DE102012108462A1 - Method for laser-based determination of level of liquid filling material in container used in e.g. chemical industry, involves scanning reflected pulses received from surface of material, after emitting laser pulses toward material - Google Patents

Method for laser-based determination of level of liquid filling material in container used in e.g. chemical industry, involves scanning reflected pulses received from surface of material, after emitting laser pulses toward material Download PDF

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Abstract

The laser pulses with defined transmission repetition frequency (fPulse) are emitted toward surface of filling material. The reflected laser pulses received from surface of filling material are scanned and the sample values are combined to form an echo curve. The actual signal characteristic of the reflected pulse is analyzed, based on echo curve. The actual signal waveform is compared with desired waveform. The echo curve determined measured value is used only to determine the level, if the actual and set signal waveforms match in a preset tolerance range. Independent claims are included for the following: (1) device for laser-based determination of level of filling material in container; and (2) system for laser-based determination of level of filling material in container.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Laserbasierten Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren.The invention relates to a method, a device and a system for the laser-based determination of the fill level of a product in a container according to a transit time method.

Heute bekannte Laserbasierte Messgeräte und Verfahren zur Füllstandmessung sind für die Messung von transparenten Flüssigkeiten auf Wasserbasis schlecht oder überhaupt nicht geeignet. Der Grund ist darin zu sehen, dass die Laserstrahlung das Füllgut vollständig oder teilweise durchdringt und auf dem Tankboden eine Reflexion erzeugt. Insbesondere in Edelstahlbehältern ist die direkte Reflexion am Behälterboden im Vergleich zur gestreuten Rückstrahlung (Remission) an der Oberfläche des Füllguts dominierend und führt leicht zu fehlerhaften Füllstandsmesswerten.Nowadays known laser-based measuring instruments and methods for level measurement are poorly or not at all suitable for the measurement of water-based transparent liquids. The reason is that the laser radiation completely or partially penetrates the medium and generates a reflection on the bottom of the tank. Especially in stainless steel tanks, the direct reflection at the bottom of the tank is dominant compared to the scattered reflection (remission) on the surface of the medium and easily leads to faulty fill level readings.

Klare Flüssigkeiten basieren in den häufigsten Fällen auf Wasser und enthalten oft keine Schwebeteilchen oder – für eine ausreichende Remission an der Flüssigkeitsoberfläche – zu wenige Schwebeteilchen. Bei trüben Medien, die viele Schwebeteilchen enthalten, tritt eine relativ starke Absorption auf, was gleichfalls dazu führt, dass der Anteil der an der Oberfläche reflektierten Laserstrahlung zu gering für eine zuverlässige Füllstandsbestimmung ist.In the most common cases, clear liquids are based on water and often contain no suspended particles or - for a sufficient remission on the liquid surface - too few suspended particles. In turbid media containing many suspended particles, a relatively strong absorption occurs, which also means that the proportion of laser radiation reflected at the surface is too small for reliable level determination.

Daher sind Laserbasierte Verfahren zur Füllstandmessung von klaren und stark absorbierenden Flüssigkeiten auf die direkte Reflexion der Laserstrahlung auf der Flüssigkeitsoberfläche angewiesen. Die Absorption der Laserstrahlung hängt darüber hinaus stark von der verwendeten Wellenlänge ab, während die direkte Reflexion unabhängig ist von der Wellenlänge.Therefore, laser-based methods for level measurement of clear and strongly absorbing liquids rely on the direct reflection of the laser radiation on the liquid surface. The absorption of the laser radiation also depends strongly on the wavelength used, while the direct reflection is independent of the wavelength.

Prinzipiell bleibt festzuhalten, dass an einer Flüssigkeitsoberfläche – abhängig vom Einfallswinkel und den optischen Medieneigenschaften – immer ein Teil der einfallenden Strahlung gebrochen und reflektiert wird.In principle, it should be noted that, depending on the angle of incidence and the optical media properties, a portion of the incident radiation is always refracted and reflected at a liquid surface.

Verfügbare Systeme zur Laserbasierten Füllstandmessung arbeiten auf der Basis von festgelegten bzw. adaptiven Schwellen. Im einfachsten Fall wird die Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen eines Laserpulses gemessen, wobei als Empfangspunkt der Zeitpunkt gewählt wird, zu dem die Empfangsintensität eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Mit den verfügbaren Systemen ist es nicht möglich, eine Bewertung der Güte der Empfangssignale vorzunehmen. Auch sind die bekannten Laser-Messgeräte zur Füllstandmessung nicht für die Messung auf Flüssigkeiten optimiert und berücksichtigen in Ihrer Signalauswertung nicht die zuvor beschriebenen Eigenschaften der Laserstrahlungs-Reflexion und -Remission sowohl von der Medienoberfläche als auch bei transparenten Medien vom Behälterboden oder tieferliegenden Schichten. Überlagert sich ein Signalanteil der Medienoberfläche mit einem Anteil der Behälterbodenreflexion, entsteht ein Mischsignal, das bei einer Schwellenbasierten Messung nicht von einem reinen an der Medienoberfläche reflektierten Signal unterschieden werden kann. Daher können relativ große Messfehler auftreten, ohne dass das Messgerät diese als Messfehler erkennt.Available laser-based level measurement systems operate on established or adaptive thresholds. In the simplest case, the transit time between the transmission and the reception of a laser pulse is measured, the point of reception being selected as the time at which the reception intensity exceeds a predetermined threshold. With the available systems, it is not possible to evaluate the quality of the received signals. Also, the known laser level measuring instruments are not optimized for the measurement of liquids and do not take into account in their signal evaluation the previously described properties of laser radiation reflection and emission from the media surface as well as transparent media from the container bottom or underlying layers. If a signal component of the media surface overlaps with a portion of the container bottom reflection, a mixed signal is produced which, in the case of a threshold-based measurement, can not be distinguished from a pure signal reflected on the media surface. Therefore, relatively large measurement errors can occur without the meter recognizing them as measurement errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Laserbasierten Füllstandmessung vorzuschlagen, das sich auch im Bereich der Füllstandsmessung auf Flüssigkeiten durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.The invention has for its object to provide a method, a device and a system for laser-based level measurement, which is also characterized in the field of level measurement for liquids by a high measurement accuracy.

Die Erfindung wird bezüglich des Verfahrens durch folgende Merkmale gelöst:
Laserpulse mit einer vorgegebenen Impulsbreite werden erzeugt;
die Laserpulse werden mit einer definierten Sendewiederholfrequenz in Richtung der Oberfläche des Füllguts ausgesendet;
die Laserpulse werden nach der Reflexion an der Oberfläche des Füllguts empfangen;
die reflektierten Laserpulse werden abgetastet;
die Abtastwerte werden zu einer Echokurve zusammengesetzt; anhand der Echokurve wird die IST-Signalform oder zumindest eine definierte IST-Signalcharakteristik des reflektierten Laserpulses analysiert und/oder ermittelt;
die Ist-Signalform oder die IST-Signalcharakteristik wird mit einer vorgegebenen SOLL-Signalform bzw. einer entsprechenden SOLL-Signalcharakteristik verglichen;
anhand der Echokurve (EK) wird der ermittelte Messwert nur zur Bestimmung des Füllstands herangezogen, wenn die IST-Signalform und die SOLL-Signalform bzw. die IST-Signalcharakteristik und die SOLL-Signalcharakteristik in einem vorgegebenen Toleranzbereich übereinstimmen.
The invention is achieved with respect to the method by the following features:
Laser pulses with a given pulse width are generated;
the laser pulses are emitted at a defined transmission repetition frequency in the direction of the surface of the medium;
the laser pulses are received after the reflection at the surface of the medium;
the reflected laser pulses are scanned;
the samples are assembled into an echo curve; the actual waveform or at least a defined actual signal characteristic of the reflected laser pulse is analyzed and / or determined on the basis of the echo curve;
the actual signal shape or the actual signal characteristic is compared with a predetermined desired signal form or a corresponding nominal signal characteristic;
Based on the echo curve (EK), the determined measured value is used only to determine the filling level if the actual signal shape and the nominal signal shape or the actual signal characteristic and the nominal signal characteristic coincide within a specified tolerance range.

Unter Signalcharakteristik wird zumindest eine Signaleigenschaft bzw. ein Signalmerkmal verstanden. Die SOLL-Signalform und die IST-Signalform werden entweder direkt miteinander verglichen oder sie werden auf bestimmte Signaleigenschaften bzw. Signalmerkmale hin analysiert, welche anhand festgelegter Kriterien Aufschluss über die Gültigkeit des Messsignals geben.Signal characteristic is understood to mean at least one signal property or one signal feature. The desired signal shape and the actual signal form are either compared directly with one another or they are analyzed for specific signal properties or signal characteristics, which provide information on the validity of the measurement signal on the basis of defined criteria.

Beispiele für die Bestimmung der Charakteristika eines auswertbaren oder nicht auswertbaren reflektierten Laserpulses sind im Folgenden nicht abschließend aufgeführt:

  • – Die Anstiegsflanke und/oder die Rückflanke des reflektierten Laserpulses sind/ist in zumindest einem vorgegebenen Bereich des Laserpulses monoton steigend bzw. monoton fallend.
  • – Die Signalform des reflektierten Laserpulses ist zu schmal oder zu breit. Erklärung: Die Ursache für einen schmalen reflektierten Laserpuls kann in einer fehlerhaften Abtastung liegen. Beispielsweise wird der reflektierte Laserpuls nicht vollständig abgetastet, der Laserpuls ist also zu schmal, weil er zu schnell weggespiegelt wird, d.h. die Zeitdauer zur Abtastung ist größer als die Zeit, während der der Reflex unverändert ist. Ein zu breiter reflektierter Laserpuls kann die Folge einer Übersteuerung der Elektronik sein, oder aber die Pulsform wird durch Störreflexionen verzerrt.
  • – Der reflektierte Laserpuls weist deutliche Zacken auf, insbesondere lassen sich mehrere Maxima u. Minima in kurzer Folge in der Signalform ermitteln.
  • – Der reflektierte Laserpuls klippt stark. Hervorgerufen wird das Klippen üblicherweise, wenn die Signaländerung so schnell ist, dass sie außerhalb der für den Empfänger tolerierbaren Signaldynamik liegt. In diesem Fall kann der Füllstandsmesswert nicht ausreichend bezüglich der Signaldynamik korrigiert werden. Je genauer die Messung sein soll, desto enger müssen z.B. die Grenzen für die erlaubte Signaldynamik ausgelegt werden. Üblicherweise geschieht dies auf Kosten der Messgeschwindigkeit, da der Anteil der nicht für die Messwertbestimmung geeigneten reflektierten Signale zunimmt.
  • – Anstelle eines Signals bzw. Laserpulses treten mehrere schmale Signale auf.
  • – Das reflektierte Signal weist schmale Höcker auf.
  • – Aufgrund der überlagerten Signale ist keine reine Puls-Signalform erkennbar.
  • – Störsignale bzw. Rauschen aufgrund von Nebel, Staub etc. überlagern sich dem reflektierten Laserpuls. Eine Trennung der Störanteile ist nicht möglich.
Examples for determining the characteristics of an evaluable or non-evaluable reflected laser pulse are not listed exhaustively below:
  • The rising edge and / or the trailing edge of the reflected laser pulse are / is monotonically increasing or monotonically decreasing in at least one predetermined region of the laser pulse.
  • - The waveform of the reflected laser pulse is too narrow or too wide. Explanation: The cause of a narrow reflected laser pulse may be a faulty scan. For example, the reflected laser pulse is not completely scanned, so the laser pulse is too narrow, because it is mirrored away too fast, ie the time to scan is greater than the time during which the reflex is unchanged. A too wide reflected laser pulse may be the result of overloading the electronics, or the pulse shape is distorted by spurious reflections.
  • - The reflected laser pulse has significant spikes, in particular, several maxima u. Determine minima in a short sequence in the waveform.
  • - The reflected laser pulse taps heavily. The clipping is usually caused when the signal change is so fast that it lies outside the tolerable signal dynamics for the receiver. In this case, the level measurement can not be sufficiently corrected for the signal dynamics. The more accurate the measurement should be, the closer the limits for the permitted signal dynamics must be designed. This usually takes place at the expense of the measuring speed, since the proportion of reflected signals not suitable for determining the measured value increases.
  • - Instead of a signal or laser pulse occur on several narrow signals.
  • - The reflected signal has narrow bumps.
  • - Due to the superimposed signals no pure pulse waveform can be seen.
  • - Noise or noise due to fog, dust, etc. are superimposed on the reflected laser pulse. A separation of the interference components is not possible.

Allgemein lässt sich sagen: Je strenger die Kriterien für die Gültigkeit von reflektierten Laserpulsen sind, d.h. je enger die Toleranzbänder sind, umso zuverlässiger wird die Bestimmung des Füllstands. Allerdings geht die hohe Messgenauigkeit üblicherweise auf Kosten der Messgeschwindigkeit. Daher sind die Toleranzbänder bevorzugt auf die jeweilige Anwendung abzustimmen. Erfolgt – bei gleichem Füllgut – die Änderung des Füllstands bzw. der Oberflächenbeschaffenheit relativ langsam, so kann mit einer hohen Messgenauigkeit gemessen werden. Erfolgt die Änderung des Füllstands bzw. der Oberflächenbeschaffenheit schnell, so ist es sinnvoll, bei der Messgenauigkeit Abstriche in Kauf zu nehmen. Weiterhin kann die Breite der Toleranzbänder abhängig sein von den Eigenschaften des insbesondere flüssigen Füllguts, dessen Füllstand ermittelt werden soll.In general, the stricter the criteria for the validity of reflected laser pulses, i. The tighter the tolerance bands are, the more reliable the determination of the level will be. However, the high measuring accuracy usually comes at the expense of the measuring speed. Therefore, the tolerance bands are preferably matched to the particular application. If, with the same filling material, the change in the filling level or the surface condition is relatively slow, it is possible to measure with a high measuring accuracy. If the change in the fill level or the surface finish occurs quickly, it makes sense to accept a reduction in the measurement accuracy. Furthermore, the width of the tolerance bands can be dependent on the properties of the particular liquid product whose level is to be determined.

Die Signalform eines reflektierten Laserpulses wird über eine Abtastung ermittelt. Die Abtastung des reflektierten Laserpulses kann in Echtzeit erfolgen – ein Abtastverfahren, das eine hochwertige und teure Abtastschaltung erforderlich macht. Alternativ wird ein Abtastverfahren angewendet, wie es beispielsweise bei Mikrowellenbasierten Pulsradargeräten eingesetzt wird, die von der Anmelderin unter der Bezeichnung Micorpilot M, Micropilot S und Levelflex angeboten und vertrieben werden. Hier wird pro reflektiertem Laserpuls ein Abtastwert gesampelt, wobei aufeinanderfolgende Abtastwerte jeweils um einen definierten Abstand von dem jeweils vorhergehenden Abtastwert verschoben sind. Sobald auf diese Art und Weise der Laserpuls komplett abgetastet worden ist, lässt sich anhand der Abtastwerte die Signalform des reflektierten Mikrowellenpulses rekonstruieren und der Füllstand in dem Behälter anhand der Echokurve ermitteln.The waveform of a reflected laser pulse is determined via a scan. The scanning of the reflected laser pulse can be done in real time - a sampling technique that requires a high quality and expensive sampling circuit. Alternatively, a scanning method is used, as used for example in microwave-based Pulsradargeräten, which are sold and sold by the applicant under the name Micorpilot M, Micropilot S and Levelflex. Here, one sample is sampled per reflected laser pulse, wherein successive samples are each shifted by a defined distance from the respective preceding sample. As soon as the laser pulse has been completely scanned in this way, the signal shape of the reflected microwave pulse can be reconstructed on the basis of the sampled values, and the fill level in the container can be determined on the basis of the echo curve.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulse einer vorgegebenen Grundfrequenz mit einer geringfügig abweichenden Abtastfrequenz derart abgetastet, dass pro Laserpuls mehrere Abtastwerte erfasst und jeweils als Subechokurve abgespeichert werden. Die abgespeicherten Subechokurven werden nach einem Messzyklus zu einer Gesamtechokurve zusammengesetzt. Anhand der Gesamtechokurve wird die IST-Signalform des an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulses ermittelt und/oder analysiert und mit der vorgegebenen SOLL-Signalform verglichen. Dieses Verfahren ist detailliert in der nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 106 149.1 , angemeldet am 09.07.2012 beschrieben. Der entsprechende Inhalt der DE 10 2012 106 149.1 ist dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung hinzuzurechnen.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser pulses of a given fundamental frequency reflected at the surface of the medium are scanned at a slightly different sampling frequency in such a way that several sampled values are recorded per laser pulse and respectively stored as a subchoice curve. The stored subecho curves are assembled after a measurement cycle to form a total technology curve. Based on the total technology curve, the actual signal shape of the laser pulse reflected on the surface of the medium is determined and / or analyzed and compared with the predetermined desired signal shape. This process is detailed in the non-prepublished German patent application DE 10 2012 106 149.1 , registered on 09.07.2012. The corresponding content of DE 10 2012 106 149.1 is to be added to the disclosure of the present application.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, das Messwerte, die nicht zur Bestimmung des Füllstands herangezogen werden, als ungültig qualifiziert werden. Anhand der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte wird anschließend eine Aussage hinsichtlich der Güte der Füllstandsmessung getroffen. Je mehr Messwerte als ungültig qualifiziert werden – je geringer also die Toleranzbänder sind – umso größer ist die Messgenauigkeit bei der Laserbasierten Füllstandsmessung.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the measured values which are not used to determine the fill level are qualified as invalid. Based on the number of measured values that are qualified as invalid, a statement regarding the quality of the level measurement is then made. The more measured values are qualified as invalid - the smaller the tolerance bands are - the greater the accuracy of the laser-based level measurement.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der zur Füllstandsmessung herangezogenen gültigen Messwerte in Relation zu der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte gesetzt wird, und dass eine Warnmeldung generiert wird, wenn die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine vorgegebene oder vorgebbare Höchstgrenze überschreitet.In addition, it is proposed that the number of valid measured values used for level measurement is set in relation to the number of measured values qualified as invalid, and that a warning message is generated if the number of measured values qualified as invalid exceeds a specified or specifiable maximum limit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens regt an, die Echokurve bzw. mehrere aufeinander folgende Echokurven im Hinblick auf temporäre und/oder ständige Störquellen in dem Behälter zu analysieren. Bei den temporären Störquellen handelt es sich z.B. um eine Signalverzerrung, die durch schwankende Reflexionseigenschaften der Oberfläche hervorgerufen wird. Insbesondere können diese Änderungen bei den Reflexionseigenschaften so schnell sein, dass sie nicht korrekt aufgenommen werden können.An advantageous embodiment of the method according to the invention stimulates the echo curve or to analyze several successive echo curves with regard to temporary and / or permanent sources of interference in the container. The temporary sources of interference are, for example, a signal distortion caused by fluctuating reflection properties of the surface. In particular, these changes in reflection properties can be so fast that they can not be recorded correctly.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung geht es also nicht nur um Störquellen, wie Einbauten im Behälter. Beim auf optischer Reflexion basierenden ToF (Time of Flight) Verfahren ist die Signalauswertung auf eine typische Signalform angewiesen, um eventuelle Korrekturberechnungen aufgrund z.B. der Signaldynamik oder auch der Temperatur durchführen zu können. Insbesondere entstehen durch Schwankungen spiegelnder Flüssigkeiten selbst bei gleichbleibendem Füllstandspegel häufig nicht verwertbare Signale bzw. Signale, die nach Anwendung der Korrekturalgorithmen zu falschen Messergebnissen führen. Diese müssen gleichfalls ausgesondert werden.The solution according to the invention is therefore not only about sources of interference, such as fittings in the container. In the case of the optical reflection based ToF (time of flight) method, the signal evaluation relies on a typical signal shape to avoid possible correction calculations due to e.g. the signal dynamics or the temperature to perform. In particular, due to fluctuations in the reflectivity of liquids, even when the level remains constant, unusable signals or signals often result, which lead to incorrect measurement results after application of the correction algorithms. These must also be eliminated.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte dadurch reduziert wird, dass die Laserpulse gerichtet in den Behälter ausgesendet werden. Gerichtet heißt in diesem Zusammenhang, dass die Laserpulse auf der Oberfläche des Füllguts, insbesondere des flüssigen Füllguts unter einem Winkel auftreffen, unter dem der von der Oberfläche des Füllguts reflektierte Signalanteil maximal ist.It is considered to be particularly advantageous if the number of measured values qualified as invalid is reduced by emitting the laser pulses directed into the container. Direction means in this context that the laser pulses impinge on the surface of the medium, in particular of the liquid product at an angle below which the signal component reflected by the surface of the product is maximal.

Weiterhin wird zur Erhöhung der Anzahl der gültigen Signale vorgeschlagen, die Signaldivergenz des Laserstrahls z.B. auf wesentlich größer als 10–20 mrad, z.B. 70mrad zu erhöhen bzw. aufzuweiten. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die von der Oberfläche reflektierten Laserpulse im Empfänger eintreffen. Auch ist es möglich, die Signaldivergenz des Laserstrahls an die jeweiligen Gegebenheiten zu adaptieren.Furthermore, in order to increase the number of valid signals, the signal divergence of the laser beam is e.g. to substantially greater than 10-20 mrad, e.g. 70mrad increase or expand. This increases the probability that the laser pulses reflected from the surface will arrive in the receiver. It is also possible to adapt the signal divergence of the laser beam to the respective conditions.

Die Aufgabe wird bezüglich des Laserbasierten Füllstandsmessgeräts durch die folgenden Merkmale gelöst:
eine Signalerzeugungseinheit, die Laserpulse einer vorgegebenen Impulsbreite erzeugt;
eine Sendeeinheit, die die Laserpulse mit einer definierten Sendewiederholfrequenz in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussendet; eine Empfangseinheit, die die Laserpulse nach Reflexion an der Oberfläche des Füllguts empfängt;
eine Abtastschaltung, die die reflektierten Laserpulse mit einer Abtastfrequenz abtastet;
eine Regel-/Auswerteeinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie anhand der Echokurve die IST-Signalform oder zumindest eine IST-Signalcharakteristik des reflektierten Laserpulses ermittelt und analysiert, die Ist-Signalform oder die IST-Signalcharakteristik mit einer vorgegebenen SOLL-Signalform oder einer entsprechenden SOLL-Signalcharakteristik vergleicht, und die einen anhand der Echokurve ermittelten Messwert zur Bestimmung des Füllstands heranzieht, wenn die IST-Signalform und die SOLL-Signalform bzw. die IST-Signalcharakteristik und die entsprechende SOLL-Signalcharakteristik in einem vorgegebenen Toleranzbereich übereinstimmen.
The task is solved with respect to the laser-based level gauge by the following features:
a signal generating unit that generates laser pulses of a predetermined pulse width;
a transmitting unit which emits the laser pulses at a defined transmission repetition frequency in the direction of the surface of the medium; a receiving unit which receives the laser pulses after reflection at the surface of the contents;
a sampling circuit that samples the reflected laser pulses at a sampling frequency;
a control / evaluation unit which is designed such that it uses the echo curve to determine and analyze the actual signal shape or at least one actual signal characteristic of the reflected laser pulse, the actual signal shape or the actual signal characteristic with a predetermined desired signal shape or one corresponding nominal signal characteristic compares, and which uses a determined based on the echo curve measurement for determining the level, when the actual waveform and the desired waveform or the actual signal characteristic and the corresponding target signal characteristic in a predetermined tolerance range match.

Bei der Sendeeinheit handelt es sich bevorzugt um eine Pulslaserdiode, eine Lasertreiberschaltung und eine optische Linse zur Fokussierung der Laserstrahlung. Die Empfangseinheit besteht bevorzugt aus einer Photodiode und einer optischen Sammellinse zur Fokussierung der von der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserstrahlung auf die Photodiode. Bei der Photodiode kann es sich um eine Avalanche Photodiode und einen Transimpedanzverstärker handeln.The transmitting unit is preferably a pulse laser diode, a laser driver circuit and an optical lens for focusing the laser radiation. The receiving unit preferably consists of a photodiode and an optical converging lens for focusing the laser radiation reflected from the surface of the medium onto the photodiode. The photodiode may be an avalanche photodiode and a transimpedance amplifier.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, dass es sich bei der Abtastschaltung um einen Analog-/Digitalwandler und bei der Auswerteeinheit um einen Mikroprozessor handelt.An advantageous embodiment of the device according to the invention suggests that the sampling circuit is an analog / digital converter and the evaluation unit is a microprocessor.

Erfindungsgemäß wird ein Laserbasiertes Füllstandmessgerät für insbesondere Flüssigkeiten nach dem Laufzeitprinzip realisiert, das in der Lage ist, die Signalform eines reflektierten Laserpulses aufzunehmen und einer Plausibilitätsprüfung zu unterziehen. Das Messgerät ist z.B. in der Lage, reine Oberflächenreflexe von gemischten Signalen aus Oberflächen- und Tankbodenreflexen sowie Signalformen, bei denen sowohl reine Oberflächen als auch reine Tankbodenreflexe vorkommen, zu unterscheiden. Signalformen, die auf gemischten Reflexen beruhen, werden hierbei als ungültig qualifiziert. Sie fließen nicht in die Messung ein.According to the invention, a laser-based level measuring device for liquids, in particular, is realized according to the transit time principle, which is able to record the signal form of a reflected laser pulse and to subject it to a plausibility check. The measuring device is e.g. able to distinguish pure surface reflections from mixed signals from surface and tank floor reflections as well as signal forms in which both pure surfaces and pure tank bottom reflections occur. Signal forms based on mixed reflections are qualified as invalid. They are not included in the measurement.

Erfindungsgemäß wird die aufgezeichnete „Hüllkurve“ bzw. die Echokurve mittels einer intelligenten digitalen Signalverarbeitung auf ihre Signalform hin analysiert. Reflektierte Laserpulse unterschiedlichen Ursprungs lassen sich prinzipiell voneinander unterscheiden.According to the invention, the recorded "envelope" or the echo curve is analyzed for its signal shape by means of intelligent digital signal processing. Reflected laser pulses of different origin can in principle be distinguished from one another.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Abtastschaltung die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulse mit einer von der Grundfrequenz geringfügig abweichenden Abtastfrequenz derart abtastet, dass pro Laserpuls mehrere Abtastwerte erfasst und jeweils als Subechokurve abgespeichert werden, und
wobei die Regel-/Auswerteeinheit, die Subechokurven nach einem Messzyklus zu einer Gesamtechokurve zusammensetzt und anhand der Gesamtechokurve die IST-Signalform des an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulses ermittelt und analysiert. Wie bereits zuvor erwähnt, ist es natürlich auch möglich, die Abtastung auf eine alternative Art und Weise durchzuführen: z.B. über eine Echtzeitabtastung oder über eine Abtastung, wie sie von Mikrowellen-Füllstandsmessgeräten bereits bekannt ist. Die Vor- und Nachteile dieser Lösungen bezüglich der favorisierten Lösung sind in der DE 10 2012 106 149.1 ausführlich beschrieben.
Furthermore, it is proposed that the scanning circuit scans the laser pulses reflected at the surface of the medium at a sampling frequency slightly different from the fundamental frequency in such a way that several sampled values are recorded per laser pulse and stored in each case as subchoice curve, and
wherein the control / evaluation unit, the Subechokurven composed after a measurement cycle to a total technology curve and based on the total technology curve determines the actual waveform of the laser pulse reflected at the surface of the medium and analyzed. Of course, as previously mentioned, it is also possible to perform the sampling in an alternative manner: for example, via a real-time sampling or sampling, as already known from microwave level gauges. The advantages and disadvantages of these solutions with respect to the favored solution are in the DE 10 2012 106 149.1 described in detail.

Darüber hinaus wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät vorgeschlagen, die Regel-/Auswerteeinheit so auszugestalten, dass sie Messwerte, die nicht zur Bestimmung des Füllstands herangezogen werden, als ungültig qualifiziert, und dass sie anhand der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine Aussage im Hinblick auf die Güte der Füllstandsbestimmung generiert.In addition, in connection with the level measuring device according to the invention, it is proposed that the control / evaluation unit be designed to invalidate measured values which are not used to determine the filling level, and to make a statement on the basis of the number of measured values qualified as invalid Generated with regard to the quality of the level determination.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgeräts sieht vor, dass die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie die Anzahl der zur Füllstandsmessung herangezogenen Messwerte in Relation zu der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte setzt und eine Warnmeldung generiert, wenn die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine vorgegebene oder vorgebbare Höchstgrenze überschreitet.An advantageous embodiment of the filling level measuring device according to the invention provides that the control / evaluation unit is configured such that it sets the number of measured values used for level measurement in relation to the number of measured values qualified as invalid and generates a warning message if the number of times is invalid qualified measured values exceeds a specified or specifiable upper limit.

Darüber hinaus lässt sich das Laserbasierte Füllstandsmessgerät mittels der nachfolgend genannten erfindungsgemäßen Ausrichtevorrichtung zu einem besonders vorteilhaften System zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren erweitern. Die Ausrichtevorrichtung ist so ausgestaltet, dass sie eine Ausrichtung des Füllstandsmessgeräts in eine für die jeweilige Anwendung optimale Messposition gestattet. In dieser optimalen Messposition ist das Füllstandsmessgerät so ausgerichtet, dass die ausgesendeten Laserpulse unter einem Winkel auf die Oberfläche des Füllguts auftreffen, unter dem die ermittelte Güte der Füllstandbestimmung maximal ist. Dies ist meist der Fall, wenn der an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Signalanteil zumindest näherungsweise maximal ist.In addition, the laser-based level measuring device can be extended by means of the alignment device according to the invention mentioned below to a particularly advantageous system for determining the filling level of a filling material in a container according to a transit time method. The alignment device is designed so that it allows an alignment of the level gauge in an optimal for each application measurement position. In this optimum measuring position, the level gauge is aligned so that the emitted laser pulses impinge at an angle on the surface of the medium, below which the determined quality of the filling level determination is maximum. This is usually the case when the signal component reflected on the surface of the medium is at least approximately maximum.

Als besonders vorteilhaft wird es darüber hinaus angesehen, wenn ein für die Laserpulse im Wesentlichen transparentes Schauglas vorgesehen ist, das mit dem Füllstandsmessgerät über einen Verstellmechanismus gekoppelt ist, wobei das Füllstandsmessgerät und das Schauglas außerhalb des Behälters angeordnet sind, so dass die gesendeten und reflektierten Laserpulse das Schauglas auf ihrem Laufweg passieren.It is also considered to be particularly advantageous if a sight glass, which is substantially transparent to the laser pulses, is provided, which is coupled to the fill level gauge via an adjusting mechanism, wherein the fill level gauge and the sight glass are arranged outside the container, so that the transmitted and reflected laser pulses pass the sight glass on its way.

Weiterhin wir im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System vorgeschlagen, dass das Schauglas und das Füllstandsmessgerät bzw. das Schauglas mit dem gekoppelten Füllstandsmessgerät in einer Wandung des Behälters, bevorzugt im Bereich des Deckels, positioniert ist. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, wenn das Füllstandsmessgerät bei chemischen oder pharmazeutischen Herstellungsverfahren eingesetzt wird, da das Messgerät von dem eigentlichen Prozess durch das Schauglas getrennt ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass zwischen dem Schauglas und dem Füllstandsmessgerät ein Schwenkmechanismus vorgesehen ist, der so ausgestaltet ist, dass das Füllstandsmessgerät von dem Schauglas wegklappbar ist und dass bei Zurückklappen in die Messstellung die zuvor eingestellte Messposition wieder erreicht ist. Hierbei kann das Schauglas auch für die Inspektion des Behälterinnern durch das Bedienpersonal genutzt werden.Furthermore, we proposed in connection with the system according to the invention that the sight glass and the level gauge or the sight glass with the coupled level gauge in a wall of the container, preferably in the region of the lid, is positioned. This solution is particularly advantageous when the level gauge is used in chemical or pharmaceutical manufacturing processes, since the meter is separated from the actual process by the sight glass. It is further provided that a pivot mechanism is provided between the sight glass and the level gauge, which is designed so that the level gauge is folded away from the sight glass and that when folded back into the measuring position, the previously set measuring position is reached again. Here, the sight glass can also be used for the inspection of the container interior by the operator.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zur Vermeidung bzw. Minimierung von Frontscheibenreflexen die Blockdistanz des Füllstandsmessgeräts so gewählt wird, dass sie innerhalb des Behälters und demnach hinter dem Schauglas liegt.In addition, it is proposed that to avoid or minimize windshield reflections the blocking distance of the level gauge is chosen so that it lies inside the container and therefore behind the sight glass.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems sieht vor, dass Laser-Füllstandmessgerät eine Anzeigeeinheit zugeordnet ist, auf der die Güte der Füllstandsbestimmung zur Anzeige kommt, die in der jeweiligen Ausrichteposition erreicht wird. Insbesondere wird auf der Anzeigeeinheit während des Ausrichtevorgangs die Ausrichteposition grafisch angezeigt, die das beste Messergebnis gebracht hat. Um das Füllstandsmessgerät in der optimalen Ausrichteposition bzw. Messposition zu arretieren, ist eine entsprechende Fixiervorrichtung vorgesehen.An advantageous development of the system according to the invention provides that the laser level gauge is associated with a display unit on which the quality of the level determination is displayed, which is achieved in the respective alignment position. In particular, on the display unit during the alignment process, the alignment position which has produced the best measurement result is graphically displayed. In order to lock the level gauge in the optimal alignment position or measuring position, a corresponding fixing device is provided.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1: ein Blockschaltbild einer bevorzugten Elektronik, die Laserpulse erzeugt und aussendet und die Signalform der reflektierten Laserpulse über ein Abtastverfahren ermittelt, 1 FIG. 2 is a block diagram of a preferred electronics system that generates and emits laser pulses and determines the waveform of the reflected laser pulses through a scanning method.

2a–c: eine Darstellung von Mischsignalen, die durch Oberflächen- und Behälterbodenreflexe entstehen, 2a -C: a representation of mixed signals arising from surface and container floor reflections,

3a–p: Darstellungen von als gültig und ungültig bewerteten Signalformen, 3a -P: representations of signal types evaluated as valid and invalid,

4: eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems mit Ausrichtevorrichtung, 4 FIG. 2: a perspective view of a first embodiment of the system according to the invention with an alignment device, FIG.

5: eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems (Schauglasleuchte) zur Füllstandsmessung in der Position:

  • a) außerhalb des Messbetriebs
  • b) im Messbetrieb
5 : An alternative embodiment of the system according to the invention (sight glass light) for level measurement in the position:
  • a) outside the measuring operation
  • b) in measuring mode

6a: eine Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung einer Anzeigeeinheit zum Auffinden der optimalen Messposition, 6a FIG. 2 shows a plan view of a first embodiment of a display unit for finding the optimum measuring position, FIG.

6b: eine Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung einer Anzeigeeinheit zum Auffinden der optimalen Messposition und 6b : A plan view of a second embodiment of a display unit for finding the optimum measuring position and

7: eine Darstellung des Strahlengangs von Laserpulsen unter Berücksichtigung der optimalen Blockdistanz. 7 : A representation of the beam path of laser pulses taking into account the optimum blocking distance.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Elektronik, die Laserpulse erzeugt und aussendet und die Signalform der reflektierten Laserpulse über ein Abtastverfahren ermittelt. Das dargestellte Abtastverfahren wird bevorzugt in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät verwendet. 1 shows a block diagram of a preferred electronics, which generates and emits laser pulses and determines the waveform of the reflected laser pulses via a scanning process. The scanning method shown is preferably used in conjunction with the method according to the invention and the level measuring device according to the invention.

Die Signalerzeugungseinheit 1 erzeugt Signale mit einer Grundfrequenz f. Diese Signale mit der Grundfrequenz f werden dem Pulsformer 6 und dem Mikroprozessor 5 zugeleitet. Der Pulsformer 6 erzeugt aus den Signalen Laserpulse mit einer vorgegebenen Impulsbreite Tp bzw. einer vorgegebenen Sendewiederholfrequenz fPulse. Bevorzugt liegt die vorgegebene Impulsbreite Tp der Laserpulse zwischen 1ns und 10ns. Die hiermit erzielte Messgenauigkeit erlaubt die Füllstandsmessung bei bewegten Oberflächen bei flüssigen Füllgütern.The signal generation unit 1 generates signals with a fundamental frequency f. These signals with the fundamental frequency f become the pulse shaper 6 and the microprocessor 5 fed. The pulse shaper 6 generates from the signals laser pulses with a predetermined pulse width Tp or a predetermined transmission repetition frequency f pulses . Preferably, the predetermined pulse width Tp of the laser pulses is between 1ns and 10ns. The measurement accuracy achieved here allows level measurement on moving surfaces in liquid products.

Die Laserpulse werden von der Sendeeinheit 2 in Richtung der Oberfläche des in 3 gleichfalls nicht gesondert dargestellten Füllguts ausgesendet. Gleichzeitig erhält der Mikroprozessor 5 ein Startsignal, für den Beginn der Messung.The laser pulses are from the transmitting unit 2 towards the surface of the 3 also not shown separately presented contents. At the same time the microprocessor receives 5 a start signal, for the start of the measurement.

Die an der Oberfläche des Füllguts bzw. am Behälterboden reflektierten Laserpulse werden nach einer von der Entfernung und daher vom Füllstand des Füllguts abhängigen Laufzeit in der Empfangseinheit 3 empfangen. Die empfangenen Laserpulse werden der Abtastschaltung 4, hier einem AD Wandler, zugeführt. Die Abtastung der Laserpulse erfolgt mit einer Abtastfrequenz fS, die sich geringfügig von der Grundfrequenz f unterscheidet. Die Abtastfrequenz wird von der Signalerzeugungseinheit 7, z.B. einem Oszillator, erzeugt. Die Differenzfrequenz fdiff zwischen Abtastfrequenz fS und Grundfrequenz f wird auf einen konstanten Betrag geregelt. Zahlenbeispiele werden in der DE 10 2012 106 149.1 genannt. Ein Messzyklus wird von dem Mikroprozessor 5 nach einer Durchschwebung der Differenzfrequenz fdiff abgeschlossen, wenn also die Differenzfrequenz fdiff eine Periode T durchlaufen hat und die Grundfrequenz f und die Abtastfrequenz fS wieder in Phase sind.The laser pulses reflected at the surface of the medium or at the bottom of the container become in the receiving unit at a time dependent on the distance and therefore on the filling level of the product 3 receive. The received laser pulses become the sampling circuit 4 , here an AD converter, fed. The scanning of the laser pulses is carried out at a sampling frequency f S , which differs slightly from the fundamental frequency f. The sampling frequency is from the signal generation unit 7 , eg an oscillator. The difference frequency f diff between the sampling frequency f S and the fundamental frequency f is regulated to a constant value. Number examples are in the DE 10 2012 106 149.1 called. A measuring cycle is performed by the microprocessor 5 after a floating of the difference frequency f diff completed, so if the difference frequency f diff has passed through a period T and the fundamental frequency f and the sampling frequency f S are back in phase.

In Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung bzw. Messgenauigkeit werden mehrere Subechokurven SEKx aufgenommen, wobei die Abtastwerte der einzelnen Subechokurven SEKx aufgrund der Grundfrequenz f, der Abtastfrequenz fS, der Differenzfrequenz fdiff und des Teilerfaktors TF jeweils zueinander um einen definiertes Zeitintervall ∆t verschoben sind. Bevorzugt beträgt der Teilerfaktor TF 1/2n, mit n = 1, 2, 3, ... Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung des Speichers, der dem Mikroprozessor 5 zugeordnet ist, sichergestellt. Zudem ist die Auswertung vereinfacht. Nähere Angaben zu dem in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Verfahren finden sich in der bereits zuvor zitierten DE 10 2012 106 149.1 , die dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Lösung hinzu zu rechnen ist.Depending on the desired resolution or measurement accuracy, a plurality of subchannel curves SEKx are recorded, the sample values of the individual subchoice curves SEKx being shifted relative to one another by a defined time interval Δt due to the fundamental frequency f, the sampling frequency f S , the difference frequency f diff and the divider factor TF , Preferably, the divider factor TF 1/2 n , with n = 1, 2, 3, ... This is an optimal utilization of the memory, the microprocessor 5 is assigned, ensured. In addition, the evaluation is simplified. Further details of the method used in connection with the present invention can be found in the previously cited DE 10 2012 106 149.1 which is to be added to the disclosure content of the present solution.

Die 2a–c zeigen unterschiedliche Formen von Mischsignalen, die durch Oberflächenreflexe und Behälterbodenreflexe, die bei transparenten oder zumindest teilweise transparenten Flüssigkeiten üblicherweise entstehen. Insbesondere wird anhand der 2a–c die der Erfindung zugrundeliegende Problematik verdeutlicht. Ob sich ein Behälterbodenreflex mit einem Oberflächenreflex vermischt hängt letztlich von zwei Größen ab, der der Höhe des Füllstandes und der Breite eines Laserpulses.The 2a -C show different forms of mixed signals due to surface reflections and tank bottom reflections that typically occur with transparent or at least partially transparent liquids. In particular, based on the 2a C illustrates the problem underlying the invention. Whether a tank bottom reflex mixes with a surface reflex ultimately depends on two factors, the height of the fill level and the width of a laser pulse.

2a zeigt den Fall, dass der Oberflächenreflex (links) deutlich von dem Behälterbodenreflex (rechts) unterschieden werden kann. Üblicherweise ist das Signal des Behälterbodenreflexes gegenüber dem Signal des Oberflächenreflexes noch deutlich abgeschwächt. In dem gezeigten Fall lässt sich anhand der Signalform ein zuverlässiger Messwert berechnen. 2a shows the case that the surface reflection (left) can be clearly distinguished from the tank bottom reflex (right). Usually, the signal of the container bottom reflection is still significantly attenuated with respect to the signal of the surface reflection. In the case shown, a reliable measured value can be calculated on the basis of the signal shape.

In 2b ist der Fall dargestellt, dass der Füllstand nicht ausreichend hoch ist und der Abstand zwischen dem an der Oberfläche und dem an dem Behälterboden reflektierte Signal so klein wird, dass sich die beiden Signale zu einem Mischsignal vermischen. Aufgrund der Signalform ist die Vermischung in diesem Fall eindeutig erkennbar. Daher kann das Gesamtsignal als ungültig deklariert werden. Eventuell können derartige Mischsignale auch als gültig deklariert werden, und zwar immer dann, wenn sich das an der Oberfläche reflektierte Signal aus dem Mischsignal rekonstruieren lässt.In 2 B the case is shown that the level is not sufficiently high and the distance between the signal reflected at the surface and at the bottom of the container becomes so small that the two signals mix to form a mixed signal. Due to the signal shape, the mixing is clearly recognizable in this case. Therefore, the total signal can be declared invalid. Eventually, such mixed signals can also be declared valid, and indeed whenever the signal reflected at the surface can be reconstructed from the mixed signal.

In 2c ist der Fall dargestellt, dass der Füllstand noch niedriger ist. Hier ist mit einfachen Methoden nicht mehr erkennbar, dass es sich bei dem Signal um ein Mischsignal handelt. Als Folge hiervon würde ein fehlerhafter Messwert ermittelt. Ist jedoch der prinzipiell sehr spitze und schmale Signalverlauf eines Oberflächenreflexes in der jeweiligen Anwendung durch einen Einlernvorgang bekannt, so kann das Mischsignal durch einen Vergleich von Ist- und SOLL-Signaleigenschaften bzw. von IST- und SOLL-Signalform als gültig bzw. als ungültig erkannt werden. Je enger die Toleranzbereiche bei dem IST-SOLL Vergleich liegen, umso zahlreicher wird die Anzahl der Messwerte sein, die als ungültig verworfen werden. Die Folge einer höheren Messgenauigkeit ist eine geringere Messrate, mit der die Messwerte pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellt werden. Werden geringere Anforderungen an die Messgenauigkeit gestellt, so fällt die Messrate höher aus.In 2c the case is shown that the level is even lower. Here it is no longer recognizable with simple methods that the signal is a mixed signal. As a consequence, a faulty measured value would be determined. However, if the principally very sharp and narrow signal profile of a surface reflection in the respective application is known through a teach-in process, the mixed signal can be recognized as valid or invalid by comparing actual and desired signal properties or actual and desired signal form become. The closer the tolerance ranges are in the actual-target comparison, the more numerous will be the number of measured values that are rejected as invalid. The consequence of a higher measuring accuracy is a lower measuring rate with which the measured values are made available per unit of time. If lower requirements are placed on the measuring accuracy, the measuring rate is higher.

Typische Pulsbreiten von Lasern liegen beispielsweise im Bereich von 3–5 ns und haben damit eine räumliche Ausdehnung zwischen 0,9 m und 1,5 m. Somit ist bei niedrigen Füllständen bzw. kleinen Behältern statistisch eine häufige Signalvermischung sehr wahrscheinlich. Eine Messung, die nicht in der Lage ist, ungültige Mischsignale zu erkennen, liefert keine ausreichende Messgenauigkeit bei der Füllstandsmessung.Typical pulse widths of lasers are, for example, in the range of 3-5 ns and thus have a spatial extent between 0.9 m and 1.5 m. Thus, at low levels or small containers, statistically frequent signal mixing is very likely. A measurement that is unable to detect invalid mixed signals does not provide sufficient measurement accuracy in level measurement.

In den 3a3p sind gültige Signalformen (3a3e) und ungültige – und damit für die Messwertermittlung ungeeignete – Signalformen (3a3p) grafisch dargestellt.In the 3a - 3p are valid waveforms ( 3a - 3e ) and invalid - and thus unsuitable for the determination of measured values - waveforms ( 3a - 3p ) graphically.

3a zeigt eine gültige Signalform, die im linearen Bereich der Empfangseinheit aufgenommen worden ist. 3a shows a valid waveform that has been taken in the linear area of the receiving unit.

3b zeigt ein leicht schwaches, deformiertes aber noch als gültig bewertetes Signal. 3b shows a slightly weak, deformed but still validated signal.

3c zeigt eine gültige Signalform, die im übersteuerten Bereich der Empfangseinheit aufgenommen worden ist. 3c shows a valid waveform that has been recorded in the overdriven area of the receiving unit.

3d zeigt eine stark abgeschwächte Signalform, die gerade noch gültig ist. 3d shows a strongly attenuated waveform that is barely valid.

3e zeigt eine deformierte Signalform, die aber noch gültig ist, da hier der mittlere Signalbereich und die Anstiegsflanke des Signals ausgewertet werden können. 3e shows a deformed waveform, which is still valid, because here the average signal range and the rising edge of the signal can be evaluated.

3f zeigt eine ungültige Signalform, die aus gespaltenen Signalen besteht, welche durch Störreflexionen bzw. Störreflexe hervorgerufen werden. 3f shows an invalid waveform consisting of split signals caused by spurious reflections.

Die 3g3j zeigen vier ungültige Signalformen, die durch nicht monoton ansteigende Flanken charakterisiert sind. Die im Signal auftretenden Zacken deuten auf Fehlabtastungen hin, die durch Signalreflexe verursacht werden, die für die Abtastung zu schnell erfolgen.The 3g - 3y show four invalid waveforms characterized by non-monotonically rising edges. The pips appearing in the signal are indicative of false samples caused by signal reflections that are too fast for sampling.

Die 3k und 3l zeigen ungültige Signalformen mit vielen Fragmenten.The 3k and 3l show invalid waveforms with many fragments.

Die in 3m gezeigte Signalform ist ungültig, da das Signal eine geforderte Mindeststärke nicht erreicht.In the 3m shown waveform is invalid because the signal does not reach a required minimum strength.

Die 3n3p zeigen ungültige Signalformen, die aufgrund sehr schneller Störreflexe Zuspitzungen aufweisen.The 3n - 3p show invalid waveforms, which have due to very fast perturbations peaks.

Wie bereits gesagt, haben der Eintrittswinkel der Laserpulse bzw. der Laserstrahlung und die Wellenlänge der Laserpulse bzw. der Laserstrahlung einen entscheidenden Einfluss darauf, ob ein Behälterbodenreflex entsteht oder nicht. Daher ist es im Zusammenhang mit einem Laserbasierten Füllstandsmessgerät sehr wichtig, die Laserstrahlung unter einen optimalen Einstrahlwinkel in Richtung des Füllguts auszusenden. In 4 ist in perspektivischer Ansicht eine Ausrichtevorrichtung 8 dargestellt, wie sie beispielhaft in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerät eingesetzt werden kann.As already stated, the angle of incidence of the laser pulses or of the laser radiation and the wavelength of the laser pulses or of the laser radiation have a decisive influence on whether or not a container bottom reflection arises. Therefore, in the context of a laser-based level measuring device, it is very important to emit the laser radiation at an optimum angle of incidence in the direction of the medium. In 4 is a perspective view of an alignment device 8th represented, as it can be used by way of example in connection with the level measuring device according to the invention.

Laserbasierte Verfahren und Vorrichtungen zur Füllstandmessung von klaren und stark absorbierenden Flüssigkeiten sind auf die direkte Reflexion der Laserstrahlung an der Flüssigkeitsoberfläche angewiesen. Hierbei ist zu beachten, dass die Absorption in der Flüssigkeit abhängig ist von der Wellenlänge der Laserstrahlung, während die direkte Reflexion an der Oberfläche der Flüssigkeit von der Wellenlänge der Laserstrahlung nicht beeinflusst wird.Laser-based methods and devices for level measurement of clear and strongly absorbing liquids rely on the direct reflection of the laser radiation at the liquid surface. It should be noted that the absorption in the liquid is dependent on the wavelength of the laser radiation, while the direct reflection on the surface of the liquid is not affected by the wavelength of the laser radiation.

An einer Flüssigkeitsoberfläche wird abhängig vom Einfallswinkel und den optischen Medieneigenschaften immer ein Teil der einfallenden Strahlung gebrochen und reflektiert. Damit der Anteil der von der Flüssigkeitsoberfläche zurückreflektierten Strahlung einen Maximalwert erreicht, ist es wichtig, die Laserstrahlung unter dem idealen Einfallswinkel – meist lotrecht – auf die Oberfläche zu richten. Insbesondere bei größeren Messdistanzen verursachen bereits kleine Winkeländerungen der einfallenden Laserstrahlung einen deutlichen Strahlungsverlust.Depending on the angle of incidence and the optical media properties, a portion of the incident radiation is always refracted and reflected at a liquid surface. In order for the proportion of the radiation reflected back from the surface of the liquid to reach a maximum value, it is important to direct the laser radiation to the surface at the ideal angle of incidence, usually perpendicularly. Even with larger measurement distances even small changes in angle of the incident laser radiation cause a significant radiation loss.

Zusätzlich besteht bei Verwendung gängiger Wellenlängen der Laserstrahlung das Problem, dass die Laserstrahlung die mehr oder weniger transparente Flüssigkeit durchdringt und am Behälterboden eine Reflexion erfährt. Dies führt zu der bereits beschriebenen Vermischung des Behälterboden- oder Wandreflexes mit dem Oberflächenreflex.In addition, when using common wavelengths of the laser radiation, there is the problem that the laser radiation penetrates the more or less transparent liquid and undergoes a reflection at the container bottom. This leads to the already described mixing of the container floor or wall reflex with the surface reflection.

Bekannte Füllstandsmessgeräte, deren Anordnungen bzw. Prozessanschlüsse und Behältergeometrien erlauben häufig keine gewünscht genaue Ausrichtung der einfallenden Strahlung. Bei Radarmessgeräten ist es bekannt, die Messstrahlung über einen verstellbaren Flansch auszurichten. Entsprechende Flanschanordnungen erfüllen nicht immer die geforderter Hygienerichtlinien und können daher nicht uneingeschränkt eingesetzt werden. Aufgrund der bereits erwähnten starken Winkelempfindlichkeit der Laserbasierten Füllstandsmesssysteme ist es einem Servicetechniker bzw. Kunden ohne weitere Hilfsmittel nicht möglich, eine präzise Ausrichtung des Laserstrahles manuell zu gewährleisten.Known level gauges, their arrangements or process connections and container geometries often do not allow a desired precise alignment of the incident radiation. In radar instruments, it is known to align the measuring radiation via an adjustable flange. Corresponding flange arrangements do not meet always the required hygiene guidelines and therefore can not be used without restriction. Due to the already mentioned high sensitivity of the laser-based level measurement systems, it is not possible for a service technician or customer without additional aids to ensure a precise alignment of the laser beam manually.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Laserbasierten Füllstandsmessung vorzuschlagen, das eine berührungslose, nicht intrusive Füllstandmessung auf transparenten Flüssigkeiten gewährleistet. Bevorzugt sollten die Hauptkomponenten des Systems außerhalb des Behälters 9 angeordnet sein, so dass etwaige Hygienebestimmungen ohne weiteres eingehalten werden können. Insbesondere erfolgt die Messung bevorzugt von außen durch ein Schauglas 10. Die präzise Ausrichtung der Laserstrahlung erfolgt über eine justierbare mechanische Halterung des Füllstandsmessgeräts und wird durch eine optische und/oder akustische Anzeigeeinheit 11, auf der die Güte des Empfangssignals ablesbar ist, unterstützt.The invention has for its object to provide a system for laser-based level measurement, which ensures a non-contact, non-intrusive level measurement on transparent liquids. Preferably, the main components of the system should be outside the container 9 be arranged so that any hygiene requirements can be met easily. In particular, the measurement is preferably carried out from the outside through a sight glass 10 , The precise alignment of the laser radiation via an adjustable mechanical support of the level gauge and is by an optical and / or acoustic display unit 11 , on which the quality of the received signal is readable, supported.

Beispiele für die Anzeige bzw. Benutzerführung einer lotrechten Ausrichtung des Laser-Füllstandmessgerätes sind in den 6a und 6b dargestellt. Hier erfolgt die Ausrichtung nicht auf der Basis der Signalgüte.Examples of the display or user guidance of a vertical alignment of the laser level gauge are in the 6a and 6b shown. Here, the alignment is not based on the signal quality.

In den 5a und 5b ist eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems zur Füllstandsmessung beschrieben. Das Füllstandsmessgerät 12 ist mittels einer verstellbaren Halterung 13, ähnlich wie bei einer schwenkbaren Schauglasleuchte, über einem Schauglas 10 angebracht und setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

  • Eine Ausrichtvorrichtung 8, die in der optimalen Position fixiert werden kann, sobald das Gerät justiert ist. Eine nachträgliche Dejustage wird dadurch vermieden.
  • Einen Schwenkmechanismus 13, der ein Wegklappen des Füllstandsmessgeräts 12 ermöglicht, wodurch das Sichtfeld des Schauglases 10 wie gewöhnlich zur visuellen Inspektion des Behälterinnenraums freigegeben wird. Bei anschließendem Zurückschwenken, rastet das Füllstandsmessgerät 12 wieder in der ursprünglich eingestellten bzw. justierten optimalen Position ein.
  • – Die Blockdistanz der Optik des Füllstandsmessgeräts 12 wird so ausgelegt, dass die Laserpulse bzw. die Laserstrahlung erst innerhalb des Behälters 9 direkt auf die Empfangseinheit 2 abgebildet werden. Dargestellt ist dieser bevorzugt verwendete Fall in 7. Durch diese Auslegung der Optik wird das Auftreten von Reflexionen an der Frontscheibe des Schauglases 10 minimiert.
In the 5a and 5b an alternative embodiment of the system according to the invention for level measurement is described. The level gauge 12 is by means of an adjustable bracket 13 , similar to a hinged sight glass, over a sight glass 10 attached and consists of the following components:
  • - An alignment device 8th , which can be fixed in the optimum position as soon as the device is adjusted. Subsequent misalignment is thereby avoided.
  • - A swivel mechanism 13 , the folding away of the level gauge 12 allowing the field of view of the sight glass 10 as is usually released for visual inspection of the container interior. When subsequently swinging back, the level gauge locks 12 again in the originally set or adjusted optimal position.
  • - The blocking distance of the optics of the level gauge 12 is designed so that the laser pulses or the laser radiation only within the container 9 directly to the receiving unit 2 be imaged. This preferred case is shown in FIG 7 , Due to this design of the optics, the occurrence of reflections on the windscreen of the sight glass 10 minimized.

Bevorzugt verfügt das Füllstandsmessgerät 12 über einen speziellen Inbetriebnahmemodus, der die korrekte Ausrichtung des Füllstandsmessgeräts 12 in Bezug auf das in dem Behälter 9 befindliche Füllgut unterstützt. Während dieser Inbetriebnahmemodus aktiv ist, führt das Füllstandsmessgerät 12 z.B. in einer gegenüber dem normalen Messbetrieb erhöhten Aktualisierungsrate eine Füllstandsmessung durch. Die empfangenen Signale werden bezüglich ihrer Güte bewertet. Die Güte ist hierbei ein Maß für die Höhe der Auswertbarkeit eines Signales und gibt an, ob das Signal in Bezug auf eine geforderte Messgenauigkeit für die Füllstandsmessung geeignet ist oder nicht.Preferably, the level gauge has 12 via a special commissioning mode, the correct orientation of the level gauge 12 in relation to that in the container 9 supported filling material is supported. While this commissioning mode is active, the level gauge leads 12 For example, in a comparison with the normal measurement operation increased refresh rate by a level measurement. The received signals are evaluated for their quality. The quality is in this case a measure of the level of evaluability of a signal and indicates whether the signal is suitable with respect to a required measurement accuracy for the level measurement or not.

Bei der Beurteilung der Güte der Füllstandsmesssignale ist erfindungsgemäß nicht nur die empfangene Signalintensität entscheidend; es findet vielmehr eine qualitative Analyse der empfangenen Signale hinsichtlich ihrer Signalform und/oder hinsichtlich von zumindest einer vorgegebenen Signalcharakteristik statt. Ungültige Signale werden durch das Füllstandsmessgerät 12 aufgrund der Signalform oder zumindest einer definierten Signalcharakteristik erkannt und entsprechend gezählt und/oder verworfen.In the assessment of the quality of the fill level measurement signals, not only the received signal intensity is decisive according to the invention; Rather, there is a qualitative analysis of the received signals with regard to their signal shape and / or with regard to at least one predetermined signal characteristic. Invalid signals are sent by the level gauge 12 detected due to the waveform or at least one defined signal characteristic and counted accordingly and / or discarded.

Bekannte Laser-Füllstandmessgeräte können hingegen – wie bereits zuvor beschrieben – nicht zwischen gültigen und ungültigen Signalen unterscheiden, da sich deren Signalintensitäten oftmals überhaupt nicht unterscheiden.On the other hand, as already described above, known laser level measuring devices can not differentiate between valid and invalid signals, since their signal intensities often do not differ at all.

In Bezug auf die Signalgüte können mehrere Kriterien herangezogen werden. Beispielhaft sind einige nachfolgend genannt:

  • – Die Beurteilung erfolgt auf der Basis der empfangenen Signalintensität: Je höher die empfangene Signalintensität ist, desto höher ist die Güte der Füllstandsmessung. Der Nachteil bei dieser Art der Auswertung ist darin zu sehen, dass durchaus auch ungültige Signale, z.B. Mischsignale von Behälterboden- und Oberflächenreflexen akzeptiert werden, was zur Ausgabe von fehlerhaften Messwerten führt.
  • – Die Bewertung erfolgt auf der Grundlage der Signalform des Laserpulses: Die höchste Güte hat ein Signal, das weitgehend dem Idealbild einer Direktreflexion ohne Mischeffekte durch Behälterboden- oder Wandeffekte entspricht. Sind zwei Signale bezüglich der Signalform gleichwertig, so hat das Signal mit der höheren Intensität auch die höhere Güte.
  • – Die Beurteilung erfolgt auf der Basis der Anzahl gültiger und ungültiger Signale: In einer bevorzugten Ausführung werden hierbei pro Messgeräteposition mehrere Signale aufgenommen und auf Ihre Gültigkeit hin überprüft. Je höher der Anteil der gültigen Signale während eines definierten Zeitraums an der Gesamtzahl der Signale ist, desto höher ist die Signalgüte und desto günstiger ist die gewählte Ausrichtung des Füllstandsmessgeräts 12 für die Messung. Erfolgt die Bewertung auf der Basis der Signalintensität, so muss ein als gültig bewertetes Signal einen festgelegten Schwellwert überschreiten.
  • – Die Beurteilung erfolgt auf der Basis statistischer Werte, wie z.B. komplexe Histogrammanalysen oder Beurteilung der Varianzen und Mittelwerte von Bewertungskriterien.
In terms of signal quality, several criteria can be used. By way of example, some are mentioned below:
  • - The assessment is made on the basis of the received signal intensity: the higher the received signal intensity, the higher the quality of the level measurement. The disadvantage of this type of evaluation is the fact that even invalid signals, eg mixed signals from container bottom and surface reflections are accepted, which leads to the output of erroneous measured values.
  • - The evaluation is based on the waveform of the laser pulse: The highest quality has a signal that largely corresponds to the ideal image of a direct reflection without mixing effects by container bottom or wall effects. If two signals are equivalent with respect to the signal shape, then the signal with the higher intensity also has the higher quality.
  • - The assessment is based on the number of valid and invalid signals: In a preferred embodiment, several signals are recorded for each measuring device position and checked for their validity. The higher the proportion of valid signals over a defined period of time in the total number of signals, the higher the signal quality and the more favorable the selected orientation of the signal level Device 12 for the measurement. If the evaluation is based on the signal intensity, a validated signal must exceed a specified threshold.
  • - The assessment is based on statistical values, such as complex histogram analysis or assessment of variances and mean values of evaluation criteria.

Als Fazit bleibt festzuhalten: Über die Signalformen der Laserpulse lassen sich gültige von ungültigen Füllstandmessignalen anhand festgelegter Kriterien unterscheiden.In conclusion, it should be noted that the signal shapes of the laser pulses can be used to distinguish valid from invalid level signals based on defined criteria.

Nachfolgend werden noch einige vorteilhafte Weiterentwicklungen der Lösung bzw. Alternativlösungen vorgestellt:
Das Füllstandsmessgerät 12 wird mit einem Lagesensor ausgestattet. Dieser macht es einerseits möglich, die genaue Ausrichtung des Füllstandsmessgeräts 12 zu erkennen, und andererseits die lotrechte Positionierung des Füllstandsmessgeräts 12 und damit des Laserstrahls durch eine entsprechende Softwareimplementierung mit Anzeigeeinheit zu ermöglichen. Entsprechende Apps sind bei gängigen Mobiltelefonen bekannt. Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass bei lotrechter Positionierung auch die beste Signalgüte erreicht wird. Die Nachteile dieser Lösung sind darin zu sehen, dass ein Lagesensor und eine grafische Anzeigeeinheit benötigt werden und dass darüber hinaus eine Kalibrierung der Laseroptik auf den Lagesensor erfolgen muss.
Below some advantageous developments of the solution or alternative solutions are presented:
The level gauge 12 is equipped with a position sensor. This makes it possible on the one hand, the exact alignment of the level gauge 12 to recognize, and on the other hand, the vertical positioning of the level gauge 12 and thus to enable the laser beam through a corresponding software implementation with display unit. Corresponding apps are known in popular mobile phones. In general, it can be assumed that the best signal quality is achieved with vertical positioning. The disadvantages of this solution can be seen in the fact that a position sensor and a graphic display unit are required and, moreover, that a calibration of the laser optics on the position sensor must be carried out.

In einigen Fällen kann es vorkommen, dass die lotrechte Messposition nicht die optimale Messposition ist. In solchen Fällen wird eine Kombination von Lageerkennung mittels eines Lagesensors und Auswertung der Signalgüte vorgeschlagen. Eine entsprechende Kombination ist auch vorgesehen, wenn eine Kalibrierung der Laseroptik auf den Lagesensor unerwünscht ist.In some cases, it may happen that the vertical measurement position is not the optimal measurement position. In such cases, a combination of position detection by means of a position sensor and evaluation of the signal quality is proposed. A corresponding combination is also provided when calibration of the laser optics to the position sensor is undesirable.

Hierzu wird das Füllstandsmessgerät 12 während der Inbetriebnahme bzw. Ausrichtung zunächst in möglichst viele verschiedene Positionen bewegt. Die Signalgüte pro Ausrichteposition wird automatisch abgespeichert und auf der Anzeigeeinheit angezeigt. Nach Beenden dieses Vorganges kann die optimale bzw. ideale Position des Füllstandsmessgeräts 12 grafisch angezeigt und entsprechend angesteuert werden. Hierbei ist es nicht notwendig, den Lagesensor auf die Laseroptik zu kalibrieren, da die absolute Position auf der Anzeigeeinheit keine Rolle spielt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sie sehr kostengünstig ist.For this purpose, the level gauge 12 initially moved into as many different positions as possible during commissioning or alignment. The signal quality per alignment position is automatically stored and displayed on the display unit. After completing this process, the optimal or ideal position of the level gauge can 12 graphically displayed and controlled accordingly. In this case, it is not necessary to calibrate the position sensor to the laser optics, since the absolute position on the display unit is irrelevant. This embodiment has the advantage that it is very cost-effective.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems sind nachfolgend noch einmal zusammengefasst:

  • – Das System ist zur nicht intrusiven Füllstandmessung geeignet;
  • – Die Anordnung erlaubt die die optimale Ausrichtung eines Laserbasierten Füllstandmessgerätes 12 bei der Füllstandsmessung auf insbesondere transparenten Flüssigkeiten ohne diffus streuende Schwebeteilchen bzw. Partikel.
  • – Das System ermöglicht den Einsatz der Laser-Füllstandmessung bei transparenten Flüssigkeiten, z.B. für Produktions- und Abfüllprozesse in der Pharma- und Lebensmittelindustrie.
  • – Grundlegende Erhöhung der Messgenauigkeit von Laserbasierten Füllstandmessgeräten aufgrund der Ausfilterung ungültiger Signale und aufgrund der Auswertung der Signalgüte auf Basis der Signalform bzw. der daraus abgeleiteten Signalcharakterstik.
The advantages of the system according to the invention are summarized below:
  • - The system is suitable for non-intrusive level measurement;
  • - The arrangement allows the optimal alignment of a laser-based level gauge 12 in the level measurement on in particular transparent liquids without diffusely scattering suspended particles or particles.
  • - The system enables the use of laser level measurement in transparent liquids, eg for production and filling processes in the pharmaceutical and food industry.
  • - Fundamental increase in the measuring accuracy of laser-based level measuring instruments due to the filtering of invalid signals and due to the evaluation of the signal quality based on the signal shape or the signal characteristic derived therefrom.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012106149 [0013, 0013, 0025, 0045, 0046] DE 102012106149 [0013, 0013, 0025, 0045, 0046]

Claims (15)

Verfahren zur laserbasierten Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren, wobei Laserpulse mit einer vorgegebenen Impulsbreite (Tp) erzeugt werden, wobei die Laserpulse mit einer definierten Sendewiederholfrequenz (fPulse) in Richtung der Oberfläche des Füllguts ausgesendet werden, wobei die Laserpulse nach Reflexion an der Oberfläche des Füllguts empfangen werden, wobei die reflektierten Laserpulse abgetastet werden, wobei die Abtastwerte zu einer Echokurve zusammengesetzt werden, wobei anhand der Echokurve die IST-Signalform oder zumindest eine definierte IST-Signalcharakteristik des reflektierten Laserpulses analysiert und/oder ermittelt wird, wobei die Ist-Signalform oder die IST-Signalcharakteristik mit einer vorgegebenen SOLL-Signalform bzw. einer entsprechenden SOLL-Signalcharakteristik verglichen wird, und wobei der anhand der Echokurve (EK) ermittelte Messwert nur zur Bestimmung des Füllstands herangezogen wird, wenn die IST-Signalform und die SOLL-Signalform bzw. die IST-Signalcharakteristik und die SOLL-Signalcharakteristik in einem vorgegebenen Toleranzbereich übereinstimmen.Method for the laser-based determination of the filling level of a filling material in a container according to a transit time method, wherein laser pulses having a predetermined pulse width (Tp) are generated, wherein the laser pulses are emitted at a defined transmission repetition frequency (f pulses ) in the direction of the surface of the medium, the laser pulses are received after reflection on the surface of the medium, wherein the reflected laser pulses are sampled, wherein the samples are combined to form an echo curve, wherein the actual waveform or at least a defined actual signal characteristic of the reflected laser pulse is analyzed and / or determined based on the echo curve in which the actual signal shape or the actual signal characteristic is compared with a predetermined desired signal form or a corresponding nominal signal characteristic, and wherein the measured value determined on the basis of the echo curve (EK) is used only to determine the fill level if the IS T signal shape and the nominal signal or the actual signal characteristic and the nominal signal characteristic in a predetermined tolerance range match. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulse einer vorgegebenen Grundfrequenz (f) mit einer geringfügig abweichenden Abtastfrequenz (fS) derart abgetastet werden, dass pro Laserpuls mehrere Abtastwerte erfasst und jeweils als Subechokurve (SEK) abgespeichert werden, wobei die abgespeicherten Subechokurven (SEK) nach einem Messzyklus zu einer Gesamtechokurve (EK) zusammengesetzt werden, und wobei anhand der Gesamtechokurve die IST-Signalform des an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulses ermittelt und/oder analysiert und mit der vorgegebenen SOLL-Signalform verglichen wird.A method according to claim 1, wherein the laser pulses of a predetermined fundamental frequency (f) reflected at the surface of the medium are scanned at a slightly different sampling frequency (f S ) in such a way that several sampled values are recorded per laser pulse and respectively stored as subchoice curve (SEK) the stored subecho curves (SEK) are combined after a measuring cycle into a total technology curve (EK), and wherein the actual signal shape of the laser pulse reflected at the surface of the medium is determined and / or analyzed on the basis of the overall technology curve and compared with the predetermined desired signal shape. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Messwerte, die nicht zur Bestimmung des Füllstands herangezogen werden, als ungültig qualifiziert werden, und wobei anhand der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine Aussage hinsichtlich der Güte der Füllstandsbestimmung getroffen wird.Method according to claim 1 or 2, whereby measured values which are not used to determine the filling level are qualified as invalid, and whereby, based on the number of measured values qualified as invalid, a statement is made regarding the quality of the fill level determination. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Anzahl der zur Füllstandsmessung herangezogenen Messwerte in Relation zu der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte gesetzt wird, und wobei eine Warnmeldung generiert wird, wenn die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine vorgegebene oder vorgebbare Höchstgrenze überschreitet.Method according to claim 1, 2 or 3, wherein the number of measured values used for level measurement is set in relation to the number of measured values qualified as invalid, and wherein a warning message is generated if the number of measured values qualified as invalid exceeds a predetermined or specifiable maximum limit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Echokurve bzw. mehrere aufeinander folgende Echokurven im Hinblick auf temporäre und/oder ständige Störquellen in dem Behälter analysiert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the echo curve or a plurality of successive echo curves are analyzed with regard to temporary and / or permanent interference sources in the container. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte dadurch reduziert wird, dass die Laserpulse gerichtet in den Behälter ausgesendet werden, so dass sie auf der Oberfläche des Füllguts unter einem Winkel auftreffen, unter dem der von der Oberfläche des Füllguts reflektierte Signalanteil maximal ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the number of measured values qualified as invalid is reduced in that the laser pulses are directed emitted into the container, so that they impinge on the surface of the medium at an angle below that of the surface of the medium reflected signal component is maximum. Laserbasiertes Füllstandsmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren, mit einer Signalerzeugungseinheit, die Laserpulse einer vorgegebenen Impulsbreite (Tp) erzeugt, mit einer Sendeeinheit, die die Laserpulse mit einer definierten Sendewiederholfrequenz (fPulse) in Richtung der Oberfläche des Füllguts aussendet, mit einer Empfangseinheit, die die Laserpulse nach Reflexion an der Oberfläche des Füllguts empfängt, mit einer Abtastschaltung, die die reflektierten Laserpulse mit einer Abtastfrequenz abtastet, mit einer Regel-/Auswerteeinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie anhand der Echokurve die IST-Signalform oder zumindest eine IST-Signalcharakteristik des reflektierten Laserpulses ermittelt und analysiert, die Ist-Signalform oder die IST-Signalcharakteristik mit einer vorgegebenen SOLL-Signalform oder einer entsprechenden SOLL-Signalcharakteristik vergleicht, und die einen anhand der Echokurve (EK) ermittelten Messwert zur Bestimmung des Füllstands heranzieht, wenn die IST-Signalform und die SOLL-Signalform bzw. die IST-Signalcharakteristik und die entsprechende SOLL-Signalcharakteristik in einem vorgegebenen Toleranzbereich übereinstimmen.Laser-based level measuring device for determining the filling level of a filling material in a container according to a transit time method, comprising a signal generating unit which generates laser pulses of a predetermined pulse width (Tp), with a transmitting unit which transmits the laser pulses at a defined transmission repetition frequency (f pulses ) in the direction of the surface of the medium With a receiving unit which receives the laser pulses after reflection at the surface of the medium, with a sampling circuit which scans the reflected laser pulses at a sampling frequency, with a control / evaluation unit which is designed so that it is based on the echo curve of the IST -Signalform or at least one actual signal characteristic of the reflected laser pulse is determined and analyzed, the actual waveform or the actual signal characteristic with a predetermined desired waveform or a corresponding desired signal characteristic compares, and the one based on the echo curve (EK) Me determined Use sswert for determining the level, if the actual waveform and the desired waveform or the actual signal characteristic and the corresponding nominal signal characteristic in a predetermined tolerance range match. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 7, wobei die Abtastschaltung die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulse mit einer von der Grundfrequenz (f) geringfügig abweichenden Abtastfrequenz (fS) derart abtastet, dass pro Laserpuls mehrere Abtastwerte erfasst und jeweils als Subechokurve (SEK) abgespeichert werden, und wobei die Regel-/Auswerteeinheit, die Subechokurven (SEK) nach einem Messzyklus zu einer Gesamtechokurve (EK) zusammensetzt und anhand der Gesamtechokurve die IST-Signalform des an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Laserpulses ermittelt und analysiert.Filling level measuring device according to claim 7, wherein the scanning circuit scans the laser pulses reflected at the surface of the medium at a sampling frequency (f S ) which deviates slightly from the fundamental frequency (f) in such a way that several sampled values are recorded per laser pulse and stored in each case as subchoice curve (SEK). and wherein the control / evaluation unit, the subecho curves (SEK) after a measuring cycle to a total technology curve (EK) composed and using the total technology curve, the actual waveform of the laser pulse reflected at the surface of the medium and analyzed. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie Messwerte, die nicht zur Bestimmung des Füllstands herangezogen werden, als ungültig qualifiziert, und dass sie anhand der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine Aussage im Hinblick auf die Güte der Füllstandsbestimmung generiert. Filling level measuring device according to claim 7 or 8, wherein the control / evaluation unit is designed so that they measured values that are not used to determine the level, qualified as invalid, and that they based on the number of qualified as invalid measurements a statement in terms of Generates the quality of the level determination. Füllstandsmessgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Regel-/Auswerteeinheit so ausgestaltet ist, dass sie die Anzahl der zur Füllstandsmessung herangezogenen Messwerte in Relation zu der Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte setzt und eine Warnmeldung generiert, wenn die Anzahl der als ungültig qualifizierten Messwerte eine vorgegebene oder vorgebbare Höchstgrenze überschreitet.Filling level measuring device according to claim 7, 8 or 9, wherein the control / evaluation unit is configured so that it sets the number of measured values used for level measurement in relation to the number of measured as invalid qualified measurements and generates a warning if the number of invalid qualified measured values exceeds a specified or specifiable upper limit. System zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter nach einem Laufzeitverfahren mit einem Laserbasiertes Füllstandsmessgerät, wie es in zumindest einem der Ansprüche 7–10 beschrieben ist, und einer Ausrichtevorrichtung, wobei die Ausrichtevorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine Ausrichtung des Füllstandsmessgeräts in eine für die jeweilige Anwendung optimale Messposition gestattet, wobei das Füllstandsmessgerät in der optimalen Messposition so ausgerichtet ist, dass die ausgesendeten Laserpulse unter einem Winkel auf die Oberfläche des Füllguts auftreffen, unter dem der an der Oberfläche des Füllguts reflektierte Signalanteil zumindest näherungsweise maximal ist.A system for determining the level of a filling material in a container according to a transit time method with a laser-based level measuring device as described in at least one of claims 7-10, and an alignment device, wherein the alignment device is designed so that it aligns the level gauge in a for the respective application optimal measuring position allows, the level measuring device is aligned in the optimum measuring position so that the emitted laser pulses impinge at an angle to the surface of the medium, below which the signal component reflected at the surface of the medium is at least approximately maximum. System nach Anspruch 11, wobei ein für die Laserpulse im Wesentlichen transparentes Schauglas vorgesehen ist, das mit dem Füllstandsmessgerät über einen Verstellmechanismus gekoppelt ist, wobei das Füllstandsmessgerät und das Schauglas außerhalb des Behälters angeordnet sind, so dass die gesendeten und reflektierten Laserpulse das Schauglas auf ihrem Laufweg passieren.The system of claim 11, wherein a sight glass substantially transparent to the laser pulses is provided coupled to the level gauge via an adjustment mechanism, the level gauge and the sight glass being located outside the container so that the transmitted and reflected laser pulses illuminate the sight glass Run way. System nach Anspruch 12, wobei das Schauglas und das Füllstandsmessgerät bzw. das Schauglas mit dem gekoppelten Füllstandsmessgerät in einer Behälterwandung positioniert ist. The system of claim 12, wherein the sight glass and the level gauge or sight glass with the coupled level gauge is positioned in a container wall. System nach Anspruch 9, wobei dem Laser-Füllstandmessgerät eine Anzeigeeinheit zugeordnet ist, auf der die Güte der Füllstandsbestimmung zur Anzeige kommt, die in der jeweiligen Ausrichteposition erreicht wird, wobei auf der Anzeigeeinheit bevorzugt während des Ausrichtevorgangs die Ausrichteposition zur Anzeige kommt, die das beste Messergebnis grafisch anzeigt.The system of claim 9, wherein the laser level meter is associated with a display unit on which the quality of the level determination is displayed, which is achieved in the respective alignment position, wherein on the display unit preferably during the alignment process, the alignment position comes to the display, which is the best Display the measurement result graphically. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 9–14, wobei zwischen dem Schauglas und dem Füllstandsmessgerät ein Schwenkmechanismus vorgesehen ist, der so ausgestaltet ist, dass das Füllstandsmessgerät von dem Schauglas wegklappbar ist und dass bei Zurückklappen die zuvor eingestellte Messposition wieder eingestellt ist.System according to one or more of claims 9-14, wherein between the sight glass and the level gauge, a pivot mechanism is provided which is configured so that the level gauge is folded away from the sight glass and that when folded back the previously set measuring position is set again.
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