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

Level measurement process involves measuring the level of the liquid (1) filling a container (3) based on runtime principle. A transmission signal (S) is sent to the liquid in the container. The echo signals (R) received from the liquid is then used to determine the level of liquid in the container. The amplitudes of the echo signals indicate the level of the liquid in the container.

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 1 dargestellt. Dort ist die Amplitude A(t) eines Echos als Funktion der Laufzeit t dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt schematisch die tatsächliche Form des Echos. Die gestrichelte Linie zeigt das zugehörige Echo, das aufgezeichnet wird, wenn z.B. die Verstärkung nicht ausreicht.One reason for this is, for example, a limited bandwidth of signal processing. For example, in order to evaluate signals with small amplitudes, a high gain of the incoming echo signals is made. If subsequently echoes are recorded with a comparatively very large amplitude, the signal processing reaches saturation and / or overload. Accordingly, portions of the very large amplitude echo signals are not sufficiently amplified. The resulting echo function then shows a flat profile instead of a localizable maximum. An example of this is in 1 shown. There, the amplitude A (t) of an echo is shown as a function of the transit time t. The solid line schematically shows the actual shape of the echo. The dashed line shows the associated echo, which is recorded if, for example, the gain is insufficient.

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. 2 zeigt ein Beispiel für die Amplituden A(t) zweier Echos E1 und E2 und deren Überlagerung als Funktion der Laufzeit t. Ebenso sind die Laufzeiten t1, t2 der Maxima M1, M2 der beiden Echos E1, E2 und der Überlagerung eingezeichnet. Die Laufzeit tN1 des Maximums der Überlagerung stimmt mit keiner der Laufzeiten t1 und t2 der Maxima M1, M2 der beiden Echos E1, E2 überein. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich, wenn sich auf dem Füllgut eine zusätzliche Schicht befindet. Dies tritt z.B. auf, wenn sich Schaum auf dem Füllgut befindet, oder wenn z.B. eine Ölschicht auf dem Füllgut schwimmt.Likewise, problems occur when the echo originating from the filling level is superimposed by another echo, for example from internals in the container or at low levels from the container bottom. Although this superimposition is generally recognized as the echo to be used for level measurement, its maximum can be shifted from the maximum of the pure level echo. 2 shows an example of the amplitudes A (t) of two echoes E 1 and E 2 and their superposition as a function of the transit time t. Likewise, the transit times t 1 , t 2 of the maxima M 1 , M 2 of the two echoes E 1 , E 2 and the superposition are indicated. The transit time t N1 of the maximum of the overlay coincides with none of the transit times t 1 and t 2 of the maxima M 1 , M 2 of the two echoes E 1 , E 2 . Similar conditions arise, if there is an additional layer on the medium. This occurs, for example, when there is foam on the product, or when, for example, an oil layer floats on the product.

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.
This is achieved by the invention by a method for measuring a filling level of a filling material in a container with a filling level measuring device operating according to the transit time principle, in which
  • - 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.

1 zeigt eine Amplitude eines übersteuerten Echos als Funktion der Zeit im Vergleich zur tatsächlichen Amplitude des Echos; 1 shows an amplitude of an overdriven echo as a function of time compared to the actual amplitude of the echo;

2 zeigt einen Amplitudenverlauf eines Echos, das auf eine Überlagerung von zwei einzelnen Echos zurückzuführen ist; 2 shows an amplitude curve of an echo, which is due to a superposition of two individual echoes;

3 zeigt eine Füllstandsmessanordnung mit einem Füllstandsmessgerät, das im Betrieb kurze elektro-magnetische Impulse entlang eines Leiters in einen Behälter hinein führt; 3 shows a level measuring device with a level gauge, which leads in operation short electromagnetic pulses along a conductor into a container into it;

4 zeigt einen typischen Verlauf einer Echofunktion des Füllstandsmessgeräts von 3; 4 shows a typical course of an echo function of the level gauge of 3 ;

5 zeigt die Messanordnung von 3 mit zwei zusätzlichen Schaltungen zur Erzeugung von Teilechosignalen; 5 shows the measuring arrangement of 3 with two additional circuits for generating component echo signals;

6 zeigt eine Füllstandsmessanordnung mit einem mit Mikrowellen arbeitenden Füllstandsmessgerät; 6 shows a level measuring arrangement with a microwave level gauge;

7 zeigt eine Amplitude eines Zwischenfrequenzsignals der Füllstandsmessanordnung von 6 als Funktion der Zeit; 7 shows an amplitude of an intermediate frequency signal of the level measuring arrangement of 6 as a function of time;

8 zeigt die Messanordnung von 6 mit zwei zusätzlichen Schaltungen zur Erzeugung von Teilechosignalen; und 8th shows the measuring arrangement of 6 with two additional circuits for generating component echo signals; and

9 zeigt eine Füllstandsmessanordnung mit einem mit Schall- oder Ultraschall arbeitenden Füllstandsmessgerät. 9 shows a level measuring device with a working with sonic or ultrasonic level gauge.

In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Füllstandsmessanordnung mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät dargestellt. Das Füllstandsmessgerät dient zur Messung eines Füllstandes eines Füllguts 1 in einem Behälter 3.In 3 a first embodiment of a level measuring device is shown with a running on the transit time principle level gauge. The level gauge is used to measure a level of a product 1 in a container 3 ,

Das Füllstandsmessgerät umfasst eine Messgerätelektronik, die in einem in 1 nicht dargestellten Gehäuse angeordnet ist und mit einem Leiter 5 verbunden ist, der in den Behälter 3 hinein ragt. Es ist eine mit dem Gehäuse verbundene Einkopplung 7 vorgesehen, die, wie in 1 lediglich schematisch dargestellt ist, in einer Öffnung des Behälters 3 montiert ist.The level gauge includes meter electronics housed in an in 1 not shown housing is arranged and with a conductor 5 connected to the container 3 protrudes into it. It is a coupling connected to the housing 7 provided, as in 1 is shown only schematically, in an opening of the container 3 is mounted.

Der Leiter 5 ist z.B. ein mechanisch starrer Stab oder ein mechanisch starrer Draht. Genauso ist aber auch ein gespanntes Seil einsetzbar, dessen eines Ende am Gehäuse oder der Einkopplung 7 und dessen anderes Ende an einem Boden des Behälters 3 befestigt ist. Anstelle einer Befestigung des anderen Endes am Behälterboden kann an dem anderen Ende auch ein Gewicht befestigt sein, durch das das Seil gespannt wird.The leader 5 is for example a mechanically rigid rod or a mechanically rigid wire. Equally, however, a tensioned rope can be used, one end of the housing or the coupling 7 and the other end to a bottom of the container 3 is attached. Instead of attaching the other end to the container bottom, a weight may also be attached to the other end, through which the cable is tensioned.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im Betrieb Sendesignale S in Richtung des Füllgutes 1 gesendet. Hierzu weist die Messgerätelektronik eine elektronische Schaltung 9 auf, die im Betrieb elektromagnetische Signale S erzeugt. Diese Signale S werden über die Einkopplung 7 von der Schaltung 9 auf den Leiter 5 übertragen und entlang des Leiters 5 in den Behälter 3 hinein geführt.According to the method of the invention, transmission signals S in the direction of the filling material are produced during operation 1 Posted. For this purpose, the meter electronics has an electronic circuit 9 which generates electromagnetic signals S during operation. These signals S are via the coupling 7 from the circuit 9 on the ladder 5 transferred and along the conductor 5 in the container 3 led into it.

Die Signale S werden an der Füllgutoberfläche reflektiert, und deren Echosignal R wird über den Leiter 7 aus dem Behälter 3 heraus geführt.The signals S are reflected on the product surface and their echo signal R is transmitted through the conductor 7 from the container 3 led out.

Das Echosignal R ist einer Empfangs- und Auswerteschaltung 11 zugeführt, die dieses empfängt, und daraus den Füllstand ermittelt.The echo signal R is a receiving and evaluating circuit 11 fed, which receives this, and determines the level.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sende- und Empfangssignale S, R und die Abstände zwischen der elektronischen Schaltung 9 und dem Behälterboden und zwischen der Empfangs- und Auswerteschaltung 11 und dem Behälterboden sind entweder ohnehin bekannt oder können durch einfache Referenzmessungen erhalten werden. Mit diesen Daten lässt sich anhand des Echosignals R die Höhe des Füllguts oberhalb des Behälterbodens und damit der Füllstand ermitteln.The propagation speed of the transmit and receive signals S, R and the distances between the electronic circuit 9 and the container bottom and between the receiving and evaluating circuit 11 and the bottom of the container are either known anyway or can be obtained by simple reference measurements. With the aid of the echo signal R, these data can be used to determine the height of the filling material above the container bottom and thus the filling level.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sendesignale S kurze elektromagnetische Impulse. Die elektronische Schaltung 9 weist einen Sendetaktgeber 13 und einen Sendeimpulsgenerator 15 auf. Ein Sendetakt des Sendetaktgebers 13 ist dem Sendeimpulsgenerator 15 zugeführt. Vorzugsweise wird ein Sendeimpulsgenerator 15 verwendet, der elektromagnetische Signale erzeugt, die die Form von niederenergetischen hochfrequenten kurzen Pulsen haben. Derartige Sendeimpulsgeneratoren sowie in Verbindung damit verwendbare elektronische Schaltungen und Empfangs- und Auswerteschaltungen sind z.B. in der US-A 5,345,471 und der US-A 5,361,070 beschrieben. Es sind Pulse mit einer Spitzenleitung von weniger als 1 μW und einer effektiven Leistung 1 nW oder weniger mit Frequenzen von 100 MHz und mehr erzeugbar. Die Sendetaktrate beträgt z.B. einige MHz.In the illustrated embodiment, the transmission signals S are short electromagnetic pulses. The electronic circuit 9 has a transmit clock 13 and a transmit pulse generator 15 on. A send clock of the transmit clock 13 is the transmit pulse generator 15 fed. Preferably, a transmit pulse generator 15 used, which generates electromagnetic signals that have the form of low-energy high-frequency short pulses. Such transmit pulse generators as well as electronic circuits usable in conjunction therewith and receiving and evaluating circuits are described, for example, in US Pat. No. 5,345,471 and US Pat. No. 5,361,070. They are pulses with a peak line of less than 1 μW and an effective power 1 nW or less with frequencies of 100 MHz and more can be generated. The transmission rate is for example a few MHz.

Die Sendesignale S werden einem Richtkoppler 17 und von dort über die Einkopplung 7 dem Leiter 5 zugeführt. Entlang des Leiters 5 reflektierte Signale bilden das Echosignal R, das über den Leiter 5, die Einkopplung 7, den Richtkoppler 17 und einen dem Richtkoppler 17 nachgeschalteten Hochpass 19 der Empfangs- und Auswerteschaltung 11 zugeführt ist.The transmission signals S are a directional coupler 17 and from there via the coupling 7 the leader 5 fed. Along the ladder 5 reflected Signals form the echo signal R, via the conductor 5 , the coupling 7 , the directional coupler 17 and a directional coupler 17 downstream high pass 19 the reception and evaluation circuit 11 is supplied.

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 11 eine Zeitverzögerung 21, an deren Eingang der Sendetakt des Sendetaktgenerators 13 anliegt Die Zeitverzögerung 21 erzeugt einen Abtasttakt, der dem um eine variable Verzögerungszeit verzögerten Sendetakt entspricht. Die variable Verzögerungszeit wird z.B. mittels eines Sägezahngenerators bereitgestellt. Der Abtasttakt ist einem Abtastimpulsgenerator 22 zugeführt, der in Abhängigkeit vom Abtasttakt Abtastimpulse generiert und einem ersten Eingang einer Abtast- und Halte Schaltung 23 zuführt. Abtast- und Sendeimpulsgenerator 22, 15 sind vorzugsweise identisch, so dass sich die von ihnen erzeugten elektromagnetischen Signale lediglich um die variable Verzögerungszeit unterscheiden.Based on the echo signals R, an echo function is derived, which reproduces the amplitudes of the echo signal R as a function of their transit time. This includes the reception and evaluation circuit 11 a time delay 21 , at whose input the transmission clock of the transmission clock generator 13 is present The time delay 21 generates a sampling clock which corresponds to the transmission clock delayed by a variable delay time. The variable delay time is provided, for example, by means of a sawtooth generator. The sampling clock is a sampling pulse generator 22 supplied, which generates in response to the sampling clock sampling pulses and a first input of a sample and hold circuit 23 supplies. Sample and transmit pulse generator 22 . 15 are preferably identical, so that the electromagnetic signals generated by them differ only by the variable delay time.

Die Echosignale R liegen über den Richtkoppler 17 und den Hochpass 19 an einem zweiten Eingang der Abtast- und Halteschaltung 23 an.The echo signals R are above the directional coupler 17 and the high pass 19 at a second input of the sample and hold circuit 23 at.

Im Betrieb werden vorzugsweise periodisch mit der Sendetaktfrequenz kurze Sendesignale S erzeugt und die reflektierten Echosignale R der Abtast- und Halteschaltung 23 zugeführt. Dort wird jedem Echosignal R ein Abtastimpuls überlagert und ein daraus resultierendes Gesamtsignal aufgenommen, mittels eines nachgeschalteten Verstärkers 24 verstärkt, mittels eines in Serie zu dem Verstärker 24 angeordneten Analog-Digital-Wandler 25 digitalisiert und einem Mikroprozessor 26 als Abtastwert zugeführt.In operation, short transmission signals S are preferably generated periodically with the transmission clock frequency and the reflected echo signals R of the sample and hold circuit 23 fed. There, a sampling pulse is superimposed on each echo signal R and a resulting total signal is recorded by means of a downstream amplifier 24 amplified, by means of one in series with the amplifier 24 arranged analog-to-digital converter 25 digitized and a microprocessor 26 supplied as a sample.

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 23 eine stroboskopische Aufzeichnung der Echosignale R. Diese Voraussetzung ist typischerweise immer erfüllt, da sich der Füllstand in dem Zeitraum zwischen zwei Sendesignalen S praktisch nicht ändert.The total signal is a measure of the match of echo signal R and sample pulse. The echo signals R arrive periodically, and successive sampling pulses differ from one another by the time delay running according to a sawtooth function. Assuming that successive echo signals R do not differ significantly, the sample and hold circuit provides 23 a stroboscopic recording of the echo signals R. This requirement is typically always met, since the level in the period between two transmission signals S practically does not change.

Der Mikroprozessor 26 ist über eine erste Leitung 27 mit dem Sendetaktgenerators 13 und über eine zweite Leitung 28 mit dem Abtasttaktgenerator 21 verbunden. Im Betrieb startet der Mikroprozessor 26 regelmäßig Messzyklen. Während eines Messzyklusses werden die Sendesignale S wie zuvor beschrieben periodisch erzeugt und die Echosignale R abgetastet. Ein Messzyklus endet wenn alle gemäß der Sägezahnfunktion vorgesehenen Zeitverzögerungen durchlaufen wurden. Es werden die einzelnen Abtastwerte jeweils in Verbindung mit der zugeordneten momentanen Verzögerung aufgezeichnet. Dies ergibt die Echofunktion.The microprocessor 26 is over a first line 27 with the transmission clock generator 13 and over a second line 28 with the sampling clock generator 21 connected. During operation, the microprocessor starts 26 regular measuring cycles. During a measuring cycle, the transmission signals S are generated periodically as described above and the echo signals R are sampled. A measurement cycle ends when all the time delays provided in accordance with the sawtooth function have been completed. The individual samples are each recorded in conjunction with the associated instantaneous delay. This gives the echo function.

4 zeigt ein Beispiel einer solchen Echofunktion. Die Echofunktion weist zwei ausgeprägte Echos E3 und E4 auf. Jedes Echo E3, E4 weist ein ausgeprägtes Maximum M3 und M4 auf. Das erste Echos E3 ist durch Reflektionen im Bereich der Einkopplung 7 bedingt, wo zwangsläufig Impedanzsprünge auftreten. Das zweite Echo E4 ist auf eine Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführen. 4 shows an example of such an echo function. The echo function has two pronounced echoes E 3 and E 4 . Each echo E 3 , E 4 has a pronounced maximum M 3 and M 4 . The first echo E 3 is due to reflections in the region of the coupling 7 conditionally, where inevitably impedance jumps occur. The second echo E 4 is due to a reflection on the product surface.

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 7 bedingte erste Echos E3 unberücksichtigt.According to the invention, a useful echo is first determined on the basis of the echo function. The useful echo is that echo E which is at least partly due to a reflection on the product surface. It is possible that the wanted echo is not the pure sought-after level echo, but this level echo staccato, which are due to other reflections, or other interference signals, such as noise, are superimposed. To determine the useful echo a variety of different methods are used in the industry today. For example, the useful echo can be determined in such a way that the echo, in this case E 4 , having the largest amplitude is selected as the useful echo. In the determination, this remains due to reflections in the region of the coupling 7 conditional first echoes E 3 unconsidered.

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 26.Subsequently, according to the invention, at least one echo property of the useful echo is derived. Echo properties are significant physical quantities of the useful echo, such as the transit time t M of the maximum of the useful echo, the associated amplitude A M and the width b M of the useful echo. Likewise, individual values of the amplitude of the echo function as a function of the associated propagation time can be derived as echo properties. The echo properties can be derived, for example, by simple algorithms based on the echo function. The determination of the echo properties is preferably carried out directly in the microprocessor 26 ,

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 4 gezeigte markante Form aufweisen. Die Laufzeit tM des Maximums entspricht dem Füllstand, die Amplitude AM des Maximum und die Breite bM des Echos hängen unmittelbar von der Laufzeit tM des Maximums ab. Diese Abhängigkeiten können vorab, vorzugsweise ab Werk, in Referenzmessungen bestimmt werden.In the simplest case, it is sufficient to set up the echo function of the auxiliary echo by simulation calculations. It is exploited that echoes un optimal conditions, ie without the influence of disturbances, which in 4 have shown prominent shape. The transit time t M of the maximum corresponds to the level, the amplitude A M of the maximum and the width b M of the echo depend directly on the transit time t M of the maximum. These dependencies can be determined beforehand, preferably ex works, in reference measurements.

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 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Erzeugung des Hilfsechos eine zusätzliche Schaltung 29 vorgesehen. Die Schaltung 29 umfasst einen an den Mikroprozessor 26 angeschlossenen Taktgeber 30 und einen Impulsgenerator 31, der mit der vom Taktgeber 30 vorgegebenen Frequenz Impulse erzeugt. Taktgeber 30 und Impulsgenerator 31 sind vorzugsweise identisch zu den entsprechenden Bauteilen der elektronischen Schaltung 9 aufgebaut. Die generierten Impulse werden nacheinander einer Zeitverzögerungsstufe 32 mit einstellbarer Verzögerungszeit τ, einer Signaldehnungsvorrichtung 33 mit einstellbarem Zeitdehnungsfaktor ε und einem Dämpfungsglied 34 mit einstellbarer Dämpfung δ zugeführt. Die Einstellung der Verzögerungszeit τ, des Zeitdehnungsfaktors ε und der Dämpfung δ erfolgt über den Mikroprozessor 26.In the in 3 illustrated embodiment is to generate the auxiliary echo an additional circuit 29 intended. The circuit 29 includes one to the microprocessor 26 connected clock 30 and a pulse generator 31 that with the clock from the clock 30 predetermined frequency pulses generated. clock 30 and pulse generator 31 are preferably identical to the corresponding components of the electronic circuit 9 built up. The generated pulses are successively a time delay stage 32 with adjustable delay time τ, a signal expansion device 33 with adjustable time expansion factor ε and an attenuator 34 supplied with adjustable damping δ. The setting of the delay time τ, the time expansion factor ε and the attenuation δ takes place via the microprocessor 26 ,

Am Ausgang der zusätzlichen Schaltung 29 steht das Hilfsecho in Form eines Hilfsechosignal zur Verfügung. Dieses wird auf die gleiche Weise wie auch das Echosignal R aufgezeichnet und es wird eine Echofunktion des Hilfsechos bestimmt.At the output of the additional circuit 29 the auxiliary echo is available in the form of an auxiliary echo signal. This is recorded in the same way as the echo signal R and an echo function of the auxiliary echo is determined.

Hierzu ist der Taktgeber 30 an die Zeitverzögerung 21 angeschlossen und das Hilfsechosignal ist einem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 23 zugeführt. Auch hier erzeugt die Zeitverzögerung 21 einen Abtasttakt, der dem um eine variable Verzögerungszeit verzögerten Takt des Taktgenerators 30 entspricht. Die variable Verzögerungszeit wird z.B. mittels eines Sägezahngenerators bereitgestellt. Der Abtasttakt ist dem Abtastimpulsgenerator 22 zugeführt, der in Abhängigkeit vom Abtasttakt Abtastimpulse generiert und dem ersten Eingang der Abtast- und Halte Schaltung 23 zuführt. Abtast- und Impulsgenerator 22, 31 sind vorzugsweise identisch, so dass sich die von ihnen erzeugten elektromagnetischen Signale lediglich um die variable Verzögerungszeit unterscheiden.This is the clock 30 to the time delay 21 connected and the auxiliary echo signal is an input of the sample and hold circuit 23 fed. Again, the time delay generates 21 a sample clock which is the clock generator delayed by a variable delay time 30 equivalent. The variable delay time is provided, for example, by means of a sawtooth generator. The sampling clock is the sampling pulse generator 22 supplied, which generates in response to the sampling clock sampling pulses and the first input of the sample and hold circuit 23 supplies. Sample and pulse generator 22 . 31 are preferably identical, so that the electromagnetic signals generated by them differ only by the variable delay time.

Bei der Erzeugung des Hilfsechos werden periodisch mit der Taktfrequenz kurze Impulse erzeugt und die daraus abgeleiteten Hilfsechosignale der Abtast- und Halteschaltung 23 zugeführt. Dort wird jedem Hilfsechosignal ein Abtastimpuls überlagert und ein daraus resultierendes Gesamtsignal aufgenommen, mittels des Verstärkers 24 verstärkt, mittels des Analog-Digital-Wandler 25 digitalisiert und einem Mikroprozessor 26 als Abtastwert zugeführt.When generating the auxiliary echo, short pulses are periodically generated at the clock frequency and the auxiliary echo signals derived therefrom of the sample and hold circuit 23 fed. There, a sampling pulse is superimposed on each auxiliary echo signal and a resulting total signal is recorded by means of the amplifier 24 amplified, by means of the analog-to-digital converter 25 digitized and a microprocessor 26 supplied as a sample.

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 23 liefert eine stroboskopische Aufzeichnung des Hilfsechosignals.The total signal is a measure of the coincidence of the auxiliary echo signal and the sampling pulse. The auxiliary echo signals arrive periodically and successive sampling pulses differ from one another by the time delay running according to a sawtooth function. The sampling and hold circuit 23 provides a stroboscopic recording of the auxiliary echo signal.

Der Mikroprozessor 26 ist über eine dritte Leitung 35 mit dem Taktgenerator 30 und über die zweite Leitung 28 mit dem Abtasttaktgenerator 21 verbunden.The microprocessor 26 is via a third line 35 with the clock generator 30 and over the second line 28 with the sampling clock generator 21 connected.

Im Betrieb startet der Mikroprozessor 26 regelmäßig Messzyklen. Im Anschluss an jeden oder an ausgewählte Messzyklen wird anhand der Echofunktion des Echosignals R das Nutzecho bestimmt und es wird mindestens eine Echoeigenschaft des Nutzechos bestimmt. Anschließend wird anhand der Echoeigenschaften das Hilfsechosignal generiert, aufgenommen und dessen Echofunktion abgeleitet.During operation, the microprocessor starts 26 regular measuring cycles. Following each or on selected measurement cycles, the echo function of the echo signal R determines the useful echo and at least one echo property of the echo is determined. Subsequently, the auxiliary echo signal is generated based on the echo properties, recorded and derived its echo function.

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 23 bis zum Mikroprozessor 26, den die Echosignale R zur Erzeugung von deren Echofunktion unterlaufen. Die Signalverarbeitung, egal ob sie hardware- oder software-technisch erfolgt, hat immer einen wenn auch geringen Einfluss auf die Form der von ihr verarbeiteten Echos. Da das Hilfsechosignal die gleichen Formveränderungen erfährt, wie das empfangene Echosignal R, werden diese Formveränderungen automatisch berücksichtigt und führen bei dem anschließenden Vergleich nicht zu Abweichungen zwischen den zu vergleichenden Signalen. Dies gilt sowohl für Hardware- als auch für die Softwarekomponenten der Signalverarbeitung.The auxiliary echo signal passes through a part of the signal processing, namely the sample and hold circuit 23 to the microprocessor 26 that the echo signals R make to produce their echo function. Signal processing, whether hardware or software, always has a slight impact on the shape of the echoes it processes. Since the auxiliary echo signal experiences the same shape changes as the received echo signal R, these shape changes are automatically taken into account and do not lead to deviations between the signals to be compared in the subsequent comparison. This applies to both hardware and software components of signal processing.

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 1 entstehende Echo enthält, sondern diesem ein weiteres ausgeprägtes Echo überlagert ist. Dieser Fall kann z.B. auftreten, wenn sich in der Nähe der Füllgutoberfläche ein Störer, z.B. ein Rührwerk oder Behältereinbauten, befindet.However, the method can not only be used with small disturbances, but can also be used when the useful echo not only by reflection on the medium 1 The resulting echo, but this is superimposed on another pronounced echo. This case can occur, for example, if an interferer, eg an agitator or container installations, is located in the vicinity of the product surface.

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.

2 zeigt ein Beispiel für einen typischen Verlauf der Echofunktion des Nutzechos, wie sie auftritt, wenn das hier mit EN bezeichnete Nutzecho eine Überlagerung von zwei Echos E1, E2 ist. Das Nutzecho EN ist eine Überlagerung des auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückzuführenden Echos E1 und eines weiteren Echos E2. 2 shows an example of a typical course of the echo function of the useful echo, as it occurs when the useful echo denoted here by E N is a superposition of two echoes E 1 , E 2 . The useful echo E N is a superimposition of the echo E 1 attributable to the reflection on the product surface and of another echo E 2 .

Die Echofunktion unterscheidet sich deutlich von der in 4 dargestellten Echofunktion, bei der das Nutzecho E4 nur auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückgeht. Das Nutzecho weist hier nicht nur ein ausgeprägtes Maximum, sondern zwei eng benachbarte Maxima MN1, MN2 auf.The echo function differs significantly from the in 4 echo function shown, wherein the useful echo E 4 goes back only to the reflection from the product surface. The useful echo has here not only a pronounced maximum, but two closely adjacent maxima M N1 , M N2 .

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 26 erfolgen.Subsequently, a phase and amplitude accurate superposition of the two part echoes is made. This can also be done by appropriate calculations in the microprocessor 26 respectively.

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 5 dargestellt. Da das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel weitestgehend identisch zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist, werden nachfolgend nur die bestehenden Unterschiede näher erläutert.An auxiliary echo consisting of two parts echoes can not only be determined by simulation calculations, it can also be generated by circuitry. This is in 5 shown. Since that in 5 illustrated embodiment largely identical to the in 3 illustrated embodiment, only the existing differences will be explained in more detail below.

In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Erzeugung des Hilfsechos eine zusätzliche Schaltung 29 vorgesehen. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei zusätzliche Schaltungen 29a, 29b vorgesehen, deren Aufbau und Funktionsweise identisch zu der der in 3 dargestellten zusätzlichen Schaltung 29 sind. Jede zusätzliche Schaltung 29a, 29b erzeugt jeweils ein Teilechosignal. Dabei sind die Verzögerungszeiten τ1, τ2, die Zeitdehnungsfaktoren ε1, ε2 und die Dämpfungen δ1, δ2, für die einzelnen Teilechosignale unabhängig voneinander durch den Mikroprozessor 26 einstellbar. Am Ausgang jeder zusätzlichen Schaltung 29a, 29b steht das zugehörige Teilechosignal an. Die Teilechosignale sind einem Addierer 36 zugeführt, an dessen Ausgang das Hilfsechosignal als phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechos ansteht. Das Hilfsechosignal ist der Abtast- und Halteschaltung 23 zugeführt. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt genau wie bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel.In the in 3 illustrated embodiment is to generate the auxiliary echo an additional circuit 29 intended. At the in 5 illustrated embodiment are two additional circuits 29a . 29b whose structure and mode of operation are identical to those of 3 shown additional circuit 29 are. Every additional circuit 29a . 29b generates a partial echo signal in each case. The delay times τ1, τ2, the time expansion factors ε1, ε2 and the attenuations δ1, δ2 for the individual component echo signals are independent of each other by the microprocessor 26 adjustable. At the output of each additional circuit 29a . 29b the corresponding part echo signal is applied. The component echo signals are an adder 36 supplied to the output of the auxiliary echo signal is present as a phase and amplitude true superposition of the two part echoes. The auxiliary echo signal is the sample and hold circuit 23 fed. The further signal processing takes place exactly as in the 3 illustrated embodiment.

Auf völlig analoge Weise kann das Verfahren auch in Verbindung mit mit Mikrowellen arbeitenden Füllstandsmessgeräten eingesetzt werden. Dies ist nachfolgend anhand des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Füllstandsmessgerät umfasst eine Antenne 37, mittels der periodisch kurze Sendesignale S in Richtung des Füllguts 1 gesendet und deren Echosignale R wieder empfangen werden. Beim hier als Beispiel beschriebenen Pulsradar-Verfahren sind die Sendesignale S kurze Mikrowellenpakete.In a completely analogous way, the method can also be used in conjunction with microwave level measuring devices. This is below based on the in 6 illustrated embodiment illustrated. The level gauge includes an antenna 37 , By means of periodically short transmission signals S in the direction of the medium 1 sent and their echo signals R are received again. In the pulse radar method described here as an example, the transmission signals S are short microwave packets.

In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Sendesignale S mittels eines Mikrowellengenerators 38 erzeugt. Es ist ein mit einer Pulswiederholfrequenz fs schwingender Generator 39 vorgesehen, der mit einer Steuerschaltung 40 verbunden ist. Die Steuerschaltung 40 startet den Mikrowellengenerator 38 für ein sehr kurzes Zeitintervall, das der gewünschten Pulsdauer der zu sendenden Mikrowellenimpulse entspricht, und stoppt ihn dann wieder. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der an der Steuerschaltung 40 anliegenden Pulswiederholfrequenz fS. Diese beträgt z.B. einige Megahertz. Der Mikrowellengenerator 38 ist über einen Richtkoppler 41 oder einen in 6 nicht dargestellten Zirkulator mit der Antenne 37 verbunden.In the in 6 illustrated embodiment, the transmission signals S by means of a microwave generator 38 generated. It is a generator oscillating at a pulse repetition frequency fs 39 provided with a control circuit 40 connected is. The control circuit 40 starts the microwave generator 38 for a very short time interval, which corresponds to the desired pulse duration of the microwave pulses to be transmitted, and then stops it again. This process is repeated with that at the control circuit 40 applied pulse repetition frequency f S. This is eg a few megahertz. The microwave generator 38 is via a directional coupler 41 or one in 6 not shown circulator with the antenna 37 connected.

Über die Antenne 37 gesendete Sendesignale S werden an der Füllgutoberfläche reflektiert und deren Echosignale R nach einer füllstandsabhängigen Laufzeit wieder von der Antenne 37 empfangen. Die empfangenen Echosignale R werden über den Richtkoppler 41 einem Verstärker 42 zugeführt, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang eines Mischers 43 verbunden ist.About the antenna 37 Sending transmitted signals S are reflected at the Füllgutoberfläche and their echo signals R after a level-dependent run time again from the antenna 37 receive. The received echo signals R are transmitted via the directional coupler 41 an amplifier 42 whose output is connected to a first input of a mixer 43 connected is.

Der mit der Pulswiederholfrequenz fS schwingende Generator 39 ist über eine Zeitverzögerungsstufe 44 und eine zweite identisch zur ersten Steuerschaltung 40 arbeitende Steuerschaltung 45 mit einem zweiten Mikrowellengenerator 46 verbunden. Der zweite Mikrowellengenerator 46 ist identisch zu dem ersten Mikrowellengenerator 38 aufgebaut. Die zweite Steuerschaltung 45 bewirkt, dass der zweite Mikrowellengenerator 46 mit der Pulswiederholfrequenz wiederkehrend Mikrowellenpulse erzeugt. Diese liegen an einem zweiten Eingang des Mischers 43 an. Die Zeitverzögerungsstufe 44 verzögert die eingehenden Signale um eine variable, z.B. gemäß einer Sägezahnfunktion endlicher Breite ansteigende Verzögerungszeit. Im Mischer 43 wird also einem durch eine füllstands-abhängige Laufzeit verzögerten Mikrowellensignal ein im wesentlichen formgleiches um eine variable Verzögerungszeit verzögertes Mikrowellensignal überlagert. Das am Ausgang des Mischers 43 zur Verfügung stehende Signal entspricht der Korrelation der an dessen beiden Eingängen eingehenden Mikrowellensignale. Es enthält einen hochfrequenten Anteil, der Frequenzen enthält, die im wesentlichen durch die Summe der an den Eingängen anliegenden Frequenzen gegeben ist und einen niederfrequenten Anteil, der Frequenzen enthält, die im wesentlichen durch die Differenz der an den Eingängen anliegenden Frequenzen gegeben ist. Es wird mittels eines Tiefpasses 47 der niederfrequente Anteil herausgefiltert und über einen weiteren Verstärker 48 einer weiteren Verarbeitung und/oder Auswertung zugeführt. Der niederfrequente Anteil wird in der Regel als Zwischenfrequenzsignal bezeichnet und ist eine niederfrequente Abbildung des Echosignals R.The oscillating with the pulse repetition frequency f S generator 39 is over a time delay stage 44 and a second identical to the first control circuit 40 working control circuit 45 with a second microwave generator 46 connected. The second microwave generator 46 is identical to the first microwave generator 38 built up. The second control circuit 45 causes the second microwave generator 46 with the pulse repetition frequency recurrently generates microwave pulses. These are located at a second input of the mixer 43 at. The time delay level 44 Delays the incoming signals by a variable, eg according to a sawtooth function of finite width increasing delay time. In the mixer 43 Thus, a microwave signal delayed by a level-dependent propagation time is superimposed with a substantially form-equal microwave signal delayed by a variable delay time. That at the outlet of the mixer 43 The available signal corresponds to the correlation of the incoming microwave signals at its two inputs. It contains a high-frequency component which contains frequencies which are essentially given by the sum of the frequencies applied to the inputs and a low-frequency component which contains frequencies which are essentially given by the difference of the frequencies present at the inputs. It is done by means of a low pass 47 the low-frequency component filtered out and another amplifier 48 fed to a further processing and / or evaluation. The low-frequency component is usually referred to as an intermediate frequency signal and is a low-frequency image of the echo signal R.

Das verstärkte Zwischenfrequenzsignal wird mittels einer Abtast- und Halteschaltung 49 aufgenommen und anschließend in einem Analog-Digital-Wandler 50 digitalisiert. Zusätzlich kann optional zwischen der Abtast- und Halteschaltung 49 und dem Analog-Digital-Wandler 50 ein Gleichrichter und ein Logarithmierer vorgesehen sein. Die beiden optionalen Bauteile sind in 6 zusammen mit O bezeichnet. Anstelle von entsprechenden Bauteilen können die Funktionen der Bauteile auch software-technisch nachgebildet werden. Ein Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 50 ist mit einem Mikroprozessor 51 verbunden, der die jeweiligen Signalamplituden zusammen mit der zugehörigen Verzögerungszeit aufzeichnet. Die Verzögerungszeit entspricht der Laufzeit des entsprechenden Segmentes des Echosignals R. Im Mikroprozessor 51 liegt somit eine Echofunktion vor, die die Amplituden des Echosignals als Funktion von deren Laufzeit wiedergibt. Vorzugsweise wird nicht die unmittelbare Aufzeichnung des eigentlichen Zwischenfrequenzsignals als Echofunktion verwendet, sondern deren Einhüllende.The amplified intermediate frequency signal is detected by a sample and hold circuit 49 recorded and then in an analog-to-digital converter 50 digitized. In addition, optionally, between the sample and hold circuit 49 and the analog-to-digital converter 50 a rectifier and a logarithmic be provided. The two optional components are in 6 together with O. Instead of corresponding components, the functions of the components can also be simulated software-technically. An output of the analog-to-digital converter 50 is with a microprocessor 51 connected, which records the respective signal amplitudes together with the associated delay time. The delay time corresponds to the transit time of the corresponding segment of the echo signal R. In the microprocessor 51 There is thus an echo function that reproduces the amplitudes of the echo signal as a function of their transit time. Preferably, the immediate recording of the actual intermediate frequency signal is not used as echo function, but their envelope.

7 zeigt einen typischen Verlauf einer solchen Echofunktion, wie sie unter idealen Bedingungen auftritt, wenn das Sendesignal S ausschließlich an der Füllgutoberfläche reflektiert wird. Die Einhüllende des Zwischenfrequenzsignals ist in 7 als durchgezogene Linie dargestellt. Diese Echofunktion weist zwei ausgeprägte Maxima M5, M6 auf. Eine Form der zugehörigen Echos E5, E6 wird sehr gut durch eine Gaußfunktion beschrieben. Wird das Echosignal R gleichgerichtet und logarithmiert, so wird die Form dieser Echos sehr gut durch eine Parabel beschrieben. Das erste Echo E5, entspricht dem kurzen Mikrowellenimpuls des Sendesignals S, der über den Richtkoppler 41 unmittelbar aufgezeichnet wird. Das zweite Echo E6 ist auf eine Reflektion des Sendesignals S an der Füllgutoberfläche zurückzuführen. 7 shows a typical course of such an echo function, as occurs under ideal conditions, when the transmission signal S is reflected exclusively on the product surface. The envelope of the intermediate frequency signal is in 7 shown as a solid line. This echo function has two pronounced maxima M 5 , M 6 . A form of the associated echoes E 5 , E 6 becomes very good described by a Gaussian function. If the echo signal R is rectified and logarithmized, the shape of these echoes is very well described by a parabola. The first echo E 5 , corresponds to the short microwave pulse of the transmission signal S, via the directional coupler 41 is recorded immediately. The second echo E 6 is due to a reflection of the transmission signal S at the product surface.

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 51 vorgenommen werden.According to the invention, therefore, the useful echo is determined in a conventional manner. Subsequently, at least one echo property of the wanted echo is derived. Echo properties are, just as in the embodiments described above, significant physical quantities of the wanted echo, such as the time of the maximum of the wanted echo, the associated amplitude and the width of the useful echo, and the slope of the echo function in the region of the maximum and in the region of its two lateral edges , The echo properties can be derived, for example, by simple algorithms based on the echo function. The determination of the echo properties, for example, directly in the microprocessor 51 be made.

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 7 gezeigte markante Form aufweisen. Vorzugsweise kann diese Form durch eine einfache mathematische Funktion, hier eine Gaußkurve bzw. eine Parabel beschrieben werden. Die Laufzeit des Maximums entspricht dem Füllstand. Die Amplitude des Maximum und die Breite des Echos hängen unmittelbar von der Laufzeit des Maximums ab. Diese Abhängigkeiten können vorab, vorzugsweise ab Werk, in Referenzmessungen bestimmt werden.In the simplest case, it is sufficient to set up the echo function of the auxiliary echo, or its envelope, by simulation calculations. It is exploited that echoes under optimal conditions, ie without the influence of disturbances in 7 have shown prominent shape. Preferably, this form can be described by a simple mathematical function, here a Gaussian curve or a parabola. The duration of the maximum corresponds to the level. The amplitude of the maximum and the width of the echo depend directly on the duration of the maximum. These dependencies can be determined beforehand, preferably ex works, in reference measurements.

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 1 dargestellten flachen Verlauf auf.In the second case, it is assumed that the useful echo contains only an echo, and at least parts of the wanted echo have amplitudes at which overdrive or saturation occurs in the signal processing. In addition, the useful echo may contain minor spurious signals or background signals. This case can be identified, for example, by the slope of the envelope of the useful echo in the region of the maximum. The useful echo has in this case in the range of the maximum in 1 shown flat course.

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 3 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgegangen werden. Dabei würden durch entsprechende Steuerschaltungen und Mikrowellengeneratoren periodisch Mikrowellensignale erzeugt werden, die dem Mischer 43 zugeführt werden und auf die gleiche Weise wie auch die Echosignale aufgezeichnet werden. Dies ist jedoch schaltungstechnisch sehr aufwendig und teuer.It could be analogous to the basis of the 3 and 5 be described embodiments described. In this case, microwave signals would be generated by appropriate control circuits and microwave generators periodically, the mixer 43 are fed and recorded in the same way as the echo signals. However, this circuitry is very complex and expensive.

In 6 ist daher eine andere Variante der schaltungstechnischen Generation des Hilfsechosignals dargestellt. Hierbei wird durch eine zusätzliche Schaltung 52 ein Zwischenfrequenzsignal des Hilfsechos erzeugt. Die zusätzliche Schaltung 52 umfasst eine Steuerschaltung 53, einen Oszillator 54 und einen einstellbaren Verstärker 55. Die Steuerschaltung 53 startet den Oszillator 54 für ein einstellbares Zeitintervall und stoppt ihn dann wieder. Das Zeitintervall und die Verstärkung werden durch den Mikroprozessor 51 in Abhängigkeit von den Echoeigenschaften eingestellt. Das auf diese Weise generierte Zwischenfrequenzsignal des Hilfsechos wird dem Verstärker 48 zugeführt und von dort der gleichen Signalverarbeitung unterzogen die auch das Echosignal durchläuft.In 6 Therefore, another variant of the circuit generation of the auxiliary echo signal is shown. This is done by an additional circuit 52 generates an intermediate frequency signal of the auxiliary echo. The additional circuit 52 includes a control circuit 53 , an oscillator 54 and an adjustable amplifier 55 , The control circuit 53 starts the oscillator 54 for an adjustable time interval and then stops it again. The time interval and the gain are controlled by the microprocessor 51 depending on the echo properties. The intermediate frequency signal of the auxiliary echo thus generated becomes the amplifier 48 fed and subjected from there to the same signal processing which also passes through the echo signal.

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 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgegangen.In the third case, it is assumed that the useful echo is a superposition of two or more component echoes. Again, completely analogous to the basis of the 6 described embodiment proceeded.

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.

2 zeigt ein Beispiel für einen typischen Verlauf der Echofunktion des Nutzechos, wie sie auftritt, wenn das Nutzecho eine Überlagerung von zwei Echos ist. 2 shows an example of a typical course of the echo function of the useful echo, as occurs when the useful echo is a superposition of two echoes.

Die Echofunktion unterscheidet sich deutlich von der in 1 dargestellten Echofunktion, bei der das Nutzecho nur auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurückgeht. Das Nutzecho weist hier nicht nur ein ausgeprägtes Maximum, sondern zwei eng benachbarte Maxima auf. Dieser Unterschied stellt ein Kriterium dar, anhand dessen 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 der Nutzechos überprüft werden.The echo function differs significantly from the in 1 illustrated echo function, in which the useful echo only goes back to the reflection on the product surface. The useful echo has here not only a pronounced maximum, but two closely adjacent maxima. This difference represents a criterion by means of which it is possible to determine whether a useful echo is a simple echo to which minor disturbances are superimposed, or whether the useful echo is a superimposition of two or more individual echoes. The criteria can be checked by appropriate algorithms using the echo function of the useful echoes.

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 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel genügt es hier jedoch nicht, die Echofunktion des Teilechos zu bestimmen. Es muss zusätzlich zur Amplitude als Funktion der Laufzeit auch die zugehörige Phase des Teilechosignals bestimmt werden. Vorzugsweise geschieht dies auch hier auf der Ebene des Zwischenfrequenzsignals.Based on these parameters, the two part echoes are generated. This can be done by simulation calculations as described above. Unlike the one related to 6 described embodiment, it is not sufficient here to determine the echo function of the part echo. In addition to the amplitude as a function of the transit time, the associated phase of the component echo signal must also be determined. Preferably, this is also done here on the level of the intermediate frequency signal.

Anschließend wird eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechos vorgenommen. Dies kann ebenfalls durch entsprechende Berechnungen im Mikroprozessor 51 erfolgen.Subsequently, a phase and amplitude accurate superposition of the two part echoes is made. This can also be done by appropriate calculations in the microprocessor 51 respectively.

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 8 dargestellt. Da das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel weitestgehend identisch zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist, werden nachfolgend nur die bestehenden Unterschiede näher erläutert.An auxiliary echo consisting of two parts echoes can not only be determined by simulation calculations, it can also be generated by circuitry. This is in 8th shown. Since that in 8th illustrated embodiment largely identical to the in 6 illustrated embodiment, only the existing differences will be explained in more detail below.

Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei zusätzliche Schaltungen 52a, 52b vorgesehen, deren Aufbau und Funktionsweise identisch zu der der in 6 dargestellten zusätzlichen Schaltung 52 sind. Jede zusätzliche Schaltung 52a, 52b erzeugt jeweils ein Zwischenfrequenzsignal des jeweiligen Teilechos. Dabei sind die Zeitintervalle und die Verstärkungen der einzelnen zusätzlichen Schaltungen 52a, 52b unabhängig voneinander durch den Mikroprozessor 26 einstellbar. Am Ausgang jeder zusätzlichen Schaltung 52a, 52b steht das zugehörige Zwischenfrequenzsignal des jeweiligen Teilechos an. Diese sind einem Addierer 56 zugeführt, an dessen Ausgang das Zwischenfrequenzsignal des Hilfsechos als phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechos ansteht. Dies ist dem Verstärker 48 zugeführt. Die weitere Signalverarbeitung und die Bestimmung des Füllstandes erfolgt genau wie bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel.At the in 8th illustrated embodiment are two additional circuits 52a . 52b whose structure and mode of operation are identical to those of 6 shown additional circuit 52 are. Every additional circuit 52a . 52b generates in each case an intermediate frequency signal of the respective part echo. Here are the time intervals and the gains of the individual additional circuits 52a . 52b independently by the microprocessor 26 adjustable. At the output of each additional circuit 52a . 52b stands the associated intermediate frequency signal of the respective part echo. These are an adder 56 fed to the output of the intermediate frequency signal of the auxiliary echo is present as a phase and amplitude true superposition of the two part echoes. This is the amplifier 48 fed. The further signal processing and the determination of the level takes place exactly as in the 6 illustrated embodiment.

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.

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu. Aufgrund der großen Übereinstimmung werden nachfolgend nur die durch die Verwendung von Schall- oder Ultraschall bedingten Unterschiede näher erläutert. Das Füllstandsmessgerät umfasst einen Schall- oder Ultraschallwandler 57 der dazu dient Sendesignale S in Richtung des Füllguts 1 im Behälter 3 zu senden und deren Echosignale R zu empfangen. Die Sendesignale S sind z.B. kurze Wellenpakete, die periodisch ausgesendet werden. Der Schall- oder Ultraschallwandler 57 weist einen elektro-mechanischen Wandler, z.B. ein piezoelektrisches Element auf. Es ist eine Steuerschaltung 58 vorgesehen, die periodisch einen Sendeoszillator 59 startet und nach einem der Sendedauer entsprechenden Zeitintervall wieder stoppt. Ein Ausgangssignal des Sendeoszillators 59 wird mittels eines Sendeverstärkers 60 verstärkt und dem Schall- oder Ultraschallwandler 57 zugeführt. Dieser sendet ein entsprechendes Sendesignal S und empfängt dessen Echosignal R. Das empfangene Echosignal R wird nacheinander einem Empfangsverstärker 61, einem Bandpassfilter 62, einem Gleichrichter 63 einem Logarithmierer 64 und einem Analog-Digital-Wandler 65 zugeführt. Das auf diese Weise aufbereitete Echosignal R wird in digitaler Form einem Mikrokontroller 66 zugeführt. 9 shows an embodiment of this. Due to the great agreement, only the differences caused by the use of sound or ultrasound will be explained in more detail below. The level gauge includes a sonic or ultrasonic transducer 57 which serves to send signals S in the direction of the medium 1 in the container 3 to send and their echo signals R to receive. The transmission signals S are, for example, short wave packets which are transmitted periodically. The sonic or ultrasonic transducer 57 has an electro-mechanical transducer, eg a piezoelectric element. It is a control circuit 58 provided that periodically a transmitting oscillator 59 starts and after a transmission time corresponding time interval stops again. An output signal of the transmission oscillator 59 is by means of a transmission amplifier 60 amplified and the sound or ultrasonic transducer 57 fed. This sends a corresponding transmission signal S and receives its echo signal R. The received echo signal R is successively a receiving amplifier 61 , a bandpass filter 62 , a rectifier 63 a logarithm 64 and an analog-to-digital converter 65 fed. The echo signal R prepared in this way becomes a microcontroller in digital form 66 fed.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch hier Sendesignale S in Richtung des Füllgutes 1 gesendet, deren Echosignale R empfangen, und anhand der Echosignale R eine Echofunktion abgeleitet, die die Amplituden des Echosignals R in Abhängigkeit von deren Laufzeit t enthält. Als Echofunktion wird vorzugsweise eine Einhüllende des im Mikrokontroller 66 in digitaler Form vorliegenden Amplitudenverlauf des Echosignals verwendet. Der Amplitudenverlauf des Echosignals und dessen Einhüllende stimmen weitestgehend mit den entsprechenden in 7 dargestellten Funktionen des Zwischenfrequenzsignal überein.According to the method according to the invention, transmission signals S are also sent in the direction of the filling material 1 whose echo signals R are received, and derived from the echo signals R an echo function that contains the amplitudes of the echo signal R as a function of their transit time t. As an echo function is preferably an envelope of the microcontroller 66 used in digital form amplitude characteristic of the echo signal. The amplitude curve of the echo signal and its envelope are largely consistent with the corresponding in 7 shown functions of the intermediate frequency signal match.

Anhand der Echofunktion werden Echoeigenschaften mindestens eines Nutzechos abgeleitet. Dies geschieht hier genauso, wie auch bei den anhand der 6 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele. Anhand der Echoeigenschaften wird mindestens ein Hilfsecho erzeugt, das dann mit dem Nutzecho verglichen wird. Anschließend wird anhand des Hilfsechos der aktuelle Füllstand bestimmt. Auch hierbei wird genauso verfahren, wie dies bereits anhand der in den 6 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert wurde.Echo properties of at least one useful echo are derived on the basis of the echo function. This happens here as well as with the basis of the 6 and 8th illustrated embodiments. Based on the echo properties at least one auxiliary echo is generated, which is then compared with the useful echo. Then the current level is determined based on the auxiliary echo. Here, too, the same procedure as already described in the 6 and 8th illustrated embodiments has been explained.

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 67a, 67b vorgesehen. Die zusätzlichen Schaltungen 67a, 67b umfassen jeweils eine Steuerschaltung 68, einen Oszillator 69 und einen einstellbaren Verstärker 70. Die Steuerschaltungen 58 starten die Oszillatoren 69 für ein einstellbares Zeitintervall und stoppen sie dann wieder. Das Zeitintervall und die Verstärkung werden durch den Mikrokontroller 66 in Abhängigkeit von den Echoeigenschaften eingestellt.Just as when using the method in conjunction with filling level measuring devices operating with microwaves, the auxiliary echo is either determined by calculation or by using an appropriate auxiliary echo signal when the method is used in conjunction with sonic or ultrasonic fill level measuring devices. Just as in the previous embodiments, this additional circuits 67a . 67b intended. The additional circuits 67a . 67b each comprise a control circuit 68 , an oscillator 69 and an adjustable amplifier 70 , The control circuits 58 start the oscillators 69 for an adjustable time interval and then stop again. The time interval and the gain are controlled by the microcontroller 66 depending on the echo properties.

Ist das Hilfsecho ein einzelnes Echo, so wird es mittels einer der dargestellten zusätzlichen Schaltungen 67a, 67b erzeugt und dem Empfangsverstärker 61 und dem sich daran anschließenden Signalverarbeitungszweig zugeführt. Ist das Hilfsecho eine amplituden- und phasengetreue Überlagerung von zwei Teilechos, so erzeugt jede zusätzliche Schaltung 67a, 67b jeweils ein Teilechosignal und führt es einem Addierer 71 zu, an dessen Ausgang eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung der beiden Teilechosignal ansteht. Zur weiteren Verarbeitung des auf diese Weise erzeugten Hilfsechosignals ist der Ausgang des Addierers mit dem Empfangsverstärker 61 und dem daran anschließenden Signalverarbeitungszweig verbunden.If the auxiliary echo is a single echo, then it will be by means of one of the additional circuits shown 67a . 67b generated and the receiving amplifier 61 and the subsequent signal processing branch supplied. If the auxiliary echo is an amplitude and phase-true superimposition of two component echoes, then each additional circuit generates 67a . 67b each a partial echo signal and leads it to an adder 71 to whose output a phase and amplitude faithful superposition of the two parts echo signal is pending. For further processing of the auxiliary echo signal thus generated is the output of the adder with the receiving amplifier 61 and the subsequent signal processing branch connected.

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.

Claims (9)

Verfahren zur Messung eines Füllstandes eines Füllgutes (1) in einem Behälter (3) mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät, bei dem – Sendesignale (S) in Richtung des Füllgutes (1) gesendet werden, – deren Echosignale (R) empfangen werden, – anhand der Echosignale (R) eine Echofunktion abgeleitet wird, die Amplituden (A) des Echosignals (R) in Abhängigkeit von deren Laufzeit (t) 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.Method for measuring a filling level of a filling material ( 1 ) in a container ( 3 ) with a level measuring device operating according to the transit time principle, in which - transmission signals (S) in the direction of the filling material ( 1 ), - whose echo signals (R) are received, - based on the echo signals (R) an echo function is derived, the amplitude (A) of the echo signal (R) as a function of their transit time (t), - based on the echo function echo properties a useful echo is generated on the basis of the echo properties, the auxiliary echo is compared with the useful echo, and a current fill level is determined on the basis of the auxiliary echo. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hilfsecho an das Nutzecho angepasst wird.The method of claim 1, wherein the auxiliary echo adapted to the wanted echo. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – das Hilfsecho eine phasen- und amplitudengetreue Überlagerung von zwei oder mehr Teilechos ist, – das Hilfsecho mit dem Nutzecho verglichen wird, und – anhand desjenigen Teilechos des Hilfsechos ein aktueller Füllstand bestimmt wird, das einer Reflektion an der Füllgutoberfläche zugeordnet wird.The method of claim 1, wherein - the auxiliary echo a phase and amplitude accurate overlay of two or more Parts echo is, - the Auxiliary echo is compared with the useful echo, and - based that part echo of the auxiliary echo determines a current level is assigned to a reflection on the product surface. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem ein Maß für eine Abweichung zwischen dem Hilfsecho und dem Nutzecho bestimmt wird, und die Abweichung durch eine Anpassung des Hilfsechos minimiert wird.The method of claim 1, 2 or 3, wherein a Measure of a deviation between the auxiliary echo and the wanted echo, and the deviation is minimized by adjusting the auxiliary echo. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Hilfsechosignal erzeugt wird und dieses zumindest einen Teil einer Signalverarbeitung durchläuft, den die Echosignale zur Erzeugung der Echofunktion durchlaufen.Method according to claim 1 or 2, wherein an auxiliary echo signal is generated and this at least part of a signal processing goes through run through the echo signals for generating the echo function. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Füllstandsmessgerät mindestens einen in den Behälter (1) hinein ragenden Leiter (5) umfasst und die Sendesignale (S) kurze elektro-magnetische Impulse sind, die entlang des Leiters (5) zur Füllgutoberfläche und zurück geleitet werden.The method of claim 1, wherein the level gauge at least one in the container ( 1 ) protruding ladder ( 5 ) and the transmission signals (S) are short electro-magnetic impulses traveling along the conductor ( 5 ) to the product surface and back. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Füllstandsmessgerät mindestens einen Schall- oder Ultraschallsensor (57) aufweist, und die Sendesignale (S) Schall- oder Ultraschallsignale sind.Method according to Claim 1, in which the filling level measuring device has at least one sound or ultrasound sensor ( 57 ), and the transmission signals (S) are sound or ultrasonic signals. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Füllstandsmessgerät ein mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät ist, das eine Antenne (37) zum Senden von Sendesignalen (S) und zum Empfangen von deren Echosignalen (R) aufweist.The method of claim 1, wherein the level gauge is a microwave level gauge comprising an antenna ( 37 ) for transmitting transmission signals (S) and for receiving their echo signals (R). Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem das Hilfsecho einen durch eine mathematische Funktion beschriebenen Amplitudenverlauf aufweist, deren Form an Teilstücke des Nutzechos angepasst ist.A method according to claim 6, 7 or 8, wherein the Auxiliary echo one described by a mathematical function Amplitude curve whose shape adapted to sections of the echo is.
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