DE2452555C3

DE2452555C3 - Method and device for liquid level measurement

Info

Publication number: DE2452555C3
Application number: DE19742452555
Authority: DE
Inventors: Kurt Olav Linköping Edvardsson (Schweden)
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1973-11-20
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1976-09-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsstandmessung durch Übertragung eines Mikrowellensignals mit sich zeitabhängig ändernder Frequenz zum Flüssigkeitsspiegel, Empfang eines vom Flüssigkeitsspiegel reflektierten Signalteiles nach einer dem Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem Flüssigkeitsspiegel entsprechenden Verzögerungszeit und Mischung des reflektierten Signalteils mit dem zur gleichen Zeit vorliegenden Sendesignal zur Erzeugung einer dem Abstand entsprechenden Differenzfrequenz, wobei das Mikrowellensignal so übertragen wird, daß es mit einer einem vorbekannten Abstand entsprechenden Verzögerung empfangen und in analoger Weise in eine diesem bekannten Abstand entsprechende Bezugsfrequenz umgewandelt werden kann, um dann die Dilferenzfrequenz so auf die Bezugsfrequenz zu beziehen, daß die Abstandsberechnung auf dem vorbekannten Abstand basiert.The invention relates to a method and a device for measuring the liquid level by transmission of a microwave signal with a frequency that changes as a function of time to the liquid level, reception a signal part reflected by the liquid level according to the distance between a reference point and the delay time corresponding to the liquid level and mixing of the reflected signal part with the transmission signal present at the same time to generate a difference frequency corresponding to the distance, wherein the microwave signal is transmitted so that it is at a predetermined distance corresponding delay received and in an analogous manner in a known distance corresponding to this Reference frequency can be converted in order to then set the reference frequency to the reference frequency to refer that the distance calculation is based on the previously known distance.

Da Mikrowellen eine äußerst konstante Fortpflanzungsgeschwindigkeit haben, sind sie für genaue Entfernungs- und Abstandsmessungen besonders geeignet, wie es im einzelnen ausführlicher dargestellt ist in der britischen Patentschrift 11 00 119. Bei mit Mikrowellen arbeitenden Meßvorrichtungen, welche im wesentli-Because microwaves have an extremely constant speed of propagation they are particularly suitable for precise distance and distance measurements, as shown in greater detail in British Patent 11 00 119. With microwaves working measuring devices, which essentially

staubunempfindlich arbeiten, geschieht die Mes-Ju» ohne irgendwelchen Kontakt mit dem Flüssig-Sßspiege!. was in vielen Fällen ein Vorteil ist.work insensitive to dust, the Mes-Ju » without any contact with the liquid-sweet mirror !. which is an advantage in many cases.

Die vorliegende Erfindung ist mit besonderemThe present invention is particular

_rteil anwendbar für die Flüssigkeitsstandmessung in Talks, beispielsweise in den Flüssigkeitsspeichertanks Inn Tankschiffen.Can be used for measuring the liquid level in talks, for example in the liquid _{storage tanks in tankers.}

Wenn man aber z. B. mit Hilfe der Mikrowellen Flüs-" keitsspiegel vermißt, stellen sich zahlreiche Faktoren **! die nachteilig auf die Meßgenauigkeit einwirken. 7b diesen Faktoren gehört die Schwierigkeit der genauen Erfassung der erzielten Differenzfrequenz, fer-But if you z. B. with the help of the microwave fluid " If you missed the performance mirror, there are numerous factors **! which have a detrimental effect on the measurement accuracy. One of these factors is the difficulty of the exact one Detection of the achieved difference frequency,

r die Beseitigung oder Abtrennung von Störreflexio- °en von beispielsweise in den Tanks oder an den Tankböden angeordneten Trägern, die Nicht-Linearität der Mikrowellenquelle oder auch sonstige Unvollkommenheiten des Mikrowellensenders. Zur Verbesserung der Meßgenauigkeit ist beispielsweise bereits in der briti schen Patentschrift 12 07 566 vorgeschlagen worden, . Bezugs-Verzögerung zu verwenden, auf die die Flüssigkeitsstandmessung bezogen wirdr the elimination or separation of interfering reflections from, for example, supports arranged in the tanks or on the tank bottoms, the non-linearity of the microwave source or other imperfections in the microwave transmitter. To improve the measurement accuracy has already been proposed, for example, in British patent specification 12 07 566. To use the reference delay to which the liquid level measurement is based

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung e'^nes verbesserten Meßverfahrens und einer verbesserten Meßvorrichtung, die mit Hilfe von Mikrowellen exakte Meßergebnisse liefert, nur sehr bescheidene Anforderungen an die Linearität des Mikrowellensenders stellt und zur gleichen Zeit auch nahezu unemp findlich für störende Reflexionen ist.Object of the present invention is to provide e ^'nes improved measuring method and an improved measuring device that delivers accurate using microwaves measurements, provides only very modest demands on the linearity of the microwave transmitter and at the same time, is almost unemp insensitive to disturbing reflections.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzfrequenz und die Bezugsfrequenz mit einem Faktor multipliziert werden, welcher innerhalb gleich lange Teilintervalle der Abtastzeit konstant ist, sich aber während der Abtastzeit am Ende eines jeden Teilintervalls schrittweise ändert, um dann einzeln die Produkte aus Faktor und Frequenzen zu summieren, damit am Ende der Abtastzeit ein Quotient zwischen den erhaltenen Summen gebildet werden kann, der ein Maß für den gesuchten AbstandThe measuring method according to the invention is characterized in that the difference frequency and the reference frequency be multiplied by a factor which is within equally long sub-intervals of the sampling time is constant, but changes gradually during the sampling time at the end of each sub-interval, in order to then individually add up the products of the factor and frequencies, thus adding one at the end of the sampling time The quotient between the sums obtained can be formed, which is a measure of the distance sought

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eineA is suitable for carrying out the process

Vorrichtung mit einem Mikrowellengenerator für Mikrowellensignale mit sich zeitabhängig ändernder Frequenz, einer mit dem Generator verbundenen, auf die bezüglich ihres Abstandes zu messende Oberfläche gerichteten Antenne zur Abstrahlung des Mikrowellensignals und zum Empfang des vom Flüssipkeitsspiegel reflektierten Signalteils, einer ersten Mischstufe zwischen Antenne und Generator zum Mischen reflektierter und ausgesendeter Mikrowellensignale und Erzeugen einer dem Abstand entsprechenden Differenzfrequenz, einem mit dem Generator verbundenen Zeitglied, dessen Verzögerungszeit einem bekannten Abstand entspricht, einer zweiten Mischstufe zwischen Generator und Zeitglied, zum Mischen der verzögerten und der ausgesendeten Mikrowellensignale und Erzeugen einer dem bekannten Abstand entsprechenden Bezugsfrequenz und einem Rechner zur Errechnung des Abstandes mittels der auf die Bezugsfrequenz bezogenen Differenzfrequenz, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rechner Frequenzvervielfächer enthält, die die Differenz- und Bezugsfrequenzen mit einem Faktor multiplizieren, welche innerhalb einer jeden Halbperiode der Differenzfrequenz konstant ist, sich aber während der Abtastzeit ändert, und daß mit den Frequenzvervielfachern zwei Addierer ⁽>5 verbunden sind, die die Produkte aus Faktor und Frequenzen während der Abtastzeit addieren und einen Oiintipntenbildner speisen, welcher am Ende der Abtastzeit zwischen den Summen der Addierer den Quotienten bildet.Device with a microwave generator for microwave signals with a frequency that changes as a function of time, an antenna connected to the generator and directed towards the surface to be measured with regard to its distance for emitting the microwave signal and for receiving the signal part reflected by the liquid level, a first mixing stage between antenna and generator for mixing reflected and transmitted microwave signals and generating a difference frequency corresponding to the distance, a timing element connected to the generator, the delay time of which corresponds to a known distance, a second mixer between generator and timing element, for mixing the delayed and the transmitted microwave signals and generating a reference frequency corresponding to the known distance and a computer for calculating the distance by means of the difference frequency related to the reference frequency, which according to the invention is characterized in that the computer Freq Contains uence multipliers which multiply the difference and reference frequencies by a factor which is constant within each half cycle of the difference frequency, but changes during the sampling time, and that two adders ⁽ > 5 are connected to the frequency multipliers, which are the products of the factor and Add frequencies during the sampling time and feed an Oiintipntenbildner, which forms the quotient between the sums of the adders at the end of the sampling time.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung an Hand der Zeichnungen, in denen die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist, näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtFurther details and features of the invention are set out in the detailed description below with reference to the drawings, in which the invention is illustrated, for example, explained in more detail. In shows the drawings

F i g. 1 ein Rechteckdiagramm einer Vorrichtung zur Flüssigkeitsstandmessung,F i g. 1 shows a rectangular diagram of a device for measuring liquid level,

F i g. 2 ein Rechteckdiagramm für ein Rechnerbauelement der F i g. 1,F i g. FIG. 2 is a rectangular diagram for a computer component of FIG. 1,

F i g. 3 Zeit-Amplituden-Diagramme von Signalen an bestimmten Punkten des Rechteckschaltbildes der Fig. 1.F i g. 3 time-amplitude diagrams of signals at certain points in the rectangular diagram of Fig. 1.

F i g. 4 eine schematische Teildarstellung eines Tankschiffs mit einer Mehrzahl von Flüssigkeitsstand-Meßgeräten und . .. F i g. 5 in teilweise geschnittener Darstellung ein I ei! der in F i g. 4 dargestellten Meßvorrichtungen.F i g. 4 is a schematic partial illustration of a tanker with a plurality of liquid level measuring devices and . .. F i g. 5 in a partially sectioned representation an I ei! the in F i g. 4 shown measuring devices.

Gemäß F i g. 1 ist ein Sender 1 über drei Anschlüsse 3, 4, 5 mit einem Signalverarbeiter 2 verbunden Der Signalverarbeiter 2 kann einer Mehrzahl von Sendern dienen, indem man zwischen den einzelnen Sendern eine zeitliche Verteilung vornimmt. Diese zeitliche Verteilung läßt sich durchführen mit Hilfe eines zyklisch arbeitenden Wählers, der die Anschlußklemmen der Reihe nach mit parallelgeschalteten Sendern verbindet. Zum Sender gehört ein Mikrowellengenerator 6, beispielsweise ein mit Varactor-Abstimmung versehener Guna-Dioden-Oszillator, dessen Ausgang über eine Mischstufe 8 mit einer Antenne 10 verbunden ist, die zu einer Oberfläche 9 gerichtet ist, von der der Abstand gemessen werden soll. Über einen Verstärker 11 ist die Mischstufe 8 auch mit der Anschlußklemme 4 des Ssignalverarbeiters 2 verbunden. Der Mikrowellengenerator 6 liegt an der Anschlußklemme 5 des Signalverarbeiters 2, um über diese Anschlußklemme mit Abiast-Startimpulsen versehen zu werden. Jeder Start.mpuls löst eine Frequenzabtastung a aus, bei der sich die Sequenz im wesentlichen linear mit der Zeit ändert, wie es die F ig. 3 zeigt. Aus der Mischstufe 8 erfolgt ein gesteuerter Signalabfluß, so daß ein Teil des Mikrowellensignals aus dem Sender 8 über die Antenne 10 zur Oberfläche 9 geleitet wird. Ein Teil der auf die Oberfläche 9 auftreffenden Mikrowellenstrahlung wird zur Antenne 10 reflektiert, von dieser eingefangen und zur Mischstufe 8 zurückgeleitet. F i g. 3 zeigt 1 η der ersten Zeile in gestrichelten Linien den Verlauf des reflektierten Mikrowellensignals. Wie aus F i g. 3 zu ersehen, haben die Signale a und b gleiche Frequenzwerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Die zeitliche ^^lffer!'u entspricht der Laufzeit der Mikrowelle, d^h. dem,Abstand von der Mischstufe 8 zur Oberfläche 9 und zurück Dies heißt mit anderen Worten, daß zu bestimmten Zeitpunkten eine Differenzfrequenz zwischen den Signalen a und b vorhanden ist, welche von dem vorerwähnten Abstand abhängt. Die Aufgabe der M.schstufe 8 liegt darin, durch Mischung der Signale a und ft ein Differenzfrequenzsignal c zu erzeugen, dessen Verlauf in F i g. 3 dargestellt ist. Die am Signal c festzustellenden Unregelmäßigkeiten beruhen auf störenden Echosignalen von Objekten, die sich oberhalb oder unterhalb der Oberfläche befinden, oder auf Nichthnear.taten des Mikrowellensenders. Stör-Echo erzeugende Objekte können beispielsweise die in F i g. 4 erkennbaren Versteifungsträger sein. Die von den Trägern kommenden Echosignale können die vom Flüssigkeitsspiegel empfangenen Signale stören. Die in F- 1 g.4 darge-According to FIG. 1, a transmitter 1 is connected to a signal processor 2 via three connections 3, 4, 5. The signal processor 2 can serve a plurality of transmitters by distributing them over time between the individual transmitters. This temporal distribution can be carried out with the aid of a cyclically operating selector, which connects the terminals one after the other with transmitters connected in parallel. The transmitter includes a microwave generator 6, for example a Guna diode oscillator provided with varactor tuning, the output of which is connected via a mixer 8 to an antenna 10 which is directed to a surface 9 from which the distance is to be measured. The mixer 8 is also connected to the connection terminal 4 of the signal processor 2 via an amplifier 11. The microwave generator 6 is connected to the connection terminal 5 of the signal processor 2 in order to be provided with Abiast start pulses via this connection terminal. Each Start.mpuls triggers a sampling frequency a, the sequence substantially linearly changes with the time, as the F ig. 3 shows. A controlled flow of signals takes place from the mixer 8, so that part of the microwave signal from the transmitter 8 is passed to the surface 9 via the antenna 10. Part of the microwave radiation impinging on the surface 9 is reflected to the antenna 10, captured by the latter and returned to the mixer 8. F i g. 3 shows 1 η of the first line in dashed lines the profile of the reflected microwave signal. As shown in FIG. 3, the signals a and b have the same frequency values at different times. The temporal ^ ^lffer ! 'U corresponds to the running time of the microwave, i.e. the distance from the mixer 8 to the surface 9 and back. In other words, this means that at certain points in time there is a difference frequency between the signals a and b , which depends on the aforementioned distance. The object of the M.schstufe 8 is to produce by mixing the signals a and ft is a difference frequency signal c in the course g F i. 3 is shown. The irregularities to be found in the signal c are based on interfering echo signals from objects that are above or below the surface, or on non-correlation of the microwave transmitter. Objects generating spurious echoes can, for example, be those shown in FIG. 4 recognizable stiffening beams. The echo signals coming from the carriers can interfere with the signals received from the liquid level. The shown in F- 1 g.4

stellten Sender sind gekapselt ausgebildet und mit einem in Fig.4 nicht dargestellten Signalverarbeiter verbunden.The transmitters provided are encapsulated and have a signal processor (not shown in FIG. 4) connected.

Um den Einfluß von Störquellen in an sich bekannter Weise zu beseitigen, ist an der Ausgangsklemme des Mikrowellengenerators eine weitere Mischstufe 13 an geschlossen, die in ähnlicher Weise wie die Mischstufe 8 über einen Verstärker 15 mit der Anschlußklemme des Signalverarbeiters 2 und einem Zeitglied 14 verbunden ist. In ähnlicher Weise wie bei der Mischstufe 8 ergibt sich in der Mischstufe 13 ein Differenzfrequenzsignal d, dessen konstante Frequenz das Zeitglied 14 bestimmt. Der Verlauf dieses Differenzfrequenzsignals d ist in F i g. 3 in der dritten Zeile dargestellt. Das Signal d wird nachfolgend als Bezugssignal benutzt. Die Ausgangsstgnale c und d des Senders enthalten somit hauptsächlich zwei Frequenzen, wobei der Quotient zwischen diesen Frequenzen dem zu messenden Flüssigkeitsstand entspricht. Das Signal d ist ein relativ reines Sinussignal mit praktisch konstanter Frequenz. Andererseits enthält dagegen das Signal c verschiedene Frequenzen, von denen jedoch nur eine Frequenz von Reflexionen am Flüssigkeitsspiegel herrührt, dessen Abstand zu messen ist.To eliminate the influence of sources of interference in a known manner, another mixer 13 is connected to the output terminal of the microwave generator, which is connected in a similar manner to the mixer 8 via an amplifier 15 to the terminal of the signal processor 2 and a timer 14 . In a manner similar to that in the mixer stage 8, a differential frequency signal d results in the mixer stage 13, the constant frequency of which is determined by the timing element 14. The course of this difference frequency signal d is shown in FIG. 3 shown in the third line. The signal d is used below as a reference signal. The output signals c and d of the transmitter thus mainly contain two frequencies, the quotient between these frequencies corresponding to the liquid level to be measured. The signal d is a relatively pure sinusoidal signal with a practically constant frequency. On the other hand, on the other hand, the signal c contains different frequencies, only one of which, however, results from reflections at the liquid level, the distance of which is to be measured.

Der Signalverarbeiter 2 hat die Aufgabe, das Differenzfrequenzsignal c so auf das Bezugsfrequenzsigna! d zu beziehen, daß eine Berechnung des Flüssigkeitsstandes an der Oberfläche 9 möglich wird, die auf der Größe des Zeitgliedes 14 basiert.The signal processor 2 has the task of converting the difference frequency signal c to the reference frequency signal! d refer to the fact that a calculation of the liquid level at the surface 9 is possible, which is based on the size of the timing element 14.

Die Anschlußklemme 3 in der das Signal d in den Signalverarbeiter 2 eintritt, führt über einen Frequenzvervielfacher 16 und einen Impulsformer 17 zu einem Rechner 18. In analoger Weise führt die Anschlußklemme 4 an der das Signal c den Signalverarbeiter 2 erreicht, über ein regelbares Filter 19 und einen Impulsformer 20 zu dem Rechner 18. Der Rechner 18 ist über einen Speicher 21 mit einer Anzeigevorrichtung 22 und ferner auch mit einem Reglerteil 23 und einer manuellen Steuerung 24 verbunden. Die manuelle Steuerung 24 dient zur Beeinflussung des Meßverfahrens und zum Einbringen von Konstanten in die Berechnungen. Der Reglerteil 23 und der Ausgang des Speichers 21 sind mit dem Filter 19 verbunden, dessen Ein- und Ausgänge in einen Amplitudenkomparator 25 eingegeben werden, dessen Ausgang wieder zum Reglerteil 23 führt. Der Reglerteil 23 steht über die Anschlußklemme 5 mit dem Mikrowellengenerator 6 in Verbindung.Terminal 3, in which signal d enters signal processor 2, leads via a frequency multiplier 16 and a pulse shaper 17 to a computer 18 and a pulse shaper 20 to the computer 18. The computer 18 is connected via a memory 21 to a display device 22 and also to a regulator part 23 and a manual control 24. The manual control 24 is used to influence the measurement process and to introduce constants into the calculations. The regulator part 23 and the output of the memory 21 are connected to the filter 19, the inputs and outputs of which are input into an amplitude comparator 25, the output of which leads to the regulator part 23 again. The controller part 23 is connected to the microwave generator 6 via the terminal 5.

Der Frequenzvervielfacher 16 hat die Aufgabe, aus dem Signal d ein Signal e (s. Fi g. 3) von konstanter Amplitude und einer Frequenz zu erzeugen, die ein Vielfaches der Frequenz des Signals d ist. Diese Frequenzvervielfachung entspricht einer Vergrößerung des Zeitgliedes 14. Wollte man das Zeitglied 14 tatsächlich vergrößern, benötigte man zunächst -eine vergrößerte Dämpfung mit nachfolgenden Meßproblemen und es ergäbe sich zum zweiten ein sehr großes und teueres Zeitglied. Der Impulsformer 17 macht aus dem Signal e eine Impulsfolge /mit einem Impuls je Halbperiode des Signals e The frequency multiplier 16 has the task of the signal d is a signal e (s. Fi g. 3) to be generated by a constant amplitude and a frequency which is a multiple of the frequency of the signal d. This frequency multiplication corresponds to an enlargement of the timing element 14. If one really wanted to enlarge the timing element 14, one would first need increased damping with subsequent measurement problems and, secondly, a very large and expensive timing element would result. The pulse shaper 17 converts the signal e into a pulse train / with one pulse per half cycle of the signal e

Nach Durchlaufen des Verstärkers 11 wird das Signal c im Filter 19, einem regelbaren Schmalbandfilter, gefiltert Dieses Bandfilter 19 ist so ausgebildet daß seine Mittelfrequenz mittels des Signals e so gelegt wird, daß sie der Augenblicksfrequenz des Bezugsfrequenzsignals d proportional wird bei einer Signalgröße, die dem Filter 19 von der manuellen Steuerung 24 über den Reglerteil 23 zugeführt wird. Durch diese Maßnahme ist es möglich, geringe Abtastgeschwindigkeitsänderungen des Mikrowellengenerators 6 zu tolerieren, da die Mittelfrequenz des Filters 19 gemäß einem besonderen Merkmal der vorliegenden Erfindung gezwungen wird, den Änderungen der Abtastgeschwindigkeit zu folgen. After passing through the amplifier 11, the signal c in the filter 19, a variable narrow-band filter, filtered, This bandpass filter 19 is formed so that its center frequency is set by means of the signal e so that they d of the instantaneous frequency of the reference frequency signal is proportional at a signal magnitude that the Filter 19 is fed from the manual control 24 via the regulator part 23. This measure makes it possible to tolerate small changes in the scanning speed of the microwave generator 6, since the center frequency of the filter 19, according to a special feature of the present invention, is forced to follow the changes in the scanning speed.

Das Ausgangssignal g des Filters 19 ist ein reines Sinussignal, dessen Frequenz ein Maß für den zi¹ bemessenden Flüssigkeitsspiegel ist. Mit Hilfe des Impulsformers 20 wird aus dem Signal g ein Impulssignal h gewonnen, welches für jede Halbperiode des Signals g The output signal g of the filter 19 is a pure sinusoidal signal, the frequency of which is a measure of the liquid ^{level measuring zi 1.} With the help of the pulse shaper 20, a pulse signal h is obtained from the signal g , which for each half cycle of the signal g

Ό einen Impuls enthält. Während der fortgesetzten Verarbeitung der Signale wird zwischen den zwei Impulssignalen /"und h ein Quotient gebildet, wobei das Größenverhältnis der Impulse von Bedeutung ist. Die auf die Zeit be?:ogenen Lagen der Impulse werden nichtΌ contains an impulse. During the continued processing of the signals, a quotient is formed between the two pulse signals / "and h , the size ratio of the pulses being important. The positions of the pulses over time are not

'5 verwendet. Während der Quotientenbildung verwendet man einen Wichtigkeitsfaktor i, dessen Verlauf während einer Abtastung in der F i g. 3 in der letzten Zeile als Beispiel dargestellt ist. Gemäß einem speziellen Merkmal hat dieser in F i g. 3 dargestellte Wichtigkeitsfaktor die Form n(N-n), wobei N die Anzahl der im wesentliche 1 gleich großen Teilintervalle während des Abtastzyklus und η die Nummernfolge der Teilintervalle ist. Es steht die Ziffer 1 für den ersten und der Buchstabe N für das letzte Teilintervall. Der Wichtigkeitsfaktor sorgi dafür, daß der Quotient zwischen den Frequenzen in den Signalen /"und h nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate erfaßt wird, um schon nach einer einzigen Abtastung eine exakte Berechnung zu ermöglichen Ein konstanter Wichtigkeitsfaktor würde zur Verwendung eines konventionellen Impulszählverfahrens führen, welches zur Erzielung einer sehr großen Genauigkeit eine Impulszählung über eine große Anzahl vor Frequenzabtastungen erfordert, aber trotzdem bezüglich störender Echos sehr empfindlich ist.'5 used. During the formation of the quotient, an importance factor i is used, the course of which during a scan is shown in FIG. 3 is shown as an example in the last line. According to a special feature, this has in FIG. The importance factor shown in FIG. 3 has the form n (Nn), where N is the number of essentially 1 equal sub-intervals during the sampling cycle and η is the number sequence of the sub-intervals. The number 1 stands for the first and the letter N for the last partial interval. The importance factor ensures that the quotient between the frequencies in the signals / "and h is recorded using the least squares method in order to enable an exact calculation after a single scan. A constant importance factor would lead to the use of a conventional pulse counting method, which requires pulse counting over a large number of frequency samples to achieve very high accuracy, but is nevertheless very sensitive to interfering echoes.

Die Berechnung des Wichtigkeitsfaktors und die Quotientenbildung erfolgt im Rechner 18. dessen Aufbau als Beispiel in der F i g. 2 dargestellt ist. Der Wichtigkeitsfakior-Rechner 26 empfängt das Impulssignal h aus dem impulsformer 20 (Fig. 1). Der errechnete Wichtigkeitsfaktor /wird in einem Register 27 gespeichert, welcher die Einspeisung der Signale /"und h in zwei Verv elfacher 28, 29 steuert. Diese Vervielfacher 28, 29 sind jeweils über Addier-Register 30, 31 mit dem Quotientenbildner 32 verbunden. Das Einbringen des Wichtigkeitsfaktors geschieht wie folgt: Die Länge des vorerwährten Intervalls wird so gewählt, daß sie dem Abstand zwischen den Einzelimpulsen der Signalfolge Λ entspricht. Für jeden Impuls des Signals h wird eine Anzahl ve η Impulsen in das Register 30 eingespeist The calculation of the importance factor and the formation of the quotient take place in the computer 18, the structure of which is shown as an example in FIG. 2 is shown. The importance factor calculator 26 receives the pulse signal h from the pulse shaper 20 (FIG. 1). The calculated importance factor / is stored in a register 27 which controls the feeding of the signals / ″ and h to two multipliers 28, 29. These multipliers 28, 29 are each connected to the quotient generator 32 via adding registers 30, 31 The importance factor is introduced as follows: The length of the interval is selected so that it corresponds to the distance between the individual pulses of the signal sequence Λ. For each pulse of the signal h , a number of ve η pulses are fed into the register 30

wie es dem jeweiligen Wert des Wichtigkeitsfaktor! entspricht Während des gleichen Intervalls wird für je den Impuls der Signalfolge /"die gleiche Anzahl von Im pulsen in das Register 31 eingespeichert Nach derr N-ten Bezugssignal-Impuls wird zwischen den Zahlenas it is the respective value of the importance factor! corresponds to during the same interval for each the pulse of the signal sequence / "the same number of Im pulses stored in register 31 After the N-th reference signal pulse, between the numbers und /n in den zwei Registern 30. 31 der Quotient i errechnet Mit Ausnahme eines Maßstabsfaktors ist de Quotient k ein exaktes Maß des zu messenden Abstan des des Flüssigkeitsspiegels 9. Da der Flüssigkeitsspie gel zwischen Mischstufe 8 und Oberfläche 9 gemesseiand / n in the two registers 30. 31 the quotient i is calculated. With the exception of a scale factor, the quotient k is an exact measure of the distance to be measured from the liquid level 9. Since the liquid level between mixing stage 8 and surface 9 is measured

wird, ist es von Vorteil, mit Hilfe der manuellen Steue rung 24 eine Konstante einzubringen, mit deren Hilf die Niveaumessung auf einen geeigneten äußere Raumpunkt bezogen wird.it is advantageous to use manual steering tion 24 to introduce a constant, with the help of which the level measurement is related to a suitable external point in space.

Das Ergebnis der Messung wird im Speicher 21 festThe result of the measurement is fixed in memory 21

gehalten und mit der Anzeigevorrichtung 22 zur Schaheld and with the display device 22 for Scha

gestellt. Somit können die gespeicherten Meßergebni«placed. Thus, the stored measurement results can be

se auch auf einem Recorder gespeichert werden.They can also be saved on a recorder.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibAs can be seen from the description above

hat die Amplitude des Differenzfrequenzsignals c mn einen geringen Einflu(3 auf die kontinuierliche Signalverarbeitung, selbst dann, wenn auf Grund äußerer Umstände die Amplitude so klein geworden ist, daß man sie mit Signalamplituden verwechseln könnte, die von Störechosignalen kommen und sonst eine Verwechslungsgefahr auftreten würde. Wenn es sich um die Flüssigkeitsstandmessung in einem Tankschiff handelt, kann es mitunter erforderlich werden, mit einer Amplitudenregelung zu arbeiten, da die Amplitude durch Wellenbildung an der Oberfläche der Flüssigkeit beeinträchtigt werden kann. Der Amplitudenkomparator 25 sorgt für eine solche Steuerung, indem er das Signal g, welches die der Oberfläche 9 entsprechende Differenzfrequenz enthält, mit einer entsprechenden Frequenz eines festen Echos in oder außerhalb der Antenne 10 vergleicht, um dann das Echo aus dem Signal causzufiltern. Der Komparator 25 erzeugt ein logisches Signal, aus dem zu ersehen ist. ob das dem zu errechnenden Flüssigkeitsstand entsprechende Signal eine größere oder kleinere Amplitude als das Signal eines festen Echos hat. Ein solcher Vergleich sorgt auch dafür, daß die llüssigkcitsstandmessu.ig von Schwankungen am Ausgang des Mikrowellengencrators 6 unabhängig wird. Wenn die Amplitude des Signals c im Ver gleich mit Störungen ungenügend wird, unterbricht dei Reglerteil 23 den Meßvorgang.the amplitude of the difference frequency signal c mn has a small influence (3 on the continuous signal processing, even if the amplitude has become so small due to external circumstances that it could be confused with signal amplitudes that come from false echo signals and otherwise there would be a risk of confusion When it comes to measuring the liquid level in a tanker, it may sometimes be necessary to work with an amplitude control, since the amplitude can be impaired by the formation of waves on the surface of the liquid Signal g, which contains the difference frequency corresponding to the surface 9, compares it with a corresponding frequency of a fixed echo in or outside the antenna 10 in order to then filter the echo from the signal caus. The comparator 25 generates a logic signal from which it can be seen. whether that is the fluid to be calculated The corresponding signal has a larger or smaller amplitude than the signal of a fixed echo. Such a comparison also ensures that the liquid level measurement is independent of fluctuations at the output of the microwave generator 6. If the amplitude of the signal c is insufficient in comparison with disturbances, the controller part 23 interrupts the measuring process.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Senders wie er in Fig. 4 gezeigt ist. Die Antenne 10 befinde sich in einer rohrförmigen ersten Kapsel 33 in solchei Ausrichtung, daß zur Oberfläche 9 hin abgestrahlt wird Eine Mikrowellen-Helmantenne 34 ist über cine WeI lenlcitung 35 mit der Mischstufe und dem Mikrowellen generator verbunden. Mischstufe und Mikrowellen generator und die anderen in Verbindung mit F i g. beschriebenen Bauteile tragen in F i g. 5 das Bezugszei chen 36. Die Schaltungsteile 36 befinden sich in eine zweiten Kapsel 37, die außen an die größer ausgebilde te Kapsel 33 angebaut ist. Die Antenne 10. die Hornan tenne 34. die Wellenleitung 35 und die Schaltungsteil· 36 sind zu Zwecken der Inspektion und der Reparatu über Deckel 38, 39 der Kapseln 33, 37 leicht zugänglichF i g. FIG. 5 shows an embodiment of a transmitter as shown in FIG. The antenna 10 is located in a tubular first capsule 33 in suchei Alignment that is radiated towards the surface 9 A microwave helmet antenna 34 is about a white Lenlcitung 35 connected to the mixer and the microwave generator. Mixing stage and microwaves generator and the others in connection with F i g. The components described in FIG. 5 the reference number Chen 36. The circuit parts 36 are located in a second capsule 37, which is designed to be larger on the outside te capsule 33 is grown. The antenna 10. the horn antenna 34. the waveguide 35 and the circuit part 36 are easily accessible via covers 38, 39 of the capsules 33, 37 for inspection and repair purposes

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen «09 640/4 sheets of drawings «09 640 /

Claims

Patent claims:

1. Method for measuring the liquid level by transmitting a microwave signal as a function of time changing frequency to the liquid level, reception of a reflected from the liquid level Signal part according to the distance between a reference point and the liquid level corresponding delay time and mixing of the reflected signal part with the for at the same time present transmission signal for egg generation a difference frequency corresponding to the distance, the microwave signal being transmitted in this way that it is received with a delay corresponding to a known distance and converted in an analogous manner into a reference frequency corresponding to this known distance can be in order to then relate the difference frequency to the reference frequency so that the distance calculation based on the previously known distance, characterized in that the difference frequency and the reference frequency is multiplied by a factor which is constant within equally long sub-intervals of the sampling time is, but at the end during the sampling time «; of each sub-interval gradually changes to then to sum up the products of the factor and frequencies individually so that a quotient is obtained at the end of the sampling time can be formed between the sums obtained, which is a measure of the distance sought is.

2. The method according to claim 1, characterized in that the factor for each individual sub-interval corresponds to the expression n (N-n) , where η is a number of substantially equally long sub-intervals and Λ / the ranking of the sub-intervals according to a ranking 1 for represents the first sub-interval and N for the last sub-interval.

3. The method according to claim 2, characterized in that each sub-interval is equal to a half-time period is the difference frequency.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the reference frequency with a Constants is multiplied, which is selected so that the frequency thus obtained is greater than the difference frequency is, which increases the delay time and thus also the length the known distance is always greater than the distance to be measured.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the difference frequency with a Band filter is sifted out, the center frequency of which is regulated proportionally to the reference frequency filter out interfering reflections regardless of varying scanning speeds.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the amplitude of the reflected Microwave signal is compared with the amplitude of a known echo signal to produce signals separate whose amplitudes are larger or smaller than the amplitudes in a range near the Amplitude of the known echo signal.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the difference frequency in unity: pulse train is converted, which contains a pulse for each half cycle of the difference frequency.

the pulses of a scan being entered into a shift register, the switching speed of which speed is controlled with the reference frequency, and the stored pulses correspond to a Li nearization of the scanning with a constant Ge speed.

8. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 7 with a microwave generator for microwave signals with a time-dependent changing frequency, a ver connected to the generator, directed to the surface measuring with respect to their distance zi antenna for from radiation of the microwave signal and for receiving the from the liquid level reflected signal part of a first mixing stage between antenna and generator for mixing reflected and sent out ter microwave signals and generating a difference frequency corresponding to the distance, a timing element connected to the generator whose delay time corresponds to a known distance, a second mixing stage between generator and timing element for mixing the delayed and the transmitted microwave signals and generating a reference frequency corresponding to the known distance and a computer for generating the distance by means of the difference frequency related to the reference frequency, thereby ge indicates that the computer (18) contains frequency multipliers (28, 29) which multiply the difference and reference frequencies (h, f) by a factor (i) which is constant within each half period of the difference frequency (h) , but which changes during the sampling time, and that with the frequency multipliers (28, 29) two adders (30, 31) are connected, which add the products of factor and frequencies during the sampling time and feed a quotient generator (32) which at the end of the sampling time between the sums (m, I) of the adders (30,31) form the quotient (k) .
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