquadrate der Abweichung der beiden Funktionen voneinander minimal wird. Die für die Füllstandsbestimmung zu ermittelnde Laufzeit wird anschließend anhand einer Einhüllenden der optimierten Korrelationsfunktion des Echosignals und des synthetischen Signals bestimmt. Dieses Verfahren eignet sich zwar zur Vermeidung von Fehlern, die durch laufzeitabhängige Formveränderungen der Signale erzeugt werden. Es kann jedoch durch die Maximierung des Korrelationskoeffizienten und die anschließende Laufzeitbestimmung anhand der Korrelationsfunktion sein, dass Formveränderungen, die auf Störungen zurückzuführen sind durch die synthetische Funktion nachgebildet werden und das Messergebnis verfälschen.The the latter problem is in the German patent application DE-A1 101 42 538. There is a method of measuring a filling level a filling material in a container with a fill-level measuring device operating according to the transit time principle, are sent in the transmission signals in the direction of the contents, and whose echo signals are received. In this method, the received echo signal sampled, digitized and with an already previously digitized stored received or transmitted signal or a provided synthetic signal. It is described to express the synthetic signal by suitable parameter-dependent model formulas the expected waveform of the echo signal as possible play well. The parameters are adjusted so that a Correlation coefficient of the correlation of the echo function and the synthetic function maximum or the sum of the Gaussian error squares the deviation of the two functions from each other is minimal. The for the level determination The runtime to be determined is then based on an envelope the optimized correlation function of the echo signal and the synthetic Signals determined. Although this method is suitable for avoidance errors caused by run-time-dependent shape changes the signals are generated. It can, however, by maximizing the correlation coefficient and the subsequent transit time determination the correlation function that form changes that are due to interference be simulated by the synthetic function and the measurement result distort.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Füllstandsmessung mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät anzugeben, mit dem eine höhere Messgenauigkeit erzielbar ist.It An object of the invention is a method for level measurement with a level measuring device operating according to the transit time principle, with the one higher Measuring accuracy can be achieved.
Dies erreicht die Erfindung durch ein Verfahren zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät, bei dem
- – Sendesignale in Richtung des Füllgutes gesendet werden,
- – deren Echosignale empfangen werden,
- – anhand der Echosignale eine Echofunktion abgeleitet wird, die Amplituden des Echosignals in Abhängigkeit von deren Laufzeit enthält,
- – anhand der Echofunktion Echoeigenschaften eines Nutzechos abgeleitet werden,
- – anhand der Echoeigenschaften ein Hilfsecho erzeugt wird,
- – das Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen wird, und
- – anhand des Hilfsechos ein aktueller Füllstand bestimmt wird.
- - transmission signals are sent in the direction of the contents,
- - whose echo signals are received,
- An echo function is derived on the basis of the echo signals, which contains amplitudes of the echo signal as a function of their transit time,
- Echo properties of a useful echo are derived on the basis of the echo function,
- An auxiliary echo is generated on the basis of the echo properties,
- - the auxiliary echo is compared with the useful echo, and
- - Based on the auxiliary echo a current level is determined.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Hilfsecho an das Nutzecho angepasst.According to one Further development of the method is the auxiliary echo to the useful echo customized.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Hilfsecho eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos. Das Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen. Der aktuelle Füllstand wird anhand desjenigen Teilechos bestimmt, das einer Reflektion an der Füllgutoberfläche zugeordnet wird.According to one Further development, the auxiliary echo is a phase and amplitude-accurate overlay of two or more parts echoes. The auxiliary echo becomes with the useful echo compared. The current level is determined by the part echo that is a reflection assigned to the product surface becomes.
Gemäß einer Ausgestaltung wird ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt, und die Abweichung durch eine Anpassung des Hilfsechos minimiert.According to one Design becomes a measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and the deviation minimized by adjusting the auxiliary echo.
Gemäß einer Weiterbildung wird ein Hilfsechosignal erzeugt und dieses durchläuft zumindest einen Teil einer Signalverarbeitung, den die Echosignale zur Erzeugung der Echofunktion durchlaufen.According to one Continuing a Hilfsechosignal is generated and this goes through at least a part of a signal processing that the echo signals for generating go through the echo function.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung umfasst das Füllstandsmessgerät mindestens einen in den Behälter hinein ragenden Leiter und die Sendesignale sind kurze elektro-magnetische Impulse, die entlang des Leiters zur Füllgutoberfläche und zurück geleitet werden.According to one First embodiment, the level gauge comprises at least one in the container protruding conductor and the transmission signals are short electromagnetic Pulses directed along the conductor to the product surface and back.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung weist das Füllstandsmessgerät mindestens einen Schall- oder Ultraschallwandler auf, und die Sende- und Empfangssignale sind Schall- oder Ultraschallsignale.According to one second embodiment, the level gauge at least a sonic or ultrasonic transducer, and the transmit and receive signals are sound or ultrasonic signals.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung ist das Füllstandsmessgerät ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät, das eine Antenne zum Senden von Sendesignalen und zum Empfangen von deren Echosignalen aufweist.According to one third embodiment, the level gauge is a with Microwave operating level gauge, the one Antenna for transmitting transmission signals and for receiving their echo signals having.
Gemäß einer Weiterbildung der ersten, zweiten oder dritten Ausgestaltung weist das Hilfsecho einen durch eine mathematische Funktion beschriebenen Amplitudenverlauf auf, deren Form an Teilstücke des Nutzechos angepasst ist.According to one Development of the first, second or third embodiment has the auxiliary echo one described by a mathematical function Amplitude curve whose shape adapted to sections of the echo is.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen fünf Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The Invention and further advantages will now be described with reference to the figures of Drawing in which five embodiments are shown, closer explains; the same elements are denoted by the same reference numerals in the figures Mistake.
In
Das
Füllstandsmessgerät umfasst
eine Messgerätelektronik,
die in einem in
Der
Leiter
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
im Betrieb Sendesignale S in Richtung des Füllgutes
Die
Signale S werden an der Füllgutoberfläche reflektiert,
und deren Echosignal R wird über
den Leiter
Das
Echosignal R ist einer Empfangs- und Auswerteschaltung
Die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sende- und Empfangssignale S, R
und die Abstände
zwischen der elektronischen Schaltung
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Sendesignale S kurze elektromagnetische Impulse. Die elektronische
Schaltung
Die
Sendesignale S werden einem Richtkoppler
Anhand
der Echosignale R wird eine Echofunktion abgeleitet, die die Amplituden
des Echosignals R als Funktion von deren Laufzeit wiedergibt. Hierzu
umfasst die Empfangs- und Auswerteschaltung
Die
Echosignale R liegen über
den Richtkoppler
Im
Betrieb werden vorzugsweise periodisch mit der Sendetaktfrequenz
kurze Sendesignale S erzeugt und die reflektierten Echosignale R
der Abtast- und Halteschaltung
Das
Gesamtsignal ist ein Maß für die Übereinstimmung
von Echosignal R und Abtastimpuls. Die Echosignale R treffen periodisch
ein und aufeinander folgende Abtastimpulse unterscheiden sich voneinander
durch die gemäß einer
Sägezahnfunktion
verlaufende Zeitverzögerung.
Unter der Voraussetzung, dass sich aufeinander folgende Echosignale
R nicht wesentlich unterscheiden, liefert die Abtast- und Halteschaltung
Der
Mikroprozessor
Die Genauigkeit mit der der Füllstand bestimmbar ist, hängt wesentlich davon ab, wie genau die Lage des Maximums M4 ermittelt werden kann.The accuracy with which the fill level can be determined depends essentially on how exactly the position of the maximum M 4 can be determined.
Erfindungsgemäß wird anhand
der Echofunktion zunächst
ein Nutzecho bestimmt. Das Nutzecho ist dasjenige Echo E, das zumindest
zum Teil auf eine Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen ist. Dabei ist es möglich, dass
das Nutzecho nicht das reine gesuchte Füllstandsecho ist, sondern diesem
Füllstandsecho
Störechos,
die auf andere Reflektionen zurückzuführen sind,
oder andere Störsignale,
z.B. ein Rauschen, überlagert
sind. Zur Bestimmung des Nutzechos werden in der Industrie heute
ein Vielzahl verschiedener Verfahren eingesetzt. So kann das Nutzecho
beispielsweise derart bestimmt werden, dass dasjenige Echo, hier
E4, mit der größten Amplitude als Nutzecho
ausgewählt wird.
Bei der Bestimmung bleibt das durch Reflektionen im Bereich der
Einkopplung
Anschließend wird
erfindungsgemäß mindestens
eine Echoeigenschaft des Nutzechos abgeleitet. Echoeigenschaften
sind markante physikalische Größen des
Nutzechos, wie z.B. die Laufzeit tM des
Maximums des Nutzechos, die zugehörige Amplitude AM und
die Breite bM des Nutzechos. Ebenso können auch
einzelne Werte der Amplitude der Echofunktion als Funktion der zugehörigen Laufzeit
als Echoeigenschaften abgeleitet werden. Die Echoeigenschaften können beispielsweise
durch einfache Algorithmen anhand der Echofunktion abgeleitet werden.
Die Bestimmung der Echoeigenschaften erfolgt vorzugsweise unmittelbar
im Mikroprozessor
Anhand dieser Echoeigenschaften wird ein Hilfsecho erzeugt.Based These echo properties generate an auxiliary echo.
Im
einfachsten Fall genügt
es, durch Simulationsrechnungen die Echofunktion des Hilfsechos aufzustellen.
Dabei wird ausgenutzt, dass Echos unter optimalen Bedingungen, d.h.
ohne den Einfluss von Störgrößen, die
in
In diesem einfachsten Fall wird anhand der Echoeigenschaften des Nutzechos das Hilfsecho, bzw. dessen Echofunktion, bestimmt, indem auf der Basis der zuvor bestimmten Abhängigkeiten Simulationsrechnungen durchgeführt werden.In This simplest case is based on the echo properties of the useful echo the auxiliary echo, or its echo function, determined by on the basis the previously determined dependencies Simulation calculations performed become.
Das Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen. Vorzugsweise wird das Hilfsecho hierbei auf der Basis der ermittelten Echoeigenschaften so an das Nutzecho angepasst, das eine möglichst große Übereinstimmung zwischen Nutzecho und Hilfsecho erzielt wird. Hierbei wird vorzugsweise ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt, und minimiert. Als Maß für die Abweichung eignen sich bekannte Methoden, wie z.B. eine Minimierung der Abstandsquadrate, die auf die Echofunktionen von Nutz- und Hilfsecho angewendet werden können. Die Minimierung der Abweichung kann z.B. dadurch erfolgen, dass einem oder mehreren Echoeigenschaften Korrekturwerte hinzuaddiert werden, und das Hilfsecho auf der Basis der korrigierten Echoeigenschaften bestimmt wird. Dabei können Kriterien für die Zuverlässigkeit der einzelnen Echoeigenschaften mit einbezogen werden. Diese lassen sich z.B. anhand der zuvor beschriebenen Abhängigkeiten der Echoeigenschaften untereinander aufstellen. Ebenso oder zusätzlich kann eine Gewichtung der Echoeigenschaften erfolgen.The Auxiliary echo is compared with the useful echo. Preferably, the Auxiliary echo here on the basis of the determined echo properties adapted to the true echo, the greatest possible match between useful echo and auxiliary echo is achieved. In this case, preferably a measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and minimizes. As a measure of the deviation known methods, e.g. a minimization of the distance squares, which are applied to the echo functions of payload and auxiliary echo can. The minimization of the deviation may e.g. be done by that add correction values to one or more echo properties and the auxiliary echo based on the corrected echo properties is determined. It can Criteria for the reliability of the individual echo properties. Leave these e.g. based on the previously described dependencies of the echo properties set up among themselves. Likewise or additionally, a weighting the echo properties take place.
Am Ende dieses Anpassungsprozesses steht ein Hilfsecho zur Verfügung, das eine auf der Basis der Echoeigenschaften ermittelte bestmögliche Wiedergabe des Nutzechos darstellt. Im Unterschied zu dem Nutzecho ist das Hilfsecho jedoch frei von Überlagerungen von Störsignalen und/oder Untergrundsignalen.At the At the end of this adjustment process, an auxiliary echo is available a best possible reproduction based on the echo properties representing the useful echo. In contrast to the useful echo, this is Auxiliary echo, however, free of overlays of interfering signals and / or background signals.
Anschließend wird anhand des durch den Vergleich gewonnen Hilfsechos der Füllstand bestimmt. Dies geschieht z.B. auf die gleiche Weise, wie bei herkömmlichen Füllstandsmessungen, bei denen der Füllstand unmittelbar anhand des Nutzechos bestimmt wird. Beispielsweise kann der Füllstand anhand der Laufzeit tM des Maximums des Hilfsechos berechnet werden. Da das Hilfsecho frei von Störgrößen und/oder Untergrundsignalen ist, wird hierdurch die Genauigkeit der Füllstandsmessung deutlich verbessert.Subsequently, the filling level is determined on the basis of the auxiliary echo obtained by the comparison. This happens, for example, in the same way as in conventional level measurements, in which the level is determined directly on the basis of the useful echo. For example, the level can be calculated based on the running time t M of the maximum of the auxiliary echo. Since the auxiliary echo is free from disturbance variables and / or background signals, this significantly improves the accuracy of the fill level measurement.
Alternativ zu dem beschriebenen einfachsten Fall, bei dem das Hilfsecho durch Simulationsrechnungen bestimmt wird, kann das Hilfsecho auch schaltungstechnisch erzeugt werden.alternative to the described simplest case, in which the auxiliary echo through Simulation calculations is determined, the auxiliary echo can also circuitry be generated.
In
dem in
Am
Ausgang der zusätzlichen
Schaltung
Hierzu
ist der Taktgeber
Bei
der Erzeugung des Hilfsechos werden periodisch mit der Taktfrequenz
kurze Impulse erzeugt und die daraus abgeleiteten Hilfsechosignale der
Abtast- und Halteschaltung
Das
Gesamtsignal ist ein Maß für die Übereinstimmung
von Hilfsechosignal und Abtastimpuls. Die Hilfsechosignale treffen
periodisch ein und aufeinander folgende Abtastimpulse unterscheiden
sich voneinander durch die gemäß einer
Sägezahnfunktion
verlaufende Zeitverzögerung.
Die Abtast- und Halteschaltung
Der
Mikroprozessor
Im
Betrieb startet der Mikroprozessor
Der weitere Ablauf entspricht dem des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem das Hilfsecho rein rechnerisch bestimmt wurde. Es wird das Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen und anhand des Hilfsechos der aktuelle Füllstand bestimmt.Of the further sequence corresponds to that of the previously described embodiment, in which the auxiliary echo was determined purely by calculation. It will be that Auxiliary echo compared to the useful echo and based on the auxiliary echo the current level certainly.
Das
Hilfsechosignal durchläuft
einen Teil der Signalverarbeitung, nämlich von der Abtast-Halteschaltung
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich sehr genaue Füllstandsmessungen durchführen, da der Füllstand anhand des optimal angepassten Hilfsechos bestimmt wird. Messunsicherheiten, die z.B. durch Untergrundrauschen und kleinere dem Echosignal R überlagerte Störsignale entstehen, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.With The method described can be very accurate level measurements perform, there the level determined by the optimally adjusted auxiliary echo. Uncertainties, the e.g. by background noise and smaller superimposed on the echo signal R. noise arise are avoided by the method according to the invention.
Das
Verfahren ist jedoch nicht nur bei kleinen Störgrößen einsetzbar, sondern kann
auch dann eingesetzt werden, wenn das Nutzecho nicht nur das durch
Reflektion am Füllgut
Vorzugsweise wird in diesen Fällen ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei Teilechos ist. Dieses Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen und anhand des Vergleichs wird der Füllstand bestimmt. Dabei wird dasjenige der beiden Teilechos ausgewertet, das der Reflektion an der Füllgutoberfläche zugeordnet wird.Preferably will in these cases an auxiliary echo is used, which is a phase and amplitude accurate overlay of two parts echoes is. This auxiliary echo is compared with the useful echo and Based on the comparison, the level is certainly. In the process, that of the two part echoes is evaluated, assigned to the reflection on the product surface becomes.
Zunächst gilt es hierzu festzustellen, ob ein Nutzecho eine Überlagerung von zwei oder mehr Echos ist, oder ob es sich um ein einzelnes Echo handelt, dem kleinere Störungen überlagert sind.First of all to determine if a useful echo is a superposition of two or more echoes is, or is it a single echo, the smaller one Interferences superimposed are.
Dabei kann z.B. das zuvor beschriebene Maß für die Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho herangezogen werden. Wenn z.B. das Maß auch nach erfolgter Anpassung des Hilfsechos noch einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so kann davon ausgegangen werden, dass das Nutzecho durch ein nur ein einziges Echo enthaltendes Hilfsecho nicht ausreichend genau wieder gegeben werden kann. Entsprechend wird in diesem Fall ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.there can e.g. the previously described measure of the deviation between the Auxiliary echo and the useful echo are used. If e.g. the measure also after completed adjustment of the auxiliary echo still exceeds a predetermined threshold, So it can be assumed that the useful echo by a only a single echo containing auxiliary echo is not sufficiently accurate can be given again. Accordingly, in this case, a Auxiliary echo used, which is a phase and amplitude-accurate overlay of two or more parts echoes.
Die
Echofunktion unterscheidet sich deutlich von der in
Das absolute Maximum MN1 weist aufgrund der Überlagerung eine Amplitude auf, die größer ist, als die entsprechenden Amplituden der Maxima der einzelnen Echos E1, E2. Diese Unterschiede stellen Kriterien dar, anhand derer es möglich ist festzustellen, ob es sich bei einem Nutzecho um ein einfaches Echo handelt, dem kleinere Störungen überlagert sind, oder ob es sich bei dem Nutzecho um eine Überlagerung von zwei oder mehr einzelnen Echos handelt. Die Kriterien können durch entsprechende Algorithmen anhand der Echofunktion des Nutzechos überprüft werden.Due to the superposition, the absolute maximum M N1 has an amplitude that is greater than the corresponding amplitudes of the maxima of the individual echoes E 1 , E 2 . These differences represent criteria by which it is possible to determine if a useful echo is a simple echo, superimposed on minor perturbations, or if the useful echo is a superposition of two or more individual echoes. The criteria can be checked by appropriate algorithms using the echo function of the useful echo.
Entsprechend dem Ergebnis dieser Überprüfung wird ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.Corresponding the result of this review will be an auxiliary echo is used, which is a phase and amplitude accurate overlay of two or more parts echoes.
Das Maß der Abweichung zwischen dem zunächst bestimmten nur ein Echo enthaltenden Hilfsechos, sowie die obigen Kriterien stellen zwei unterschiedliche Verfahrensteilschritte dar, die entweder alternativ oder nebeneinander angewendet werden können.The measure of the deviation between the first determined only containing an echo Auxiliary echoes, as well as the above criteria represent two different process steps, which can be applied either alternatively or side by side.
Am Ende dieser Verfahrensteilschritte wird der Füllstand wie oben beschrieben anhand eines nur ein Echo enthaltenden Hilfsechos bestimmt, wenn hierdurch das Nutzecho ausreichend genau wiedergegeben werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird anhand der Echoeigenschaften der Echofunktion des Nutzechos ein Hilfsecho erzeugt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.At the At the end of these process steps, the level is as described above determined on the basis of an auxiliary echo containing only one echo, if In this way, the useful echo can be reproduced sufficiently accurately. If this is not the case, the echo function is determined by the echo properties of the useful echo generates an auxiliary echo, which has a phase and amplitude-faithful overlay of two or more parts echoes.
In den meisten Fällen genügt es, ein Hilfsecho zu erzeugen, dass eine Überlagerung von zwei Teilechos ist.In most cases enough it to generate an auxiliary echo that is an overlay of two part echoes is.
Dieses Hilfsecho wird anhand der Echoeigenschaften der Echofunktion des Nutzechos erstellt. Als Echoeigenschaften werden vorzugsweise die Laufzeiten tN1, tN2 und die Amplituden AN1, AN2 des ersten und des zweiten Maximums MN1, MN2 des Nutzechos, sowie die Breite bN des Nutzechos bestimmt. Anhand dieser Echoeigenschaften werden Kenngrößen der beiden Teilechos abgeleitet. Diese sind z.B. Laufzeit t1, t2 und Amplitude A1, A2 der Maxima M1, M2 der beiden Teilechos E1, E2. Dabei kann die Amplitude A1, A2 geschätzt oder berechnet werden, oder z.B. anhand der Laufzeit t1, t2 abgeleitet werden. Zusätzlich kann ein Schätzwert für die Breite b1, b2 jedes Teilechos E1, E2 anhand der Echoeigenschaften bestimmt werden. Die Breite b1, b2 kann jedoch auch anhand von Laufzeit t1, t2 und Amplitude A1, A2 des Maximums M1, M2 des jeweiligen Teilechos aufgrund der Kenntnis der markanten für ein Einzelecho zu erwartenden Echoform abgeleitet werden. Bei dem hier beschriebenen Füllstandsmessprinzip, bei dem kurze elektromagnetisch Impulse entlang eines Leiters geführt werden, lässt sich die Echoform eines Einzelechos z.B. sehr gut durch eine einfache mathematische Funktion, z.B. eine Gauß-Kurve, beschreiben.This auxiliary echo is created on the basis of the echo properties of the echo function of the useful echo. As echo properties, the transit times t N1 , t N2 and the amplitudes A N1 , A N2 of the first and second maximum M N1 , M N2 of the useful echo, and the width b N of the useful echo are preferably determined. On the basis of these echo properties, parameters of the two part echoes are derived. These are eg transit time t 1 , t 2 and amplitude A 1 , A 2 of the maxima M 1 , M 2 of the two part echoes E 1 , E 2 . In this case, the amplitude A 1 , A 2 can be estimated or calculated, or derived, for example, based on the transit time t 1 , t 2 . In addition, an estimated value for the width b 1 , b 2 of each part echo E 1 , E 2 can be determined on the basis of the echo properties. However, the width b 1 , b 2 can also be derived from run time t 1 , t 2 and amplitude A 1 , A 2 of the maximum M 1 , M 2 of the respective part echo based on the knowledge of the distinctive echo shape to be expected for a single echo. In the level measurement principle described here, in which short electromagnetic pulses are guided along a conductor, the echo form of a single echo can be described very well, for example, by a simple mathematical function, eg a Gaussian curve.
Auf der Basis dieser Kenngrößen werden die beiden Teilechos E1, E2 erzeugt. Dies kann wie oben beschrieben durch Simulationsrechnungen geschehen.On the basis of these characteristics, the two parts echoes E 1 , E 2 are generated. This can be done by simulation calculations as described above.
Anschließend wird
eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechos vorgenommen.
Dies kann ebenfalls durch entsprechende Berechnungen im Mikroprozessor
Das so gewonnene Hilfsechos wird mit dem Nutzecho verglichen. Vorzugsweise wird das Hilfsecho auf der Basis der ermittelten Echoeigenschaften so an das Nutzecho angepasst, das eine möglichst große Übereinstimmung zwischen Nutzecho und Hilfsechos erzielt wird. Hierbei wird vorzugsweise ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt, und minimiert. Als Maß für die Abweichung eignen sich bekannte Methoden, wie z.B. eine Minimierung der Abstandsquadrate, die auf die Echofunktionen von Nutz- und Hilfsecho angewendet werden können. Die Minimierung der Abweichung erfolgt durch eine Anpassung der Teilechos. Dabei werden z.B. einem oder mehreren Kenngrößen der Teilechos Korrekturwerte hinzuaddiert. Die Teilechos werden auf der Basis der korrigierten Kenngrößen bestimmt und zu einem korrigierten Hilfsecho phasen- und amplitudengetreu überlagert. Dabei können Kriterien für die Zuverlässigkeit der einzelnen Kenngrößen mit einbezogen werden. Diese lassen sich z.B. anhand der zuvor beschriebenen Abhängigkeiten der Echoeigenschaften untereinander, die natürlich auch für die Kenngrößen der Teilechos gelten, aufstellen. Ebenso oder zusätzlich kann eine Gewichtung der Kenngrößen erfolgen.The thus obtained auxiliary echoes is compared with the useful echo. Preferably the auxiliary echo is based on the determined echo properties adapted to the true echo, the greatest possible match between useful echo and auxiliary echoes is achieved. In this case, preferably a measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and minimizes. As a measure of the deviation known methods, e.g. a minimization of the distance squares, which are applied to the echo functions of payload and auxiliary echo can. The minimization of the deviation takes place by an adaptation of the Part echoes. In doing so, e.g. one or more characteristics of Part returns added correction values. The part-echoes will be on the basis of the corrected parameters and determined to a corrected Auxiliary echo phase and superimposed on amplitude. It can Criteria for the reliability the individual parameters with be included. These can be e.g. based on the previously described dependencies the echo properties among themselves, of course, for the characteristics of the Parts echoes apply, set up. Likewise or additionally, a weighting the parameters take place.
Am Ende dieses Anpassungsprozesses steht ein Hilfsecho zur Verfügung, das eine auf der Basis der Echoeigenschaften ermittelte bestmögliche Wiedergabe des Nutzechos darstellt. Das Hilfsecho besteht aus zwei Teilechos, die im Unterschied zu den beiden Echos, aus denen sich das Nutzecho zusammensetzt, frei von Überlagerungen von Störsignalen und/oder Untergrundsignalen sind. Die Kenngrößen der Teilechos stehen zur Füllstandsbestimmung zur Verfügung. Es kann nun dasjenige Teilecho ermittelt werden, das auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen ist. Hierzu können erneut alle bekannte Verfahren eingesetzt werden. In der Regel ist davon auszugehen, dass dasjenige Teilecho, dessen Maximum die größere Amplitude aufweist das gesuchte Teilecho ist. Zusätzlich können aber auch Daten aus vorangegangenen Messungen eingesetzt werden, aus denen z.B. eine zeitliche Entwicklung des Füllstands abgeleitet werden kann. Anhand dieser Daten kann eine Prognose erstellt werden, anhand derer das gesuchte Teilecho ausgewählt werden kann.At the At the end of this adjustment process, an auxiliary echo is available a best possible reproduction based on the echo properties representing the useful echo. The auxiliary echo consists of two parts echoes, unlike the two echoes that make up the useful echo composed, free of overlays of interfering signals and / or background signals. The parameters of the part returns are available level determination to disposal. It can now be determined that part of the echo, the reflection is due to the product surface. You can do this Again, all known methods are used. In general it is assume that the part-echo whose maximum is the larger amplitude has the sought part echo. In addition, however, also data from previous Measurements are used, from which e.g. a temporal evolution the level can be derived. Based on this data, a forecast can be created will be used to select the partial echo you are looking for can.
Ein
aus zwei Teilechos bestehendes Hilfsecho kann nicht nur durch Simulationsrechnungen
ermittelt werden, es kann auch schaltungstechnisch erzeugt werden.
Dies ist in
In
dem in
Auf
völlig
analoge Weise kann das Verfahren auch in Verbindung mit mit Mikrowellen
arbeitenden Füllstandsmessgeräten eingesetzt
werden. Dies ist nachfolgend anhand des in
In
dem in
Über die
Antenne
Der
mit der Pulswiederholfrequenz fS schwingende
Generator
Das
verstärkte
Zwischenfrequenzsignal wird mittels einer Abtast- und Halteschaltung
Bei herkömmlichen Verfahren zur Füllstandsmessung wird an dieser Stelle üblicherweise das zweite Echo E6 als Nutzecho identifiziert und der Füllstand anhand der Differenz der Laufzeiten t5 und t6 der Maxima M5, M6 der beiden Echos E5, E6 bestimmt.In conventional methods for level measurement, the second echo E 6 is usually identified as the useful echo at this point, and the fill level is determined on the basis of the difference between the transit times t 5 and t 6 of the maxima M 5 , M 6 of the two echoes E 5 , E 6 .
Die Messgenauigkeit dieses herkömmlichen Verfahrens hängt sehr davon ab, wie genau die Position der Maxima M5, M6 bestimmt werden kann. Hierbei können die in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Ungenauigkeiten auftreten.The measurement accuracy of this conventional method depends very much on how exactly the position of the maxima M 5 , M 6 can be determined. In this case, the inaccuracies described in the introduction can occur.
Erfindungsgemäß wird daher
auf herkömmliche
Weise das Nutzecho bestimmt. Anschließend wird mindestens eine Echoeigenschaft
des Nutzechos abgeleitet. Echoeigenschaften sind genau wie bei den
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
markante physikalische Größen des
Nutzechos, wie z.B. die Laufzeit des Maximums des Nutzechos, die
zugehörige
Amplitude und die Breite des Nutzechos, sowie die Steigung der Echofunktion
im Bereich des Maximums und im Bereich von dessen beiden seitlichen
Flanken. Die Echoeigenschaften können
beispielsweise durch einfache Algorithmen anhand der Echofunktion
abgeleitet werden. Die Bestimmung der Echoeigenschaften kann beispielsweise
unmittelbar im Mikroprozessor
Anhand dieser Echoeigenschaften wird ein Hilfsecho erzeugt.Based These echo properties generate an auxiliary echo.
Im
einfachsten Fall genügt
es, durch Simulationsrechnungen die Echofunktion des Hilfsechos, bzw.
deren Einhüllende
aufzustellen. Dabei wird ausgenutzt, dass Echos unter optimalen
Bedingungen, d.h. ohne den Einfluss von Störgrößen, die in
In diesem einfachsten Fall wird anhand der Echoeigenschaften des Nutzechos das Hilfsecho, bzw. dessen Echofunktion, bestimmt, indem auf der Basis der zuvor bestimmten Abhängigkeiten Simulationsrechnungen durchgeführt werden.In This simplest case is based on the echo properties of the useful echo the auxiliary echo, or its echo function, determined by on the basis the previously determined dependencies Simulation calculations performed become.
Das Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen und anhand des Nutzechos der aktuelle Füllstand bestimmt.The Auxiliary echo is compared with the wanted echo and the useful echo the current level certainly.
Dabei werden drei Fälle unterschieden. Im ersten Fall wird davon ausgegangen, dass das Nutzecho lediglich ein Echo enthält, dem kleinere Störsignale oder Untergrundsignale überlagert sind.there become three cases distinguished. In the first case, it is assumed that the useful echo contains only an echo, the smaller interference signals or background signals superimposed are.
Anhand der Echoeigenschaften wird ein Hilfsecho generiert, das einen durch eine mathematische Funktion, hier vorzugsweise eine Gaußfunktion bzw. eine Parabel, beschriebenen Amplitudenverlauf aufweist. Im einfachsten Fall genügt es hier, durch entsprechende Simulationsrechnungen die Echofunktion des Hilfsechos aufzustellen. Anhand der Kenntnis der unter optimalen Bedingungen zu erwartenden Form des Echos und der Echoeigenschaften der Echofunktion des Nutzechos wird die Echofunktion des Hilfsechos abgeleitet. Diese hat hier die Form einer Gaußkurve oder einer Parabel. Die Kenngrößen der Gaußkurve bzw. der Parabel, wie z.B. Breite, Höhe und Steigung im Bereich der Flanken und des Maximums werden anhand der Echoeigenschaften abgeleitet.Based the echo properties, an auxiliary echo is generated by a a mathematical function, here preferably a Gaussian function or having a parabola, amplitude characteristic described. In the simplest Case is enough it here, by appropriate simulations the echo function of the auxiliary echo. Based on the knowledge of under optimal Conditions to be expected form of echo and echo characteristics of the Echo function of the useful echo becomes the echo function of the auxiliary echo derived. This has the form of a Gaussian curve or a parabola here. The characteristics of the Gaussian curve or the parabola, e.g. Width, height and slope in the area the edges and the maximum are derived from the echo properties.
Das Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen. Vorzugsweise wird das Hilfsecho hierbei auf der Basis der ermittelten Echoeigenschaften so an das Nutzecho angepasst, das eine möglichst große Übereinstimmung zwischen Nutzecho und Hilfsecho erzielt wird. Hierbei wird vorzugsweise ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt, und minimiert. Dazu eignen sich bekannte Methoden, wie z.B. eine Minimierung der Abstandsquadrate, die auf die Echofunktionen von Nutz- und Hilfsecho angewendet werden können. Die Minimierung der Abweichung kann z.B. dadurch erfolgen, dass einem oder mehreren Echoeigenschaften Korrekturwerte hinzuaddiert werden, und das Hilfsecho auf der Basis der korrigierten Echoeigenschaften bestimmt wird. Dabei können Kriterien für die Zuverlässigkeit der einzelnen Echoeigenschaften mit einbezogen werden. Diese lassen sich z.B. anhand der zuvor beschriebenen Abhängigkeiten der Echoeigenschaften untereinander aufstellen. Ebenso oder zusätzlich kann eine Gewichtung der Echoeigenschaften erfolgen.The Auxiliary echo is compared with the useful echo. Preferably, the Auxiliary echo here on the basis of the determined echo properties adapted to the true echo, the greatest possible match between useful echo and auxiliary echo is achieved. In this case, preferably a measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and minimizes. For this purpose, known methods, such as e.g. a minimization of the distance squares, which are applied to the echo functions of payload and auxiliary echo can. The minimization of the deviation may e.g. be done by that add correction values to one or more echo properties and the auxiliary echo based on the corrected echo properties is determined. It can Criteria for the reliability of the individual echo properties. Leave these e.g. based on the previously described dependencies of the echo properties set up among themselves. Likewise or additionally, a weighting the echo properties take place.
Am Ende dieses Anpassungsprozesses steht ein Hilfsecho zur Verfügung, das auf der Basis der Echoeigenschaften ermittelte bestmögliche Wiedergabe des Nutzechos darstellt. Im Unterschied zu dem Nutzecho ist das Hilfsecho jedoch frei von Überlagerungen von Störsignalen und/oder Untergrundsignalen.At the At the end of this adjustment process, an auxiliary echo is available based on the echo properties, determined best possible reproduction representing the useful echo. In contrast to the useful echo, this is Auxiliary echo, however, free of overlays of interfering signals and / or background signals.
Anschließend wird anhand des durch den Vergleich gewonnen Hilfsechos der Füllstand bestimmt. Dies geschieht z.B. auf die gleiche Weise, wie bei herkömmlichen Füllstandsmessungen, bei denen der Füllstand anhand des Nutzechos bestimmt wird. Beispielsweise kann der Füllstand unmittelbar aus der Laufzeit des Maximums des Hilfsechos bestimmt werden. Da das Hilfsecho frei von Störgrößen und/oder Untergrundsignalen ist, wird hierdurch die Genauigkeit der Füllstandsmessung deutlich verbessert.Subsequently, will Based on the auxiliary echo obtained by the comparison of the level certainly. This happens e.g. in the same way as with conventional ones Level measurement, where the level determined by the useful echo. For example, the level determined directly from the duration of the maximum of the auxiliary echo become. Since the auxiliary echo is free from disturbing variables and / or background signals is, thereby the accuracy of the level measurement is significantly improved.
Im
zweiten Fall wird davon ausgegangen, dass das Nutzecho lediglich
ein Echo enthält,
und zumindest Teile des Nutzechos Amplituden aufweisen, bei denen eine Übersteuerung
oder Sättigung
in der Signalverarbeitung eintritt. Zusätzlich kann das Nutzecho kleinere
Störsignale
oder Untergrundsignale enthalten. Dieser Fall lässt sich z.B. anhand der Steigung
der Einhüllenden
des Nutzechos im Bereich des Maximums erkennen. Das Nutzecho weist
in diesem Fall im Bereich des Maximums den in
Dieser Fall kann bei allen drei genannten Typen von Füllstandsmessgeräten auftreten und wird hier stellvertretend für alle drei Typen erläutert. Bei den beiden anderen Typen ist das nachfolgende Verfahren analog anzuwenden.This Case can occur with all three types of level gauges mentioned and is here representative of all three types explained. For the other two types, the following procedure is analogous apply.
Auch in diesem zweiten Fall wird das Hilfsecho anhand der Echoeigenschaften des Nutzechos bestimmt. Vorzugsweise werden hierbei lediglich die Breite des Nutzechos und dessen Steigung im Bereich der Flanken herangezogen.Also in this second case, the auxiliary echo is determined by the echo properties of the useful echo. Preferably, only the Width of the useful echo and its slope in the region of the flanks used.
Wie auch im ersten Fall wird das Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen und an dieses angepasst. Dies kann hier ebenfalls durch entsprechende Simulationsrechnungen geschehen. Dabei wird der Vergleich und die Anpassung vorzugsweise auf Teilstücke des Amplitudenverlaufs des Nutzechos und des Hilfsechos beschränkt. Die Teilstücke werden anhand der Echoeigenschaften des Nutzechos ausgewählt. Dabei werden diejenigen Bereiche des Nutzechos als Teilstücke ausgewählt, in denen die Übersteuerung und/oder Sättigung nicht zum tragen kommt. Diese lassen sich z.B. anhand der Steigung der Einhüllenden des Nutzechos bestimmen.As also in the first case, the auxiliary echo is compared with the useful echo and adapted to this. This can also be done here by appropriate simulation calculations happen. In this case, the comparison and the adaptation is preferred on cuts the amplitude curve of the useful echo and the auxiliary echo limited. The sections are selected based on the echo properties of the useful echo. there those areas of the useful echo are selected as sections, in which the override and / or saturation does not come to fruition. These can be e.g. based on the slope of the envelope determine the useful echo.
Alternativ zu dem beschriebenen Fall, bei dem das Hilfsecho durch Simulationsrechnungen bestimmt wird, kann das Hilfsecho auch schaltungstechnisch erzeugt werden.alternative to the described case where the auxiliary echo is simulated is determined, the auxiliary echo can also be generated by circuitry become.
Dabei
könnte
analog zu dem anhand der
In
Der weitere Ablauf entspricht dem des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels, bei dem das Hilfsecho rein rechnerisch bestimmt wurde. Es wird das Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen und anhand des Hilfsechos der aktuelle Füllstand bestimmt.Of the further sequence corresponds to that of the embodiment described above, in which the auxiliary echo was determined purely by calculation. It will be that Auxiliary echo compared to the useful echo and based on the auxiliary echo the current level certainly.
Da das Hilfsecho hier die gleiche Signalverarbeitung erfährt wie das Nutzecho wird hier jedoch auch beim Vorliegen von Übersteuerung und/oder Sättigung vorzugsweise das gesamte Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen. Die zuvor beschriebene Ausklammerung einzelner Teilbereiche ist nicht erforderlich.There the auxiliary echo here experiences the same signal processing as However, the useful echo here is also in the presence of overdrive and / or saturation preferably the entire auxiliary echo compared with the useful echo. The above-described exclusion of individual sections is not mandatory.
Im
dritten Fall wird davon ausgegangen, dass das Nutzecho eine Überlagerung
von zwei oder mehr Teilechos ist. Auch hier wird völlig analog
zu dem anhand der
Es wird ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von mindestens zwei Teilechos ist. Dieses Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen und anhand des Vergleichs wird der Füllstand bestimmt. Dabei wird dasjenige der beiden Teilechos ausgewertet, das der Reflektion an der Füllgutoberfläche zugeordnet wird.It An auxiliary echo is used which provides a phase and amplitude-accurate superimposition of at least two parts echoes. This auxiliary echo is with the Useful echo compared and based on the comparison, the level is determined. In this case, that of the two parts echoes is evaluated, that of the reflection assigned to the product surface becomes.
Zunächst gilt es hierzu festzustellen, ob ein Nutzecho eine Überlagerung von zwei oder mehr Echos ist, oder ob es sich um ein einzelnes Echo handelt, dem kleinere Störungen überlagert sind.First of all to determine if a useful echo is a superposition of two or more echoes is, or is it a single echo, the smaller one Interferences superimposed are.
Dabei kann z.B. das zuvor beschriebene Maß für die Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho herangezogen werden. Dieser Vergleich von Hilfsecho und Nutzecho kann sowohl anhand der Zwischenfrequenzsignale als auch anhand der daraus abgeleiteten Einhüllenden erfolgen. Wenn z.B. das Maß auch nach erfolgter Anpassung des Hilfsechos noch einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so kann davon ausgegangen werden, das das Nutzecho durch ein nur ein einziges Echo enthaltendes Hilfsecho nicht ausreichend genau wieder gegeben werden kann. Entsprechend wird in diesem Fall ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.In this case, for example, the previously described measure of the deviation between the auxiliary echo and the useful echo can be used. This comparison of auxiliary echo and true echo can be based both on the intermediate frequency signals as well the envelopes derived therefrom. If, for example, the measure even after the adaptation of the auxiliary echo still exceeds a predetermined limit, it can be assumed that the useful echo can not be given sufficiently accurately by a single echo containing auxiliary echo. Accordingly, an auxiliary echo is used in this case, which is a phase and amplitude-accurate superposition of two or more parts echoes.
Die
Echofunktion unterscheidet sich deutlich von der in
Entsprechend dem Ergebnis dieser Überprüfung wird auch hier ein Hilfsecho eingesetzt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.Corresponding the result of this review will be Here, too, an auxiliary echo used, which is a phase and amplitude accurate overlay of two or more parts echoes.
Das Maß der Abweichung zwischen dem zunächst bestimmten nur ein Echo enthaltenden Hilfsecho sowie das obige Kriterium stellen zwei unterschiedliche Verfahrensteilschritte dar, die entweder alternativ oder nebeneinander angewendet werden können.The Measure of Deviation between the first certain echo-containing auxiliary echo and the above criterion represent two different process steps, either alternatively or side by side can be applied.
Am Ende dieser Verfahrensteilschritte wird der Füllstand wie oben beschrieben anhand eines nur ein Echo enthaltenden Hilfsecho bestimmt, wenn hierdurch das Nutzecho ausreichend genau wiedergegeben werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird anhand der Echoeigenschaften der Echofunktion des Nutzechos ein Hilfsecho erzeugt, das eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist.At the At the end of these process steps, the level is as described above determined by a single echo containing auxiliary echo, if so the useful echo can be reproduced sufficiently accurately. Is this not the case, is based on the echo properties of the echo function of the useful echo generates an auxiliary echo, which has a phase and amplitude-faithful overlay of two or more parts echoes.
In den meisten dieser Fälle genügt es, ein Hilfsecho zu erzeugen, daß eine Überlagerung von zwei Teilechos ist.In most of these cases enough it is to generate an auxiliary echo that a superposition of two parts echoes is.
Dieses Hilfsecho wird anhand der Echoeigenschaften der Echofunktion des Nutzechos erstellt. Als Echoeigenschaften werden vorzugsweise die Laufzeiten und die Amplituden des ersten und des zweiten Maximums des Nutzechos, sowie die Breite des Nutzechos bestimmt. Anhand dieser Echoeigenschaften werden Kenngrößen der beiden Teilechos abgeleitet. Diese sind vorzugsweise Laufzeit und Amplitude der Maxima der beiden Teilechos. Zusätzlich kann ein Schätzwert für die Breite jedes Teilechos anhand der Echoeigenschaften bestimmt werden. Die Breite kann jedoch auch anhand von Laufzeit und Amplitude des Maximums des jeweiligen Teilechos aufgrund der Kenntnis der markanten für ein Einzelecho zu erwartenden Echoform abgeleitet werden.This Auxiliary echo is determined by the echo properties of the echo function of the Useful echoes created. As echo properties are preferably the Running times and the amplitudes of the first and the second maximum of the useful echo, as well as the width of the useful echo. Based on these echo properties become characteristics of the derived from both parts echoes. These are preferably runtime and Amplitude of the maxima of the two parts echoes. In addition, an estimate of the width each part echo can be determined based on the echo properties. The However, width can also be determined by the duration and amplitude of the maximum of the respective parts echo due to the knowledge of the distinctive for a single echo expected echo form are derived.
Auf
der Basis dieser Kenngrößen werden
die beiden Teilechos erzeugt. Dies kann wie oben beschrieben durch
Simulationsrechnungen geschehen. Anders als bei dem im Zusammenhang
mit
Anschließend wird
eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechos vorgenommen.
Dies kann ebenfalls durch entsprechende Berechnungen im Mikroprozessor
Das so gewonnene Hilfsecho wird mit dem Nutzecho verglichen. Vorzugsweise wird das Hilfsecho hierbei auf der Basis der ermittelten Echoeigenschaften so an das Nutzecho angepasst, das eine möglichst große Übereinstimmung zwischen Nutzecho und Hilfsecho erzielt wird. Hierbei wird vorzugsweise ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt, und minimiert. Als Maß für die Abweichung eignen sich bekannte Methoden, wie z.B. eine Minimierung der Abstandsquadrate, die auf die Echofunktionen von Nutz- und Hilfsecho angewendet werden können. Die Minimierung der Abweichung erfolgt durch eine Anpassung der Teilechos. Sie kann z.B. dadurch erfolgen, dass einem oder mehreren Kenngrößen der Teilechos Korrekturwerte hinzuaddiert werden, und die Teilechos auf der Basis der korrigierten Kenngrößen bestimmt und zu einem korrigierten Hilfsecho phasen- und amplitudengetreu überlagert werden. Dabei können Kriterien für die Zuverlässigkeit der einzelnen Kenngrößen mit einbezogen werden. Diese lassen sich z.B. anhand der zuvor beschriebenen Abhängigkeiten der Echoeigenschaften untereinander, die natürlich auch für die Kenngrößen der Teilechos gelten, aufstellen. Ebenso oder zusätzlich kann eine Gewichtung der Kenngrößen erfolgen.The thus obtained auxiliary echo is compared with the useful echo. Preferably In this case, the auxiliary echo is based on the determined echo properties adapted to the true echo, the greatest possible match between useful echo and auxiliary echo is achieved. In this case, preferably a measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and minimizes. As a measure of the deviation known methods, e.g. a minimization of the distance squares, which are applied to the echo functions of payload and auxiliary echo can. The minimization of the deviation takes place by an adaptation of the Part echoes. It can e.g. be done by one or more Parameters of the part returns Correction values are added, and the parts echoes on the base the corrected characteristics determined and superimposed on a corrected auxiliary echo in phase and amplitude become. It can Criteria for the reliability the individual parameters with be included. These can be e.g. based on the dependencies described above the echo properties among themselves, of course, for the characteristics of the Parts echoes apply, set up. Likewise or additionally, a weighting the parameters take place.
Am Ende dieses Anpassungsprozesses steht ein Hilfsecho zur Verfügung, das eine auf der Basis der Echoeigenschaften ermittelte bestmögliche Wiedergabe des Nutzechos darstellt. Das Hilfsecho besteht aus zwei Teilechos, die im Unterschied zu den beiden Echos, aus denen sich das Nutzecho zusammensetzt frei von Überlagerungen von Störsignalen und/oder Untergrundsignalen sind. Die Kenngrößen der Teilechos stehen zur Füllstandsbestimmung zur Verfügung. Es kann nun dasjenige Teilecho ermittelt werden, das auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen ist. Hierzu können erneut alle bekannte Verfahren eingesetzt werden. In der Regel ist davon auszugehen, dass dasjenige Teilecho, dessen Maximum die größere Amplitude aufweist das gesuchte Teilecho ist. Zusätzlich können aber auch Daten aus vorangegangenen Messungen eingesetzt werden, aus denen z.B. eine zeitliche Entwicklung des Füllstands abgeleitet werden kann. Anhand dieser Daten kann eine Prognose erstellt werden, anhand derer das gesuchte Teilecho ausgewählt werden kann.At the end of this adjustment process An auxiliary echo is available which represents a best possible reproduction of the wanted echo, which is determined on the basis of the echo properties. The auxiliary echo consists of two parts echoes, which, in contrast to the two echoes that make up the useful echo, are free of superimpositions of interference signals and / or background signals. The characteristics of the part returns are available for level determination. It is now possible to determine that part echo which is due to the reflection on the product surface. For this purpose, all known methods can be used again. As a rule, it can be assumed that the part-echo whose maximum has the greater amplitude is the partial echo sought. In addition, however, data from previous measurements can be used, from which, for example, a temporal evolution of the level can be derived. Based on this data, a forecast can be created, with which the sought part echo can be selected.
Ein
aus zwei Teilechos bestehendes Hilfsecho kann nicht nur durch Simulationsrechnungen
ermittelt werden, es kann auch schaltungstechnisch erzeugt werden.
Dies ist in
Bei
dem in
Auf völlig analoge Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Füllstandsmessung auch in Verbindung mit mit Schall- oder Ultraschall arbeitenden Füllstandsmessgeräten anwenden.On completely analogous way the process of the invention for level measurement too in conjunction with sonic or ultrasonic level gauges.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
auch hier Sendesignale S in Richtung des Füllgutes
Anhand
der Echofunktion werden Echoeigenschaften mindestens eines Nutzechos
abgeleitet. Dies geschieht hier genauso, wie auch bei den anhand
der
Genauso
wie bei Anwendung des Verfahrens in Verbindung mit mit Mikrowellen
arbeitenden Füllstandsmessgeräten wird
auch bei Anwendung des Verfahrens in Verbindung mit mit Schall-
oder Ultraschall arbeitenden Füllstandsmessgeräten das Hilfsecho
entweder rechnerisch bestimmt oder es wird schaltungstechnisch ein
entsprechendes Hilfsechosignal erzeugt. Genau wie bei den vorangegangenen
Ausführungsbeispielen
sind hierzu zusätzliche
Schaltungen
Ist
das Hilfsecho ein einzelnes Echo, so wird es mittels einer der dargestellten
zusätzlichen
Schaltungen
Mit den beschriebenen Verfahren, bei denen das Hilfsecho eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei Teilechos ist lassen sich nicht nur reine Füllstandsmessungen, sondern auch so genannte Trennschichtmessungen durchführten. Trennschichtmessungen werden ausgeführt, wenn sich auf dem Füllgut eine zusätzliche Schicht, z.B. Schaum oder Ablagerungen einer leichteren Flüssigkeit, befinden. Eine typische Anwendung besteht, wenn z.B. eine Ölschicht auf Wasser oder einer anderen Flüssigkeit schwimmt. Die Verfahren werden hierbei analog angewendet und es werden beide Teilechos zur Trennschichtmessung ausgewertet. Ein Teilecho stammt von der Reflektion an der Füllgutoberfläche, das andere von der Reflektion an der Oberfläche der zusätzlichen Schicht. Entsprechend ergibt sich aus den Laufzeiten der beiden Teilechos sowohl der Füllstand als auch die Position der Oberfläche der zusätzlichen Schicht. Aus der Differenz von Füllstand und Oberfläche der zusätzlichen Schicht ergibt sich die Dicke der Schicht.With the described methods in which the auxiliary echo is a phase and amplitude-matched overlay of two parts echoes is not only pure level measurements, but also so-called interface measurements performed. Interface measurement be executed if on the contents an additional Layer, e.g. Foam or deposits of a lighter liquid, are located. A typical application is when, e.g. an oil layer on water or another liquid swims. The procedures are applied analogously and it Both part returns are analyzed for interface measurement. A partial echo comes from the reflection on the product surface, the other of the reflection on the surface the additional Layer. Accordingly results from the terms of the two Parts echoes both the level as well as the position of the surface the additional Layer. From the difference of level and surface the additional layer results in the thickness of the layer.
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8131 | Rejection |