DE102023200032A1

DE102023200032A1 - LEVEL MEASURING DEVICE AND METHOD

Info

Publication number: DE102023200032A1
Application number: DE102023200032.6A
Authority: DE
Inventors: Levin Dieterle
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2023-01-03
Filing date: 2023-01-03
Publication date: 2024-07-04

Abstract

Füllstandsmessvorrichtung zum Erfassen eines Füllstands, umfassend einen Radarsensor (11), wobei der Radarsensor (11) dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Welle (12) auszusenden und zu empfangen, und wobei die Füllstandsmessvorrichtung (10) ein Phasenelement (13) umfasst, das im Signalpfad der elektromagnetischen Welle (12) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Phase der elektromagnetischen Welle (12) zu verändern.Fill level measuring device for detecting a fill level, comprising a radar sensor (11), wherein the radar sensor (11) is designed to emit and receive an electromagnetic wave (12), and wherein the fill level measuring device (10) comprises a phase element (13) which is arranged in the signal path of the electromagnetic wave (12) and is designed to change the phase of the electromagnetic wave (12).

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Füllstandsmessvorrichtung zum Bestimmen eines Füllstands. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Vermindern von Störsignalen bei einer Füllstandmessvorrichtung.The present invention relates to a level measuring device for determining a level. Furthermore, the present invention relates to a method for reducing interference signals in a level measuring device.

HINTERGRUNDBACKGROUND

In der Industrie finden Füllstandmessvorrichtungen Anwendung zur Ermittlung eines Füllstands in einem Behälter. Füllstandmessvorrichtungen, die elektromagnetische Wellen ausstrahlen, empfangen und über die Laufzeit die Distanz zum zu messenden Medium berechnen, sind aus dem Stand der Technik bekannt und finden in vielen Industriezweigen regen Einsatz. Mit wachsender Automatisierung steigen auch die Anforderungen an eben diese Füllstandmessvorrichtungen. So hat es sich herausgestellt, dass ein Bedarf besteht, die Auswertung der Messsignale zu verbessern.In industry, level measuring devices are used to determine the level in a container. Level measuring devices that emit and receive electromagnetic waves and calculate the distance to the medium to be measured over the transit time are well known from the state of the art and are widely used in many industries. As automation increases, the demands on these level measuring devices also increase. It has therefore become apparent that there is a need to improve the evaluation of the measurement signals.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Füllstandsmessvorrichtung bereitzustellen, die ein Verminderung von Störsignalen ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Vermindern von Störsignalen bei einer Füllstandmessvorrichtung bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a level measuring device which enables a reduction in interference signals. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for reducing interference signals in a level measuring device.

Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafterweise weiter.These and other objects, which will be mentioned upon reading the following description or which can be recognized by the person skilled in the art, are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims develop the central idea of the present invention in a particularly advantageous manner.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Füllstandsmessvorrichtung zum Erfassen eines Füllstands bereitgestellt, umfassend einen Radarsensor, wobei der Radarsensor dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Welle auszusenden, und wobei die Füllstandsmessvorrichtung ein Phasenelement umfasst, das im Signalpfad der elektromagnetischen Welle angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Phase der elektromagnetischen Welle zu verändern.According to a first aspect of the invention, a level measuring device for detecting a level is provided, comprising a radar sensor, wherein the radar sensor is configured to emit an electromagnetic wave, and wherein the level measuring device comprises a phase element which is arranged in the signal path of the electromagnetic wave and is configured to change the phase of the electromagnetic wave.

Unter der Füllstandmessvorrichtung ist erfindungsgemäß eine Radar Füllstandmessvorrichtung mit einem Radarsensor zu verstehen. Das bedeutet, dass der Füllstand mittels einer elektromagnetischen Welle ermittelt wird. Genauer gesagt, ermittelt die Radar Füllstandmessvorrichtung einen Füllstand eines Behälters durch das Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Wellen. Über die Laufzeit kann die Distanz zum zu messenden Medium im Behälter und somit der Füllstand berechnet werden. Bei der Füllstandmessvorrichtung kann es sich aber auch um eine Mikrowellenschranke handeln.According to the invention, the level measuring device is understood to be a radar level measuring device with a radar sensor. This means that the level is determined using an electromagnetic wave. More precisely, the radar level measuring device determines the level of a container by sending and receiving electromagnetic waves. The distance to the medium to be measured in the container and thus the level can be calculated using the transit time. The level measuring device can also be a microwave barrier.

Die elektromagnetischen Wellen folgen im Radarsensor dem Signalpfad. Der Signalpfad ist somit der Pfad, auf dem sich die elektromagnetische Welle durch den Radarsensor bewegt. Der Signalpfad kann verschiedene Materialien umfassen. Der Signalpfad kann beispielsweise Luft, Metalle, Kunststoffe, Halbleiter, Keramiken oder andere Materialien umfassen.The electromagnetic waves follow the signal path in the radar sensor. The signal path is therefore the path on which the electromagnetic wave moves through the radar sensor. The signal path can include various materials. For example, the signal path can include air, metals, plastics, semiconductors, ceramics or other materials.

Der Signalpfad beginnt an dem Punkt, an dem die elektromagnetische Welle im Radarsensor erzeugt wird und endet an dem Punkt, an dem die elektromagnetische Welle die Füllstandmessvorrichtung in Ausbreitungsrichtung in Richtung des zu messenden Füllgutes verlässt. Sämtliche Bereiche, die das Signal bzw. die elektromagnetische Welle in der Füllstandmessvorrichtung durchläuft, können dem Signalpfad zugeordnet werden.The signal path begins at the point where the electromagnetic wave is generated in the radar sensor and ends at the point where the electromagnetic wave leaves the level measuring device in the direction of propagation towards the product to be measured. All areas through which the signal or electromagnetic wave passes in the level measuring device can be assigned to the signal path.

Im Signalpfad ist zumindest abschnittsweise ein Phasenelement angeordnet. Das Phasenelement kann beispielsweise Teil einer Antenne, einer Linse oder einem sonstigen beliebigen Element sein, dass im Signalpfad angeordnet ist. Es ist ferner denkbar, dass das Phasenelement ein eigenes Funktionselement bildet. Das Phasenelement hat die Funktion, die Phase der elektromagnetischen Welle, die das Phasenelement durchläuft, zu verändern bzw. zu verschieben. Das Phasenelement kann auch als Phasenschieberelement oder Phasenschiebereinheit bezeichnet werden.A phase element is arranged in the signal path at least in sections. The phase element can be part of an antenna, a lens or any other element that is arranged in the signal path. It is also conceivable that the phase element forms its own functional element. The phase element has the function of changing or shifting the phase of the electromagnetic wave that passes through the phase element. The phase element can also be referred to as a phase shifter element or phase shifter unit.

Bei Füllstandmessvorrichtungen mit Radarsensoren können Störsignale auftreten. Dieses sogenannte Klingeln (Störsignal) entsteht aufgrund von internen Signalreflektionen innerhalb der Elektronik und der Antenne.Interference signals can occur in level measuring devices with radar sensors. This so-called ringing (interference signal) is caused by internal signal reflections within the electronics and the antenna.

Es ist möglich, das Klingeln durch das Phasenelement mittels entsprechender Signalverarbeitung zu reduzieren. Durch das Phasenelement ist es möglich, dass alle vor dem einstellbaren Phasenelement reflektierten Anteile der abgesendeten elektromagnetischen Welle durch dieses keine Phasenverschiebung erfahren. Anders gesagt sind diese Anteile von dem Phasenelement unverändert bzw. unbeeinflusst. Die Anteile der elektromagnetischen Welle, welche nach dem Durchgang durch den Phasenschieber reflektiert und wieder empfangen werden, erfahren eine Phasenverschiebung.It is possible to reduce the ringing using the phase element by means of appropriate signal processing. The phase element makes it possible for all parts of the transmitted electromagnetic wave that are reflected in front of the adjustable phase element to not experience a phase shift. In other words, these parts are unchanged or unaffected by the phase element. The parts of the electromagnetic wave that are reflected and received again after passing through the phase shifter experience a phase shift.

Durch Vergleichen der empfangenen Signale, also der Reflektionen der ausgesandten elektromagnetischen Wellen, mit unterschiedlichen Phasenversatz kann somit zwischen intern und extern reflektierten Signalanteilen unterschieden werden, da die jeweiligen Signalanteile keine, bzw. eine entsprechende Phasenverschiebung erfahren. Unter internen Signalanteilen versteht man hierbei Signalanteile, welche vor dem Phasenschieber reflektiert werden, während externe Signalanteile nach dem Phasenschieber reflektiert werden. Hierdurch kann das Antennen- und Elektronikklingeln zumindest in Teilen eliminiert und somit die Signalauswertung der Füllstandmessvorrichtung, insbesondere im Nahbereich der Antenne, verbessert werden.By comparing the received signals, i.e. the reflections of the emitted electromagnetic waves, with different phases The offset can therefore be used to distinguish between internally and externally reflected signal components, since the respective signal components experience no or a corresponding phase shift. Internal signal components are signal components that are reflected before the phase shifter, while external signal components are reflected after the phase shifter. This means that the antenna and electronic ringing can be at least partially eliminated and the signal evaluation of the level measuring device can be improved, particularly in the vicinity of the antenna.

Der Radarsensor umfasst vorzugsweise eine Elektronikeinheit, die dazu eingerichtet ist, zwischen einer empfangenen elektromagnetischen Welle ohne Phasenverschiebung und einer empfangenen elektromagnetischen Welle mit Phasenverschiebung zu unterscheiden bzw. diese zu separieren.The radar sensor preferably comprises an electronic unit which is designed to distinguish between or separate a received electromagnetic wave without phase shift and a received electromagnetic wave with phase shift.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Phasenelement außerhalb der Elektronikeinheit der Füllstandsmessvorrichtung angeordnet.In one embodiment, the phase element is arranged outside the electronics unit of the level measuring device.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Phasenelement ein Material, dessen dielektrische Eigenschaft durch ein Magnetfeld und/oder durch Anlegen einer elektrischen Spannung einstellbar ist. Prädestiniert für den Aufbau des Phasenelements sind generell Werkstoffe, deren dielektrischen Eigenschaften sich durch Anlegen eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes verändern bzw. Einstellen lassen. Für eine konkrete Ausgestaltung bieten sich beispielsweise Flüssigkristalle an, deren Moleküle sich mit einem entsprechenden elektrischen Feld ausrichten lassen, was im Gegenzug die dielektrischen Eigenschaften beeinflusst.In one embodiment, the phase element comprises a material whose dielectric properties can be adjusted by a magnetic field and/or by applying an electrical voltage. Materials whose dielectric properties can be changed or adjusted by applying an electrical and/or magnetic field are generally predestined for the construction of the phase element. For example, liquid crystals are suitable for a specific design, the molecules of which can be aligned with a corresponding electrical field, which in turn influences the dielectric properties.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Füllstandmessvorrichtung einen Aktuator, durch den die Brechungseigenschaften des Phasenelements einstellbar sind. Dadurch können die Brechungseigenschaften des Phasenelements gezielt geändert bzw. angepasst werden.In one embodiment, the level measuring device comprises an actuator by means of which the refractive properties of the phase element can be adjusted. This allows the refractive properties of the phase element to be specifically changed or adapted.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Phasenelement ein Flüssigkristallmaterial. Wie bereits oben erläutert, können die dielektrischen Eigenschaften von Flüssigkristallen durch Anlegen eines elektrischen Feldes geändert bzw. angepasst werden.In one embodiment, the phase element comprises a liquid crystal material. As already explained above, the dielectric properties of liquid crystals can be changed or adjusted by applying an electric field.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Phasenelement in der Antenne des Radarsensors angeordnet. Es ist vorteilhaft das Phasenelement in der Antenne anzuordnen, da die Antenne zu einem großen Teil im Signalpfad der elektromagnetischen Welle angeordnet ist.In one embodiment, the phase element is arranged in the antenna of the radar sensor. It is advantageous to arrange the phase element in the antenna, since the antenna is arranged to a large extent in the signal path of the electromagnetic wave.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Phasenelement in der Antenne in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle vor oder nach einer Linse des Radarsensors angeordnet. Dabei ist das Phasenelement vorzugsweise im Bereich der Linse bzw. in der Nähe der Linse angeordnet.In one embodiment, the phase element in the antenna is arranged in the direction of propagation of the electromagnetic wave before or after a lens of the radar sensor. The phase element is preferably arranged in the area of the lens or in the vicinity of the lens.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Antenne ein erstes Linsenelement und ein zweites Linsenelement, wobei das Phasenelement zwischen dem ersten Linsenelement und dem zweiten Linsenelement angeordnet ist.In one embodiment, the antenna comprises a first lens element and a second lens element, wherein the phase element is arranged between the first lens element and the second lens element.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Phasenelement planar ausgebildet und sind das erste Linsenelement und das zweite Linsenelement jeweils plankonvex ausgebildet und das Phasenelement ist zwischen dem ersten Linsenelement und dem zweiten Linsenelement angeordnet.In one embodiment, the phase element is planar and the first lens element and the second lens element are each plano-convex and the phase element is arranged between the first lens element and the second lens element.

Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erkennbar ist, sind verschiedene Positionen denkbar, an denen das Phasenelement in der Antenne angeordnet sein kann. Auf Grund der Wirkungsweise des Phasenelements ist es vorteilhaft, wenn das Phasenelement möglichst im Bereich des freien Endes der Antenne angeordnet ist. Dies schließt andere Positionierungen des Phasenelements nicht aus.As can be seen in the previous embodiments, various positions are conceivable at which the phase element can be arranged in the antenna. Due to the way the phase element works, it is advantageous if the phase element is arranged as close as possible to the free end of the antenna. This does not exclude other positioning of the phase element.

In einem Ausführungsbeispiel ist das Phasenelement vor der Antenne angeordnet. Das bedeutet, dass das Phasenelement beispielsweise in der Elektronikeinheit angeordnet ist oder ein eigenes Funktionselement bzw. Bauteil der Füllstandmessvorrichtung bildet.In one embodiment, the phase element is arranged in front of the antenna. This means that the phase element is arranged, for example, in the electronic unit or forms a separate functional element or component of the level measuring device.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Füllsandmessvorrichtung ein Übertragungselement, insbesondere einen Hohlleiter, dielektrischen Wellenleiter, ein Substrate-Integrated-Waveguide oder eine Mikrostreifenleitung, das im Signalpfad in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle vor der Antenne angeordnet ist und das Phasenelement im Übertragungselement angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Phasenelement derart im Übertragungselement angeordnet, dass es an die Antenne angrenzt. Alternativ sind andere Komponenten und Positionen denkbar.In one embodiment, the filling sand measuring device comprises a transmission element, in particular a waveguide, dielectric waveguide, a substrate-integrated waveguide or a microstrip line, which is arranged in the signal path in the propagation direction of the electromagnetic wave in front of the antenna and the phase element is arranged in the transmission element. Preferably, the phase element is arranged in the transmission element in such a way that it borders the antenna. Alternatively, other components and positions are conceivable.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern von Störsignalen bei einer Füllstandmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen eines Sendesignals in Form einer elektromagnetischen Welle; Erzeugen einer Phasenverschiebung des Sendesignals mittels eines Phasenelements im Signalpfad der elektromagnetischen Welle; Detektieren einer Reflektion des Sendesignals; und Prüfen der empfangenen Reflektion des Sendesignals auf eine Phasenverschiebung.A further aspect of the present invention relates to a method for reducing interference signals in a level measuring device according to one of the preceding embodiments, comprising the following steps: generating a transmission signal in the form of an electromagnetic wave; generating a phase shift of the transmission signal by means of a phase element in the signal path of the electromagnetic wave; detecting a reflection of the transmission signal; and checking the received reflection of the transmitted signal to a phase shift.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein weiteres Verfahren zum Vermindern von Störsignalen bei einer Füllstandmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen eines ersten Sendesignals in Form einer elektromagnetischen Welle; Erzeugen eines zweiten Sendesignals in Form einer elektromagnetischen Welle; Erzeugen einer Phasenverschiebung des ersten Sendesignals und/oder des zweiten Sendesignals mittels eines Phasenelements; Detektieren einer Reflektion des ersten Sendesignals und einer Reflektion des zweiten Sendesignals; Prüfen der Reflektion des ersten Sendesignals und der Reflektion des zweiten Sendesignals auf eine Phasenverschiebung und Vergleichen der geprüften Reflektionen der ersten und zweiten Sendesignale.A further aspect of the invention relates to a further method for reducing interference signals in a level measuring device according to one of the preceding embodiments, comprising the following steps: generating a first transmission signal in the form of an electromagnetic wave; generating a second transmission signal in the form of an electromagnetic wave; generating a phase shift of the first transmission signal and/or the second transmission signal by means of a phase element; detecting a reflection of the first transmission signal and a reflection of the second transmission signal; checking the reflection of the first transmission signal and the reflection of the second transmission signal for a phase shift and comparing the checked reflections of the first and second transmission signals.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben, darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Füllstandmessvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllstandmessvorrichtung; und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Rauschunterdrückung.

Below is a detailed description of the figures showing:

1 a schematic representation of a first preferred embodiment of a level measuring device according to the invention;
2 a schematic representation of a second embodiment of a level measuring device according to the invention; and
3 a schematic representation of a noise suppression method.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Füllstandsmessvorrichtung 10 mit einem Radarsensors 11. Der Radarsensor 11 umfasst eine Elektronikeinheit 17. Die Elektronikeinheit 17 ist dazu eingerichtet, Sendesignale und Empfangssignale in Form einer elektromagnetischen Welle 12 zu erzeugen und zu detektieren. 1 shows a first embodiment of a level measuring device 10 with a radar sensor 11. The radar sensor 11 comprises an electronic unit 17. The electronic unit 17 is designed to generate and detect transmission signals and reception signals in the form of an electromagnetic wave 12.

Der Radarsensor 11 der Füllstandmessvorrichtung 10 weist eine Antenne 14 auf. Die Antenne 14 ist hier als eine Hornantenne ausgebildet. Alternativ sind andere Antennentypen oder Geometrien möglich.The radar sensor 11 of the level measuring device 10 has an antenna 14. The antenna 14 is designed here as a horn antenna. Alternatively, other antenna types or geometries are possible.

Am freien Ende der Antenne 14 ist eine Linse 15 angeordnet. Die Linse 15 besteht aus einer ersten Linse 15a und eine zweiten Linse 15b. Die erste Linse 15a und die zweite Linse 15b sind jeweils plankonvex ausgebildet. Die erste Linse 15a ist der Elektronikeinheit 17 zugewandt und die zweite Linse 15b ist von der Elektronikeinheit 17 abgewandt.A lens 15 is arranged at the free end of the antenna 14. The lens 15 consists of a first lens 15a and a second lens 15b. The first lens 15a and the second lens 15b are each plano-convex. The first lens 15a faces the electronic unit 17 and the second lens 15b faces away from the electronic unit 17.

Zwischen der ersten Linse 15a und der zweiten Linse 15b ist ein Phasenelement 13 angeordnet. Das Phasenelement 13 weist eine planare Geometrie auf die jeweils an den planaren Seiten des ersten und zweiten Linsenelements 15a, 15b angrenzt. Alternativ kann das Phasenelement 13 auch vor oder nach der Linse 15 bezogen auf die Position der Elektronikeinheit 17 positioniert sein.A phase element 13 is arranged between the first lens 15a and the second lens 15b. The phase element 13 has a planar geometry which borders on the planar sides of the first and second lens elements 15a, 15b. Alternatively, the phase element 13 can also be positioned before or after the lens 15 in relation to the position of the electronic unit 17.

Im Inneren der Antenne 14 ist eine elektromagnetische Welle 12 abgebildet. Die elektromagnetische Welle 12 im Innern der Antenne 14 weist eine gekrümmte Wellenfront auf. Die elektromagnetische Welle breitet sich in Richtung der Linse 15 aus.An electromagnetic wave 12 is shown inside the antenna 14. The electromagnetic wave 12 inside the antenna 14 has a curved wave front. The electromagnetic wave propagates in the direction of the lens 15.

Nach dem Passieren der Linse 15 weist die elektromagnetische Welle 12 eine planare Wellenfront auf. Nach dem Durchlaufen der Linse 15 und dem Phasenelement 13 weist die elektromagnetische Welle 12 eine Phasenverschiebung auf. Die phasenverschobene elektromagnetische Welle 12' kann von der ursprünglichen elektromagnetischen Welle 12 unterschieden werden. Die Phasenverschiebung der elektromagnetischen Welle 12' ist beispielhaft an den gestrichelten Linien dargestellt. Genauer gesagt verläuft die phasenversetzte elektromagnetische Welle 12` phasenversetzt zur ursprünglichen elektromagnetischen Welle 12.After passing through the lens 15, the electromagnetic wave 12 has a planar wave front. After passing through the lens 15 and the phase element 13, the electromagnetic wave 12 has a phase shift. The phase-shifted electromagnetic wave 12' can be distinguished from the original electromagnetic wave 12. The phase shift of the electromagnetic wave 12' is shown as an example using the dashed lines. More precisely, the phase-shifted electromagnetic wave 12` is phase-shifted to the original electromagnetic wave 12.

Das Phasenelement 13 umfasst vorzugsweise einen Werkstoff, dessen dielektrische Eigenschaften sich durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes verändern lassen, wie beispielsweise aus einem Flüssigkristall. Die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist von der Ausrichtung des angelegten äußeren elektrischen Feldes abhängig und beeinflusst die relative Permittivität der Flüssigkristallphase. Hierdurch lässt sich je nach verwendetem Material die relative Permittivität ε_r der Flüssigkristallphase beispielsweise zwischen 2 und 3 variieren. Durchläuft eine elektromagnetische Welle 12 die Flüssigkristallphase des Phasenelements 13, kann diese im Vergleich zu einer unbeeinflussten elektromagnetische Welle 12' somit mit einer Phasenverschiebung beaufschlagt werden, da die Mediumslichtgeschwindigkeit c_medium von der relativen Permittivität abhängig ist (vgl. Formel 1). $c_{m e d i u m} = \frac{1}{\sqrt{ε_{0} ε_{r} μ_{0} μ_{r}}}$

The phase element 13 preferably comprises a material whose dielectric properties can be changed by applying an electric or magnetic field, such as a liquid crystal. The alignment of the liquid crystal molecules depends on the alignment of the applied external electric field and influences the relative permittivity of the liquid crystal phase. This allows the relative permittivity ε _r of the liquid crystal phase to vary, for example, between 2 and 3, depending on the material used. If an electromagnetic wave 12 passes through the liquid crystal phase of the phase element 13, it can thus be subjected to a phase shift compared to an unaffected electromagnetic wave 12', since the medium speed of light c _medium depends on the relative permittivity (cf. formula 1).

c_{m e d i u m} = \frac{1}{\sqrt{ε_{0} ε_{r} μ_{0} μ_{r}}}

Alle vor dem Phasenelement 13 in Richtung Elektronikeinheit 17 zurückreflektierten Frequenzanteile des Sendesignales werden somit durch das Phasenelement 13 nicht beeinflusst und ihre Phase wird nicht verschoben. Alle nach der Phasenelement 13 zurückreflektierten Frequenzanteile, welche beispielsweise an einem zu messenden Medium bzw. Füllgut 18 reflektiert werden, werden durch das Phasenelement 13 beeinflusst und erfahren durch den zweimaligen Durchgang (Sende- und Empfangsfall) durch das Phasenelement 13 eine entsprechende Phasenverschiebung. Durch Vergleich der phasenverschobenen elektromagnetische Welle 12' mit der ursprünglichen elektromagnetischen Welle 12 in der Elektronikeinheit 17 können Reflexionen der elektromagnetischen Welle 12 in der Antenne 14 oder in der Elektronikeinheit 17, die nicht phasenverschoben sind, von den phasenverschobenen Reflexionen, die vom Füllgut 18 ausgehen, unterschieden werden. Da die Messungen mit und ohne zusätzlichen Phasenversatz durch die Phasenschiebereinheit nacheinander erfolgt sind die elektromagnetischen Wellen immer klar separiert. Die nicht phasenverschobenen Signale bzw. elektromagnetischen Wellen 12 können so als Klingeln bzw. Störsignal erkannt werden.All frequency components of the transmission signal reflected back in front of the phase element 13 in the direction of the electronic unit 17 are therefore not influenced by the phase element 13 and their phase is not shifted. All frequency components reflected back after the phase element 13, which are reflected, for example, by a medium or filling material 18 to be measured, are influenced by the phase element 13 and experience a corresponding Phase shift. By comparing the phase-shifted electromagnetic wave 12' with the original electromagnetic wave 12 in the electronic unit 17, reflections of the electromagnetic wave 12 in the antenna 14 or in the electronic unit 17, which are not phase-shifted, can be distinguished from the phase-shifted reflections emanating from the filling material 18. Since the measurements with and without additional phase shift are carried out one after the other by the phase shifter unit, the electromagnetic waves are always clearly separated. The non-phase-shifted signals or electromagnetic waves 12 can thus be recognized as ringing or interference signals.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Radarsensor 11 in 2 weist ein Übertragungselement 16 auf. Das Übertragungselement 16 ist als ein Hohlleiter ausgebildet. Das Übertragungselement 16 ist zwischen der Elektronikeinheit und der Antenne 14 angeordnet. An dem der Elektronikeinheit 17 abgewandten Ende des Übertragungselements 16 ist das Phasenelement 13 angeordnet. Ferner grenzt an dieses Ende die Antenne 14 an. Die Antenne 14 ist als eine Hornantenne ausgebildet. Am freien Ende der Antenne 14 ist die Linse 15 angeordnet. 2 shows another embodiment. The radar sensor 11 in 2 has a transmission element 16. The transmission element 16 is designed as a waveguide. The transmission element 16 is arranged between the electronics unit and the antenna 14. The phase element 13 is arranged at the end of the transmission element 16 facing away from the electronics unit 17. The antenna 14 also borders this end. The antenna 14 is designed as a horn antenna. The lens 15 is arranged at the free end of the antenna 14.

Die in der Elektronikeinheit 17 erzeugten Sendesignale werden durch das Übertragungselement 16, hier beispielsweise ein Hohlleiter, in Richtung der Antenne 14 geleitet. Alternativ oder zusätzlich sind dielektrische Wellenleiter, SIW (Substrate integrated Waveguide), Mikrostreifenleitungen oder vergleichbaren technische Vorrichtung zum Transport hochfrequenter Elektromagnetischer Signale möglich. Das Phasenelement 13 ist vorzugsweise möglichst nahe an der Antenne 14 des Radarsensors 11 im Bereich des Übertragungselement 16 angeordnet.The transmission signals generated in the electronic unit 17 are guided through the transmission element 16, here for example a waveguide, in the direction of the antenna 14. Alternatively or additionally, dielectric waveguides, SIW (Substrate Integrated Waveguide), microstrip lines or comparable technical devices for transporting high-frequency electromagnetic signals are possible. The phase element 13 is preferably arranged as close as possible to the antenna 14 of the radar sensor 11 in the area of the transmission element 16.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines entsprechenden Verfahrens, wie es für das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel denkbar ist. Im einem ersten Schritt S1 wird ein erstes Sendesignal durch die Elektronikeinheit 17 generiert, durch das Phasenelement 13 mit einer ersten Phasenverschiebung beaufschlagt und abgesendet. Alternativ ist es möglich, dass das Sendesignal hier keine Phasenverschiebung erhält. Anders gesagt kann die Phasenverschiebung des ersten Sendesignals gleich Null sein. 3 shows a flow chart of a corresponding procedure as it is used for the 2 shown embodiment is conceivable. In a first step S1, a first transmission signal is generated by the electronic unit 17, subjected to a first phase shift by the phase element 13 and sent. Alternatively, it is possible that the transmission signal does not receive any phase shift here. In other words, the phase shift of the first transmission signal can be zero.

In einem zweiten Schritt S2 wird ein erstes Empfangssignal, welches durch Reflektionen des ersten Sendesignales an Stoßstellen und Übergängen innerhalb der Elektronikeinheit 17 und Antenne 14 und an dem zu messenden Medium erzeugt wird, detektiert.In a second step S2, a first received signal, which is generated by reflections of the first transmitted signal at joints and transitions within the electronic unit 17 and antenna 14 and at the medium to be measured, is detected.

In einem dritten Schritt S3 wird ein zweites Sendesignal durch die Elektronikeinheit 17 generiert, durch das Phasenelement 13 mit einer zweiten Phasenverschiebung beaufschlagt und abgesendet. Alternativ ist es möglich, dass das Sendesignal hier keine Phasenverschiebung erhält. Anders gesagt kann die Phasenverschiebung des zweiten Sendesignals gleich Null sein unter der Voraussetzung, dass sich die Phasenverschiebung von der ersten Phasenverschiebung unterscheidet. Es ist somit möglich aufeinanderfolgende Signale mit und ohne Phasenverschiebung jeweils alternierend miteinander zu vergleichen.In a third step S3, a second transmission signal is generated by the electronic unit 17, subjected to a second phase shift by the phase element 13 and sent. Alternatively, it is possible for the transmission signal to receive no phase shift here. In other words, the phase shift of the second transmission signal can be zero provided that the phase shift differs from the first phase shift. It is thus possible to compare successive signals with and without a phase shift alternately with one another.

In einem vierten Schritt S4 wird ein zweites Empfangssignal, welches durch Reflektionen des zweiten Sendesignales innerhalb der Elektronikeinheit 17 und Antenne 14 und an dem zu messenden Medium bzw. Füllgut 18 erzeugt wird, detektiert.In a fourth step S4, a second received signal, which is generated by reflections of the second transmitted signal within the electronic unit 17 and antenna 14 and at the medium or filling material 18 to be measured, is detected.

In einem fünften Schritt S5 wird das erste und zweite Empfangssignal miteinander verglichen, um die Elektronik- und Antennen-internen Reflektionen, welche dem Antennenklingeln entsprechen, von dem eigentlichen Messsignal, welches durch die Reflektionen der elektromagnetischen Welle am Medium entstehen, zu separieren.In a fifth step S5, the first and second received signals are compared with each other in order to separate the electronics and antenna-internal reflections, which correspond to the antenna ringing, from the actual measurement signal, which is created by the reflections of the electromagnetic wave on the medium.

Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der Ansprüche umfasst ist. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.However, the present invention is not limited to the above preferred embodiments as long as it is covered by the subject matter of the claims. In addition, it is pointed out that the terms "comprising" and "having" do not exclude other elements or steps and the indefinite articles "a" or "an" do not exclude a plurality. In addition, it is pointed out that features that have been described with reference to one of the above embodiments can also be used in combination with other features of other embodiments described above.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: FüllstandsmessvorrichtungLevel measuring device
1111: RadarsensorRadar sensor
1212: elektromagnetische Welleelectromagnetic wave
1313: PhasenelementPhase element
1414: Antenneantenna
1515: Linselens
15a15a: erstes Linsenelementfirst lens element
15b15b: zweites Linsenelementsecond lens element
1616: ÜbertragungselementTransmission element
1717: ElektronikeinheitElectronic unit
1818: FüllgutFilling material

Claims

Fill level measuring device for detecting a fill level, comprising a radar sensor (11), wherein - the radar sensor (11) is designed to emit and receive an electromagnetic wave (12), and wherein - the fill level measuring device (10) comprises a phase element (13) which is arranged in the signal path of the electromagnetic wave (12) and is designed to change the phase of the electromagnetic wave (12).

Level measuring device according to Claim 1 , wherein the phase element (13) is arranged outside an electronic unit (17) of the level measuring device.

Level measuring device according to Claim 1 or Claim 2 , wherein the phase element (13) comprises a material whose dielectric property can be adjusted by a magnetic field and/or by applying an electrical voltage.

Fill level measuring device according to one of the preceding claims, wherein the fill level measuring device (10) comprises an actuator by means of which the refractive properties of the phase element (13) can be adjusted.

Level measuring device according to one of the preceding claims, wherein the phase element (13) comprises a liquid crystal material.

Level measuring device according to one of the preceding claims, wherein the phase element (13) is arranged in an antenna (14) of the radar sensor (11).

Level measuring device according to Claim 6 , wherein the phase element (13) in the antenna (14) is arranged in the propagation direction of the electromagnetic wave (12) before or after a lens (15) of the radar sensor (11).

Level measuring device according to Claim 6 or 7 , wherein the antenna (14) comprises a first lens element (15a) and a second lens element (15b), wherein the phase element (13) is arranged between the first lens element (15a) and the second lens element (15b).

Level measuring device according to Claim 8 , wherein the phase element (13) is planar and the first lens element (15a) and the second lens element (15b) are each plano-convex and the phase element (13) is arranged between the first lens element (15a) and the second lens element (15b).

Level measuring device according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the phase element (13) is arranged in front of the antenna (14).

Level measuring device according to Claim 10 , wherein the filling sand measuring device (10) comprises a transmission element (16), in particular a waveguide, dielectric waveguide, a substrate-integrated waveguide or a microstrip line, which is arranged in the signal path in the propagation direction of the electromagnetic wave (12) in front of the antenna (14) and the phase element (13) is arranged in the transmission element (16).

Method for improving signal detection in a level measuring device (10) according to one of the Claims 1 until 9 , comprising the following steps: - generating a transmission signal in the form of an electromagnetic wave (12); - generating a phase shift of the transmission signal by means of a phase element (13) in the signal path of the electromagnetic wave (12); - detecting a reflection of the transmission signal; and - checking the received reflection of the transmission signal for a phase shift.

Method for improving signal detection in a level measuring device (10) according to the Claims 10 or 11 , comprising the following steps: - generating a first transmission signal in the form of an electromagnetic wave (12); - generating a second transmission signal in the form of an electromagnetic wave (12); - generating a phase shift of the first transmission signal and/or the second transmission signal by means of a phase element (13); - detecting a reflection of the first transmission signal and a reflection of the second transmission signal; - checking the reflection of the first transmission signal and the reflection of the second transmission signal for a phase shift and comparing the checked reflections of the first and second transmission signals.