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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Radarfüllstandsmesssystem zum Bestimmen
des Füllstandes
eines Füllmaterials
in einem Behälter.
Ein solches System kann umfassen: einen Sender zum Emittieren von
Messsignalen zu der Oberfläche
des Füllmaterials;
einen Empfänger
zum Empfangen von Echosignalen von dem Behälter; und einen Verarbeitungsschaltkreis
zum Bestimmen des Füllstandes des
Behälters
basierend auf dem Echosignal. Weiterhin betrifft die Erfindung einen
entsprechenden Verarbeitungsschaltkreis und ein Verfahren zum Bestimmen
des Füllstandes
eines Füllmaterials
in einem Behälter.
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Hintergrund
der Erfindung
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Radarfüllstandsmessgeräte werden
weit verbreitet zur Durchführung
von berührungslosen
Messungen des Füllstandes
von Produkten, wie beispielsweise Prozessflüssigkeiten, körniger Verbindungen
und anderer Materialien verwendet. Diese Vorrichtungen verwenden
Antennen, um elektromagnetische Wellen zu dem überwachten Material zu senden
und um elektromagnetische Echos zu empfangen, die an der Oberfläche des überwachten
Materials reflektiert werden.
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Ein
bei diesem Typ von Füllstandsmessgeräten aufgetretenes
Problem ist jedoch, dass die Signalstärke eines Oberflächenechos
als Funktion des gemessenen Abstands signifikant ab nimmt. Um die Signalstärke des
empfangenen Echosignals zu verstärken,
wird üblicherweise
ein Verstärker
verwendet.
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Ein
bekanntes Problem von Systemen, die eine solche Verstärkung verwenden,
ist, dass der Verstärker üblicherweise
viel Leistung benötigt.
Das Bereitstellen dieser Leistung ist in der Praxis relativ schwierig
zu bewerkstelligen, da bei dem oben beschriebenen Typ von Messsystemen
Energie normalerweise eine knappe Ressource ist. Genauer ist dies ein
Problem bei Systemen, die ein Zweidraht-Zuführsystem verwenden.
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Weiterhin
haben die meisten bekannten Systeme Probleme in Bezug auf den Rauschpegel
aufgrund des durch die Verstärkung
des Verstärkers
erzeugten erhöhten
Rauschpegels.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radarfüllstandsmesssystem,
einen Verarbeitungsschaltkreis zur Verwendung in einem solchen Radarfüllstandsmesssystem
und ein Verfahren zum Bestimmen des Füllstandes eines Füllmaterials
bereitzustellen, die zumindest teilweise die oben beschriebenen
Probleme des Standes der Technik vermindern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Radarfüllstandsmesssystem,
einen Verarbeitungsschaltkreis und ein Verfahren gemäß der beigefügten Ansprüche gelöst.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Radarfüllstandsmesssystem bereitgestellt,
das umfasst: einen Sender zum Senden von gepulsten Messsignalen
in einen Behälter;
einen Empfänger zum
Empfang von Echosignalen von dem Behälter; und einen Verarbeitungsschaltkreis
zum Verarbeiten der empfangenen Echosignale, wobei das Verarbeitungsmittel
einen Verstärker zur
Verstärkung
der empfangenen Echosignale einschließt; wobei der Verstärker in
einem hohen und einem niedrigen Verstärkungsmodus betreibbar ist
und wobei der Verarbeitungsschaltkreis dazu eingerichtet ist, den
Verstärker
intermittierend zu steuern, so dass er lediglich während bestimmten
Zeitschlitzen in dem hohen Verstärkungsmodus
ist.
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Durch
ein intermittierendes Betreiben des Verstärkers in einem niedrigen Verstärkungsmodus, wobei
lediglich eine niedrige oder mittlere Verstärkung bereitgestellt wird oder
wobei er ausgeschaltet ist (d.h. mit im Wesentlichen keiner Verstärkung), kann
die für
die Verstärkung
benötigte
Leistung signifikant reduziert werden. Weiterhin kann das durch den
Verstärker
erzeugte Rauschen signifikant reduziert werden. Die Erfindung basiert
auf der Erkenntnis, dass in bestimmten Systemen der Verstärker zu bestimmten
Zeitspannen nicht benötigt
wird und dass große
Vorteile erreicht werden können,
falls der Verstärker
während
solcher Zeitspannen in einem niedrigen Verstärkungsmodus arbeitet oder ausgeschaltet
ist.
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Der
Sender kann vorzugsweise eingerichtet sein, um gepulste Signale
zu emittieren, wobei der Verarbeitungsschaltkreis eingerichtet sein
kann, um einen Füllstand
des Behälters
basierend auf der Zeit zwischen dem Aussenden eines gepulsten Signals und
dem Empfang des Echos des Signals zu bestimmen.
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Das
Messsystem kann von dem Typ sein, bei dem der Verstärker dazu
eingerichtet ist, das Echosignal vor irgendeiner anderen signifikanten
Verarbeitung oder Bearbeitung des Signals zu verstärken.
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Der
Verstärker
kann spannungsgesteuert sein, wobei ein Eingangsspannungs-Steuersignal den
Betrieb des Verstärkers
steuert, so dass er in dem niedrigen oder dem hohen Verstärkungs modus ist.
Eine solche Spannungssteuerung gestaltet die Steuerung des Verstärkers relativ
einfach und ist auch relativ kostengünstig zu implementieren.
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Der
Empfänger
zum Empfang von Echosignalen von dem Behälter kann eingerichtet sein,
um intermittierend zu arbeiten, d.h. lediglich während bestimmter Aufnahmezeitschlitze
Echosignale zu empfangen, wobei der Verarbeitungsschaltkreis dazu
eingerichtet sein kann, den Verstärker intermittierend zu steuern,
so dass er lediglich während
dieser Annahmezeitschlitze in dem hohen Verstärkungsmodus ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Verarbeitungsschaltkreis eingerichtet sein, um empfangene Echosignale
lediglich während
bestimmter Verarbeitungszeitschlitze zu verarbeiten, wobei der Verarbeitungsschaltkreis
dazu eingerichtet sein kann, den Verstärker intermittierend zu steuern,
so dass er im Wesentlichen lediglich während dieser Verarbeitungszeitschlitze
in dem hohen Verstärkungsmodus ist.
In diesem Fall kann der Verarbeitungsschaltkreis dazu eingerichtet
sein, die empfangenen Echosignale durch Erzeugen von Referenzsignalen
und durch Mischen diese Referenzsignale mit den empfangenen Echosignalen
zu verarbeiten, wobei zumindest eines aus dem Erzeugen der Referenzsignale
und dem Mischen der Signale vorzugsweise lediglich während der
Verarbeitungszeitschlitze ausgeführt wird.
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Das
Messsystem kann als eine Zweidrahtschnittstelle verwendet werden,
die dazu eingerichtet ist, sowohl Messdaten zu einem entfernten
Ort zu senden als auch um Leistung für den Betrieb des Systems zu
empfangen. Ein solches System kann beispielsweise ein 20 mA-System
sein und in einem solchen System ist es insbesondere wichtig, die
Leistungsaufnahme so weit als möglich
zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich kann das Messsystem
einen temporären
Energiespeicher zum Bereitstellen von Leistung zum Betrieb des Systems
umfassen, wie beispielsweise eine Batterie oder einen Kondensator. In
einem solchen System ist es auch von besonderer Wichtigkeit, die
Leistungsaufnahme so weit als möglich
zu begrenzen.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verarbeitungsschaltkreis zur
Verwendung in einem gepulsten Radarfüllstandsmesssystem bereitgestellt,
der umfasst: ein kontrollierbares Verstärkungsmittel zur Verstärkung von empfangenen
Echosignalen, wobei das Verstärkungsmittel
in einem hohen und einem niedrigen Verstärkungsmodus betreibbar ist
und wobei der Verarbeitungsschaltkreis angeordnet ist, um das Verstärkungsmittel
intermittierend zu steuern, so dass es lediglich während bestimmter
Zeitschlitze in dem hohen Verstärkungsmodus
ist.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Radarfüllstandsmesssystem
bereitgestellt, das umfasst: einen Sendeimpulsgenerator zum Erzeugen
von in einen Behälter
auszusendenden gepulsten Messsignalen; einen Empfänger zum
Empfang von Echosignalen von dem Behälter; einen Verstärker zum
Verstärken
der empfangenen Echosignale; einen Referenzimpulsgenerator zum Erzeugen
von gepulsten Referenzsignalen; und einen Mischer zum Mischen der
verstärkten
empfangenen Echosignale und der Referenzsignale, wobei zumindest
einer des Referenzimpulsgenerators und des Mischers dazu eingerichtet
ist, lediglich während bestimmter
Betriebszeitschlitze zu arbeiten und wobei der Verstärker steuerbar
ist, so dass er zumindest während
eines Teils der Zeit zwischen den Betriebszeitschlitzen abgeschaltet
ist.
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Durch
ein intermittierendes Abschalten des Verstärkers kann die für die Verstärkung benötigte Leistung
signifikant redu ziert werden. Weiterhin kann das durch den Verstärker erzeugte
Rauschen signifikant reduziert werden.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen
eines Füllstandes
eines Füllmaterials
in einem Behälter
bereitgestellt, das umfasst: Senden von gepulsten Messsignalen zu
der Oberfläche
des Füllmaterials;
Empfangen von Echosignalen von dem Behälter; Verstärken der empfangenen Echosignale;
Erzeugen von gepulsten Referenzsignalen und Verarbeiten der empfangenen
Echosignale und der erzeugten Referenzsignale, um den Füllstand
zu bestimmen; wobei zumindest einer der Schritte des Erzeugens der
Referenzsignale und des Verarbeitens der empfangenen Echosignale
und der erzeugten Referenzsignale lediglich während bestimmter Betriebszeitschlitze
ausgeführt
wird und wobei die Verstärkung
gesteuert wird, so dass sie zumindest während einem Teil der Zeit zwischen
diesen Betriebszeitschlitzen in einem niedrigen Verstärkungsmodus ist.
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Dieses
Verfahren kann zum Betreiben des zuvor beschriebenen Radarfüllstandsmesssystems verwendet
werden und bietet die gleichen oder ähnliche Vorteile. Durch ein
intermittierendes Verstärken der
empfangenen Signale kann die für
die Verstärkung
benötigte
Leistung signifikant reduziert werden. Weiterhin kann das durch
den Verstärker
erzeugte Rauschen signifikant reduziert werden.
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Der
Schritt des Verstärkens
des empfangenen Echosignals kann vorteilhafterweise vor dem Verarbeiten
der empfangenen Echosignale und der erzeugten Referenzsignale, um
den Füllstand
zu bestimmen, ausgeführt
werden.
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Vorzugsweise
erzeugt die Verstärkung, wenn
sie gesteuert wird, so dass sie in dem niedrigen Verstärkungsmodus
ist, keine Verstärkung,
d.h. der die Verstärkung
bereitstellende Verstärker
ist ausgeschaltet.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden durch die hierin später beschriebenen
Ausführungsformen
deutlich und eingehender erläutert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Zu
beispielhaften Zwecken wird die Erfindung nun in genaueren Einzelheiten
im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den begleitenden Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen
beschrieben, wobei die Zeichnungen zeigen:
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1 ist
eine schematische seitliche Schnittansicht eines Behälters, in
dem eine Antennenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Ausführungsform
angeordnet ist;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Radarfüllstandsmesssystem in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Radarfüllstandsmesssystem in Übereinstimmung
mit einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt;
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4 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Verstärker zeigt, der in den Ausführungsformen
der 2 oder der 3 verwendet
werden kann; und
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das den zeitlichen Bezug zwischen verschiedenen
Signalen in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die 1 zeigt
schematisch einen mit einem Radarfüllstandsmesssystem 2 ausgerüsteten Behälter 1.
Kurz gesagt umfasst das System in der 1 eine Elektronikeinheit 3 zum
Senden und Empfangen von Radarsignalen und zum Verarbeiten der empfangenen
Signale, um den Füllstand
in dem Behälter
zu bestimmen, wobei eine Antenne 4 innerhalb des Behälters zum
Senden und Empfangen von Radarwellen in den Behälter und eine Radarwellenleiteranordnung 5 zum
Leiten von Signalen zwischen der Elektronikeinheit 3 und
der Antenne 4 angeordnet sind. Um eine Temperatur und einen
Druck in dem Behälter
zu halten und um die äußere Umgebung
vor den Behälterinhalten
zu schützen,
ist eine Wellenleiterdichtung 6 nahe dort angeordnet, wo
der Wellenleiter 5 durch die Behälterwand 7 durchtritt,
um eine Dichtung für
den Behälter 1 herzustellen.
Dieselbe Antenne kann vorzugsweise sowohl als ein Sender zum Emittieren
der ausgegebenen Strahlung als auch als ein Empfänger zum Empfangen der reflektierten Echosignale
verwendet werden, obwohl es auch möglich ist, getrennte Antennen
für diese
Funktionen zu verwenden.
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Im
Betrieb sendet das Radarfüllstandsmessgerät 2 Radarenergie
entlang des Wellenleiters 5 durch den Behälterdachanschluss
und empfängt
von der Flüssigkeitsoberfläche 8 reflektierte
Energie, um eine Wiedergabe des Füllstands der Flüssigkeit
innerhalb des Behälters
bereitzustellen. Das Radarfüllstandsmessgerät 2 kann
mit einem entfernten Ort (beispielsweise einem Kontrollraum) durch
ein Signalkabel oder Ähnliches
verbunden sein.
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Das
System verwendet gepulst emittierte Strahlung. Beispielsweise kann
das System ein sogenanntes TDR-(Time Domain Reflectometry)-System
sein. Für
solche Systeme wird die Lauf zeit gepulster Signale, bevor sie als
Echosignale zurückkehren,
zur Messung des Füllstands
in dem Behälter oder
dem Tank verwendet. Dies kann durch eine direkte Messung der Zeitdifferenz
zwischen dem Ausstrahlen des gepulsten Signals und dem nachfolgenden
Empfang des Echosignals vervollständigt werden. Die gemessene Übertragungszeit
kann dann zur Berechnung des Übertragungsabstandes
und des Abstandes zwischen der Antenne und der reflektierenden Oberfläche verwendet
werden.
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Wenn
jedoch sich mit hoher Geschwindigkeit ausbreitende Signale verwendet
werden, ist es oftmals vorteilhaft, eine indirekte Messung der Laufzeit der
gepulsten Signale vor der Rückkehr
als Echosignale zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, reflektierte
Signale lediglich während
vorbestimmter Zeitschlitze zu messen. Ein solcher Zeitschlitz weist üblicherweise
eine definierte Startzeit A und eine definierte Stoppzeit B auf,
wobei A und B zu bestimmten Zeitspannen nach der Emission des gepulsten
Signals liegen. Falls ein reflektiertes Signal während der Dauer des Zeitschlitzes
empfangen wird, bedeutet dies, dass die Laufzeit in dem Bereich
A bis B liegt und falls ein reflektiertes Signal nicht während des Zeitschlitzes
empfangen wird, impliziert dies, dass die Laufzeit außerhalb
des Zeitbereichs liegt. Durch Verschieben des Zeitschlitzes über die
Zeit, wobei dabei die Werte A und B zwischen verschiedenen Schlitzen
verändert
werden, ist es möglich,
die Laufzeit mit einer sehr hohen Präzision und Genauigkeit zu bestimmen,
sogar falls sich mit hoher Geschwindigkeit ausbreitende Signale
verwendet werden. Dieser Systemtyp ist oftmals bekannt dafür, dass
Zeitdehnung verwendet wird, die durch Verwenden von wiederholter
sequenzieller Abtastung erreicht wird, oder ist einfach als sequenzielles
Abtastsystem (Sequetial Sampling System) bekannt. Dasselbe sequenzielle
Abtastprinzip wird per se auch in Sampling-Oszilloskopen verwendet.
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Ein
Verarbeitungsschaltkreis 20 zur Verwendung in einem Radarfüllstandsmesssystem
wie oben allgemein beschrieben, ist schematisch in den 2 und 3 gezeigt.
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In
der in der 2 gezeigten Ausführungsform
enthält
der Schaltkreis 20 einen Signalprozessor 21, ein
Taktsteuersystem 22, einen Sendeimpulsgenerator 22 und
einen Empfangsimpulsgenerator 24. Der Signalprozessor 21 steuert
das Taktsteuersystem, das wiederum den Sende- und den Empfangsimpulsgenerator
steuert. Der Sendeimpulsgenerator 23 erzeugt gepulste Strahlung
zur Emission in den Behälter,
wohingegen der Empfangsimpulsgenerator 24 einen Referenzpuls
erzeugt, der zur Berechnung der Zeitdifferenz zwischen den Pulsen
zu verwenden ist und anschließend
bei der Abschätzung
des Füllstandes
des Behälters
zu verwenden ist. Der reflektierte Sendeimpuls, der in dieser Anmeldung
allgemein als das Echosignal bezeichnet wird, wird durch die Antenne 4 empfangen
und durch einen Richtungskoppler 25 zu einem Verstärker 26 weitergeleitet.
In dem Mischer 27 werden das verstärkte Echosignal und das Empfangssignal
von dem Empfangsimpulsgenerator 24 gemischt, um ein Ausgangssignal
zu erzeugen, das die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen wiedergibt.
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In
einem System, das vorbestimmte Zeitschlitze A–B zur Messung eines empfangenen
Echosignals verwendet, wie oben beschrieben, können der Sende- und der Empfangsimpulsgenerator
in der Weise betrieben werden, die schematisch in dem Ablaufdiagramm
der 5 gezeigt ist. Das Taktsteuersystem 22 stellt
ein Taktsignal TX_CLK für
den Sendeimpulsgenerator 23 bereit und als eine Folge dieses
Eingangstaktsignals erzeugt der Sendeimpulsgenerator ein gepulstes
Ausgangssignal Vtxosc zum Aussenden eines Impulses durch den Sender 4. Der
Impuls des Vtxosc weist üblicherweise
eine steigende und eine fal lende Flanke auf, wie in dem vergrößerten Teil
der 5 gezeigt ist. Weiterhin stellt das Taktsteuersystem 22 auch
ein Taktsignal RX_CLK für
den Empfangsimpulsgenerator 24 bereit. Das Empfangstaktsignal
ist gegenüber
dem Sendetaktsignal um eine Verzögerung
verschoben und die Verzögerungszeit
ist vorzugsweise steuerbar, um zu ermöglichen, dass der Empfangszeitschlitz
steuerbar ist. Als eine Folge dieses Eingangstaktsignals erzeugt
der Empfangsimpulsgenerator ein gepulstes Ausgangssignal Vrxosc,
das als ein Referenzsignal für
den Mischer 27 bereitgestellt wird. Dementsprechend kann
ein von dem Empfänger 4 empfangenes
Echosignal nur verarbeitet werden, falls es während des Zeitschlitzes empfangen wird,
wenn das Empfangsimpulssignal auf den Mischer einwirkt. Die Impulse
des Vrxosc weisen üblicherweise
eine ähnliche
Flankenform wie die Vtxosc auf, wie auch in dem vergrößerten Teil
der 5 dargestellt.
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Der
Signalprozessor 21 ist vorzugsweise ein digitaler Signalprozessor.
Falls der Signalprozessor digital ist, kann ein DAC (Digital-Analog-Wandler) vorgesehen
werden, um ausgehende digitale Signale in analoge umzuwandeln und
ein ADC (Analog-Digital-Wandler)
kann vorgesehen werden, um eingehende analoge Signale in digitale
umzuwandeln.
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Das
gemischte Signal wird einem spannungsgesteuerten Verstärker 28,
einem Pegelverschiebungsverstärker 29 und
einem Gleichrichter und Hüllkurvenfilter 30 zur
Signalverarbeitung zugeführt.
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Der
Signalprozessor 21 ist vorzugsweise ein Mikroprozessorbasierter
Schaltkreis, der dazu eingerichtet ist, das eingehende Signal wie
oben beschrieben zu empfangen und als eine Ausgabe ein Signal oder
eine Information bereitzustellen, die den Füllstand des Materials 8 wiedergeben.
Die durch den Sig nalprozessor 110 implementierten Funktionen
und Algorithmen, von denen einige in Hardware und von denen einige
in Software ausgeführt
sein können, sind
per se aus dem Stand der Technik bekannt und werden nicht weiter
in dieser Anmeldung beschrieben.
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Der
Verstärker 26 zur
Verstärkung
des empfangenen reflektierten Echosignals ist weiterhin dazu eingerichtet,
intermittierend zu arbeiten. Der Verstärker ist in einem hohen und
einem niedrigen Verstärkungsmodus
betreibbar und steuerbar, so dass er lediglich während bestimmter Zeitschlitze
in dem hohen Verstärkungsmodus
und den Rest der Zeit in dem niedrigen Verstärkungsmodus ist. Der niedrige Verstärkungsmodus
entspricht im Wesentlichen keiner Verstärkung und der Verstärker kann
beispielsweise ausgeschaltet sein, wenn er in dem niedrigen Verstärkungsmodus
ist.
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Der
Verstärker
kann spannungsgesteuert sein. Ein solcher Verstärker 26 ist genauer
in der 4 dargestellt. Dabei kann die Eingangsspannung gesteuert
werden, um den Verstärkungsfaktor
des Verstärkers
zu steuern und um den Verstärker
jeweils in dem hohen und dem niedrigen Verstärkungsmodus zu betreiben. Alternativ
oder zusätzlich
kann ein steuerbarer Schalter 33 zum Steuern der Eingangsspannung
für den
Verstärker
bereitgestellt werden. Im Prinzip kann ein beliebiger Verstärker mit
einer steuerbaren Verstärkung
verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein schneller Verstärker, d.h. ein
Verstärker
mit einer relativ kurzen Ansprechzeit verwendet. Beispielsweise
kann der Verstärker
ein Verstärker
mit niedrigem Eigenrauschen (Low Noise Amplifier, LNA), der einen
oder mehrere FETs umfasst, ein bipolarer Verstärker oder ein Operationsverstärker (OP)
sein.
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In
der in der 2 gezeigten Ausführungsform
ist ein Verstärker 26 gezeigt,
der direkt durch ein Eingangssignal steuerbar ist, wohingegen die 3 eine
Ausführungsform
zeigt, in der ein steuerbarer Schalter 33 vorgesehen ist,
um das Eingangssignal für
den Verstärker
zu beeinflussen.
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Der
intermittierend betreibbare Verstärker kann in einem beliebigen
Radarfüllstandsmessgerät verwendet
werden, bei dem es möglich
ist, bestimmte Zeitspannen, in denen ein Echosignal empfangen werden
kann und/oder in denen der Verarbeitungsschaltkreis arbeitet, um
das empfangene Signal zu verarbeiten, und bestimmte Zeitspannen,
in denen dies nicht der Fall ist zu bestimmen. Dabei wird es möglich, den
Verstärker
lediglich während
der Zeitspannen in dem hohen Verstärkungsmodus zu betreiben, in
denen ein Echosignal erwartet und/oder verarbeitet werden kann,
und den Verstärker
zumindest zu einem Teil der Zeit während anderer Zeitspannen in
dem niedrigen Verstärkungsmodus
zu betreiben oder ihn auszuschalten.
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Das
Steuersignal für
eine direkte oder indirekte Steuerung des Verstärkers 26 wird vorzugsweise
durch den Verarbeitungsschaltkreis und beispielsweise durch das
Taktsteuersystem 22 (strichlierte Linien) oder durch den
Sendeimpulsgenerator 24 (durchgezogene Linien) bereitgestellt,
wie schematisch in den 3 und 2 gezeigt
ist. Dabei kann der Verstärker
gesteuert werden, so dass er in dem hohen Verstärkungsmodus im Wesentlichen
nur dann ist, wenn ein Referenzsignal durch den Sendeimpulsgenerator 24 zu
dem Mischer 27 gesendet wird.
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Falls
das Ansprechen des Verstärkers schnell
genug ist, kann das Vrxosc-Signal, das durch den Sendeimpulsgenerator 24 bereitgestellt
wird, direkt als ein Steuersignal Vcc zum Steuern des Verstärkungsmodus
des Verstärkers 26 verwendet
werden. Dabei wird der Verstärker
automatisch simultan mit dem Bereitstellen eines Referenz-(Rx, Empfangs-)
Signals zu dem Mischer 27 auf den hohen Verstärkungsmodus
aktiviert. Es ist jedoch auch möglich,
ein modifiziertes Vrxosc-Signal als das Vcc-Signal zu verwenden.
Beispielsweise können
die Start- und die Stopp-Flanke des Vcc-Signals eingestellt werden,
so dass sie geringfügig
vor oder nach den entsprechenden Flanken des Vrxosc-Signals sind.
Weiterhin ist es auch möglich,
ein Vcc-Signal direkt
basierend auf dem Sendetaktsignal und/oder dem Empfangstaktsignal,
die durch das Taktsteuersystem 22 bereitgestellt werden,
zu erzeugen. Andere Möglichkeiten
des Bereitstellens einer adäquaten Steuerung
des Verstärkers
sind ebenfalls durchführbar.
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Die
Frequenz des Taktsignals (Sendetakt und Empfangstakt) kann beispielsweise
2 MHz sein. Die für
die Empfangssignale verwendeten Zeitschlitze, d.h. die Dauer der
Empfangsimpulse, können üblicherweise
in dem Bereich von 0,5 bis 5 ns und vorzugsweise in dem Bereich
1 bis 3 ns und am meisten bevorzugt in dem Bereich 1,5 bis 2 ns
sein. Die Ansprechzeit des Verstärkers,
d.h. die Zeit zum Schalten des Verstärkers von dem niedrigen Verstärkungsmodus
zu dem hohen Verstärkungsmodus
ist vorzugsweise wesentlich kürzer
als die Zeitschlitzdauer. Beispielsweise kann eine geeignete Verstärkeransprechzeit
kleiner als eine Nanosekunde und vorzugsweise kleiner als 750 Pikosekunden
und am meisten bevorzugt kleiner als 600 ps sein. Üblicherweise
kann eine Verstärkerantwortzeit
von 500 bis 600 ps vorteilhaft sein.
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In
einem Beispiel mit einer 2 MHz-Betriebsfrequenz und mit einer Zeitschlitzdauer
von ungefähr 2
ns wird der Verstärker
weniger als 0,5% der Zeit in dem hohen Betriebsmodus sein, wenn
das System in Betrieb ist. Dies bedeutet, dass der Verstärker im Wesentlichen
lediglich während
0,5% der Zeit Leistung benötigt,
wenn er in Betrieb ist, und es bedeutet auch, dass er lediglich
während
einer solchen sehr limitierten Zeit Rauschen für das System erzeugt. Für einen
kontinuierlich mit 20 mA und 2,0 V, betriebenen Verstärker, d.h.
ohne den intermittierenden Betrieb wie oben beschrieben, wird die
Leistungsaufnahme etwa 40 mW sein. Wenn derselbe Verstärker intermittierend
wie oben beschrieben betrieben wird, wird die Leistungsaufnahme
kleiner als 1,3 mW sein.
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Die
oben beschriebene Verstärkungsvorrichtung
und das oben beschriebene Verstärkungsverfahren
sind sehr gut zur Verwendung in Radarfüllstandsmesssystemen geeignet.
Sie können
jedoch auch für
andere Anwendungen verwendet werden, bei denen ein intermittierend
empfangenes Signal zu verstärken
ist und wenn die Zeitspanne, in der der Empfang des Signals wahrscheinlich
auftritt oder in der ein empfangenes Signal verstärkt werden
muss, zumindest zu einem bestimmten Ausmaß vorhersagbar ist.
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Die
Steuerung des Verstärkers
kann durch adäquate
Hardwarekomponenten oder eine Softwarekontrolle vervollständigt werden,
wie beispielsweise eine in das Taktsteuersystem 22 eingebettete Software.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
ist der steuerbare Verstärker 26 vor
dem Mischer 27 angeordnet und die Verstärkung des empfangenen Signals
wird vor irgendeiner anderen Verarbeitung des Signals durchgeführt. Es
ist jedoch auch möglich,
den steuerbaren Verstärker 26 hinter dem
Mischer 27 anzuordnen.
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Spezifische
Ausführungsformen
der Erfindung wurden nun beschrieben. Es sind jedoch verschiedene
Alternativen möglich,
wie für
den Fachmann klar ist. Beispielsweise können viele verschiedene Komponenten
zum Ausführen
der verschiedenen Funktionen des Füllstandmesssystems und des Verarbeitungsschaltkreises
verwendet werden, wie für
den Fachmann schnell klar sein wird. Weiterhin kann die vorgeschlagene
Verstärkungskontrolle
in verschiedenen anderen Typen von Füllstandsmesssystemen verwendet
werden. Solche und andere offensichtliche Modifikationen müssen als
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die
beigefügten
Ansprüche
definiert ist, angesehen werden.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Radarfüllstandsmesssystem
offenbart, umfassend: einen Sender zum Senden von gepulsten Messsignalen
in einen Behälter;
einen Empfänger
zum Empfang von Echosignalen von dem Behälter; und einen Verarbeitungsschaltkreis
zum Verarbeiten der empfangenen Echosignale, wobei das Verarbeitungsmittel
einen Verstärker
zur Verstärkung
der empfangenen Echosignale einschließt. Weiterhin ist der Verstärker in
einem hohen und einem niedrigen Verstärkungsmodus betreibbar und der
Verarbeitungsschaltkreis ist dazu eingerichtet, den Verstärker intermittierend
zu steuern, so dass er lediglich während bestimmter Zeitschlitze
in dem hohen Verstärkungsmodus
ist. Durch ein intermittierendes Betreiben des Verstärkers in
einem niedrigen Verstärkungsmodus,
wobei lediglich eine niedrige oder mittlere Verstärkung bereitgestellt
wird oder er vorzugsweise abgeschaltet ist (d.h. mit im Wesentlichen
keiner Verstärkung),
kann die für
die Verstärkung
benötigte
Leistung signifikant reduziert werden. Weiterhin kann das durch
den Verstärker
erzeugte Rauschen signifikant reduziert werden. Ein entsprechender
Verarbeitungsschaltkreis und ein entsprechendes Betriebsverfahren
werden ebenso offenbart.