DE102013108436B4 - Frequency modulated continuous wave radar level device and method of measurement therefor - Google Patents
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Abstract
Messverfahren für ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radarfüllstandsmessgerät, wobei eine Gewichtung eines vorangegangenen Zyklus und eine Gewichtung eines gegenwärtigen Zyklus, die geringer ist als die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, voreingestellt werden, und wobei, nachdem ein gemessenes Ergebnis in dem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, das Messverfahren die Schritte umfasst:konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation - Signals als FM-Signal, konstantes Variieren einer Frequenz des FM - Signals und Empfangen mehrerer reflektierter Signale des FM - Signals;Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale, Erhalten eines Frequenzunterschieds zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und Durchführen einer Fourier-Transformation, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen; Auswählen einer charakteristischen Frequenz aus dem diskreten Frequenzspektrum; undVerarbeiten eines gemessenen Ergebnisses im gegenwärtigen Zyklus, wobei eine Summe eines ersten Produkts von einem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und eines zweiten Produkts von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um das im gegenwärtigen Zyklus gemessenes Ergebnis zu verarbeiten und wobei das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses in einem folgenden Zyklus genommen wird,wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz ferner einen Schritt des Auswählens einer charakteristischen abgefragten Stelle entsprechend einer höchsten Dichte des diskreten Frequenzspektrums beinhaltet, wobei eine Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle als die charakteristische Frequenz genommen wird, wobei der Schritt des Auswählens der charakteristischen abgefragten Stelle ferner beinhaltet:einen Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle mit dem sequenziellen Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von einer höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen, wobei drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen, umfassend eine erste Stelle fn-1, eine zweite fn, eine dritte fn+1 mit jeweiligen Dichten d n -1 , d n, d n + 1 >0, sequentiell zu einer Zeit von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen werden; undeinen Bestimmungsschritt der charakteristischen abgefragten Stelle, indem bestimmt wird, ob eine zu einer Zeit ausgelesene Summe eines Intensitätsunterschieds dn - dn-1 zwischen der ersten abgefragten Stelle fn-1 und der zweiten abgefragten Stelle fn der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen und eines Intensitätsunterschieds dn - dn + 1 zwischen der zweiten abgefragten Stelle fn und der dritten abgefragten Stelle fn+1 der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist als ein eingestellter Grenzwert ds; überprüfen, ob die Summe (dn- dn-1)+(dn-dn+1) größer als der eingestellte Grenzwert ds ist oder nicht, falls grösser, bestimmt wird, dass eine Frequenz, entsprechend der zweiten abgefragten Stelle fn , die charakteristische Frequenz ist, und falls nicht größer, der Ausleseschritt der charakteristischen abgefragten Stelle fortgesetzt wird, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen fortzusetzen.Measurement method for a frequency-modulated continuous wave radar level gauge, wherein a weight of a previous cycle and a weight of a current cycle, which is less than the weight of the previous cycle, are preset, and wherein after a measured result is obtained in the previous cycle, the measurement method comprising the steps of:constantly transmitting a frequency modulation signal as an FM signal, constantly varying a frequency of the FM signal and receiving a plurality of reflected signals of the FM signal;performing down-conversion mixing processing of the FM signal and the reflected signals, obtaining a frequency difference between the FM signal and each reflected signal and performing a Fourier transform to produce a discrete frequency spectrum corresponding to the frequency differences; selecting a characteristic frequency from the discrete frequency spectrum; andprocessing a measured result in the current cycle using a sum of a first product of a measured result in the previous cycle and the weight of the previous cycle, and a second product of a distance corresponding to the characteristic frequency and the weight of the current cycle, to process the result measured in the current cycle and taking the measured result in the current cycle as the measured result in the previous cycle for processing a measured result in a following cycle,wherein the step of selecting the characteristic frequency further comprises a step of selecting a characteristic interrogated point corresponding to a highest density of the discrete frequency spectrum, taking a frequency of the characteristic interrogated point as the characteristic frequency, the step of selecting s of the characteristic sampled point further includes:a characteristic sampled point reading step of sequentially reading sampled points in a direction from a highest frequency to lower frequencies, wherein three consecutive sampled points comprising a first point fn-1, a second fn, a third fn+1 with respective densities d n -1 , d n , d n +1 >0 are read out sequentially at a time from the highest frequency to lower frequencies; anda characteristic sampled point determining step of determining whether a sum read at a time of an intensity difference dn - dn-1 between the first sampled point fn-1 and the second sampled point fn of the three consecutive sampled points and an intensity difference dn - dn + 1 between the second sampled digit fn and the third sampled digit fn+1 of the three consecutive sampled digits is greater than a set limit value ds; check whether the sum (dn- dn-1)+(dn-dn+1) is greater than the set threshold ds or not, if greater, it is determined that a frequency corresponding to the second digit fn queried is the characteristic frequency and if not greater, the characteristic interrogated point reading step is continued to continue reading the interrogated points in the direction from the highest frequency to lower frequencies.
Description
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen frequenzmodulierten Dauerstrich (FMCW) - Radarfüllstandsmessgerät und insbesondere auf einen FMCW - Radarfüllstandsmessgerät, der bei der Flusspegelmessung mit starken Schwankungen anwendbar ist und den Variationsgrad von seinen gemessenen Ergebnissen unterdrückt.The present invention relates to a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar level gauge, and more particularly to an FMCW radar level gauge applicable to river level measurement with large fluctuations and suppressing the degree of variation from its measured results.
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Prior Art
Radarfüllstandsmessgerät werden gewöhnlich verwendet, um den Abstand zu Festkörpern oder Flüssigkeitsniveaus zu messen. Entsprechend den Arten der Messverfahren können Radarfüllstandsmessgeräte allgemein klassifiziert werden als Zeitbereichsreflektometrie (TDR time domain reflection)- Radarfüllstandsmessgerät und Frequenzmodulations- Dauerstrich (FMCW Frequency -Modulation Continuous Wave)- Radarfüllstandsmessgerät. Die FMCW- Radarfüllstandsmessgerät wenden Berechnungsverfahren an, die komplizierter sind als die der TDR-Radarfüllstandsmessgerät, wobei die Berechnung durch die FMCW - Radarfüllstandsmessgerät präziser ist als die durch die TDR - Radarfüllstandsmessgerät.Radar level gauges are commonly used to measure the distance to solids or liquid levels. According to the types of measurement methods, radar level gauges can be broadly classified as time domain reflectometry (TDR time domain reflection) radar level gauge and Frequency Modulation Continuous Wave (FMCW) radar level gauge. The FMCW radar level gauges apply calculation methods that are more complicated than those of the TDR radar level gauges, while the calculation by the FMCW - radar level gauges is more precise than that by the TDR - radar level gauges.
Mit Verweis auf
- Schritt eins: Konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation (FM) - Signals Ts, konstantes Erhöhen (oder Verringern) der Frequenz des FM- Signals Ts und Empfangen mehrerer reflektierter Signale, die erzeugt wurden, sobald die FM - Signale Ts an einem Festkörper und/oder einer flüssigen Oberfläche reflektiert wurden.
- Schritt zwei: Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des übertragenen FM - Signals und der empfangenen reflektierten Signale, um Frequenzunterschiede zwischen dem FM- Signal und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und Ausgeben von Überlagerungssignalen, wie in
7 gezeigt. - Schritt drei: Durchführen einer Fourier- Transformation bei den Überlagerungssignalen in
7 , um ein diskretes Frequenzspektrum, wie in8 gezeigt, zu erzeugen und Auswählen einer charakteristischen Frequenz fp vom Frequenzspektrum mit der Peak-Intensität. - Schritt vier: Berechnen eines gemessenen Abstands R mit der charakteristischen Frequenz fp der folgenden Gleichung
C: Lichtgeschwindigkeit;
T: Gesamtzeit die erforderlich ist, um das FM- Signal Ts zu übertragen (oder die reflektierten Signale Rs zu empfangen);
F: Gesamte Bandbreite des FM- Signals Ts (oder der reflektierten Signale Rs).With reference to
- Step one: Constantly transmitting a frequency modulation (FM) signal Ts, constantly increasing (or decreasing) the frequency of the FM signal Ts, and receiving multiple reflected signals generated as soon as the FM signals Ts hit a solid and/or a liquid surface were reflected.
- Step two: performing down-conversion mixing processing of the transmitted FM signal and the received reflected signals to obtain frequency differences between the FM signal and each of the reflected signals, and outputting beat signals, as in
7 shown. - Step three: Perform a Fourier transform on the beat signals in
7 , to get a discrete frequency spectrum, as in8th shown to generate and select a characteristic frequency fp from the frequency spectrum with the peak intensity. - Step Four: Calculate a measured distance R with the characteristic frequency fp from the following equation
C: speed of light;
T: total time required to transmit the FM signal Ts (or to receive the reflected signals Rs);
F: Total bandwidth of FM signal Ts (or reflected signals Rs).
Bei einem Beispiel mit einer Zeitspanne von t0 bis t2 ist die Gesamtzeit gleich (t2 - t0), die gesamte Bandbreite F ist gleich (der Frequenz des FM- Signals Ts entsprechend zu b minus der Frequenz des FM- Signals Ts entsprechend zu f0).In an example with a period of time from t 0 to t 2 the total time is equal to (t 2 - t 0 ), the total bandwidth F is equal to (corresponding to the frequency of the FM signal Ts corresponding to b minus the frequency of the FM signal Ts to f 0 ).
Herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät werden oftmals verwendet, um einen Füllstand eines Industriebehälters zu messen. Da der Füllstand in einem Industriebehälter nur geringe und langsame Schwankungen während der Flüssigkeitszufuhr oder der Flüssigkeitsabgabe hat, variiert der in jedem Zyklus gemessene Abstand R unwesentlich, wenn der FMCW- Radarfüllstandsmessgerät die zuvor genannten Schritte regelmäßig durchführt. Wenn die herkömmlichen FMCW-Radarfüllstandsmessgeräte jedoch verwendet werden, um Wasserstände von Flüssen zu messen, können in Flüssen erzeugte Scheitelwellen dazu führen, dass die durch die herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät in verschiedenen Zyklen gemessenen Abstände dramatisch abweichen. Die berechneten Ergebnisse sind so diffus, dass sie für Architekten oder Ingenieure nicht geeignet sind, um Durchschnittswasserstände von Flüssen festzustellen.Conventional FMCW radar level gauges are often used to measure a level of an industrial tank. Since the level in an industrial vessel varies only slightly and slowly during liquid supply or liquid discharge, if the FMCW radar level gauge performs the above steps regularly, the distance R measured in each cycle will vary insignificantly. However, when the conventional FMCW radar level gauges are used to measure water levels of rivers, crest waves generated in rivers can cause the distances measured by the conventional FMCW radar level gauges in different cycles to vary dramatically. The calculated results are so diffuse that they are not suitable for architects or engineers to determine average water levels of rivers.
Ferner kann jedes FM- Signal Ts zu mehreren reflektierten Signalen Rs führen, da Industriebehälter einen halbgeschlossenen Raum haben. Mit Verweis auf
US 2008 / 0282793 A1 (D1) offenbart nur ein herkömmliches Radar-Füllstandmessgerät, und nicht die Merkmale der vorliegenden Anmeldung. D1 offenbart eine Leistungspegelausgleichsschaltung, die die Sendeleistung entsprechend den Signalen in einer bestimmten Umgebung anpasst, umfassend einen Verstärker, ein Dämpfungsglied und einen Kompensator. D1 offenbart nur eine herkömmliche Leistungsanpassungsschaltung, die die äquivalente Wellenlängenübereinstimmung in der Schaltung anpasst. Das Verfahren zum Messen von D1 unterscheidet sich somit von dem Verfahren zur Messung der vorliegenden Anmeldung.US 2008/0282793 A1 (D1) only discloses a conventional radar level gauge and not the features of the present application. D1 discloses a power level equalization circuit that adjusts transmission power according to signals in a particular environment send an amplifier, an attenuator and a compensator. D1 only discloses a conventional power matching circuit that adjusts the equivalent wavelength match in the circuit. The method of measuring D1 thus differs from the method of measurement of the present application.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen FMCW - Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3 und ein Messverfahren nach Anspruch 1 dafür zur Verfügung zu stellen, die geeignet sind, Variationen von gemessenen Ergebnissen zu vermeiden und die statistische Analyse des Durchschnitts der gemessenen Ergebnisse zu erleichtern.An object of the invention is to provide an FMCW - radar level gauge according to claim 3 and a measuring method according to claim 1 therefor, which are suitable to avoid variations of measured results and to facilitate the statistical analysis of the average of the measured results.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu erreichen, weist das Messverfahren für einen frequenzmodulierten Dauerstrich- Radarfüllstandsmessgerät, bei dem eine Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und eine Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, die geringer als die Gewichtung des vorangegangene Zyklus ist, voreingestellt wird, nach Erhalt eines gemessenen Ergebnisses in einem vorangegangenen Zyklus, die Schritte auf:
- Konstantes Übertragen eines Frequenzmodulation (FM)- Signals, konstantes Variieren einer Frequenz des FM - Signals und Empfangen mehrerer reflektierter Signale des FM - Signals;
- Durchführen einer Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale, Erhalten eines Frequenzunterschieds zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und Durchführen einer Fourier-Transformation, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen;
- Auswählen einer charakteristischen Frequenz aus dem diskreten Frequenzspektrum; und
- constantly transmitting a frequency modulation (FM) signal, constantly varying a frequency of the FM signal and receiving a plurality of reflected signals of the FM signal;
- performing down-conversion mixing processing on the FM signal and the reflected signals, obtaining a frequency difference between the FM signal and each reflected signal, and performing a Fourier transform to generate a discrete frequency spectrum corresponding to the frequency differences;
- selecting a characteristic frequency from the discrete frequency spectrum; and
Verarbeiten eines gemessenen Ergebnisses im gegenwärtigen Zyklus, wobei eine Summe eines Produkts vom gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und einem Produkt von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um ein im gegenwärtigen Zyklus gemessenes Ergebnis zu verarbeiten , und wobei das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als ein gemessenes Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses in einem folgenden Zyklus genommen wird.Processing a measured result in the current cycle, using a sum of a product of the measured result in the previous cycle and the weight of the previous cycle, and a product of a distance corresponding to the characteristic frequency and a weight of the current cycle, to obtain an im processing a result measured in the current cycle, and taking the result measured in the current cycle as a result measured in the previous cycle for processing a result measured in a following cycle.
Um die zuvor genannte Aufgabe zu erreichen, hat der FMCW-Radartüllstandsmessgerät eine Transceiver- Antenne und eine Verarbeitungseinheit. To achieve the above object, the FMCW radar level gauge has a transceiver antenna and a processing unit.
Die Verarbeitungseinheit ist mit der Transceiver-Antenne verbunden und ist mit einem Messverfahren, einer Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Nachdem ein gemessenes Ergebnis in einem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, führt die Verarbeitungseinheit periodisch das Messverfahren aus. Sobald das Messverfahren ausgeführt wird, überträgt die Verarbeitungseinheit regelmäßig ein Frequenzmodulation (FM) - Signal, variiert konstant eine Frequenz des FM Signals, empfängt mehrere reflektierte Signale des FM - Signals, führt eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale durch, erhält einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal, erzeugt ein den Frequenzunterschieden entsprechendes Frequenzspektrum, wählt eine charakteristische Frequenz vom Frequenzspektrum aus, verarbeitet ein gemessenes Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus mit einer Summe eines Produkts vom gemessenen Ergebnisses im vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus, und einem Produkt von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, und setzt das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses im folgenden Zyklus.The processing unit is connected to the transceiver antenna and is provided with a measurement method, a previous cycle weight and a current cycle weight. After a measured result is obtained in a previous cycle, the processing unit periodically executes the measuring process. Once the measurement procedure is carried out, the processing unit regularly transmits a frequency modulation (FM) signal, constantly varies a frequency of the FM signal, receives multiple reflected signals of the FM signal, performs down-conversion mixing processing of the FM signal and the reflected signals, obtains a Frequency difference between the FM signal and each reflected signal, generates a frequency spectrum corresponding to the frequency differences, selects a characteristic frequency from the frequency spectrum, processes a measured result in the current cycle with a sum of a product of the measured result in the previous cycle and the weight of the previous cycle , and a product of a distance corresponding to the characteristic frequency and a weight of the current cycle, and sets the measured result in the current cycle as the measured result in the previous cycle to Ve Processing of a measured result in the following cycle.
Das FMCW- Radarfüllstandsmessgerät und das Messverfahren hierfür berücksichtigen das gemessene Ergebnis (den der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand), sobald ein gemessenes Ergebnis in jedem Zyklus verarbeitet wird, und berechnen den gewichteten Effekt am gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und den der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand mit der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus, um das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus zu erhalten. Da die Gewichtung des vorangegangene Zyklus größer ist, wenn große Fluktuationen des Füllstands auftreten, wird sich das gemessene Ergebnis in jedem Zyklus dem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus annähern, wodurch die Variationen des gemessenen Ergebnisses in jedem Zyklus unterdrückt werden und die Messung von fließenden Füllständen, wie beispielsweise Flusspegel, erleichtert wird.The FMCW radar level gauge and measurement method therefor takes into account the measured result (distance corresponding to the characteristic frequency) as soon as a measured result is processed in each cycle and includes the weighted effect on the measured result in the previous cycle and the distance corresponding to the characteristic frequency the previous cycle weight and the current cycle weight to obtain the measured result in the current cycle. Since the weight of the previous cycle is larger when there are large fluctuations in level, the measured result in each cycle will become the measured result in the previous cycle approximate, thereby suppressing the variations of the measured result in each cycle and facilitating the measurement of flowing levels such as river levels.
Zusätzlich entspricht im Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz eine charakteristische abgefragte Stelle einer höchsten Frequenz im Frequenzspektrum, weil es keine vielfachen reflektierten Signale während der Messung des Flusspegels, wie in einem geschlossenen Raum, gibt und die Flussoberfläche meist die niedrigste Stelle in der Umgebung ist (die am weitesten entfernte Stelle
zum FMCW- Radarfüllstandsmessgerät). Dementsprechend wird eine höchste charakteristische Frequenz und ein größter Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und dem reflektierten Signal ausgewählt, wodurch ein größter gemessener Abstand und höchste Genauigkeit bei der Messung sichergestellt wird und die Messung eines Flusspegels im Freiraum erleichtert wird.In addition, in the step of selecting the characteristic frequency, a characteristic sampled point corresponds to a highest frequency in the frequency spectrum because there are no multiple reflected signals during flow level measurement like in a closed space and the flow surface is mostly the lowest point in the environment ( the farthest point
to the FMCW radar level gauge). Accordingly, a highest characteristic frequency and a largest frequency difference between the FM signal and the reflected signal are selected, thereby ensuring a largest measured distance and highest accuracy in measurement, and facilitating measurement of a flux level in free space.
Ff
Figurenlistecharacter list
-
1 ist ein Funktionsblockschaltbild eines FMCW-Radarfüllstandsmessgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;1 Figure 12 is a functional block diagram of an FMCW radar level gauge according to the present invention; -
2 ist ein Flussdiagramm eines Messverfahrens, das in einen Prozessor des FMCW- Radarfüllstandsmessgeräts aus1 eingebaut ist;2 Figure 12 is a flow chart of a measurement method implemented in a processor of the FMCW radar level gauge1 is built in; -
3 ist ein Flussdiagramm eines Schritts zur Auswahl einer charakteristischen Frequenz des Messverfahrens aus2 ;3 Fig. 12 is a flowchart of a characteristic frequency selection step of the measurement method2 ; -
4 ist ein Frequenz- Intensität- Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das von dem Auswahlschritt einer charakteristischen Frequenz aus3 er- halten wird;4 Fig. 12 is a frequency-intensity plot of a discrete frequency spectrum obtained from the characteristic frequency selection step3 is obtained; -
5 ist eine schematische Ansicht einer Flusspegelmessung mit dem FMCW-Radarfüllstandsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung;5 Fig. 12 is a schematic view of a flow level measurement with the FMCW radar level gauge according to the present invention; -
6 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Radarfüllstandsmessgeräts zur Füllstandsmessung in einem Flüssigkeitsbehälter;6 is a schematic view of a conventional radar level gauge for level measurement in a liquid container; -
7 ist ein Zeit- Frequenz - Diagramm von FM - Signalen und reflektierten Signalen, die durch den herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät aus6 erhalten werden; und7 is a time-frequency plot of FM signals and reflected signals emitted by the conventional FMCW radar level gauge6 to be obtained; and -
8 . ist ein Frequenz - Intensität - Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das vom herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät aus6 erhalten wird.8th . is a frequency - intensity plot of a discrete frequency spectrum emitted by the conventional FMCW radar level gauge6 is obtained.
Mit Verweis auf
Die Transceiver- Antenne 10 dient dazu, um ein Frequenzmodulationssignal Ts zu übertragen und mehrere reflektierte Signale Rs zu empfangen.The
Die Verarbeitungseinheit 20 ist mit der Transceiver - Antenne 10 verbunden und ist mit einem Messverfahren, einer Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus ist größer als die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus. Zum Beispiel ist die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus 0,9 und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus 0,1. Die Verarbeitungseinheit 20 hat einen Transmitter 21, einen Receiver 22, einen Prozessor 23, eine Bedienungsschnittstelle 24, eine Stromversorgung 25, ein Display und einen Kommunikations- Port 27.The
Der Transmitter 21 ist mit der Transceiver-Antenne 10 verbunden und gibt das FM-Signal Ts an die Transceiver- Antenne 10 aus, damit die Transceiver- Antenne 10 das FM -Signal Ts überträgt.The
Der Receiver 22 ist mit der Transceiver- Antenne 10 und dem Transmitter 21 verbunden, um die reflektierten Signale Rs von der Transceiver- Antenne 10 zu empfangen und um das FM- Signal Ts vom Transmitter 21 zu empfangen, und hat einen Abwärtskonvertierungsmischer 221. Der Abwärtskonvertierungsmischer 221 führt eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des übertragenen FM - Signals und der empfangenen reflektierten Signale aus, um die Frequenzunterschiede zwischen den FM - Signalen und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und gibt den Frequenzunterschieden entsprechende Überlagerungssignale aus.The
Der Prozessor 23 ist mit dem Transmitter 21 und dem Abwärtskonvertierungsmischer 221 des Receivers 22 verbunden und ist mit dem Messverfahren, der Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet. Eine detaillierte Beschreibung des Messverfahrens wird später erörtert.The
Die Bedienungsschnittstelle 24 ist mit dem Prozessor 23 verbunden und dient dazu die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus einzurichten.The
Die Stromversorgung 25 ist mit dem Prozessor 23 verbunden, damit der Prozessor 23 von der Stromversorgung 25 verbrauchten Strom reguliert, und weist ein Stromerfassungsterminal 251 auf, das mit einem Remote- Host 100 verbunden ist, damit der Remote - Host 100 den von der Stromversorgung 25 verbrauchten Strom erfasst.The
Das Display 26 ist mit dem Prozessor 23 verbunden und dient dazu die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus anzuzeigen.The
Der Kommunikations- Port 27 ist mit dem Prozessor 23 und dem Remote- Host 100 verbunden, damit der Remote - Host 100 die Gewichtung Pa des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung Pb des gegenwärtigen Zyklus im Prozessor 23 einrichtet.The
Mit Verweis auf
Schritt S10: Der Prozessor 23 steuert den Transmitter 21, um das FM- Signal Ts konstant zur Transceiver- Antenne 10 auszugeben, damit die Transceiver- Antenne 10 das FM - Signal Ts überträgt, konstant die Frequenz des FM -Signals Ts erhöht (oder verringert) und mehrere reflektierte Signale Rs des FM- Signals über die Transceiver - Antenne 10 empfängt.Step S10: The
Schritt S20: Nachdem der Abwärtskonvertierungsmischer 221 des Receivers 22 ei- ne Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des vom Transmitter 21 ausgegebenen FM-Signals Ts und der durch den Receiver 22 empfangenen reflektierten Signale Rs ausführt, erhält der Prozessor 23 einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal und führt eine Fourier- Transformation durch, um ein den Frequenzunterschieden entsprechendes diskretes Frequenzspektrum zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform führt der Prozessor 23 zuerst eine schnelle Fourier- Transformation bei den Frequenzunterschieden durch und erhält das mit den Frequenzunterschieden verbundene diskrete Frequenzspektrum nachdem eine Chirp - Z -Transformation durchgeführt wurde.Step S20: After the down-
Schritt S30: Der Prozessor 23 wählt eine charakteristische Frequenz vom diskreten Frequenzspektrum aus. Eine detaillierte Beschreibung des Schritts erfolgt später.Step S30: The
Schritt S40: Der Prozessor 23 verarbeitet einen gemessenen Wert im gegenwärtigen Zyklus. Das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Rn-1 das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus
Rn das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus
Pa die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus
Pb die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus
R ein der charakteristischen Frequenz entsprechender Abstand.Step S40: The
Rn-1 the measured result in the previous cycle
Rn the measured result in the current cycle
Pa is the weight of the previous cycle
Pb the weight of the current cycle
R a distance corresponding to the characteristic frequency.
Das erhaltene gemessene Ergebnis Rn im gegenwärtigen Zyklus wird als das gemessene Ergebnis Rn-1 im vorangegangenen Zyklus während des folgenden Zyklus des Messverfahrens genommen. In der vorliegenden Ausführungsform steuert der Prozessor 23 den durch die Stromversorgung 25 verbrauchten Strom nach dem verarbeiten des gemessenen Ergebnisses Rn im gegenwärtigen Zyklus, so dass der Remote - Host 100 den verbrauchten Strom von der Stromversorgung 25 über das Stromerfassungsterminal 251 erfassen kann und das gemessene Ergebnis Rn im gegenwärtigen Zyklus erhält, der in jedem Zyklus verarbeitet wird.The obtained measured result Rn in the current cycle is taken as the measured result Rn-1 in the previous cycle during the following cycle of the measurement process. In the present embodiment, the
Mit Verweis auf
Einen Ausleseschritt S31 der charakteristischen abgefragten Stelle: Sequenzielles Auslesen abgefragter Stellen in einer Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die höchste Frequenz vorbestimmt. Drei aufeinanderfolgende abgefragte Stellen fn-1, fn, fn+1 mit jeweiligen Dichten dn-1, dn, dn+1 der abgefragten Stellen werden sequentiell zu einer Zeit in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen.A characteristic sampled point reading step S31: sequentially reading sampled points in a direction from the highest frequency to lower frequencies. In the present embodiment, the highest frequency is predetermined. Three consecutive sampled digits fn-1, fn, fn+1 with respective sampled digit densities dn-1, dn, dn+1 are read out sequentially at a time in the direction from the highest frequency to lower frequencies.
Ein Bestimmungsschritt S32 einer charakteristische abgefragten Stelle: Bestimmen, ob eine Summe von einem Intensitätsunterschied zwischen der ersten ab- gefragten Stelle und der zweiten abgefragten Stelle der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen, die zu einer Zeit ausgelesen werden, und einem Intensitätsunterschied zwischen der zweiten abgefragten Stelle und der dritten abgefragten Stelle der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen größer ist, als ein eingestellter Grenzwert d5. Falls positiv, Fortfahren mit dem folgenden Schritt, falls negativ, Zurückkehren zum Schritt S31, um das Auslesen der abgefragten Stellen in der Richtung von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenz fortzusetzen.A characteristic sampled point determination step S32: determining whether a sum of an intensity difference between the first sampled point and the second sampled point of the three consecutive sampled points read out at a time and an intensity difference between the second sampled point and of the third scanned digit of the three consecutive scanned digits is greater than a set limit value d 5 . If positive, proceed to the following step, if negative, return to step S31 to continue reading the sampled digits in the direction from highest frequency to lower frequency.
Ein Bestimmungsschritt S33 der charakteristischen Frequenz: Auswählen der Frequenz des zweiten abgefragten Punkts fn als eine charakteristische Frequenz.A characteristic frequency determining step S33: selecting the frequency of the second sampled point fn as a characteristic frequency.
Der eingestellte Grenzwert ds ist anwenderkonfigurierbar oder kann als ein festgelegter Teil von der Intensität der zweiten abgefragten Stelle dn, beispielsweise der Hälfte der Intensität der zweiten abgefragten Stelle dn konfiguriert werden. Angesichts des eingestellten Grenzwerts zeigt es das Bestimmen an, falls ((dn - dn-1 ) + (dn -dn-1)) größer ist als 0,5dn. Mit weiterem Verweis auf
Sobald der FMCW- Radarfüllstandsmessgerät verwendet wird, um Flusspegel und wesentliche Schwankungen, wie beispielsweise Scheitelwellen, die auf dem Fluss auftreten, zu messen, ist es eine Maßnahme, um die Schwankungen zu bewältigen, im Prozessor 23 einen größeren Wert der Gewichtung Rn-1 des vorangegangenen Zyklus und einen geringeren Wert der Gewichtung Rn des gegenwärtigen Zyklus zu konfigurieren. Als ein Beispiel sind jeweils 0,9 und 0,1 für Rn-1 und Rn gegeben, wobei das Ergebnis gleich 0,9Rn-1 + 0,1Rn ist. Selbst wenn es einen großen Unter- schied zwischen den gemessenen Ergebnissen im gegenwärtigen Zyklus und vorangegangenen Zyklus gibt, kann die Schwankung zwischen den gemessenen Ergebnissen im gegenwärtigen Zyklus und vorangegangenen Zyklus reduziert werden, nachdem Gewichtet wurde, so dass das gemessenen Ergebnis in jedem Zyklus konvergiert und daher gut ist für die statistische Analyse eines Anwenders.Whenever the FMCW radar level gauge is used to measure river levels and significant fluctuations such as crest waves occurring on the river, one measure to cope with the fluctuations is to set in the processor 23 a larger value of the weight Rn-1 des previous cycle and a lower value of the weight Rn of the current cycle. As an example, 0.9 and 0.1 are given for Rn -1 and Rn, respectively, with the result being equal to 0.9Rn-1 + 0.1Rn. Even if there is a large difference between the measured results in the current cycle and the previous cycle, the fluctuation between the measured results in the current cycle and the previous cycle can be reduced after being weighted so that the measured result in each cycle converges and therefore good for statistical analysis of a user.
Zusammengefasst machen der FMCW - Radarfüllstandsmessgerät und das Messverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das gemessene Ergebnis in jedem Zyklus konvergent und es hat eine höhere Genauigkeit, wenn es verwendet wird, um einen Flüssigkeitspegel im Freibereich, wie beispielsweise einem Fluss, zu messen.In summary, the FMCW radar level gauge and measurement method according to the present invention makes the measured result converge in each cycle and has higher accuracy when used to measure a liquid level in open space such as a river.
Obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorangehenden Beschreibung zusammen mit Details von Struktur und Funktionen dargelegt wurden, ist die Offenbarung nur veranschaulichend. Veränderungen können im Detail, insbesondere im Bereich von Form, Größe und Anordnung der Teile, gemacht werden, und zwar in vollem Umfang innerhalb der Prinzipien der Erfindung, die durch die breite allgemeine Bedeutung der Begriffe gekennzeichnet sind, in denen die anhängigen Ansprüche zum Ausdruck gebracht sind.Although numerous features and advantages of the present invention have been set forth in the foregoing specification, along with details of structure and functions, the disclosure is illustrative only. Changes can be made in details, particularly in the range of shape, size and arrangement of parts, fully within the principles of the invention, which are characterized by the broad general meaning of the terms expressed in the appended claims are.
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Citations (3)
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JPS5931415A (en) | 1982-08-16 | 1984-02-20 | Nissan Motor Co Ltd | Measuring device of remaining amount of fuel for vehicle |
DE4308373C2 (en) | 1993-03-16 | 1995-04-13 | Siemens Ag | Process for the detection and separation of useful and false echoes in the received signal from distance sensors, which work according to the pulse-echo principle |
US20080282793A1 (en) | 2007-05-16 | 2008-11-20 | Anders Jirskog | Radar level gauge system with adaptive transmission power control |
-
2013
- 2013-08-05 DE DE102013108436.2A patent/DE102013108436B4/en active Active
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