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 6 führt ein herkömmlicher FMCW- Radarfüllstandsmessgerät 70 regelmäßig die folgenden Schritte bei einer Füllstandsmessung durch:

  • 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 in 8 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 R= f p × C × T 2 F
    Figure DE102013108436B4_0001
mit
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 6 A conventional FMCW radar level gauge 70 regularly performs the following steps in a level measurement:
  • 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 in 8th 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 R= f p × C × T 2 f
    Figure DE102013108436B4_0001
With
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 8 wird ein Spektrum erhalten, nachdem das herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät eine Fourier-Transformation durchgeführt hat. Das Herausgreifen eines Signals mit der Peak-Intensität beim Schritt des Auswählens der charakteristischen Frequenz kann ausreichend präzise sein, um den Füllstand innerhalb eines Industriebehälters zu messen. Um den Flusspegel in einer Freifläche zu messen, versagt der Weg des Auswählens der charakteristischen Frequenz, um eine ausreichende Genauigkeit beim Bestimmen des Flusspegels zu erhalten.Furthermore, each FM signal Ts can result in multiple reflected signals Rs since industrial vessels have a semi-enclosed space. With reference to 8th a spectrum is obtained after the conventional FMCW radar level gauge has performed a Fourier transform. Picking a signal with the peak intensity in the step of selecting the characteristic frequency can be sufficiently precise to measure the level inside an industrial vessel. To measure the flux level in an open space, the way of selecting the characteristic frequency fails to get sufficient accuracy in determining the flux level.

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.

DE 43 08 373 C2 offenbart die Messung im Ultraschallbereich und die Berechnung der gleitenden Mittelwert-Methode wobei die gleitende Mittelwertmethode auch eine statistische Methode ist, die mit Gewichten multipliziert. DE 43 08 373 C2 discloses the measurement in the ultrasonic range and the calculation of the moving average method, the moving average method also being a statistical method multiplying by weights.

JP S59-31 415 A offenbart eine Berechnungsmethode, die an einem Fahrzeugkraftstoffschlauch zur Bestandsmessung angeordnet ist, und die die gleitende Mittelwertmethode zum Berechnen anwendet. JP S59-31 415 A discloses a calculation method placed on a vehicle fuel hose for inventory measurement that uses the moving average method for calculation.

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
In order to achieve the above object, the measurement method for a frequency modulated continuous wave radar level gauge, in which a previous cycle weight and a current cycle weight smaller than the previous cycle weight are preset, after obtaining a measured result in a previous cycle, the steps on:
  • 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 aus 1 eingebaut ist; 2 Figure 12 is a flow chart of a measurement method implemented in a processor of the FMCW radar level gauge 1 is built in;
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines Schritts zur Auswahl einer charakteristischen Frequenz des Messverfahrens aus 2; 3 Fig. 12 is a flowchart of a characteristic frequency selection step of the measurement method 2 ;
  • 4 ist ein Frequenz- Intensität- Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das von dem Auswahlschritt einer charakteristischen Frequenz aus 3 er- halten wird; 4 Fig. 12 is a frequency-intensity plot of a discrete frequency spectrum obtained from the characteristic frequency selection step 3 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 aus 6 erhalten werden; und 7 is a time-frequency plot of FM signals and reflected signals emitted by the conventional FMCW radar level gauge 6 to be obtained; and
  • 8. ist ein Frequenz - Intensität - Diagramm eines diskreten Frequenzspektrums, das vom herkömmlichen FMCW- Radarfüllstandsmessgerät aus 6 erhalten wird. 8th . is a frequency - intensity plot of a discrete frequency spectrum emitted by the conventional FMCW radar level gauge 6 is obtained.

Mit Verweis auf 1 hat ein FMCW- Radarfüllstandsmessgerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Transceiver - Antenne 10 und eine Verarbeitungseinheit 20.With reference to 1 an FMCW radar level gauge according to the present invention has a transceiver antenna 10 and a processing unit 20.

Die Transceiver- Antenne 10 dient dazu, um ein Frequenzmodulationssignal Ts zu übertragen und mehrere reflektierte Signale Rs zu empfangen.The transceiver antenna 10 serves to transmit a frequency modulation signal Ts and to receive a plurality of reflected signals Rs.

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 processing unit 20 is connected to the transceiver antenna 10 and is provided with a measurement method, a previous cycle weight Pa and a current cycle weight Pb. The weight Pa of the previous cycle is larger than the weight Pb of the current cycle. For example, the weight Pa of the previous cycle is 0.9 and the weight Pb of the current cycle is 0.1. The processing unit 20 has a transmitter 21, a receiver 22, a processor 23, an operating interface 24, a power supply 25, a display and a communication port 27.

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 transmitter 21 is connected to the transceiver antenna 10 and outputs the FM signal Ts to the transceiver antenna 10 so that the transceiver antenna 10 transmits the FM signal Ts.

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 receiver 22 is connected to the transceiver antenna 10 and the transmitter 21 to receive the reflected signals Rs from the transceiver antenna 10 and to receive the FM signal Ts from the transmitter 21, and has a down-conversion mixer 221. The down-conversion mixer 221 performs down-conversion mixing processing of the transmitted FM signal and the received reflected signals to obtain the frequency differences between the FM signals and each of the reflected signals, and outputs beat signals corresponding to the frequency differences.

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 processor 23 is connected to the transmitter 21 and the down-conversion mixer 221 of the receiver 22, and is provided with the measurement method, the previous cycle weight Pa and the current cycle weight Pb. A detailed description of the measurement method will be discussed later.

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 operator interface 24 is connected to the processor 23 and serves to set the weight Pa of the previous cycle and the weight Pb of the current cycle.

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 power supply 25 is connected to the processor 23 so that the processor 23 regulates current drawn from the power supply 25, and has a power detection terminal 251 connected to a remote host 100 for the remote host 100 to detect the power consumed by the power supply 25 .

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 display 26 is connected to the processor 23 and serves to display the weight Pa of the previous cycle and the weight Pb of the current cycle.

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 communication port 27 is connected to the processor 23 and the remote host 100 for the remote host 100 to set up in the processor 23 the weight Pa of the previous cycle and the weight Pb of the current cycle.

Mit Verweis auf 2, führt der Prozessor 23 in der Verarbeitungseinheit 20 regelmäßig das Messverfahren aus, nachdem ein gemessenes Ergebnis Rn-1 in einem vorangegangenen Zyklus erfasst wurde. Da Messverfahren für gemessene Ergebnisse in vorangegangenen Zyklen nicht exklusiv sind, beinhaltet das Messverfahren die folgenden Schritte.With reference to 2 , the processor 23 in the processing unit 20 periodically executes the measurement process after acquiring a measured result Rn-1 in a previous cycle. Since measurement methods for measured results in previous cycles are not exclusive, the measurement method includes the following steps.

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 processor 23 controls the transmitter 21 to constantly output the FM signal Ts to the transceiver antenna 10, so that the transceiver antenna 10 transmits the FM signal Ts, constantly increases (or decreases) the frequency of the FM signal Ts ) and several reflected signals Rs of the FM signal via the transceiver antenna 10 receives.

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-conversion mixer 221 of the receiver 22 performs down-conversion mixing processing of the FM signal Ts output from the transmitter 21 and the reflected signals Rs received by the receiver 22, the processor 23 obtains a frequency difference between the FM signal and each reflected signal and performs a Fourier transform to generate a discrete frequency spectrum corresponding to the frequency differences. In the present embodiment, the processor 23 first performs a fast Fourier transform on the frequency differences and obtains the discrete frequency spectrum associated with the frequency differences after performing a chirp Z -transform.

Schritt S30: Der Prozessor 23 wählt eine charakteristische Frequenz vom diskreten Frequenzspektrum aus. Eine detaillierte Beschreibung des Schritts erfolgt später.Step S30: The processor 23 selects a characteristic frequency from the discrete frequency spectrum. A detailed description of the step will be given later.

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= ( Pa × Rn-1 ) + ( Pb × R )

Figure DE102013108436B4_0002
mit
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 processor 23 processes a measured value in the current cycle. The measured result in the current cycle is expressed by the following equation. Rn= ( father × Rn-1 ) + ( pb × R )
Figure DE102013108436B4_0002
With
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 processor 23 controls the current consumed by the power supply 25 after processing the measured result Rn in the current cycle, so that the remote host 100 can detect the current consumed by the power supply 25 via the current detection terminal 251 and the measured result Rn in the current cycle, which is processed in each cycle.

Mit Verweis auf 3 und 4, wird eine einer höchsten Frequenz entsprechende charakteristische abgefragte Stelle vom diskreten Frequenzspektrum ausgewählt und die Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle wird als charakteristische Frequenz festgelegt. Der Schritt S30 hat ferner folgende Schritte.With reference to 3 and 4 , a characteristic sampled point corresponding to a highest frequency is selected from the discrete frequency spectrum, and the frequency of the characteristic sampled point is set as a characteristic frequency. The step S30 further has the following steps.

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 4, wird beim Bestimmungsschritt S32 der charakteristischen abgefragten Stelle, eine abgefragte Stelle f4 als charakteristische Frequenz ausgewählt, die der Bedingungsangabe in Schritt S32 entspricht und die höchste Frequenz und eine relative hohe Intensität hat. Es versteht sich, dass sich ein herkömmlicher FMCW- Radarfüllstandsmessgerät von der vorliegenden Erfindung dadurch unterscheidet, dass der herkömmliche FMCW - Radarfüllstandsmessgerät zur Abstandsberechnung f8 auswählen wird, was der Peak-Intensität entspricht. Mit Verweis auf 5, sollte, soweit das Messen eines Flusspegels in einer Freifläche betroffen ist, der gemessene Abstand vom FMCW-Radarfüllstandsmessgerät zum Fluss im Vergleich zum benachbarten Boden am kleinsten sein, da die Höhe eines Flusspegels geringer ist als die von sämtlichem benachbarten Boden. Daher ist es vorzuziehen eine charakteristische Frequenz zugunsten eines länger gemessenen Abstands auszuwählen statt diese mit höherer Intensität auszuwählen. Weil der gemessene Abstand zur charakteristischen Frequenz proportional ist, ist ein mit der charakteristische Frequenz f4 gemessener Abstand weitaus präziser als der, der mit der Frequenz f8 mit der Peak - Intensität gemessene.The set limit value ds is user configurable or can be configured as a fixed fraction of the intensity of the second sampled point dn, for example half the intensity of the second sampled point dn. Given the set limit, it indicates determining if ((dn - dn-1 ) + (dn -dn-1)) is greater than 0.5dn. With further reference to 4 , in the characteristic sampled point determination step S32, a sampled point f 4 is selected as a characteristic frequency, which satisfies the condition statement in step S32 and has the highest frequency and a relatively high intensity. It will be appreciated that a conventional FMCW radar level gauge differs from the present invention in that the conventional FMCW radar level gauge will select f 8 for distance calculation, which corresponds to the peak intensity. With reference to 5 , as far as measuring a river gauge in an open space is concerned, the measured distance from the FMCW radar level gauge to the river should be the smallest compared to the neighboring soil, since the height of a river gauge is lower than that of all neighboring soils. Therefore, it is preferable to choose a characteristic frequency in favor of a longer measured distance than to choose one with higher intensity. Because the measured distance is proportional to the characteristic frequency, a distance measured with the characteristic frequency f 4 is far more precise than that measured with the frequency f 8 with the peak intensity.

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.

Claims (5)

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; und Verarbeiten 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; und einen 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 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 processing 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 where the measured Result in the current cycle is taken 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 includes a step of selecting a characteristic sampled location corresponding to a highest density of the discrete frequency spectrum, wherein a frequency of the characteristic interrogated point is taken as the characteristic frequency, wherein the step of selecting the characteristic interrogated point further includes: a characteristic interrogated point reading step comprising sequentially reading interrogated points in a direction from a highest frequency to lower frequencies, wherein three successive sampled locations comprising a first location fn-1, a second fn, a third fn+1 with respective densities dn -1 , dn, dn+1 >0, sequentially at a time from the highest Fre frequency to be read out at lower frequencies; and a characteristic sampled point determining step of determining whether a sum read out 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. Messverfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt des Auswählens der charakteristischen abgefragten Stelle eine abgefragte Stelle mit der höchsten Frequenz vorbestimmt ist.measurement method claim 1 , wherein in the step of selecting the characteristic sampled point, a sampled point with the highest frequency is predetermined. Frequenzmoduliertes Dauerstrich (FMCW) - Radarfüllstandsmessgerät, umfassend eine Transceiver- Antenne (10); eine Verarbeitungseinheit (20), die mit der Transceiver- Antenne (10) verbunden und mit einem Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet ist, wobei, nachdem ein gemessenes Ergebnis in dem vorangegangenen Zyklus erhalten wird, die Verarbeitungseinheit (20) regelmäßig das Messverfahren ausführt, wobei, wenn das Messverfahren ausgeführt wird, die Verarbeitungseinheit (20) regelmäßig ein Frequenzmodulation - Signal als FM-Signal überträgt, konstant eine Frequenz des FM - Signals variiert, mehrere reflektierte Signale des FM- Signals empfängt, eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM - Signals und der reflektierten Signale ausführt, einen Frequenzunterschied zwischen dem FM - Signal und jedem reflektierten Signal erhält, ein den Frequenzunterschieden entsprechendes Frequenzspektrum erzeugt, eine charakteristische Frequenz vom Frequenzspektrum auswählt, ein gemessenes Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus mit einer Summe eines Produkts von dem gemessenen Ergebnis im vorangegangenen Zyklus und von der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und eines Produkts von einem der charakteristischen Frequenz entsprechenden Abstand und von einer Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus verarbeitet, und das gemessene Ergebnis im gegenwärtigen Zyklus als das gemessene Ergebnis im vorangegangenen Zyklus zur Verarbeitung eines gemessenen Ergebnisses im folgenden Zyklus setzt.Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar level gauge comprising a transceiver antenna (10); a processing unit (20) connected to the transceiver antenna (10) and with a measurement method claim 1 or 2 , provided with a previous cycle weight and a current cycle weight, wherein after a measured result is obtained in the previous cycle, the processing unit (20) regularly executes the measuring method, wherein when the measuring method is executed, the processing unit ( 20) regularly transmits a frequency modulation signal as an 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, 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, a measured result in the current cycle with a sum of a product of the measured result in the previous cycle and the weight de s 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 for processing a measured result in the following cycle. FMCW- Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 3 wobei die Verarbeitungseinheit (20) aufweist: einen Transmitter (21), der mit der Transceiver- Antenne (10) verbunden ist und das FM- Signal an die Transceiver- Antenne (10) ausgibt, damit die Transceiver -Antenne (10) das FM -Signal überträgt; einen Receiver (22), der mit der Transceiver- Antenne (10) und dem Transmitter (21) verbunden ist, um die reflektierten Signale von der Transceiver-Antenne (10) zu empfangen und um das FM- Signal vom Transmitter (21) zu empfangen, und mit einem Abwärtskonvertierungsmischer (221), wobei der Abwärtskonvertierungsmischer (221) eine Abwärtskonvertierungsmischverarbeitung des FM- Signals und der reflektierten Signale ausführt, um die Frequenzunterschiede zwischen dem FM- Signal und jedem der reflektierten Signale zu erhalten und den Frequenzunterschieden entsprechende Überlagerungssignale ausgibt; und einen Prozessor (23), der mit dem Transmitter (21) und dem Abwärtskonvertierungsmischer (221) des Receivers (22) verbunden ist, und mit dem Messverfahren, der Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und der Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus ausgestattet ist; wobei eine einer Frequenz entsprechende, charakteristische abgefragte Stelle aus dem Frequenzspektrum ausgewählt wird und die Frequenz der charakteristischen abgefragten Stelle als die charakteristische Frequenz übernommen wird; wobei das Auswählen der charakteristischen abgefragten Stelle vom Frequenzspektrum 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 fn-1, fn, fn+1 mit jeweiligen Dichten dn-1, dn, dn+1 der abgefragten Stellen sequentiell zu einer Zeit von der höchsten Frequenz zu niedrigeren Frequenzen ausgelesen werden; und einen Bestimmungsschritt der charakteristischen abgefragten Stelle, indem bestimmt wird, ob eine Summe von einem Intensitätsunterschied dn-1-dn zwischen einer ersten abgefragten Stelle fn-1 und einer zweiten abgefragten Stelle fn der drei aufeinanderfolgenden abgefragten Stellen, die zu einer Zeit ausgelesenen wurden, und einem Intensitätsunterschied 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, falls die Summe ((dn-dn-1)+(dn-dn+1)) größer als der eingestellte Grenzwert ds ist, 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.FMCW radar level gauge claim 3 wherein the processing unit (20) comprises: a transmitter (21) which is connected to the transceiver antenna (10) and the FM signal to the transceiver antenna (10) outputs, so that the transceiver antenna (10) the FM -Signal transmits; a receiver (22) connected to the transceiver antenna (10) and the transmitter (21) to receive the reflected signals from the transceiver antenna (10) and to receive the FM signal from the transmitter (21). received, and a down-conversion mixer (221), said down-conversion mixer (221) performing down-conversion mixing processing of the FM signal and the reflected signals to obtain the frequency differences between the FM signal and each of the reflected signals and outputting beat signals corresponding to the frequency differences; and a processor (23) connected to the transmitter (21) and the downconversion mixer (221) of the receiver (22) and provided with the measurement method, the previous cycle weight and the current cycle weight; wherein a characteristic sampled point corresponding to a frequency is selected from the frequency spectrum and the frequency of the characteristic sampled point is adopted as the characteristic frequency; wherein selecting the characteristic sampled point from the frequency spectrum includes: a characteristic sampled point reading step comprising reading sampled points sequentially in one direction from one highest frequency to lower frequencies, reading three consecutive sampled digits fn-1, fn, fn+1 with respective sampled digit densities dn-1, dn, dn+1 sequentially at a time from the highest frequency to lower frequencies; and a characteristic sampled point determining step by determining whether a sum of an intensity difference dn-1-dn between a first sampled point fn-1 and a second sampled point fn of the three consecutive sampled points read out at a time, and an intensity difference dn-dn+1 between the second sampled point fn and the third sampled point fn+1 of the three consecutive sampled points is greater than a set limit value ds if the sum ((dn-dn-1)+(dn- dn+1)) is greater than the set limit value ds, it is determined that a frequency corresponding to the second sampled digit fn is the characteristic frequency, and if not larger, the characteristic sampled digit reading step is continued to read the sampled digits to continue in the direction from the highest frequency to lower frequencies. FMCW- Radarfüllstandsmessgerät nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungseinheit (20) ferner aufweist: eine Bedienungsschnittstelle (24), die mit dem Prozessor (23) verbunden ist und dazu dient, die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus einzurichten; eine Stromversorgung (25), die mit dem Prozessor (23) verbunden ist, damit der Prozessor (23) von der Stromversorgung (25) verbrauchten Strom reguliert, und mit einem Stromerfassungsterminal (251), das mit einem Remote- Host (100) verbunden ist, damit der Remote- Host (100) den von der Stromversorgung (25) verbrauchten Strom erfasst; ein Display (26), das mit dem Prozessor (23) verbunden ist und dazu dient, die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus anzuzeigen; und einen Kommunikations - Port (27), der mit dem Prozessor (23) verbunden ist, damit der Remote- Host (100) die Gewichtung des vorangegangenen Zyklus und die Gewichtung des gegenwärtigen Zyklus im Prozessor (23) einrichtet.FMCW radar level gauge claim 4 wherein the processing unit (20) further comprises: an operator interface (24) connected to the processor (23) and operative to establish the weight of the previous cycle and the weight of the current cycle; a power supply (25) connected to the processor (23) for the processor (23) to regulate power consumed by the power supply (25), and a power sensing terminal (251) connected to a remote host (100). is for the remote host (100) to detect the current consumed by the power supply (25); a display (26) connected to the processor (23) for displaying the weight of the previous cycle and the weight of the current cycle; and a communications port (27) connected to the processor (23) for the remote host (100) to set up the previous cycle weight and the current cycle weight in the processor (23).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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