EP1261849A2 - Method and device for carrying out contactless measurement of a filling level - Google Patents

Method and device for carrying out contactless measurement of a filling level

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Publication number
EP1261849A2
EP1261849A2 EP01929350A EP01929350A EP1261849A2 EP 1261849 A2 EP1261849 A2 EP 1261849A2 EP 01929350 A EP01929350 A EP 01929350A EP 01929350 A EP01929350 A EP 01929350A EP 1261849 A2 EP1261849 A2 EP 1261849A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
transmitter
sequence
reception
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01929350A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Paolo Cavazzini
Egon Ahlers
Uwe Hasler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sidel GmbH
Original Assignee
SIG Simonazzi Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SIG Simonazzi Germany GmbH filed Critical SIG Simonazzi Germany GmbH
Publication of EP1261849A2 publication Critical patent/EP1261849A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves

Definitions

  • the invention relates to a method for non-contact level measurement of a liquid in a container according to the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a device for performing the method according to the features of the preamble of claim 6
  • the known contactless full-level meters all use a transmitter and a receiver, the transmitter emitting oscillation waves, which the receiver detects after reflection on the liquid surface. The determined transit time or phase difference of the signal is then converted to the distance traveled and the resulting full level In most devices for non-contact full-level measurement, both the transmitter and receiver are anoid at a distance above the maximum liquid level.
  • Dei Sendei sends a signal in the direction of the liquid, being flat. At the liquid surface, the signal is at least partially effective and occurs this way back to the receiver, which proves the incoming signal.
  • the level of fullness is determined from the reflected bottom signal, and not from the signal reflected at the liquid level.
  • the calculation is based on the running time of the bottom signal, the actual ground clearance, the dielectric number and the permeability number of the liquid.
  • the method is therefore only for liquids to be used with a precisely determined number of dielectricity and permeability.
  • the ground signal will also be difficult to separate from the noise, so that the measurement does not significantly improve the quality of the measurement
  • a fullness measuring device is known from EP 0296583 A2, which is equipped with an ultrasound transducer which, on the basis of received echo signals, generates electrical signals which are fed to a receiver circuit via a filter device.
  • the filter device must be narrow-band in order to optimally filter out interference, and also in its range
  • the center frequency corresponds to the working frequency of the transmitter, the latter being able to change depending on the ambient conditions.
  • the compensation for this variation is achieved in that a plurality of phase-selective phase-selective rectifiers are provided, the outputs of which are connected to a maximum selector upstream of the receiver circuit Further expansion of the equalization with the largest useful signal selected. In this invention too, a poor signal / noise ratio will lead to unreliable fullness measurements
  • the invention has set itself the task of providing a method and a device for carrying out the procedure, by means of which, despite the poor signal-to-noise ratio and multiple reflections, permissible full-level measurements are made possible
  • the essence of the invention is to isolate the pattern of the transmission signal contained in the received signal, which results after reflection at the liquid surface. Since this, apart from transmission interference, has the same shape as the originally transmitted pattern, its shape can be in the receiving signal can be recognized by using a signal processing method known per se in the prior art, known as correlation. Co ⁇ elation is understood as a measure of the similarity of two signals
  • the Veifahien according to the Eifindien can be carried out in a variety of ways. In particular, it can also be carried out in a computer and its working memory. With a Haidware solution, on the other hand, very high working speeds can be maintained
  • the deployment is independent of the physical nature of the transmission signal. as long as the signal has a recognizable pattern, the shape of which enables correlation.
  • the transmitter and receiver must be selected accordingly. If necessary, the transmitter and receiver can also be implemented as a structural unit
  • the transmission signal can be provided with any pattern, in particular it can be frequency- or pulse-modulated, the only thing that is decisive is the recognizability of a pattern in comparison to any existing interference signals or noise.
  • pattern is therefore to be understood very broadly
  • the pattern of the transmission signal is a rectangular pulse, the characteristic size of which essentially represents the pulse length.
  • the advantage of this simple pattern is that the height of the signal is not required as an information carrier, so that the reception signal can be normalized without falsifying the information content contained.
  • the standardized received signal can then be converted in a simple manner into a bit pattern, which can be compared in an equally simple manner with a comparison bit pattern.
  • the bit-by-bit comparison which is made possible has the advantage that for the Vei one is only one low computing power is necessary
  • the technical procedures for normalizing the received signal, converting it into a bit pattern and for bit-wise comparison of the bit pattern with a given bit pattern are well known to the person skilled in the art
  • the eikennbaikeit the pattern of the transmission signal can be improved by the fact that a pulse sequence of rectangular pulses forms the pattern, as is advantageously beaten in Anspmch 3 or 8 voi.
  • This pulse sequence can also be converted into a bit pattern, the information from dei Lange, after standardization The rectangular impulses and the length of the pauses between the impulses are formed.
  • the advantage of using an impulse sequence is that random matching between comparison and reception values is unlikely! become
  • the time interval between successive foot level measurements can therefore be significantly reduced, since a signal reflected on the floor cannot be confused with an ice level measurement and a signal reflected from the liquid surface cannot be confused with a second level measurement due to the change in the pattern in between. It is understood that the stored sequence of comparison values in the event of a change in the pattern of the signal must be correspondingly adapted to the new pattern before the comparison by correlation
  • a reference signal is generated by reflection of the transmitted signal emitted by the transmitter at a reflection point at a defined distance from the transmitter and receiver and is expanded to determine a value of the radiation.
  • the speed of propagation of the signal depends on the ambient conditions, in particular of the temperature and the pressure conditions when filling the container. These changes can be taken into account by the transmission signal running through a known distance, determining this transit time and calculating the running or propagation speed therefrom.
  • the known distance is generated by forming a reflection part, whereby The distance of the reflection point from the transmitter and receiver is known.
  • the receiver therefore mostly receives the reflection signal formed by reflection at the reflection parts and after the signal reflected on the liquid surface From a first established correspondence of the pattern of the received signal with the known form of the pattern of the transmitted signal, a speed of propagation of the signal can thus be determined, on the basis of which a second determined disagreement of the pattern of the received signal with the known form of Patterns of the transmission signal in a traversed path can graze, dei dei level can be determined
  • the transmitter and receiver are arranged in the return gas path of the full organ, via which the container can be supplied with liquid. With the return gas path, a free path to the liquid in the container is ensured that with an arrangement of the transmitter and the receiver in the recycle gas path no additional access has to be formed
  • the reflection point is designed as a tapering of the return gas path.
  • it is proposed to form this reduction at the lower end of the return gas path
  • FIG. 1 shows a section through a full organ with device according to the invention.
  • 2a shows a schematic illustration of a bottle partially filled with liquid with various reflection parts
  • 2b shows the basic appearance of a received signal which is read from the position of the reflection points according to FIG. 2a
  • FIG. 3 shows a block diagram of the detection unit according to the invention
  • Fig. 4b is a schematic Dai position dei in the converter clock duichele guided Ko ⁇ elation based on Exemplanschei Bitmustei and
  • Figui 5a, b, c examples fm pattern of the transmission signal
  • the fulloigan 1 has a fluid chamber 19, in which the liquid filling material 7 is located. Furthermore, the full organ 1 has a pressure-tightly sealed, highly mobile pressure gas element 18, the lower part of which extends into the full material chamber 19. The pressure sealing takes place a sliding seal 14 which is arranged above the full material chamber 19. Inside the return gas element 18, an exhaust gas path 15 is designed as an elongated «cylindrical channel, which emits the gas when the container 3 is filled with the filling material 7. and can eject, the container 3 being poured against a container seal 5 by a non-provided spotting device against a container seal 5 on the fulligan 1
  • a transmission egg 11 and a reception egg 12 are attached to the upper end of the return gas path 15 and are connected to a detection unit 2 via signal lines 17a, 17b.
  • the detection unit 2 controls the transmission egg 11 by controlling signals over the signal line 1a sends to the sending egg 11, and expands the signals averaged by the receiving egg 12 to determine a running time of that of the sending egg
  • the signal emitted from the transmitter 1 1 towards the liquid, which is flat 4 runs through the exhaust gas path 15, an ice-cream portion of the signal is sent to an adapter 13 which is formed at the lower end of the exhaust gas path 15 is, the second part of the signal reaches the liquid, with flat 4 and partially leflecting there.
  • the undeflected signal also reaches the receiver 12 via the return gas path 15, the received signal reaches the signaling unit 17 via the signal line 17b
  • the propagation speed of the signal can be determined from the transit time of the most deflected signal, from which the path of the signal deflected from the liquid surface 4 can be calculated. If the liquid surface 4 reaches the maximum fill level 4a, in this case Corresponding to the setpoint level, the sensing unit 2 controls the signal line 17c via a valve 10 in the return gas inlet 9 in this way.
  • the inflow of the filling material 7 is also uninterrupted by pushing the movably sealed off gas element 18 downwards until the sealing member 6 rests on the lower wall of the full material comb 19
  • the container 3 is released from its matched state on the seals 5 and is further transported, for example, to a sealing machine Zui Voi when a new full valve is introduced and a new container 3 is poured onto the seals 5 by opening the valve 10 in the return gas inlet 9
  • the container 3 is excited by the start-up of the compressed gas element 18, followed by a fresh inflow of the filling material 7
  • Figui 2a clearly shows that the reflection of the transmitted signal emitted by the transmitter 1 1 in the direction of the liquid surface 4 takes place at several locations.
  • An ice reflection takes place at an opening 13 of the return gas path 15, it is denoted by ⁇ .
  • a second reflection ß takes place at the surface of the liquid 4 instead of the signal leflektieit not only in the most precise, vertical connection to the transmitter 1 1, but also at the edge areas of the liquid surface (ß ').
  • a third part of the signal runs all of the liquid 16 in the container 3 and on the bottom 3' of the container 3 reflects ( ⁇ ) partial image 2b shows, in schematic form, the signal arriving at the receiver 12, the ichtlektieite signal ⁇ wnd voi signal ß, the signals ß 'and the signal ⁇ the receiver eichen from it, the speed of propagation of the signal can be mean, as you can see from the temperature and pressure conditions, since the height distance h became known t is and the transit time is determined. With this propagation speed, the travel path of the second incoming reflected signal can be calculated when the transit time of these signals is measured
  • the determination unit 2 is schematic as in FIG. 3 shown an A / D-Wandlei 21 which is supplied via the signal line 17b with the received signal of the receiver 12.
  • the A / D-Wandlei 21 samples this received signal at a high rate and converts it into digital values.
  • the converted width is via a signal line 25 fed into the shift register 22, the shift register having the shift register locations 1 to n
  • the determination unit 2 further comprises a memory egg 24, in which comparison values are stored on the memory locations 1 to m, the comparison values representing the shape of the pattern of the transmission signal.
  • the memory egg 24 can be designed to be permanently storage or can be moved over.
  • the comparison of the comparison values in the memory 24 with the in the shift register 22 in the converter clock successively shifted received values takes place in a Ko ⁇ elationsaku 23, which also has places 1 to m
  • both the shift register 22 and the correlation unit 23 are connected via the clock line 26 to the A / D converter 21, so that both in Converter clock are clocked.
  • the coordination relation is connected in places to the shift register 22 via signal lines 27, and likewise to the memory 24 via signal lines 28.
  • reception range and comparison values to be compared are read in via these signal lines 27, 28 and are read in time with the A / D - converter 21 in the correlati On unit 23 eg binary multiplication compared
  • the result of this comparison represents the correlation value.
  • This value is fed via a signal line 29 in the wall clock cycle to an expansion unit 30, in which the time of reception is determined, since the maximum coordination value can be assigned to a cycle time, and this clock time of maximum correlation corresponds to the time of reception
  • FIGS. 4a and 4b show an example to illustrate the temporal sequence of scanning and wandein
  • FIG. 4a shows how the A / D converter 21 samples the received signal E in cycles at the clock instants a, a + 1, a + 4 and the scanning range in the sliding element 22 in Foim dei scanning range f (a),, f (a + 4) are injected into the spokes 1 to n of the sliding egg 22
  • Figui 4 b veideuthcht the function of the Konelationsemheit 23 based on the example of a received signal dei Fonn ll lj li l
  • the shifting clock of the A / D-Wandleis 21 duich runs the sequence of reception widths the pushing egistei 22
  • the pattern to be identified is 1
  • the existence of the maximum range of correlation can be determined, for example, by duich Vei with a voi
  • FIG. 5 shows preferred examples of patterns of the transmission signal.
  • Partial picture 5a shows a typical rectangular pulse with a defined time length
  • partial picture 5b shows a pulse sequence of rectangular pulses consisting of a short, a long and a wide short pulse
  • partial picture 5c shows two successive pulse sequences of rectangular pulses with different patterns
  • the first pulse sequence consists of a short, a long and then again a short pulse, the second of three short pulses, followed by a long pulse

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method and device for carrying out contactless measurement of a level of a fluid in a container by emitting a transmission signal from above onto the surface of the fluid and by receiving the reflected signal, whereby the reflected received signal is compared to the emitted signal by correlation in order to ascertain the correct receive time and thus the path.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur bemhrungslosen Fullstandsmessung Method and device for effortless fullness measurement
Die Erfindung betiifft ein Verfahren zur beruhrungslosen Fullstandsmessung ei- nei Flüssigkeit in einem Behalter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 6The invention relates to a method for non-contact level measurement of a liquid in a container according to the features of the preamble of claim 1. The invention further relates to a device for performing the method according to the features of the preamble of claim 6
Bei dei Fullstandsmessung werden die auf mechanischen Prinzipien bemhenden Fullstandsmesser in zunehmendem Maße von beruhrungslos arbeitenden Full- standsmessern abgelostWith dei level measurement, the level gauges based on mechanical principles are increasingly being replaced by contactless level gauges
Die bekannten beruhrungslos arbeitenden Fullstandsmesser bedienen sich alle eines Senders und eines Empfangers, wobei der Sender Schwingungswellen aussendet, die der Empfanger nach Reflexion an der Flussigkeitsoberflache nachweist Aus der ermittelten Laufzeit oder Phasendifferenz des Signals wird dann auf die zurückgelegte Weglange und die sich daraus ergebende Fullstandshohe umgerechnet Bei den meisten Veifahien zui beruhrungslosen Fullstandsmessung sind sowohl Sendei als auch Empfangei im Abstand obeihalb des maximalen Flussigkeits- spiegels angeoidnet Dei Sendei sendet ein Signal in Richtung auf die Flussig- keitsobei flache aus .An dei Flussigkeitsoberflache wnd das Signal wenigstens teilweise l eflektieit und gelangt auf diese Weise zurück zum Empfangei, dei das einlaufende Signal nachweist Aus dei Laufzeit odei dei Phasenverschiebung des einlaufenden Signales laßt sich in Folge semei bekannten Ausbieitungsgeschwin- digkeit die duichlaufene Wegstiecke ermitteln und daiaus dei Füllstand als Ort dei Reflexion enechnen Untei einem Signal sollen im Sinne dei Eifindung alle Wellen bezeichnet sein, die sich in einem definierten Medium mit bekanntei Ausbieitungsgeschwmdigkeit ausbieiten Bei der beruhrungslosen Fullstandsmessung weiden insbesondeie elektiomagnetische Wellen und Schallwellen eingesetzt Als elektiomagnetische Wellen weiden Mikiowellen und insbesondeie Licht verwendetThe known contactless full-level meters all use a transmitter and a receiver, the transmitter emitting oscillation waves, which the receiver detects after reflection on the liquid surface. The determined transit time or phase difference of the signal is then converted to the distance traveled and the resulting full level In most devices for non-contact full-level measurement, both the transmitter and receiver are anoid at a distance above the maximum liquid level. Dei Sendei sends a signal in the direction of the liquid, being flat. At the liquid surface, the signal is at least partially effective and occurs this way back to the receiver, which proves the incoming signal. From the transit time or the phase shift of the incoming signal, as a result of the known propagation speed, the distance traveled can be determined and the level calculated as the location of the reflection, and a signal should be in the sense of the finding All waves are designated that spread out in a defined medium with known spreading speed. In the non-contact fullness measurement, electromagnetic waves and sound waves are used in particular. Microwave waves and Li in particular graze as electromagnetic waves not used
Bei allen diesen beruhrungslos aibeitenden Verfahren ergibt sich das Problem, daß die Ei kennung des Musteis im Empfangssignal schwierig ist, so daß die Ei- gebnisse dei Fullstandsmessung nicht zuvei lassig sind Die Grunde dafür können je nach physikahschei Natui des Sendesignals sehr untei schiedlich sein Elektiomagnetische Messungen sind deshalb schwierig, weil sich die Oberfläche dei Flüssigkeit bewegt, so daß eine sehi diffuse Reflexion stattfindet Bei Messungen mit Ultiaschall eigibt die staike Dampfungswnkung des sich oberhalb des Flus- sigkeitsspiegels befindlichen Gasvolumens insbesondeie bei C02-haltιgen Flüssigkeiten ein niednges Signal/Rauschveihaltnis Weiteihin hat man Reflexionen zu berücksichtigen, die nicht an dei Flussigkeitsoberflache stattfinden, sondern z B am BehalteibodenThe problem with all these contactless processing methods is that it is difficult to identify the sample ice in the received signal, so that the results of the fullness measurement are not reliable. The reasons for this can be very different depending on the physical nature of the transmitted signal. Electromagnetic measurements are difficult because the surface of the liquid moves so that a diffuse reflection takes place. When measuring with ultrasound, the steady vaporization of the gas volume above the liquid level, particularly in the case of liquids containing C0 2, has a low signal / noise ratio one has to take into account reflections that do not take place on the liquid surface, but e.g. on the bottom of the container
Es ist aus dei EP 0591816 A2 ein Veifahien zui Messung des Füllstandes emei Flüssigkeit untei Verwendung von Mikrowellen nach dem Radarprinzip bekannt, >It is known from EP 0591816 A2 to measure the fill level in a liquid using microwaves according to the radar principle, >
bei dem aus dem reflektierten Bodensignal, und nicht aus dem am Flussigkeits- spiegel reflektierten Signal, die Fullstandshohe ermittelt wird Die Ermittlung erfolgt rechnerisch aus dei Laufzeit des Bodensignals, dem tatsachlichen Bodenabstand, der Dielektrizitatszahl und der Permeabilitatszahl der Flüssigkeit Das Verfahren ist demzufolge nur auf Flüssigkeiten mit exakt bestimmter Dielektπ- zitats- und Permeabilitatszahl anzuwenden Das Bodensignal wird aber ebenfalls nui schwer vom Rauschen zu trennen sein, so daß das Veifahien die Qualität der Messung nicht wesentlich verbessertThe level of fullness is determined from the reflected bottom signal, and not from the signal reflected at the liquid level. The calculation is based on the running time of the bottom signal, the actual ground clearance, the dielectric number and the permeability number of the liquid. The method is therefore only for liquids to be used with a precisely determined number of dielectricity and permeability. However, the ground signal will also be difficult to separate from the noise, so that the measurement does not significantly improve the quality of the measurement
Aus dei EP 0296583 A2 ist ein Fullstandsmessgerat bekannt, das mit einem Ul- traschallwandlei ausgestattet ist, dei aufgrund empfangenei Echosignale elektrische Signale erzeugt, die über eine Filtervomchtung einer Empfangerschaltung zugeführt werden Die Filtervomchtung muß zum optimalen Wegfiltem von Störungen schmalbandig sein, und zudem in ihrer Mittenfrequenz der Arbeitsfrequenz des Senders entsprechen, wobei letzteie sich abhangig von den Umgebungsbedingungen andern kann Der Ausgleich dieser Variation wird dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl parallel geschalteter, phasenselektiver Gleichπchtei vorgesehen ist, deren Ausgange an einen der Empfangerschaltung vorgeschalteten Maximum-Selektor angeschlossen sind Es wird zur weiteren Ausweitung der Gleichπchtei mit dem größten Nutzsignal ausgewählt Auch bei diesei Erfindung wird ein schlechtes Signal/Rausch- Verhältnis zu unzuverlässigen Fullstandsmes- sungen fuhrenA fullness measuring device is known from EP 0296583 A2, which is equipped with an ultrasound transducer which, on the basis of received echo signals, generates electrical signals which are fed to a receiver circuit via a filter device. The filter device must be narrow-band in order to optimally filter out interference, and also in its range The center frequency corresponds to the working frequency of the transmitter, the latter being able to change depending on the ambient conditions. The compensation for this variation is achieved in that a plurality of phase-selective phase-selective rectifiers are provided, the outputs of which are connected to a maximum selector upstream of the receiver circuit Further expansion of the equalization with the largest useful signal selected. In this invention too, a poor signal / noise ratio will lead to unreliable fullness measurements
Aus der DE 4327333 AI ist ein Verfahren zur Messung des Füllstandes emei Flüssigkeit in einem Behalter nach dem Radarprinzip bekannt, bei dem die Zuverlässigkeit des Meßverfahrens dadurch verbessert wird, daß in einem gemessenen Spektrum auftretende und vom Füllstand der Flüssigkeit unabhängige Storsi- gnale mit Hilfe der gemessenen Intensität eines ersten Storsignals korrigiert werden Dieses Veifahien kann aber nur dann zum Erfolg fuhren, wenn die Storsi- gnale alle ein ahnliches Intensitatsmustei aufweisen, was abei nicht dem Regelfall entspiechen wnd Damm ist auch dieses Veifahien nicht geeignet, die mit dem schlechten Signal/Rausch- Veihaltnis verbundene Meßproblematik zu ubei- windenFrom DE 4327333 AI a method for measuring the level of a liquid in a container according to the radar principle is known, in which the reliability of the measuring method is improved by the fact that in a measured spectrum and independent of the level of the liquid, interference signals are generated using the measured intensity of a first disturbance signal can be corrected. This method can only be successful if the disturbance gnale all have a similar intensity pattern, which does not always correspond to the normal case and dam is also not suitable for this method of overcoming the measurement problems associated with the poor signal / noise ratio
Die Eifindung hat es sich deswegen zui Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Voirichtung zui Durchfuhmng des Verfahl ens bereitzustellen, mit dem bzw mit dei trotz schlechten Signal/Rausch- Verhältnisses und Mehrfachreflexionen zu- vei lassige Fullstandsmessungen ermöglicht werdenFor this reason, the invention has set itself the task of providing a method and a device for carrying out the procedure, by means of which, despite the poor signal-to-noise ratio and multiple reflections, permissible full-level measurements are made possible
Diese Aufgabe wiid bei dem erfindungsgemaßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelost, die Vorrichtung zui Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 ausThis object is achieved in the method according to the invention by the characterizing features of claim 1, the device for carrying out the method according to the invention is characterized by the characterizing features of claim 6
Im Kern dei Erfindung geht es dämm, das im Empfangssignal enthaltene Muster des Sendesignals nachzuweisen, das sich nach Reflexion an dei Flussigkeitsobei- flache ergibt Da dieses, abgesehen von Ubertragungsstorungen, die gleiche Form wie das ursprünglich gesendete Muster aufweist, kann seine Form im empfangenden Signal erkannt werden, indem eine an sich im Stand dei Technik bekannte Methode dei Signal Verarbeitung genutzt wird, die unter der Bezeichnung Korrelation bekannt ist Koπelation versteht man als ein Maß für die Ähnlichkeit zweier SignaleThe essence of the invention is to isolate the pattern of the transmission signal contained in the received signal, which results after reflection at the liquid surface. Since this, apart from transmission interference, has the same shape as the originally transmitted pattern, its shape can be in the receiving signal can be recognized by using a signal processing method known per se in the prior art, known as correlation. Coπelation is understood as a measure of the similarity of two signals
Em spezielles Beispiel fui eine Koπelationsme hode findet sich in dei DE 4202677 C l Dort ist eine nicht gattungsgemaße Vorrichtung zui Überprüfung einer Ubertiagungsstiecke gezeigt, bei der em Testsignal übertragen wird, dessen anschließende Erfassung im empfangenden Signalstrom durch den Vergleich mit der gesendeten Form nachgewiesen wird Eine Synchronisierung mit dem Testsi- gnalgebei erfolgt dort - nach dem ausdrücklichen Zweck diesei Methode - nicht, eine Laufzeitbestimmung ist deshalb nicht möglichA specific example of a co-ligation method can be found in DE 4202677 C1, which shows a device of the generic type for checking a transmission link, in which a test signal is transmitted, the subsequent detection of which in the receiving signal stream is verified by comparison with the transmitted form Synchronization with the test gnalgebei does not take place there - according to the express purpose of this method - a determination of the term is therefore not possible
Das eifindungsgemaße Veifahien laßt sich auf vielfaltige Weise ausfuhien Es kann insbesondeie auch in einem Rechner und dessen Arbeitsspeicher ausgefuhit werden Mit einei Haidware-Losung dagegen lassen sich sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeiten ei haltenThe Veifahien according to the Eifindien can be carried out in a variety of ways. In particular, it can also be carried out in a computer and its working memory. With a Haidware solution, on the other hand, very high working speeds can be maintained
Weiteihin ist das Veifahien unabhängig von der physikalischen Natur des Sendesignals einsetzbai. solange das Signal ein erkennbaies Muster aufweist, dessen Form Konelation ermöglicht Je nach Art des Signals sind Sender und Empfangei entsprechend auszuwählen Gegebenenfalls können Sender und Empfanger auch als Baueinheit realisiert seinFurthermore, the deployment is independent of the physical nature of the transmission signal. as long as the signal has a recognizable pattern, the shape of which enables correlation. Depending on the type of signal, the transmitter and receiver must be selected accordingly. If necessary, the transmitter and receiver can also be implemented as a structural unit
Prinzipiell kann das Sendesignal mit einem beliebigen Muster versehen werden, es kann insbesondeie frequenz- oder impulsmoduliert ausgebildet sein Entscheidend ist allein die Eikennbarkeit eines Musters im Vergleich zu eventuell vorhandenen Storsignalen odei Rauschen Der Begriff des Musters ist insofern sehr weit zu verstehenIn principle, the transmission signal can be provided with any pattern, in particular it can be frequency- or pulse-modulated, the only thing that is decisive is the recognizability of a pattern in comparison to any existing interference signals or noise. The term pattern is therefore to be understood very broadly
Es ist nach Anspruch 2 bzw 7 insbesondere vorteilhaft, daß das Muster des Sendesignals ein Rechteckimpuls ist, dessen charakteristische Größe im wesentlichen die Impulslange darstellt Dei Vorteil dieses einfachen Musters besteht dann, daß die Hohe des Signals als Informationsträger nicht benotigt wird, so daß das Empfangssignal ohne Verfälschung des enthaltenen Informationsgehaltes normiert werden kann Das normierte Empfangssignal laßt sich dann in einfacher Weise in ein Bitmustei umsetzen, das in ebenso einfacher Weise mit einem Vergleichsbit- mustei verglichen werden kann Dei ermöglichte bitweise Vergleich hat den Vorteil, daß fui den Vei gleich nui eine geringe Rechenleistung notwendig ist Die technischen Voikehmngen zum Normieren des Empfangssignals, zum Umsetzen desselben in ein Bitmustei und zum bitweisen Vergleich des Bitmusteis mit einem voi gegebenen Bitmustei sind dem Fachmann wohlbekanntIt is particularly advantageous according to claim 2 or 7 that the pattern of the transmission signal is a rectangular pulse, the characteristic size of which essentially represents the pulse length. The advantage of this simple pattern is that the height of the signal is not required as an information carrier, so that the reception signal can be normalized without falsifying the information content contained. The standardized received signal can then be converted in a simple manner into a bit pattern, which can be compared in an equally simple manner with a comparison bit pattern. The bit-by-bit comparison which is made possible has the advantage that for the Vei one is only one low computing power is necessary The technical procedures for normalizing the received signal, converting it into a bit pattern and for bit-wise comparison of the bit pattern with a given bit pattern are well known to the person skilled in the art
Geiade bei Mustein mit einei einfachen Form, wie im Falle eines Rechteckimpulses, ist besondeis darauf zu achten, daß die Abtastrate des A/D-Wandleis aus- i eichend hoch ist Damit ist gemeint, daß z B der Rechteckimpuls, um bei diesem Beispiel zu bleiben, von einer ausreichenden Anzahl an gewandelten Empfangsweiten bzw insbesondeie Bits dargestellt wird Es sind befriedigende Ergebnisse zu erwarten, wenn dei Rechteckimpuls in z B vier Bits daigestellt ist Geneiell ist festzuhalten, daß mit einei Erhöhung dei Abtastrate die Wahrscheinlichkeit einer zufalligen Ubeiemstimmung zwischen den Vergleichsweiten und den Empfangswerten abnimmtGeiade with Mustein with a simple shape, as in the case of a rectangular pulse, special care must be taken to ensure that the sampling rate of the A / D wall track is sufficiently high. This means that, for example, the rectangular pulse is used in this example remain, of a sufficient number of converted reception ranges or in particular the bits are shown.A satisfactory results can be expected if the rectangular pulse is represented in e.g. four bits.Generally, it should be noted that with an increase in the sampling rate, the probability of a random mismatch between the comparison ranges and the reception values decreases
Die Eikennbaikeit des Musteis des Sendesignales laßt sich dadurch verbessern, daß eine Impulsfolge von Rechteckimpulsen das Mustei bildet, wie es mit Vorteil in Anspmch 3 bzw 8 voi geschlagen wird Auch diese Impulsfolge kann nach einei Normierung in ein Bitmustei umgewandelt werden, dessen Information aus dei Lange dei Rechteckimpulse und der Lange der Pausen zwischen den Impulsen gebildet wird Dei Vorteil dei Verwendung einei Impulsfolge besteht dann, daß zufällige Ubeieinstimmungen zwischen Vergleichs- und Empfangswerten unwahrscheinliche! werdenThe eikennbaikeit the pattern of the transmission signal can be improved by the fact that a pulse sequence of rectangular pulses forms the pattern, as is advantageously beaten in Anspmch 3 or 8 voi. This pulse sequence can also be converted into a bit pattern, the information from dei Lange, after standardization The rectangular impulses and the length of the pauses between the impulses are formed. The advantage of using an impulse sequence is that random matching between comparison and reception values is unlikely! become
Die Reflexion des vom Sender abgestrahlten Sendesignals findet nicht nur an dei Flussigkeitsoberflache statt, sondern auch am Boden des Behalteis Das an dei Flussigkeitsoberflache leflektierte Signal wird den Empfangei eher eneichen, als das am Boden leflekierte Signal Es muß aber vor emei zweiten Fullstandsmessung abgewartet werden, bis auch das Bodensignal den Detektor erceicht hat, um eine Verwechslung des Bodensignals mit dem Oberflachenreflexsignal dei nach- folgenden Fullstandsmessung zu vermeiden Diese Bedingung stellt eine untei e Gienze fui den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Full- standmessungen dai Es ist deshalb gemäß Anspmch 4 bzw 9 von Vorteil, das Mustei des Sendesignals bei zeitlich aufeinanderfolgenden FuUstandsmessungen untei schiedlich auszubilden Dies kann z B duich eine zufällige Wahl des Mustei s ei folgen, odei duich die Vorgabe einer festen Abarbeitungsreihenfolge einei Zahl von voi gegebenen und gespeicherten MusternThe reflection of the transmission signal emitted by the transmitter takes place not only on the liquid surface, but also on the bottom of the container. The signal reflected on the liquid surface will reach the receiver rather than the signal reflected on the bottom. However, one must wait before a second fullness measurement until the floor signal has also reached the detector, in order to confuse the floor signal with the surface reflex signal dei to avoid the following fullness measurement This condition provides an uninterrupted accuracy for the time interval between two successive fullness measurements. It is therefore advantageous in accordance with Claim 4 or 9 to develop the pattern of the transmitted signal differently in the case of successive foot level measurements which are successive in time. This can be one of them follow random selection of the pattern, or you specify a fixed processing order of a number of patterns given and saved
Dei zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden FuUstandsmessungen kann daduich deutlich venmgert werden, da ein am Boden reflektiertes Signal einei eisten Fullstandsmessung und em von der Flussigkeitsoberflache reflektiertes Signal einei zweiten Fullstandsmessung aufgrund der dazwischen erfolgten Änderung des Musters nicht verwechselt werden können Es versteht sich, daß die gespeicherte Folge von Vergleichswerten bei einer Änderung des Musters des Signales dem neuen Mustei vor dem Vergleich durch Korrelation entsprechend anzupassen istThe time interval between successive foot level measurements can therefore be significantly reduced, since a signal reflected on the floor cannot be confused with an ice level measurement and a signal reflected from the liquid surface cannot be confused with a second level measurement due to the change in the pattern in between. It is understood that the stored sequence of comparison values in the event of a change in the pattern of the signal must be correspondingly adapted to the new pattern before the comparison by correlation
Es ist weiterhin gemäß Anspmch 5 bzw 1 1 von Vorteil, daß em Referenzsignal duich Reflexion des vom Sender abgestrahlten Sendesignals an emei Reflexionsstelle mit definiertem Abstand zu Sendei und Empfanger erzeugt und zur Ermittlung eines Koπekturwertes ausgeweitet wird Die Ausbieitungsgeschwindigkeit des Signals hangt von den Umgebungsbedingungen ab, insbesondeie von dei Temperatui und von den Dmckbedmgungen beim Befullen des Behälters Diese Änderungen lassen sich berücksichtigen, indem das Sendesignal eine bekannte Strecke durchlauft, diese Laufzeit bestimmt und die Lauf- bzw Ausbreitungsgeschwindigkeit daraus eπechnet wnd Die bekannte Strecke wird durch das Ausbilden einei Reflexionssteile erzeugt, wobei dei Abstand dei Reflexionsstelle von Sender und Empfangei bekannt ist Der Empfanger empfangt deshalb zueist das durch Reflexion an dei Reflexionssteile gebildete Reflexions Signal und eist da- nach das an dei Flussigkeitsoberflache reflektierte Signal Aus einer ersten festgestellten Übereinstimmung des Musters des Empfangssignals mit dei bekannten Form des Musters des Sendesignals kann somit eine Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signales festgestellt werden, auf dessen Grundlage eine zweite festgestellte Ubeiemstimmung des Mustei s des Empfangssignals mit dei bekannten Form des Musters des Sendesignals in eine durchlaufene Weglange umgeiechnet weiden kann, aus dei dei Füllstand ermittelbar istIt is also advantageous according to Claim 5 or 11 that a reference signal is generated by reflection of the transmitted signal emitted by the transmitter at a reflection point at a defined distance from the transmitter and receiver and is expanded to determine a value of the radiation. The speed of propagation of the signal depends on the ambient conditions, in particular of the temperature and the pressure conditions when filling the container. These changes can be taken into account by the transmission signal running through a known distance, determining this transit time and calculating the running or propagation speed therefrom. The known distance is generated by forming a reflection part, whereby The distance of the reflection point from the transmitter and receiver is known. The receiver therefore mostly receives the reflection signal formed by reflection at the reflection parts and after the signal reflected on the liquid surface From a first established correspondence of the pattern of the received signal with the known form of the pattern of the transmitted signal, a speed of propagation of the signal can thus be determined, on the basis of which a second determined disagreement of the pattern of the received signal with the known form of Patterns of the transmission signal in a traversed path can graze, dei dei level can be determined
Bezogen auf die Vornchtung. mit der em erfmdungsgemaßes Veifahien dmch- fuhibai ist, ist es nach Anspmch 10 vorteilhaft, daß Sendei und Empfanger im Ruckgasweg des Fullorgans angeordnet sind, über das dei Behalter mit Flüssigkeit beaufschlagbar ist Ubei den Ruckgasweg ist em freier Weg zur Flüssigkeit im Behaltei gewahrleistet, so daß bei einer Anordnung des Senders und des Empfangers im Ruckgasweg kein zusätzlicher Zugang ausgebildet werden mußBased on the arrangement. According to claim 10, it is advantageous for the transmitter and receiver to be arranged in the return gas path of the full organ, via which the container can be supplied with liquid. With the return gas path, a free path to the liquid in the container is ensured that with an arrangement of the transmitter and the receiver in the recycle gas path no additional access has to be formed
In vorteilhafter Weise ist gemäß Anspmch 12dιe Reflexionsstelle als Verjüngung des Ruckgasweges ausgebildet Es wird insbesondere vorgeschlagen, diese Vei- jungung am unteren Ende des Ruckgasweges auszubildenAdvantageously, according to claim 12, the reflection point is designed as a tapering of the return gas path. In particular, it is proposed to form this reduction at the lower end of the return gas path
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindungen lassen sich dei nachfolgenden Beschreibung entnehmen, in der anhand von Zeichnungen Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigenFurther details and features of the inventions can be found in the following description, in which exemplary embodiments of the invention are illustrated with the aid of drawings. Show it
Figur 1 einen Schnitt durch em Fullorgan mit erfindungsgemaßei Voirichtung.1 shows a section through a full organ with device according to the invention.
Figui 2a eine schematische Darstellung emei teilweise mit Flüssigkeit befullten Flasche mit verschiedenen Reflexionssteilen, Figui 2b das pnnzipielle Aussehen eines aus dei Lage dei Reflexionsstellen gemäß Fig 2a lesultiei enden Empfangssignals,2a shows a schematic illustration of a bottle partially filled with liquid with various reflection parts, 2b shows the basic appearance of a received signal which is read from the position of the reflection points according to FIG. 2a,
Figui 3 ein Blockschaltbild dei eifindungsgemaßen Ermirtlungsein- heit,3 shows a block diagram of the detection unit according to the invention,
Figui 4a eine schematische Dai Stellung des Abtast- und Wandelvoi- ganges des Empfangssignals,4a shows a schematic position of the sampling and conversion process of the received signal,
Figui 4b eine schematische Dai Stellung dei im Wandlertakt duichge- fuhrten Koπelation anhand exemplanschei Bitmustei undFig. 4b is a schematic Dai position dei in the converter clock duichele guided Koπelation based on Exemplanschei Bitmustei and
Figui 5a, b, c Beispiele fm Muster des SendesignalsFigui 5a, b, c examples fm pattern of the transmission signal
Anhand des in Figui 1 dai gestellten Ausfuhmngsbeispieles soll ein eifindungs- gemaßes Veifahien und eine eifindungsgemaße Voπichtung zui bemhmngslosen Messung des Füllstandes emei Flüssigkeit 16 in einem Behaltei 3 eiklart werden Ein Fulloigan 1 ist mit einem Fullgutzulauf 8 und einem Ruckgaszulauf 9 an einei nicht gezeigten Fullmaschine voi gesehen, die dem üblichen Stand dei Technik entspiechen kannOn the basis of the exemplary embodiment shown in FIG. 1, an arrangement according to the invention and an arrangement according to the invention for effortless measurement of the fill level in a liquid 16 in a container 3 are to be clarified seen that can correspond to the usual state of the art
Das Fulloigan 1 weist eine FuUgutkammer 19 auf, in der sich das flussige Füllgut 7 befindet Weiteihm weist das Fullorgan 1 ein dmckfest abgedichtetes, hohen- bewegliches Ruckgaselement 18 auf, dessen untei ei Teil sich bis in die Fullgut- kammei 19 eistieckt Die Dmckabdichtung erfolgt ubei eine Schiebedichtung 14, die obeihalb dei Fullgutkammei 19 angeordnet ist Im Inneien des Ruckgaselementes 18 ist em Ruckgasweg 15 als langgestreckt«, zylindnschei Kanal ausgebildet, duich den beim Befullen des Behaltei s 3 mit dem Füllgut 7 das Gas em- und ausstiomen kann, wobei dei Behaltei 3 von emei nicht dai gestellten Anpieß- vomchtung gegen eine Behaltei dichtung 5 am Fulloigan 1 angepießt wndThe fulloigan 1 has a fluid chamber 19, in which the liquid filling material 7 is located. Furthermore, the full organ 1 has a pressure-tightly sealed, highly mobile pressure gas element 18, the lower part of which extends into the full material chamber 19. The pressure sealing takes place a sliding seal 14 which is arranged above the full material chamber 19. Inside the return gas element 18, an exhaust gas path 15 is designed as an elongated «cylindrical channel, which emits the gas when the container 3 is filled with the filling material 7. and can eject, the container 3 being poured against a container seal 5 by a non-provided spotting device against a container seal 5 on the fulligan 1
Am obeien Ende des Ruckgasw eges 15 sind ein Sendei 1 1 und ein Empfangei 12 angebiacht, die ubei Signalleitungen 17a, 17b mit emei Ermittlungseinheit 2 vei- bunden sind Die Ermitflungseinheit 2 steuert den Sendei 1 1 indem sie Steuei Signale ubei die Signalleitung l~a an den Sendei 11 schickt, und w eitet die vom Empfangei 12 eimittelten Signale zui Bestimmung einei Laufzeit des vom SendeiA transmission egg 11 and a reception egg 12 are attached to the upper end of the return gas path 15 and are connected to a detection unit 2 via signal lines 17a, 17b. The detection unit 2 controls the transmission egg 11 by controlling signals over the signal line 1a sends to the sending egg 11, and expands the signals averaged by the receiving egg 12 to determine a running time of that of the sending egg
1 1 abgestiahlten Signals aus obei das Empfangssignal ubei die Signalleitung 17b ubeitiagen wnd Das vom Sendei 1 1 in Richtung dei Flussigkeitsobei flache 4 abgesüahlte Signal duichlauft den Ruckgasweg 15 ein eistei Anteil des Signals wnd an einei Veijungung 13 die am untei en Ende des Ruckgasweges 15 ausgebildet ist, leflektieit, em zweitei Teil des Signals gelangt zui Flussigkeitsobei flache 4 und wnd dort teilweise leflektieit Das ieflektierte Signal gelangt ebenfalls duich den Ruckgasweg 15 zum Empfangei 12, das Empfangssignal gelangt ubei die Signalleitung 17b in die Emuttlungseinheit 21 1 of the signal emitted from the received signal via the signal line 17b is used. The signal emitted from the transmitter 1 1 towards the liquid, which is flat 4, runs through the exhaust gas path 15, an ice-cream portion of the signal is sent to an adapter 13 which is formed at the lower end of the exhaust gas path 15 is, the second part of the signal reaches the liquid, with flat 4 and partially leflecting there. The undeflected signal also reaches the receiver 12 via the return gas path 15, the received signal reaches the signaling unit 17 via the signal line 17b
Da dei Hohenabstand h zwischen Veijungung 13 und Sendei 1 1 bzw EmpfangeiSince the height distance h between Veijungung 13 and Sendei 1 1 or Recei egg
12 bekannt ist, kann aus dei Laufzeit des eisten leflektierten Signals die Aus- bieitungsgeschwingdigkeit des Signals bestimmt weiden, aus dei dann dei Laufweg des von dei Flussigkeitsobeiflache 4 leflektierten Signals eitechnet weiden kann Wenn die Flussigkeitsobeiflache 4 den maximalen Füllstand 4a eneicht, dei in diesem Fall dem Sollfullstand entspπcht, steuert die Emuttlungseinheit 2 ubei die Signalleitung 17c ein \ entil 10 im Ruckgaszulauf 9 derart an. daß dieses in den geschlossenen Zustand ubei geht Dei Zufluß des Füllgutes 7 wnd ebenfalls untei biochen, indem das beweglich abgedichtete Ruckgaselement 18 nach unten vei schoben wnd bis dei Dichtungsnng 6 auf dei untei en Wandung dei Fullgutkammei 19 aufliegt Dei Behaltei 3 wnd um aus seinem angepießten Zustand an dei Dichtungen 5 gelost und weitertiansportiert z B zu einei Veischheßmaschine Zui Voi bei ei- tung eines neuen Fullvoi ganges wnd em neuei Behaltei 3 an die Dichtungen 5 angepießt Duich Offnen des Ventils 10 im Ruckgaszulauf 9 wnd dei Behaltei 3 voi gespannt Duich Hochfahren des Ruckgaselementes 18 ei folgt dann dei ei- neute Zulauf des Füllgutes 712 is known, the propagation speed of the signal can be determined from the transit time of the most deflected signal, from which the path of the signal deflected from the liquid surface 4 can be calculated. If the liquid surface 4 reaches the maximum fill level 4a, in this case Corresponding to the setpoint level, the sensing unit 2 controls the signal line 17c via a valve 10 in the return gas inlet 9 in this way. that this goes into the closed state, the inflow of the filling material 7 is also uninterrupted by pushing the movably sealed off gas element 18 downwards until the sealing member 6 rests on the lower wall of the full material comb 19 The container 3 is released from its matched state on the seals 5 and is further transported, for example, to a sealing machine Zui Voi when a new full valve is introduced and a new container 3 is poured onto the seals 5 by opening the valve 10 in the return gas inlet 9 The container 3 is excited by the start-up of the compressed gas element 18, followed by a fresh inflow of the filling material 7
Das bishei beschiiebene Fulloigan entspiicht soweit noch den gattungsbildenden bekannten VoinchtungenThe hitherto described fulloigan still corresponds to the generic, well-known intuitions
Figui 2a veideutlicht, daß die Reflexion des vom Sendei 1 1 in Richtung auf die Flussigkeitsobeiflache 4 abgestiahlten Sendesignales an mehieren Stellen stattfindet Eine eiste Reflexion findet an emei Veijungung 13 des Ruckgasweges 15 statt, sie ist mit α bezeichnet Eine zweite Reflexion ß findet an dei Flussigkeitsobeiflache 4 statt, wobei nicht nui in dei kuizesten, lotrechten Veibindung zum Sendei 1 1 das Signal leflektieit wnd sondern auch an den Randbeieichen dei Flussigkeitsobeiflache (ß') Ein dnttei Teil des Signales duichlauft die gesamte Flüssigkeit 16 im Behaltei 3 und wnd am Boden 3' des Behalters 3 reflektiert (γ) Teilbild 2b zeigt in schematisieitei Form das am Empfangei 12 einlaufende Signal Das ieflektieite Signal α wnd voi Signal ß , den Signalen ß' und dem Signal γ den Empfangei en eichen Aus ihm kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signales eimittelt weiden, wie sie bei den hen sehen Temperatui- und Druckbedingungen voi hegt, da dei Hohenabstand h bekannt ist und die Laufzeit ermittelt wnd Mit diesei Ausbieitungsgeschwindigkeit kann dei Laufweg des zweiten einlaufenden leflektierten Signales ß enechnet weiden, wenn die Laufzeit diese Signales gemessen wndFigui 2a clearly shows that the reflection of the transmitted signal emitted by the transmitter 1 1 in the direction of the liquid surface 4 takes place at several locations. An ice reflection takes place at an opening 13 of the return gas path 15, it is denoted by α. A second reflection ß takes place at the surface of the liquid 4 instead of the signal leflektieit not only in the most precise, vertical connection to the transmitter 1 1, but also at the edge areas of the liquid surface (ß '). A third part of the signal runs all of the liquid 16 in the container 3 and on the bottom 3' of the container 3 reflects (γ) partial image 2b shows, in schematic form, the signal arriving at the receiver 12, the ichtlektieite signal α wnd voi signal ß, the signals ß 'and the signal γ the receiver eichen from it, the speed of propagation of the signal can be mean, as you can see from the temperature and pressure conditions, since the height distance h became known t is and the transit time is determined. With this propagation speed, the travel path of the second incoming reflected signal can be calculated when the transit time of these signals is measured
Im folgenden wnd ei läutert wie das Einlaufen des reflektierten Signales nachgewiesen wnd Dazu ist in dei Ermittlungseinheit 2 wie in Figui 3 schematisch gezeigt ein A/D-Wandlei 21 angeordnet dei über die Signalleitung 17b mit dem Empfangssignal des Empfangers 12 beschickt wird Der A/D-Wandlei 21 tastet dieses Empfangssignal mit einei hohen Rate ab und wandelt es in digitale Werte Die gewandelten Weite werden über eine Signalleitung 25 in em Schieberegistei 22 eingespeist, wobei das Schiebeiegister die Schieberegisterplatze 1 bis n aufweistThe following explains how the arrival of the reflected signal is demonstrated. For this purpose, the determination unit 2 is schematic as in FIG. 3 shown an A / D-Wandlei 21 which is supplied via the signal line 17b with the received signal of the receiver 12. The A / D-Wandlei 21 samples this received signal at a high rate and converts it into digital values. The converted width is via a signal line 25 fed into the shift register 22, the shift register having the shift register locations 1 to n
Die Ermittlungseinheit 2 umfaßt weiterhin einen Speichei 24, in dem auf den Speicheiplatzen 1 bis m Vergleichswerte abgelegt sind, wobei die Vergleichswerte die Form des Musters des Sendesignales darstellen Der Speichei 24 kann dauerhaft speichernd odei uberschieibbar ausgebildet sein Der Vergleich dei Vergleichswerte im Speicher 24 mit den im Schieberegister 22 im Wandlertakt sukzessive verschobenen Empfangswerten erfolgt in einer Koπelationseinheit 23, die ebenfalls Platze 1 bis m aufweist Dazu sind sowohl das Schieberegister 22 als auch die Korrelationseinheit 23 über die Taktleitung 26 mit dem A/D- Wandler 21 verbunden, so daß beide im Wandlertakt getaktet werden Die Koi- relationseinheit ist über Signalleitungen 27 platzweise mit dem Schieberegister 22 verbunden, und ebenso über Signalleitungen 28 mit dem Speicher 24 Über diese Signalleitungen 27, 28 werden die zu vergleichenden Empfangsweite und Vei- gleichswerte eingelesen und im Takt des A/D- Wandlers 21 in dei Korrelationseinheit 23 z B duich binare Multiplikation verglichen Das Ergebnis dieses Vei- gleichs stellt den Korrelationswert dar Dieser Wert wird über eine Signalleitung 29 im Wandleitakt einer Ausweiteeinheit 30 zugeführt, in der der Empfangszeitpunkt ermittelt wird, da der maximale Koπelationswert einem Taktzeitpunkt zugeordnet werden kann, und diesei Taktzeitpunkt maximaler Korrelation dem Empfangszeitpunkt entsprichtThe determination unit 2 further comprises a memory egg 24, in which comparison values are stored on the memory locations 1 to m, the comparison values representing the shape of the pattern of the transmission signal. The memory egg 24 can be designed to be permanently storage or can be moved over. The comparison of the comparison values in the memory 24 with the in the shift register 22 in the converter clock successively shifted received values takes place in a Koπelationseinheit 23, which also has places 1 to m For this purpose, both the shift register 22 and the correlation unit 23 are connected via the clock line 26 to the A / D converter 21, so that both in Converter clock are clocked. The coordination relation is connected in places to the shift register 22 via signal lines 27, and likewise to the memory 24 via signal lines 28. The reception range and comparison values to be compared are read in via these signal lines 27, 28 and are read in time with the A / D - converter 21 in the correlati On unit 23 eg binary multiplication compared The result of this comparison represents the correlation value. This value is fed via a signal line 29 in the wall clock cycle to an expansion unit 30, in which the time of reception is determined, since the maximum coordination value can be assigned to a cycle time, and this clock time of maximum correlation corresponds to the time of reception
In den Figuren 4a und 4b ist zum besseren Verständnis dei zeitliche Ablauf des Abtastens und Wandeins anhand eines Beispieles dargestellt Figui 4a zeigt, wie dei A/D-Wandlei 21 das Empfangssignal E taktweise zu den Taktzeitpunkten a, a+ 1 , a+4 abtastet und dei Abtastweit in das Schiebei egistei 22 in Foim dei Abtastweite f(a), , f(a+4) in den Speichei platzen 1 bis n des Schiebei egistei s 22 eingespeist wndFIGS. 4a and 4b show an example to illustrate the temporal sequence of scanning and wandein FIG. 4a shows how the A / D converter 21 samples the received signal E in cycles at the clock instants a, a + 1, a + 4 and the scanning range in the sliding element 22 in Foim dei scanning range f (a),, f (a + 4) are injected into the spokes 1 to n of the sliding egg 22
Figui 4 b veideuthcht die Funktion dei Konelationsemheit 23 anhand des Beispiels eines Empfangssignals dei Fonn l l lj li l Im Schiebetakt des A/D-Wandleis 21 duichlauft die Folge an Empfangsweiten das Schiebei egistei 22 Die auf den benachbarten Platzen h, I, j und k befindlichen Werte werden in dei Konelationsemheit 23 mit den im Speichei 24 gespeicherten Werte l| l| lj l verglichen Bei jedem neuen Takt wnd das zu identifizierende Mustei 1| 1| 1| 1, das in den Empfangswerten enthalten ist, sukzessive inneihalb des Schiebei egistei s 22 verschoben, bis es beim Takt a+3 die Speicherplätze h, 1, j und k besetzt, woiaufhin die Konelation einen maximalen Konelationswert von 4 ergibt, der danach beim Weitei schieben wiedei abnimmt Das Vorliegen des maximalen Konelations- weites kann z B duich Vei gleich mit einem Voi gabeweit ermittelt weidenFigui 4 b veideuthcht the function of the Konelationsemheit 23 based on the example of a received signal dei Fonn ll lj li l In the shifting clock of the A / D-Wandleis 21 duich runs the sequence of reception widths the pushing egistei 22 The on the adjacent places h, I, j and k Values located in the correlation unit 23 with the values l | stored in the memory 24 l | lj l compared With each new bar the pattern to be identified is 1 | 1 | 1 | 1, which is contained in the received values, successively shifted within the sliding element 22 until it occupies the memory locations h, 1, j and k at clock a + 3, whereupon the correlation results in a maximum conelation value of 4, which then results in the widening pushing and decreasing The existence of the maximum range of correlation can be determined, for example, by duich Vei with a voi
In Figui 5 sind bevoizugte Beispiele von Mustern des Sendesignales abgebildet Teilbild 5a zeigt einen typischen Rechteckimpuls mit einei definierten zeitlichen Lange, Teilbild 5b zeigt eine Impulsfolge von Rechteckimpulsen, bestehend aus einem kuizen, einem langen und einem weiteien kuizen Rechteckimpuls und Teilbild 5c zeigt zwei aufeinanderfolgende Impulsfolgen von Rechteckimpulsen mit untei schiedhchem Mustei Die erste Impulsfolge besteht aus einem kurzen, einem langen und dann wiedei einem kurzen Impuls, die zweite aus zunächst drei kuizen Impulsen, gefolgt von einem langen ImpulsFIG. 5 shows preferred examples of patterns of the transmission signal. Partial picture 5a shows a typical rectangular pulse with a defined time length, partial picture 5b shows a pulse sequence of rectangular pulses consisting of a short, a long and a wide short pulse and partial picture 5c shows two successive pulse sequences of rectangular pulses with different patterns The first pulse sequence consists of a short, a long and then again a short pulse, the second of three short pulses, followed by a long pulse
Die bishei an Hand dei Figuien 3 und 4 beschriebenen Konelation verw endet einen sehi einfachen Koπelationsalgonthmus, bei dem die einzelnen Platze im Wandlei 21 und Speichei 24 multipliziert und anschließend addiert werden Die- se Methode ist nur zui Eikermung emfachei, zusammenhangende! Impulse, wie in Fig 5a dargestellt, geeignet, da nm Werte ungleich Null zur Konelation bei- tiagen Es können jedoch auch kompliziertere Koirelationsalgonthmen verwendet weiden, um die Form komphzierteiei Mustei zu vergleichen, die auch Lucken, also Null-Weite enthalten, w ie in den Figuien 5b und 5c daigestelltThe correlation described so far with reference to Figures 3 and 4 ends with a very simple coordination algorithm, in which the individual places in Wandlei 21 and 24 are multiplied and then added together. This method is only simple, coherent! Pulses, as shown in FIG. 5a, are suitable, since nm values other than zero contribute to the correlation. However, more complex co-correlation algorithms can also be used to compare the form of compressed patterns, which also contain gaps, that is, zero width, as in Figures 5b and 5c shown
Duich den Konelationsvergleich zwischen dem gespeicherten Mustei und dem empfangenden, duich Störungen und Rauschen vei zerrten Mustei . laßt sich das Mustei auch bei starken Störungen und bei sehi niedrigem Signal Rauschabstand wiedei ei kennen Bei Verwendung kompliziert« Mustei wie z B gemäß Figui 5c ergibt sich bei geeignet hohei Abtastrate eine sehr präzise Konelation, mit dei die individuelle Musterform genau erkannt werden kannYou compare the correlation between the stored sample and the receiving sample, disturbances and noise. the pattern can be known even in the case of strong disturbances and with a very low signal-to-noise ratio. When using complicated patterns such as, for example, according to Fig. 5c, a suitably high sampling rate results in a very precise correlation with which the individual pattern shape can be precisely recognized
Werden von Messung zu Messung unterschiedliche Musterformen verwendet, z B duich Variation des in Figur 5c dargestellten Musters, dann laßt sich sichei- stellen, daß das erwartete Muster eikannt wird, es kann also wenn man Figur 2 beti achtet bei schnell hintereinander kommenden Mustern sichergestellt werden, daß die eiste Reflexion ß von einem andeien. nach langerei Laufzeit vom Boden (Reflexion γ) kommenden Mustei unteischieden wnd, welches noch vom voihe- πgen Meßvoigang stammt Es kann dadurch die Meßrate sehr hoch gewählt weiden, so daß der bei schnellem Füllen eines Behalters der rasch ansteigende Flus- sigkeitsspiegel mit rasch aufeinanderfolgenden Messungen sehi präzise verfolgt werden kannIf different pattern shapes are used from measurement to measurement, for example a variation of the pattern shown in FIG. 5c, then it can be ensured that the expected pattern is known, so if FIG. 2 is taken into account, it can be ensured that the patterns come in quick succession that icy reflection ß from another. After a long running time, the sample coming from the floor (reflection γ) must be distinguished, which still originates from the entire measurement process. The measurement rate can thereby be chosen very high, so that when a container is filled quickly, the rapidly rising liquid level with rapidly successive measurements sehi can be tracked precisely
In dei Beschreibung zu den Figuren 4b und 5 sind Muster in der Form von Rechteckimpulsen betrachtet, die die Möglichkeit der Normierung bei der Koi- lelation bieten und somit die Möglichkeit einei Verringerung des Rechenaufwandes Es kann jedoch auch mit amplitudenmoduherten Mustern, z B in Form von Sinuswellen gearbeitet werden Bei solchen Mustern muß dei A'D-Wandlei die bei jedem Wandleitakt empfangene Signalstarke als Wert wiedergeben Auch das im Speichei 24 gespeicherte Onginalmuster muß Werte entsprechendei Amplitude enthalten Bei d« Konelation müssen jeweils die Amplitudenweite auf Ähnlichkeit verglichen werden In the description of FIGS. 4b and 5, patterns in the form of rectangular impulses are considered, which offer the possibility of normalization in the correlation and thus the possibility of reducing the computational effort. However, it is also possible to use amplitude-produced patterns, eg in the form of Sine waves have to be worked with such patterns the A'D-Wandlei must reproduce the signal strength received with each Wandleitakt as a value. The original pattern stored in the memory 24 must also contain values corresponding to the amplitude. In the case of the «correlation, the amplitude width must be compared for similarity

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 Veifahien zur beruhrungslosen Fullstandsmessung einer Flüssigkeit ( 16) in einem Behaltei (3), bei dem em im Abstand oberhalb des maximalen Flussigkeitsspiegels (4a) angeordnetei Sender (1 1) ein ein erkennbares Mustei enthaltendes Sendesignal in Richtung der Flussigkeitsoberflache (4) abstrahlt, und bei dem ein ebenfalls im Abstand oberhalb des maximalen Flussigkeitsspiegels (4a) angeordneter Empfanger ( 12) em Empfangssignal ermittelt, das u a das an d« Flussigkeitsoberflache (4) reflektierte Sendesignal enthalt, wobei die Laufzeit des Signals vom Sender ( 1 1) bis zum Empfangei ( 12) ermittelt wnd, aus der die durchlaufene Wegstrecke und daraus die Fullstandshohe errechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß1 device for non-contact level measurement of a liquid (16) in a container (3), in which a transmitter (11) arranged at a distance above the maximum liquid level (4a) emits a transmission signal containing a recognizable sample in the direction of the liquid surface (4), and in which a receiver (12), likewise arranged at a distance above the maximum liquid level (4a), determines the received signal, which contains, among other things, the transmitted signal reflected on the liquid surface (4), the transit time of the signal from the transmitter (11) to Receipti (12) wnd determined from which the distance traveled and from this the full level is calculated, characterized in that
- das vom Empfanger ( 12) ermittelte Empfangssignal von einem A/D- Wandler (21) mit ein« hohen Rate abgetastet und gewandelt wird, wobei d« zeitliche Abstand zwischen zwei Abtast- und Wandelvorgangen deutlich kleinei als die Impulslange bzw die halbe Periode des Mustei s des Sendesignals ist- The received signal determined by the receiver (12) is sampled and converted by an A / D converter (21) at a «high rate, the d« time interval between two sampling and conversion processes being significantly smaller than the pulse length or half the period of the Mustei s of the transmission signal is
- dei A/D-Wandlei (21) die gewandelten Empfangsweite im Wandlertakt sukzessive in em Schieberegister (22) einspeist, so daß in diesem eine Fol- ge von Empfangsweiten gebildet wird, die die Form des Empfangssignals wiedergibt,- Dei A / D-Wandlei (21) feeds the converted reception range in the converter clock successively into em shift register (22), so that in this a sequence ge is formed by reception widths, which reflects the shape of the received signal,
- die in das Schieberegister (22) eingespeiste Folge im Wandleitakt mit einei gespeicherten Folge an Vergleichswerten mittels Konelation \ ergh- chen wnd, so daß eine Folge von Konelationsweiten erzeugt wird, wobei die Folge d« Vergleichswerte zumindest weitgehend die Form des Musters des vom Sendei ( 1 1) abgestrahlten Sendesignals wiedergibt,- The sequence fed into the shift register (22) in the wall control cycle is matched with a stored sequence of comparison values by means of conformation \, so that a sequence of correlation widths is generated, the sequence d «comparison values being at least largely the shape of the pattern of the transmission egg (1 1) reproduces the transmitted signal,
- aus dei Folge von Konelationsweiten der Zeitpunkt der maximalen Koi- lelation als Empfangszeitpunkt bestimmt wird, mit dem die Laufzeit des Signals vom Sendei ( 1 1 ) bis zum Empfangei" ( 12) ermittelt wnd- From the sequence of correlation widths, the time of the maximum correlation is determined as the time of reception, with which the transit time of the signal from the transmission egg (1 1) to the reception egg "(12) is determined
Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sender ( 1 1 ) em Sendesignal mit einem Rechteckimpuls als Muster abgestrahlt wirdMethod according to Claim 1, characterized in that the transmitter (1 1) emits a transmission signal with a rectangular pulse as a pattern
Veifahien nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sender ( 1 1) ein Sendesignal mit einer Impulsfolge von Rechteckimpulsen als Mustei abgestrahlt wirdVeifahien according to Anspmch 1, characterized in that the transmitter (1 1) emits a transmission signal with a pulse train of rectangular pulses as a sample
Veifahien nach Anspmch 2 od« 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mustei bei zeitlich aufeinanderfolgenden FuUstandsmessungen variiertVeifahien according to Anspmch 2 or «3, characterized in that the sample varies with successive foot level measurements
Veifahien nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß em Referenzsignal duich Reflexion des vom Sender (11) abgesnahlten Sendesignals an einei Reflexionsstelle ( 13) mit definiertem Abstand (h) zu Sender ( 1 1 ) und Empfanger ( 12) erzeugt und zui Ermittlung eines Konekturwertes ausgewertet wird Vomchtung zui bemhmngslosen Fullstandsmessung ein« Flüssigkeit ( 16) in einem Behaltei (3) bei d« im Abstand oberhalb des maximalen Flussigkeitsspiegels (4a) em Sendei ( 1 1) angeordnet ist, mit dem ein Sendesignal mit einem ei kennbaien Mustei in Richtung des Flussigkeitsspiegels (4) abstiahlbai ist bei dei weiteihin ein Empfangei ( 12) ebenfalls im Abstand obeihalb des maximalen Flussigkeitsspiegels (4a) angeoidnet ist mit dem ein Empfangssignal «mittelbai ist, das u a das an dei Flussigkeitsobeiflache (4) ieflektieite Sendesignal enthalt, mit ein« Ennittlungseinheit (2) zui Eimittlung d« Laufzeit des Signals vom Sendei ( 1 1 ) bis zum Empfang« ( 12) und zui Beiechnung dei duichlaufenen Wegstiecke und daiaus des Füllstandes, dadurch gekennzeichnet, daßMethod according to Claim 1, characterized in that the reference signal produces a reflection of the transmission signal emitted by the transmitter (11) at a reflection point (13) with a defined distance (h) from the transmitter (1 1) and receiver (12) and for determining a structure value is evaluated To ensure effortless fullness measurement, a "liquid (16) in a container (3) at d" is arranged at a distance above the maximum liquid level (4a) em transmission egg (1 1), with which a transmission signal with a characteristic pattern in the direction of the liquid level is arranged (4) a receiving egg (12) is also anoidally spaced above the maximum liquid level (4a), with which a reception signal is "middle-lying", which contains, among other things, the transmission signal which is low on the liquid surface (4), with a "cutting unit" (2) for determination d "transit time of the signal from the transmitting egg (1 1) to reception" (12) and for the identification of the running distance and the filling level, characterized in that
- die Ennittlungseinheit (2) einen A/D-Wandl« (21) aufweist, d« derart ausgebildet ist, daß « eingangsseitig mit dem vom Empfanger ( 12) ermittelten Empfangs Signal beschickbai ist und mit ihm das Empfangssignal mit em« hohen Rate abtast- und wandelbai ist wobei d« zeitliche Abstand zwischen zwei Abtast- und Wandelvorgangen deutlich kleiner als die Impulslange bzw die halbe Peπode des Musters des Sendesignals ist,- The Ennittlungseinheit (2) has an A / D converter "(21)," is designed in such a way that "the input side can be fed with the received signal determined by the receiver (12) and scans the received signal with it at a" high rate - and wandelbai is d «time interval between two scanning and conversion processes is significantly smaller than the pulse length or half the piode of the pattern of the transmission signal,
- die Emuttlungseinheit (2) weiteihin ein Schiebei egistei (22) aufweist in das die mittels des A/D-Wandleis (21) gewandelten Empfangsweite im Wandleitakt sukzessn e einspeisbai sind, so daß eine Folge von Empfangsweiten «zeugbai ist die die Form des Empfangssignals wiedeigibt, und- The sensing unit (2) furthermore has a sliding element (22) into which the reception distance converted by means of the A / D wall track (21) is successively converted into the feeder line, so that a sequence of reception distances is the form of the reception signal plays, and
- die Emuttlungseinheit (2) eine Konelationseinheit (23) aufweist in dei die in das Schiebei egistei (22) eingespeiste Folge an Empfangsweiten im Wandleitakt mit einei in einem Speichei (24) gespeicherten Folge an Vei- gleichswerten mittels Konelation veigleichbai ist, so daß eine Folge von Konelationsweiten «zeugbai ist, wobei die Folge der Vergleichswerte zumindest weitgehend die Form des Musters des vom Sendei ( 1 1 ) abge- stiahlten Sendesignals entspiicht. und in dei aus d« Folge von Konelati- onswerten dei Zeitpunkt der maximalen Konelation als Empfangszeitpunkt bestimmbar ist aus dem die Laufzeit des Signals vom Sender ( 1 1) bis zum Empfangei ( 12) ermittelbar ist- The emutulation unit (2) has a conelation unit (23) in which the sequence of reception distances fed into the sliding element egistei (22) is synchronized with a sequence of comparison values stored in a memory (24) by means of correlation, so that one Sequence of correlation widths is clear, the sequence of the comparison values at least largely corresponds to the shape of the pattern of the transmission signal emitted by the transmission egg (1 1). and in dei from the «sequence of Konelati The time of the maximum correlation can be determined as the reception time from which the transit time of the signal from the transmitter (1 1) to the receiver (12) can be determined
Vomchtung nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Rechteckimpuls istDevice according to Claim 6, characterized in that the pattern is a rectangular pulse
Voirichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Muster eine Impulsfolge von Rechteckimpulsen istDevice according to claim 6, characterized in that the pattern is a pulse train of rectangular pulses
Vorπchtung nach Anspmch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ( 1 1) zum Senden untei schiedlich«" Muster bei zeitlich aufeinanderfolgenden FuUstandsmessungen ausgebildet istDevice according to Claim 7 or 8, characterized in that the transmitter (1 1) is designed to transmit different patterns in the case of successive foot level measurements
Vorrichtung nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Sender ( 11) und Empfanger (12) im Ruckgasweg (15) eines Fullorgans (1) angeordnet sind, über das der Behalter (3) mit Flüssigkeit beaufschlagbar istDevice according to Claim 6, characterized in that the transmitter (11) and receiver (12) are arranged in the return gas path (15) of a full organ (1), via which the container (3) can be charged with liquid
Vorrichtung nach Anspmch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in bekanntem Abstand (h) unterhalb des Senders ( 11) und des Empfangers ( 12) und im Abstand oberhalb des maximalen Flussigkeitsspiegels (4a) eine Refle- xionsstelle ( 13) angeoidnet ist, mit der em Referenzsignal durch Reflexion des vom Sender ( 1 1) abgestrahlten Sendesignals erzeugbar istDevice according to Anspmch 6, characterized in that at a known distance (h) below the transmitter (11) and the receiver (12) and at a distance above the maximum liquid level (4a), a reflection point (13) with which em Reference signal can be generated by reflection of the transmission signal emitted by the transmitter (1 1)
Vomchtung nach Anspmch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Refle- xionsstelle ( 13) als Verjüngung des Rückgasweges ( 15), insbesondere als Verjüngung am unteren Ende des Ruckgasweges ( 15) ausgebildet ist Device according to claim 11, characterized in that the reflection point (13) is designed as a taper of the return gas path (15), in particular as a taper at the lower end of the return gas path (15)
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