DE102010014457A1

DE102010014457A1 - Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Mediums in einem Behälter und Messeinrichtung hierzu

Info

Publication number: DE102010014457A1
Application number: DE201010014457
Authority: DE
Inventors: Eckhard DENICKE; Gunnar ARMBRECHT; Hanno Rabe
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums (5) in einem Behälter (4) mittels Radar unter Aussendung von Messsignalen in Richtung der Oberfläche (10) des Mediums (5) und Auswertung von zurückreflektierten Anteilen der Messsignale zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft, vorzugsweise des Füllstandes, wird beschrieben. Das Verfahren hat die Schritte: – Bestimmen von Intensitätsmaxima der zurückreflektierten Anteile des Messsignals in einem Raumbereich, der einen zentralen Auftreffpunkt auf dem Medium (5) umgibt, wobei der zentrale Auftreffpunkt durch den Auftreffpunkt eines von einer die Messsignale aussendenden Antenneneinheit (2) ausgehenden Strahls (H), der in definierten Winkeln (ϑ, φ) auf der Oberfläche des Mediums (5) auftrifft, auf das Medium (5) definiert ist; – Erkennen von Störeinflüssen anhand von außerhalb des zentralen Auftreffpunktes liegenden Intensitätsmaxima; und – Bestimmen der mindestens einen Eigenschaft anhand der Laufzeit eines am zentralen Auftreffpunkt reflektierten und nicht als Störeinfluss identifizierten Intensitätsmaximum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Mediums in einem Behälter mittels Radar unter Aussendung von Messsignalen in Richtung der Oberfläche des Mediums und Auswertung von zurückreflektierten Anteilen der Messsignale zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft, vorzugsweise des Füllstandes.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messeinrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums in einem Behälter mittels Radar mit einer Antenneneinheit zur Aussendung von Messsignalen in den Behälter in Richtung des Mediums, einer mit der Antenneneinheit gekoppelten Sendeeinheit zur Generierung von mit der Antenneneinheit auszusendender Messsignale, einer Empfangseinheit und einer mit der Empfangseinheit gekoppelten Signalauswerteeinheit, wobei die Antenneneinheit mehrere um ein Wirkzentrum der Antenneneinheit angeordnete Antennenstrahler hat.
In der industriellen Prozessmesstechnik wird oftmals eine kontaktlose und verschleißarme Messung von Eigenschaften eines Mediums, wie z. B. die Füllstandsmessung oder Messung elektromagnetischer Materialparameter benötigt. Hierzu ist hinreichend bekannt, Radarsysteme einzusetzen. Die zur Bestimmung von Tankfüllständen verwendeten Radarsysteme lassen sich im Wesentlichen in zwei Arten unterteilen, nämlich frei abstrahlende Radarsysteme und leitungsgeführte Radarsysteme.
Die leitungsgeführten Radarsysteme besitzen den Vorteil, dass die Messsignale nur in einem geringen Maß von Störreflektionen durch Einbauten im Behältertank betroffen sind, da das Radarsignal mittels eines Wellenleiters direkt zu dem zu detektieren Füllstandsniveau des Mediums geführt wird. Der Einbau eines Wellenleiters in einen Behältertank führt jedoch zu einem Mehraufwand und ist oftmals aufgrund der räumlichen Beschränkung nicht realisierbar.
Frei abstrahlende Radarsysteme können mit weniger Aufwand und Einschränkungen realisiert werden, indem eine Antenneneinheit einfach in dem Behälterdeckel eingebaut wird und von dort nach unten in Richtung Behälterboden und Medium kontinuierlich Hochfrequenz-Messsignale oder Messpulse aussendet.
Bei der Füllstandsmessung mittels Radarsystem wird in der Regel ein Radarsignal mit mindestens einem charakteristischen Messpuls in Richtung der Erstreckungsrichtung lotrecht zur Oberfläche des Mediums in den Behälterabschnitt abgestrahlt. Das Füllstandsniveau wird anhand der Laufzeit eines nach Auftreffen an der Oberfläche des Mediums, dessen Füllstandsniveau zu bestimmen ist, reflektierten Messpulses bestimmt.
Signalgeber und Signalempfänger sind dabei so angeordnet, dass die Reflexionen der vom Signalgeber ausgesendeten Messpulse erfasst werden können. In der Praxis wird die Antenneneinheit sowohl zum Aussenden der Messsignale, als auch zum Empfangen genutzt.
Bei der Laufzeitmessung elektromagnetischer Wellen werden Pulse ausgesendet, deren Echo empfangen wird. Die zeitliche Funktion des Echos wird auch als Impulsantwort bezeichnet. Die Reflexion an einem Hindernis, wie das im Tank befindliche Medium, erzeugt eine Spitze in der Impulsantwort, dessen Maximum oder Flächenschwerpunkt einer Laufzeit und damit dem Ort des Entstehens der Reflexion zuzuordnen ist. Im Gegensatz zu leitungsgeführten Systemen, bei denen die elektromagnetischen Wellen sich in einem vollständig bekannten Wellenleiter ausbreiten, liegt im Fall der freien Abstrahlung keine definierte Messumgebung vor. Da neben dem Medium meist Tankeinbauten, wie beispielsweise Rührwerke, Reflexionen verursachen, entstehen in der Impulsantwort neben den Impulsspitzen der Medienreflexion auch Störanteile. Diese können dazu führen, dass parasitäre Reflektoren fälschlicherweise als Füllstände erkannt werden oder dass die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird. Eine Fehldetektion kann im Extremfall das Überlaufen oder das Leerlaufen eines Tanks verursachen, was zu einem wirtschaftlichen Schaden führt.
Die Verfahren der Radartechnik zur Füllstandsmessung sind im Detail in D. Brumbi, „Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandsmessung", 4. Auflage, Krohne Meßtechnik GmbH, Duisburg, Mai 2003 offenbart.
G. Armbrecht, E. Denicke, N. Pohl, T. Musch und I. Rolfes: „Compact Directional UWB Antenna with Dielectric Insert for Radar Distance Mesurements", in: Proceedings of the 2008 IEEE International Conference an Ultra-Wideband (ICUWB2008), Vol. 1 2008, Seiten 229 bis 232 beschreibt die Optimierung einer Ultrabreitbandantenne durch einen dielektrischen Einsatz zur Erhöhung der effektiven Aperturfläche der Antenne. In der Regel werden die Radarantennen durch kreisförmige Aussparungen in der Tankdecke im Tank montiert. Die physikalisch nutzbare Aperturfläche für die Antenne ist unter diesen Randbedingungen auf normierte Flanschmaße reduziert. Mit der festgelegten Einbaufläche und den regulierten Messfrequenzen für Füllstandsradarsysteme, wie zum Beispiel das X-Band (8,5 GHz bis 10,5 GHz), das K-Band (21 GHz bis 26 GHz) oder das E-Band (um 80 GHz), ist auch der zu erreichende, minimale Öffnungswinkel der Strahlungskeule physikalisch begrenzt. Daher ist nie eine vollständige Störunterdrückung erreichbar. Die sich ergebenden Keulenbreiten reichen nicht aus, um eine ungewollte Rücksteuerung an Tankeinbauten oder Tankwänden zu verhindern. Die optimale Ausnutzung der begrenzten Aperturfläche gelingt durch die beschriebene dielektrische Antenne, die den Raumbereich außerhalb ihrer Randkontur zur Abstrahlung ausnutzt, wodurch die Keulenbreite weiter reduziert bzw. die effektive Aperturfläche der Antenne um mehr als einen Faktor von 2 erhöht wird.
Eine solche dielektrische Hornantenne mit verbesserter Richtwirkung ist auch in DE 10 2008 015 409 A1 beschrieben.
In B. Sai: „High Precision Self-Adaptive Radar Gauging under Clutter Environments", Proceedings of the 3rd European Radar Conference, September 2006 Manchester UK, Seiten 21 bis 24 ist ein frei abstrahlendes Radar-Füllstandsmesssystem beschrieben, bei dem Mehrfachreflexionen dynamisch nachverfolgt werden und damit ungewollte Signalanteile in der gemessenen Impulsantwort durch Signalverarbeitung mit Hilfe eines lernfähigen Algorithmus identifiziert und so deren Einfluss auf die Messung minimiert werden.
In DE 10 2005 011 778 A1 wird vorgeschlagen, den zurückreflektierten Anteil eines Messsignals phasensensitiv auszuwerten, um einen jeweiligen, einer entsprechenden Laufzeit des Messsignals entsprechenden Füllstand einer bestimmten Raumrichtung zuzuordnen. Damit können definierte Aussagen über die Struktur des Mediums in dem Behälter und über ggf. Zurückreflexion des Messsignals beitragende Einbauten in den Behälter getroffen werden.
Aus DE 10 2005 011 686 A1 ist zudem ein Verfahren zur Füllstandsmessung bekannt, bei dem das Messsignal gleichzeitig oder nacheinander derart ausgesandt wird, dass unterschiedliche Bereiche des in dem Behälter vorgesehenen Mediums ausgeleuchtet werden. Die zurückreflektieren Anteile des Messsignals werden nicht nur an eine Empfangsstelle, also an einer Position an einer Empfangsantenne, sondern an mehreren Empfangsstellen empfangen. Damit ist eine verlässliche Füllstandsbestimmung auch bei schwierigen Randbedingungen, wie bei Einbauten im Behälter oder bei dem Vorliegen von Schüttgütern mit Schüttkegeln möglich.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums in einem Behälter mittels Radar zu schaffen, mit dem Störeinflüsse robuster und einfach erkannt und eine Eigenschaft eines Mediums, wie z. B. der Füllstand, noch zuverlässiger bestimmt werden kann.
Aufgabe ist es weiter eine Messeinrichtung zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums in einem Behälter zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch:

– Bestimmen von Intensitätsmaxima der zurückreflektierten Anteile des Messsignals in einem Raumbereich, der einen zentralen Auftreffpunkt auf dem Medium umgibt, wobei der zentrale Auftreffpunkt durch den Auftreffpunkt eines von einer die Messsignale aussendenden Antenneneinheit ausgehenden Strahls der in definierten Winkeln auf der Oberfläche des Mediums auftrifft, auf das Medium definiert ist
– Erkennen von Störeinflüssen anhand von außerhalb des zentralen Auftreffpunktes liegenden Intensitätsmaxima; und
– Bestimmen der mindestens einen Eigenschaft anhand der Laufzeit eines am zentralen Auftreffpunkt reflektierten und nicht als Störeinfluss identifizierten Intensitätsmaximum.

Bei dem Verfahren wird ausgenutzt, dass der von einem Medium zurückreflektierte Anteil eines Messsignals in definierten Winkeln und damit auch in einer definierten Richtung, vorzugsweise orthogonal zur Oberfläche des Mediums steht, d. h. dass das Medium in einem bekannten Winkel, z. B. direkt unterhalb der mit dem Hauptstrahl in Richtung des Mediums abstrahlenden Antenneneinheit liegt. Der Hauptstrahl ist dabei durch das Signalmaximum der von der Antenneneinheit abgestrahlten, sich räumlich ausbreitenden elektromagnetischen Wellen definiert. Das Signalmaximum der Hauptkeule ist die Verbindungslinie zwischen einem Wirkzentrum der Antenneneinheit, die ein oder mehrere Antennenstrahler haben kann, und einem solchen Signalmaximum in der ausgesendeten Antennenkeule. Das Wirkzentrum der Antenneneinheit liegt z. B. im Zentrum der gleichzeitig oder nacheinander z. B. von mehreren Antennen der Antenneneinheit ausgestrahlten Signale auf einer Abstrahlebene der Antenneneinheit.
Durch die an sich bekannte Ausleuchtung eines den zentralen Auftreffpunktes umgebenen Bereiches in Verbindung mit einer ortsaufgelösten Auswertung der zurückreflektierten Anteile gelingt es, parasitäre oder nützliche Reflektoren zu identifizieren, die angrenzend zur Hauptstrahlrichtung vorhanden sind, und diese ggf. zu kartieren und mit ihrer nunmehr bekannten räumlichen Lage abzuspeichern. Die von diesen Störreflektoren herrührenden Störeinflüsse können damit erkannt werden und die zur Eigenschafts-, insbesondere Füllstandsbestimmung gewünschte Reflexion des Mediums kann von den Reflexionen der störenden Reflektoren unterschieden werden.
Sie gelingt durch Auswertung der Intensitätsmaxima der zurückreflektierten Anteile des Messsignals in ortsaufgelöster Weise unter Berücksichtigung der den zentralen Auftreffpunkt auf das Medium umgebenden Fläche. Die Fläche beinhaltet selbstverständlich auch den zentralen Auftreffpunkt selbst.
Mit dem Verfahren lässt sich die Robustheit einer Füllstandsmessung unter Verwendung eines frei abstrahlenden Radarsystems steigern. Dabei ist die Antenneneinheit beispielsweise durch Zusammenfassung mehrerer Antennenstrahler zu einem Antennenarray eingerichtet, um beispielsweise durch elektronische Strahlschwenkung die räumliche Lage der Reflexionsstellen im Behältertank zu bestimmen. Denkbar ist aber auch eine mechanische Schwenkung der Antenneneinheit und/oder ihrer Antennenstrahler.
Mit Hilfe des Vorwissens über die Lage der Reflexionsstelle des Mediums im Raum z. B. lotrecht, vorzugsweise unterhalb der Antenneneinheit können alle parasitären Reflektoren ignoriert werden und nur die Reflexion an der Mediumoberfläche ausgewertet werden. Durch die elektronische Strahlschwenkung kann trotz des im Vergleich zu den relativ kleinen Winkelschritten der Strahlschwenkung großen Öffnungswinkel der Antennenkeule die Position eines Reflektors genau bestimmt werden und außerhalb z. B. des Hauptstrahls liegende Impulse der Impulsantworten einem parasitären oder nützlichen Reflektor zugeordnet werden. Damit kann die Medienreflexion in der Impulsantwort isoliert werden, da dessen Lage im Raum durch die feste Montage der Antenneneinheit und der relativen Lage zur Medienoberfläche bekannt ist.
Vorzugsweise werden mehrere Messsignale von um ein Wirkzentrum der Antenneneinheit angeordneten Antennenstrahlern ausgesendet, um die den zentralen Auftreffpunkt umgebende Fläche auszuleuchten. Mit Hilfe der Mehr-Antenneneinheit kann in an sich bekannter Weise ein Ausleuchten unterschiedlicher Bereiche durchgeführt werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Messsignale entweder durch einen oder mehrere Antennenstrahler abgestrahlt und die zurückreflektierten Anteile durch mehrere Antennenstrahler empfangen werden oder durch mehrere Antennenstrahler abgestrahlt und die zurückreflektierten Anteile durch einen oder mehrere Antennenstrahler empfangen werden, um eine ortsaufgelöste Erfassung von Signalreflexionen vornehmen zu können. Dann erfolgt ein Berechnen der Intensitäten der von Auftreffpunkten auf einem den zentralen Auftreffpunkt umgebenden Raumbereich reflektierten Anteilen der Messsignale durch Verknüpfung der empfangenen zurückreflektierten Anteile der mit den einzelnen Antennenstrahlern ausgesendeten Messsignale
Durch Signalverarbeitung der empfangenen reflektierten Anteile der Messsignale ist eine ortsaufgelöste Signalauswertung möglich. Auf diese Weise wird eine Strahlschwenkung durch Signalauswertung durchgeführt. Dies gelingt durch Berechnen der Intensitäten der von Auftreffpunkten auf der den zentralen Auftreffpunkt umgebenen Raumbereich reflektierten Anteilen der Messsignale durch Verknüpfung der empfangenen zurückreflektierten Anteile der mit den einzelnen Antennenstrahlern separat ausgesendeten Messsignale.
Alternativ ist natürlich auch eine mechanische Strahlschwenkung möglich, bei der die Antenneneinheit bzw. die einzelnen Antennenstrahler verschwenkt werden, um den Raumbereich selektiv mittels Radar zu untersuchen.
Dieses Verfahren basiert z. B. darauf, dass für jeden Antennenstrahler nacheinander die bandbegrenzten, komplexen Übertragungsfunktionen bestimmt werden, die mathematisch mit der Impulsantwort verwandt sind. Die Übertragungsfunktionen werden abgespeichert. In einem weiteren Verarbeitungsschritt können dann die gemessenen Übertragungsfunktionen phasenrichtig und frequenzabhängig überlagert werden (miteinander durch Addition oder Multiplikation verknüpft), um für jeden Raumpunkt definiert durch zwei Winkel und einen radialen Abstand von dem Zentrum des an der Antenneneinheit eine Intensität der reflektierten Leistung zu ermitteln. Die Streuzentren können dann durch Suche der lokalen Intensitätsmaxima in der dreidimensionalen Intensitätsfunktion ermittelt werden. Der zur Bestimmung des Füllstands gewünschte Impuls wird aus der Impulsantwort anhand des Streuzentrums identifiziert, das sich in einer vorher bekannten Winkelrichtung befindet, die der orthogonal auf den auf der Oberfläche des Mediums stehenden Strahlrichtung entspricht.
Bei der Signalauswertung erfolgt somit vorteilhaft eine Bestimmung der Intensitätsmaxima, einer den zentralen Auftreffpunkt umgebenden Raumbereich, deren Flächenpunkte jeweils einen gleichen radialen Abstand zu dem Wirkzentrum der Antenneneinheit haben, für eine Vielzahl von radialen Abständen. Störende Reflektoren werden dann durch Suche der lokalen Maxima in der Impulsantwort z. B. durch Untersuchung der Ableitungen der Intensitäten erkannt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zudem noch eine Ermittlung von Eigenschaften des Mediums, insbesondere der Permittivität, erfolgt. Dies gelingt durch

a) Bestimmen der Laufzeit eines von einem außerhalb des zentralen Auftreffpunktes der lotrecht auf dem Medium stehenden und vom Wirkzentrum der Antenneneinheit ausgehenden Hauptstrahlrichtung liegenden Reflektors zurückreflektierten Anteils eines Messsignals und
b) Berechnen der Permittivität in Abhängigkeit von der bekannten Lage und der im Schritt a) bestimmen Laufzeit.

Die Permittivität ε_r des Mediums lässt sich beispielsweise anhand der Formel:
ermitteln. Dabei ist t₂₂ die im Schritt a) bestimmte Laufzeit des vom Reflektor zurückreflektieren Anteils des Messsignals, c₀ die Lichtgeschwindigkeit, α₂ der Winkel zwischen der von dem Wirkzentrum der Antenneneinheit ausgehenden lotrechten Hauptstrahlrichtung und der Verbindungslinie zwischen dem Wirkzentrum der Antenneneinheit und dem Reflektor, h₂ der lotrechte Abstand zwischen Antenneneinheit und Oberfläche des Mediums und h₁ der lotrechte Abstand des Reflektors zur Oberfläche des Mediums.
Mit Hilfe der Strahlschwenkung gelingt es somit, nicht nur Störreflektoren zu erkennen, sondern anhand der parasitären Reflektoren im Tank und deren bekannten Lage ein Maß für die Eigenschaft des Mediums zu ermitteln. Ausgenutzt wird hierbei, dass sich die Laufzeit des zurückreflektierten Anteils eines Messsignals durch die Übertragung im Medium und der Strahlablenkung an der Oberfläche des Mediums ändert und der Füllstand des Mediums bekannt ist.
Die Aufgabe wird weiterhin durch die Füllstandsmesseinrichtung der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, dass die Signalauswerteinheit zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die Signalauswerteeinheit kann beispielsweise als geeignet programmierter Signalprozessor ausgeführt sein. Die Signalauswertung kann aber auch mit Hilfe eines Computerprogramms auf einem leistungsfähigen Rechner durchgeführt werden. Denkbar ist auch eine Hardware-Realisierung, z. B. mit einem FPGA (Field Programmable Gate Array).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert:
1 – Skizze einer Messeinrichtung mit Behältertank und Störreflektoren in der Strahlungskeule;
2 – Draufsicht auf die Antenneneinheit mit um ein Wirkzentrum der Antenneneinheit herum angeordneten Antennenstrahlern;
3 – Skizze der sich aus verschiedenen Verknüpfungen der Empfangssignale ergebenden Richtcharakteristiken der Antenneneinheit aus 2;
4 – Skizze in perspektivischer Darstellung zur Abtastung einer Fläche in Form einer sphärischen Kugelschale mit konstantem Radius vom Wirkzentrum der Antenneneinheit;
5 – Diagramm der Intensitätsfunktion für eine Kugelschale bei dem konstanten Radius gemäß 4;
6 – Skizze einer Testanordnung mit beweglichem Reflektor für das gewünschte Mediumreflexionssignal und einem fixierten Störreflektor;
7 – Diagramm der erkannten Abstandsfehler über den Radius bei der Radarreflexionsmessung der Anordnung aus 6 mit einer Einzelantenne;
8 – Diagramm des Abstandsfehlers über den Radius gemäß 4 bei der Messung mit einer Gruppenantenne;
9 – Diagramm der Winkelposition 9 über den Radius gemäß 4 des erkannten Reflektors;
10 – Skizze einer Messanordnung mit Antenne mit außerhalb des zentralen Auftreffpunktes liegenden Reflektors und seinem reflektierten Messsignal;
11 – Skizze der Messanordnung aus 10 mit dem durch Ablenkung im Medium beeinflussten, reflektierten Anteils des Messsignals.
1 lässt eine Skizze einer Messeinrichtung 1 erkennen, die eine Antenneneinheit 2 hat. Die Antenneneinheit 2 ist in einen Deckel 3 eines Behälters 4 aufgenommen, in das ein Medium 5 eingefüllt werden kann. Das Medium 5 kann beispielsweise ein Fluid oder ein Schüttgut sein. Die Antenneneinheit 2 ist mit einer Hauptstrahlrichtung H nach unten auf das Medium 5 und den Behälterboden 6 des Behälters 4 ausgerichtet, um eine Strahlungskeule eines elektromagnetischen Messsignals in Richtung Medium 5 abzustrahlen. Die Strahlungskeule hat eine Halbwertsbreite 7, innerhalb derer die abgestrahlte Leistung um weniger als 3 dB gegenüber derjenigen in Hauptstrahlrichtung abgestrahlten Leistung reduziert ist.
Erkennbar ist, dass im Innenraum des Behälters 4 weitere Einbauten, wie beispielsweise ein Rührwerk 8 und ein Rohr 9 angeordnet sind, die bei der Füllstandsmessung nach dem Radarprinzip Störreflexionen bewirken.
Die Messeinrichtung 1 arbeitet so, dass ein Messsignal mit der Strahlungskeule in Richtung Oberfläche 10 des Mediums 5 abgestrahlt wird und die von der Oberfläche des Mediums zurückreflektierten Anteile empfangen werden. Hieraus wird die Füllhöhe des Mediums 5 im Behälter bestimmt.
Hierzu ist die Antenneneinheit 2 mit einer Sendeeinheit 11 zur Generierung der von der Antenneneinheit 2 ausgesendeten Messsignale verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Antenneneinheit 2 nicht nur als Sender, sondern auch als Empfänger und ist hier mit einer Empfangseinheit 12 der zurückreflektierten Anteile des Messsignals verbunden. An die Empfangseinheit ist eine Signalauswerteeinheit 13 zur Bestimmung des Füllstands anhand des empfangenen Messsignals gekoppelt. Die Signalauswerteeinheit 13 ist, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, auch mit der Sendeeinheit 11 verbunden, um diese anzusteuern oder zumindest den Zeitpunkt des Aussendens eines Messpulses zu erhalten, um hieraus und aus dem empfangenen zurückreflektierten Anteil des Messsignals die Laufzeit bis zum Aufreffen von auf die Oberfläche 10 des Mediums 5 und zurück zur Antenneneinheit 2 zu bestimmen. Aus der Laufzeit kann dann einfach mit Hilfe der bekannten Lichtgeschwindigkeit der Abstand h errechnet und aus der bekannten Behälterhöhe der Füllstand des Mediums 5 ermittelt werden.
Deutlich wird, dass sich die Strahlungskeule in einem Winkel α in Richtung Medium 5 verbreitert, so dass die störenden Reflektoren, wie Rührer 8 und Rohr 9 in den Sendebereich der Antenneneinheit 2 gelangen. Die zur Verfügung stehende Aperturfläche der Antenneneinheit 2 ist dabei durch die Breite a bestimmt.
Die Füllstandsmessung erfolgt beispielsweise nach dem Puls-Radarprinzip oder dem FMCW-Radarprinzip (frequenzmoduliertes kontinuierliches Hochfrequenzsignal). Bei dem Puls-Radar-Verfahren wird ein kurzer elektrischer Impuls oder ein kurzes Wellenpaket gesendet, das nach einer Zeit auf einem Reflektor, der beispielsweise die Oberfläche des Mediums trifft, und nach Reflexion nach einer Gesamtlaufzeit wieder empfangen wird.
Beim FMCW-Radar wird ein linear frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal ausgestrahlt. Der Realteil der Übertragungsfunktion wird als Zeitsignal gemessen, welches bei einem idealen Punktziel einem sinusförmigen Wechselsignal entspricht.
Bei der Radar-Reflexionsmessung ist weiter zu berücksichtigen, dass die Messsignale an einer Reflexionsfläche bei einem im Winkel orthogonal auf der Oberfläche der Reflexionsfläche (zur Normalen) auftreffenden Messsignal im entgegengesetzten Winkel zur Normalen reflektiert werden. Bei der Anordnung der Antenneneinheit 2 ist diese daher so zur Oberfläche 10 des Mediums 5 ausgerichtet, dass der Hauptstrahl H von einem Wirkzentrum der Antenneneinheit 2 ausgehend betrachtet aus einer definierten Richtung und in einem definierten Winkel auf der Oberfläche 10 des Mediums 5 auftrifft.
Durch den Durchmesser b des Leuchtflecks der auf die Oberfläche 10 des Mediums 5 auftreffenden Strahlungskeule können schräg reflektierende Anteile des Messsignals aber nicht ausgeschlossen werden.
Die korrekte Messung z. B. des Füllstands des Mediums 5 gelingt dennoch mit Hilfe einer in 2 skizzierten Antenneneinheit 2, die mehrere um ein Wirkzentrum W auf einem gemeinsamen Umfangskreis herum angeordnete Antennenstrahler 14a, 14b, 14c hat. Mit Hilfe dieser auf einem gemeinsamen Umfangsradius mit dem Wirkzentrum W als Zentrum angeordneter, ein Dreieck aufspannender Antennenstrahler 14a, 14b, 14c gelingt es, die unterhalb der Antenneneinheit 2 liegenden Raumbereiche ortsaufgelöst auszuleuchten und Impulse der dortigen störenden Reflektoren, wie Rührer 8 oder Rohr 9 oder der Oberfläche 10 des Mediums 5 zuzuordnen. Hierzu kann die Hauptstrahlrichtung im Winkel φ um den durch das Wirkzentrum W führenden Hauptstrahl H herum und in einem Winkel ϑ in radialer Richtung ausgehend vom Wirkzentrum W bei der Messung verlagert oder erst nachträglich durch Signalauswertung virtuell verschwenkt werden. Denkbar wäre auch eine mechanische Verschwenkung der Antenneneinheit 2 und/oder ihrer Antennenstrahler 14a, 14b, 14c.
Dies wird anhand der 3 deutlicher, die ein Diagramm des mit der Richtwirkung zusammenhängenden Antennengewinns in dB der Antenneneinheit über den Winkel ϑ nach Überlagerung und Gewichtung der empfangenen Impulsantworten zeigt. Deutlich wird, dass prinzipiell die größte Leistungsdichte in der Strahlkeule der Antenneneinheit im Zentrum der parabelförmigen Hauptkeule liegt, an die sich Nebenkeulen mit geringerem Antennengewinn, d. h. einer geringeren Leistungsdichte anschließen.
Bei der wie in 2 dargestellt aus drei Antennenstrahlern 14a, 14b, 14c gebildeten Antenneneinheit 2 haben alle Antennenstrahler 14a, 14b, 14c die gleiche Hauptstrahlrichtung. Die in 3 abgebildeten Richtdiagramme können dann in der Nachverarbeitung durch phasengewichtete Verknüpfung der Empfangssignale erzeugt werden. Damit kann mit minimaler Anzahl von Antennenstrahlern eine dreidimensionale Strahlformung vorgenommen werden, wobei der resultierende Gewinn G_res.ϑ(jω) von den Fernfeldcharakteristiken C(ϑ, φ) der Antennenstrahler 14a, 14b, 14c wie folgt abhängig ist: G_res,ϑ(jω) = |C 2 / 14a,ϑ + C 2 / 14b,ϑ + C 2 / 14c.ϑ|/3.
Dabei wurde vereinfacht angenommen, dass die abgestrahlten Felder nur eine Komponente aufweisen, um eine übersichtlichere Gleichung für den resultierenden Gewinn zu erhalten. Diese Vereinfachung ist für das Messprinzip aber nicht ausschlaggebend.
Unter der Annahme, dass die Antennenstrahler 14a, 14b, 14c dieselbe Charakteristik C_0.ϑ unter Vernachlässigung der gegenseitigen Kopplung haben, kann der resultierende Gewinn G_res anhand der symmetrischen Anordnung der Antennenstrahler 14a, 14b, 14c zueinander ausgedrückt werden zu:
Der Parameter k ist dabei eine Phasenkonstante und d die Verschiebung der Antennenstrahler 14a, 14b, 14b zueinander um den Koordinatenursprung, d. h. das Wirkzentrum W. jω ist die von der Frequenz abhängige variable Größe.
Mit Hilfe dieser in 2 dargestellten Antenneneinheit kann eine Strahlformung durch Verknüpfung der Impulsantworten aus den einzelnen Antennenstrahlern 14a, 14b, 14b nachträglich durchgeführt werden.
4 zeigt eine Skizze in der Antenneneinheit 2 in perspektivischer Darstellung mit einem Störreflektor 15, der im Winkel ϑ = 3,5° und Winkel φ = 90° von der Hauptstrahlrichtung H weg verlagert ist. In Kenntnis der komplexen Streuparameter H₁, H₂, H₃ der einzelnen Antennenstrahler 14a, 14b, 14c lässt sich nun der Raum oberhalb der Antenneneinheit 2 ortsaufgelöst hinsichtlich der Intensitäten der zurückreflektierten Signale abtasten. Dies erfolgt iterativ für eine Vielzahl von angenommenen Radien r, die in vom Wirkzentrum der Antenneneinheit 2, d. h. dem Gesamtmittelpunkt der Antennenstrahler 14a, 14b, 14c, ausgehend in Richtung Behälterinnenraum erstrecken. Bei einem konstanten Radius von z. B. 1,5 m wird unter Veränderung des Drehwinkels φ und des Schwenkwinkels ϑ eine Kugelschale abgetastet. Die radialen Entfernungen r₁, r₂, r₃, zu dem jeweiligen Abtastpunkt sind die Entfernungen zwischen den einzelnen Antennenstrahlern 14a, 14b, 14c der Antenneneinheit 2 und der angenommenen Position des Störers. Ein solche Abtastung kann nach Abtasten der komplexen Streuparameter H_14a, H_14b, H₁₄ rechnerisch wie folgt durchgeführt werden:
Damit kann für jeden Punkt im Behälterinnenraum mit der Entfernung r, den Winkeln ϑ und φ die Intensität A(r, ϑ, φ) des zurückreflektierten Signals berechnet werden. r_n mit n = 1, 2, 3 sind jeweilige radiale Abstände zwischen den jeweiligen Antennenstrahlern 14a (n = 1), 14b (n = 2), 14c (n = 3) und dem abzutastenden Punkt. Der Faktor k_i ist die Phasenkonstante für jede Messfrequenz. Die Variable n ist der Index der Messfrequenzen und die Größe N der letzte Index der Messfrequenzen.
Im dargestellten Fall mit dem Störreflektor 15 ergibt sich auf der Kugelschale eine Intensitätsverteilung, wie in 5 skizziert. Am Punkt des Störers bei ϑ = 3,5° und φ = 90° und dem Radius r = 1,5 m ist ein Intensitätsmaximum vorhanden. Allerdings ist das Intensitätssignal uneindeutig, da ein breiteres in Winkelrichtung ϑ um 15° auf der gegenüberliegenden Seite bei φ = 270° auf ϑ = 11,5° verlagertes lokales Intensitätsmaximum aufgrund der ersten Nebenkeule der Antenneneinheit 2 vorhanden ist. Die anderen lokalen Intensitätsmaxima stammen von den Nebenkeulen der anderen zwei Symmetrieachsen der Antenneneinheit 2.
Um nun die Position des Störreflektors 15 zu ermitteln, wird eine dreidimensionale Suche über das Intensitätssignal durchgeführt und alle lokalen Maxima werden extrahiert. Dies wird für eine Vielzahl von Radien r durchgeführt. Dies kann z. B. durch Bestimmung der Ableitungen der Intensitäten erfolgen, wobei in den lokalen Intensitätsmaxima die Ableitung, d. h. die Änderung der Intensität im Vergleich zu den räumlich benachbarten Intensitätswerten ungefähr Null ist.
Das zu der Reflexion durch die Oberfläche des Mediums herrührende und zur Bestimmung des Füllstands genutzte Intensitätsmaximum ist das größte lokale Maximum im Kleinintervall um ϑ = 0°. Vorzugsweise wird eine Abweichung von ±2° und bevorzugt ±1° Toleranz um die definierte Richtung und den definierten Winkel des Hauptstrahls H für die interessierende Reflexion der Medienoberfläche akzeptiert. Dies gilt insbesondere für die Annahme eines lotrechten Auftreffens des Hauptstrahls auf das Medium als definierte Richtung und definierten Winkel mit ϑ = 0°.
Durch die Suche im Raum über die verschiedenen Radien auch außerhalb der Hauptstrahlrichtung ϑ = 0° sind Störer eindeutig zu identifizieren und lokale Intensitätsmaxima im Bereich ϑ = 0° können anhand der Kenntnis der Störer unter Umständen auch dem Störer selbst zugeordnet werden. Dies gelingt durch die iterative Suche der Intensitätsmaxima über einer Anzahl von Radien r, d. h. über die Höhe des Behälters. Die erkannten Störer können dann mit ihrer räumlichen Lage erfasst (kartiert) und für spätere Messungen abgespeichert werden.
Durch die bevorzugte Berücksichtigung von Echos wird die a priori Information über die Winkelposition der Medienoberfläche genutzt und Reflexionen von möglicherweise größerer Intensität außerhalb des Winkelbereiches, der von dem Medium beeinflusst werden kann, werden unterdrückt. Dies trifft auch für parasitäre Störer zu, die innerhalb der Hauptstrahlrichtung der Hauptkeule der Gesamtstrahlung liegt. Solche parasitären Störer können nach dem beschriebenen Verfahren als parasitär identifiziert werden und eine fehlerhafte Füllstandsdetektion kann auf diese Weise verhindert werden.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren nochmals näher erläutert.
6 zeigt eine Skizze einer Testanordnung mit beweglichem Reflektor 16 für das gewünschte Medium-Reflexionssignal, der von einer Anfangsposition A zu einer Endposition E verlagert werden kann. Im Winkel ϑ = 3,5° ist im Abstand von 1,5 m an dem Störreflektor 15 angeordnet. Wenn nun der Reflektor 16 von der in Hauptstrahlrichtung in Abstand 1 m in der Anfangsposition A um 1 m in Hauptstrahlrichtung zur Endposition E verlagert wird, nimmt der Einfluss der Reflexion des fixierten Störreflektors 15 auf das empfangene Messsignal mit den zurückreflektierten Anteilen der Messsignale zu.
7 lässt ein Diagramm einer Messung mit einem einzelnen Antennenstrahl des Entfernungsmessfehlers e in Metern über den Abstand des Reflektors 16 zur Antenneneinheit 2, d. h. den Radius r, erkennen. Der Abstandsfehler e ist die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Abstand des Reflektors 16 zur Antenneneinheit 2 und dem gemessenen Abstand. Deutlich wird, dass der Messfehler bis zu einem radialen Abstand r von 1,3 m etwa 0 m ist. Anschließend rastet der herkömmliche Algorithmus von dem Impuls des Mediums als Echoantwort aus und es erfolgt ein Einrasten des Auswertealgorithmus auf die Störreflexion durch den fixierten Störreflektor 15 mit der Folge, dass der Messfehler von etwa 0,18 m signifikant wird. Der Messfehler nimmt dann wieder ab, bis die Position des Störreflektors 15 bei r = 1,5 m erreicht ist. Von dort nimmt der Abstandsfehler wieder kontinuierlich zu, wobei der Auswertealgorithmus auf dem fixierten Störreflektor 15 eingerastet bleibt. Das Ausrasten aus dem korrekten Echoimpuls des Mediums rührt daher, dass die Reflexion des fixierten Störreflektors 15 ein wesentlich höheres Intensitätsmaxima des zurückreflektierten Anteils verursacht, als die Reflexion der durch den beweglichen Reflektor 16 simulierten Medienoberfläche in Hauptstrahlrichtung H.
8 lässt ein Diagramm der Messung mit der in 7 dargestellten Testanordnung unter Verwendung einer Antenneneinheit 2 mit drei Antennenstrahlern 14a, 14b, 14c, d. h. einer Gruppenantenne erkennen. Wiederum ist der Abstandsfehler e in Metern über den Abstand r der Antenneneinheit 2 zum beweglichen Reflektor 16 aufgetragen. Deutlich wird, dass wiederum bei einem radialen Abstand von etwas mehr als 1,3 m der Algorithmus auf den fixierten Störreflektor 15 einrastet, was zu einem deutlichen, nunmehr über den radialen Abstand r jedoch schwankenden Abstandsfehler führt. Dieser ist an der Position des fixierten Störreflektors 15 bei r = 1,5 m gleich Null und nimmt danach jedoch wieder zu. Nach einem radialen Abstand von etwa 1,68 m rastet der Algorithmus wieder auf den beweglichen Reflektor 16 ein und der tatsächliche Füllstand wird mit einem Abstandsfehler von etwa Null wieder ermittelbar.
Damit sind zwar Füllstände im angrenzenden Bereich oberhalb und unterhalb eines Störreflektors 15 unter Umständen nicht ermittelbar.
9 lässt anhand des Diagramms des Winkels ϑ über den radialen Abstand r in Metern jedoch erkennen, dass die fehlerhafte Füllstandsmessung detektierbar ist. Deutlich wird nämlich, dass ab dem Einrasten des Algorithmus auf den fixierten Störreflektor 16 bei ϑ = 3,5° ein Störreflektor anhand der Störreflexion erkannt wird. Der Wechsel des Intensitätssignals auf eine Winkelposition von 3,5° für den dominanten Störreflektor 15 ermöglicht es diesen als parasitär zu erkennen, da dieser von der bei ϑ = 0° liegenden Reflexion des Mediums deutlich abweicht. Bei einem radialen Abstand von r ungefähr 1,69 m ist das Intensitätsmaximum wieder bei ϑ = 0°, nachdem der korrekte Füllstand wieder aufgefunden wurde. Durch diese über den radialen Abstand r sich verändernde räumliche Lage des Intensitätsmaximums lassen sich somit parasitäre Störer von der tatsächlichen Reflexion durch die Oberfläche des Mediums unterscheiden. Das Verfahren kann weiter noch dazu genutzt werden, Materialeigenschaften des Mediums, wie insbesondere die Permittivität ε_r zu bestimmen. Hierzu werden parasitäre Reflektoren 15 im Behältertank genutzt, deren räumliche Lage zur Antenneneinheit 2 bekannt ist.
Die Skizze in 10 lässt die im Winkel α₂ zur Hauptstrahlrichtung H und im Abstand x von der Hauptstrahlachse H angeordneten Störreflektor 15 erkennen. Im ungefüllten Tank beträgt die Permittivität z. B. ε₀. Die Laufzeit eines vom Störreflektor 15 herrührenden zurückreflektierten Anteils eines Messsignals ist t₁₂.
11 lässt das Diagramm aus 10 mit einem Medium der Permittivität ε_r im Behälter erkennen, das eine Füllhöhe von der Oberfläche des Mediums bis zum Störreflektor 15 von h₁ hat. Der Abstand der zwischen der Wirkfläche der Antenneneinheit 2 und der Oberfläche des Medium beträgt h₂. Dort beträgt die Permittivität aufgrund der Luftstrecke ε₀.
Nachdem die Laufzeit des zurückreflektierten Anteils in Hauptstrahlrichtung H zur Bestimmung der Füllhöhe über den Abstand h₂ gemessen wurde, kann die Permittivität des Mediums bestimmt werden. hierzu muss das Medium den Störreflektor 15 bedecken, so dass die elektromagnetische Welle einen Teil der Wegstrecke jeweils durch die Luft und durch das Medium zum Reflektor zurücklegen muss. Neben der Laufzeit t₂₂ des zurückreflektierten Anteils des Messsignals zum Reflektor 15 und zurück zur Antenneneinheit 2 wird zusätzlich die Entfernung h₂ von der Antenneneinheit 2 zur Oberfläche des Mediums 5 über die Laufzeit t₁₂ und die Lichtgeschwindigkeit c₀ bestimmt. Unter der Annahme, dass der Winkel α₂ sehr klein ist (im Bereich von einigen Grad) sowie die Höhe des Mediums über dem Reflektor keinen Vergleich zur Entfernung zwischen Antenne und Mediumoberfläche ist, kann näherungsweise α₂ = α = β gesetzt werden. Zusammen mit der gemessenen Laufzeit t₂₂ der Welle zum Reflektor 15 und zurück, kann nun die Permittivität ε_r berechnet werden:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008015409 A1 [0011]
DE 102005011778 A1 [0013]
DE 102005011686 A1 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Detail in D. Brumbi, „Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandsmessung”, 4. Auflage, Krohne Meßtechnik GmbH, Duisburg, Mai 2003 [0009]
G. Armbrecht, E. Denicke, N. Pohl, T. Musch und I. Rolfes: „Compact Directional UWB Antenna with Dielectric Insert for Radar Distance Mesurements”, in: Proceedings of the 2008 IEEE International Conference an Ultra-Wideband (ICUWB2008), Vol. 1 2008, Seiten 229 bis 232 [0010]
B. Sai: „High Precision Self-Adaptive Radar Gauging under Clutter Environments”, Proceedings of the 3rd European Radar Conference, September 2006 Manchester UK, Seiten 21 bis 24 [0012]

Claims

Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums (5) in einem Behälter (4) mittels Radar unter Aussendung von Messsignalen in Richtung der Oberfläche (10) des Mediums (5) und Auswertung von zurückreflektierten Anteilen der Messsignale zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft, vorzugsweise des Füllstandes, gekennzeichnet durch – Bestimmen von Intensitätsmaxima der zurückreflektierten Anteile des Messsignals in einem Raumbereich, der einen zentralen Auftreffpunkt auf dem Medium (5) umgibt, wobei der zentrale Auftreffpunkt durch den Auftreffpunkt eines von einer die Messsignale aussendenden Antenneneinheit (2) ausgehenden Strahls (H), der in definierten Winkeln (ϑ, φ) auf der Oberfläche des Mediums (5) auftrifft, auf das Medium (5) definiert ist; – Erkennen von Störeinflüssen anhand von außerhalb des zentralen Auftreffpunktes liegenden Intensitätsmaxima; und – Bestimmen der mindestens einen Eigenschaft anhand der Laufzeit eines am zentralen Auftreffpunkt reflektierten und nicht als Störeinfluss identifizierten Intensitätsmaximum.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messsignale von um ein Wirkzentrum (W) der Antenneneinheit (2) angeordneten Antennenstrahlern (14a, 14b, 14c) ausgesendet werden, um die den zentralen Auftreffpunkt umgebende Fläche auszuleuchten.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch a1) Aussenden von Messsignalen durch einen oder mehrere Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) sowie Empfangen der zurückreflektierten Anteile durch mehrere Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) oder a2) Aussenden von Messsignalen durch mehrere Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) sowie Empfangen der zurückreflektierten Anteile durch einen oder mehrere Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) und b) Berechnen der Intensitäten der von Auftreffpunkten auf einem den zentralen Auftreffpunkt umgebenden Raumbereich reflektierten Anteilen der Messsignale durch Verknüpfung der empfangenen zurückreflektierten Anteile der mit den einzelnen Antennenstrahlern (14a, 14b, 14c) ausgesendeten Messsignale.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ermitteln der Intensitätsmaxima für einen den zentralen Auftreffpunkt umgebenden Raumbereich und Bestimmen der räumlichen Lage der ermittelten Intensitätsmaxima zur Erkennung von Reflektoren mit ihrer räumlichen Lage.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ermitteln von Eigenschaften des Mediums (5), insbesondere der Permittivität (Er), durch: a) Bestimmen der Laufzeit eines von einem außerhalb des zentralen Auftreffpunktes des aus einer definierten Richtung in einem definierten Winkel (ϑ, φ) auf dem Medium (5) auftreffenden und vom Wirkzentrum der Antenneneinheit (2) ausgehenden Hauptstrahls (H) liegenden Reflektors (15) zurückreflektierten Anteils eines Messsignals und b) Bestimmen eines die Eigenschaften charakterisierenden Maßes in Abhängigkeit von der bekannten räumlichen Lage des Reflektors (15) und der im Schritt a) bestimmten Laufzeit.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet, durch Berechnen der Permittivität ε_r des Mediums (5) anhand der Formel:
wobei t₂₂ die im Schritt a) bestimmte Laufzeit des vom Reflektor (15) zurückreflektierten Anteils des Messsignals, c₀ die Lichtgeschwindigkeit, α₂ der Winkel zwischen der von dem Wirkzentrum (W) der Antenneneinheit (2) ausgehenden lotrechten Hauptstrahlrichtung (H) und der Verbindungslinie zwischen dem Wirkzentrum (W) der Antenneneinheit (2) und dem Reflektor (15), h₂ der lotrechte Abstand zwischen Antenneneinheit (2) und Oberfläche (10) des Mediums (5) und h₁ der lotrechte Abstand des Reflektors (15) zur Oberfläche (10) des Mediums (5) ist.
Messeinrichtung (1) zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Mediums (5) in einem Behälter (4) mittels Radar mit einer Antenneneinheit (2) zur Aussendung von Messsignalen in den Behälter (4) in Richtung des Mediums (5), einer mit der Antenneneinheit (2) gekoppelten Sendeeinheit (11) zur Generierung von mit der Antenneneinheit (2) auszusendender Messsignale, einer Empfangseinheit (12) und einer mit der Empfangseinheit (12) gekoppelten Signalauswerteeinheit (13), wobei die Antenneneinheit (2) mehrere um ein Wirkzentrum (W) der Antenneneinheit (2) angeordnete Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteeinheit (13) zur – Bestimmung von Intensitätsmaxima der zurückreflektierten Anteile des Messsignals in einem Raumbereich, der einen zentralen Auftreffpunkt auf dem Medium (5) umgibt, wobei der zentrale Auftreffpunkt durch den Auftreffpunkt eines von einer die Messsignale aussendenden Antenneneinheit (2) ausgehenden Strahls (H), der in definierten Winkeln (ϑ, φ) auf der Oberfläche des Mediums (5) auftrifft, auf das Medium (5) definiert; – Erkennung von Störeinflüssen von außerhalb des zentralen Auftreffpunktes liegenden Intensitätsmaxima; und – Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft, insbesondere des Füllstandes, anhand der Laufzeit der am zentralen Auftreffpunkt reflektierten und nicht als Störeinfluss identifizierten Intensitätsmaximum eingerichtet ist.
Messeinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenneneinheit (2) mehrere, vorzugsweise drei, auf einem Umfangsradius um ein Wirkzentrum (W) der Antenneneinheit (2) herum in gleichen Abständen voneinander beabstandete Antennenstrahler (14a, 14b, 14c) hat, die separat voneinander mit einem Messsignal beaufschlagbar sind und zur separaten Erfassung reflektierender Anteile vom Messsignal mit der Empfangseinheit (12) verbindbar sind.
Messeinrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalauswerteinheit (13) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.