ES2927288T3 - Medición de nivel límite, medición de presión o medición de caudal con tiempo de medición corto - Google Patents

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Abstract

Radar de nivel de llenado con un procesador, un circuito convertidor de analógico a digital y un módulo de memoria intermedio conectado en el medio. El módulo de memoria intermedia está diseñado para recibir señales digitales del circuito convertidor analógico/digital a una primera velocidad de datos. El procesador está diseñado para leer el módulo de memoria intermedia a una segunda velocidad de datos, que no es igual a la primera velocidad de datos. Esto permite acortar el tiempo de transmisión con el mismo requerimiento de energía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Medición de nivel límite, medición de presión o medición de caudal con tiempo de medición corto
Campo de la invención
La invención se refiere a equipo de medición para la automatización de procesos industriales. En particular, la invención se refiere a un radar de nivel de llenado, un circuito de equipo de medición para un equipo de medición, un procedimiento para la adquisición y procesamiento de datos de medición de un equipo de medición, un elemento de programa y un medio legible por ordenador.
Antecedentes
Los equipos de radar para la medición de nivel de llenado a menudo se basan en el procedimiento de línea continua con modulación de frecuencia, también conocido como FMCW (onda continua con modulación de frecuencia). Estos sistemas se alimentan habitualmente con energía a través de una línea de dos hilos, lo que resulta en que el funcionamiento de los módulos de microondas con una alta necesidad de potencia solo se puede implementar utilizando una gestión de energía sofisticada y componentes de circuitos de bajo consumo.
Un parámetro esencial del sistema en el diseño de sistemas FMCW es la duración T durante la que el sistema irradia una señal de microondas en la dirección de la superficie del producto de relleno. Durante esta duración T, todos los componentes de alta frecuencia, todos los componentes de procesamiento de señales analógicas y también los convertidores analógico-digital se deben alimentar con energía. Por lo tanto, la energía consumida por ciclo de medición depende directamente de la especificación de la duración T, y se puede reducir reduciendo el tiempo de medición.
El documento US 7.334.470 B1 describe un sistema de medición de nivel de llenado para el funcionamiento pulsado que presenta una etapa de repetición de muestreo.
El documento US 5.245.347 A describe un sistema AWTSS para controlar misiles aire-tierra con una memoria FiFo. El documento WO 03/019120 A1 describe un procedimiento y un dispositivo para la digitalización directa de señales de microondas. Las señales de microondas reflejadas en la superficie del producto de relleno se pueden almacenar sin cambios en su frecuencia con una primera velocidad de muestreo en una unidad de memoria analógica. Los valores analógicos almacenados se convierten entonces en valores digitales a una segunda velocidad, que es menor que la primera velocidad, y por medio de un convertidor A/D, que ahora puede presentar una velocidad de muestreo relativamente baja debido al almacenamiento intermedio.
Resumen de la invención. Un objetivo de la invención es especificar un radar de nivel de llenado y un circuito de equipo de medición, que puede representar un tiempo de transmisión lo más corto posible incluso con un suministro de energía limitado.
Este objetivo se logra mediante las características de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos de la invención se deducen de las reivindicaciones dependientes y de la descripción siguiente de formas de realización. Un primer aspecto de la invención se refiere a un radar de nivel de llenado con un procesador y un circuito convertidor analógico-digital. Entre el circuito convertidor analógico-digital y el procesador está previsto un módulo de memoria intermedia que conecta estas dos unidades entre sí. El módulo de memoria intermedia sirve para la recepción de señales digitales del circuito convertidor analógico-digital con una primera velocidad de datos. El procesador está diseñado para leer el módulo de memoria intermedia con una segunda velocidad de datos que es menor que la primera velocidad de datos.
Según la invención, la primera velocidad de datos es más alta o incluso claramente más alta que la segunda velocidad de datos. De este modo se permite utilizar procesadores que funcionan más lentamente y que ahorran energía. Según una forma de realización de la invención, el circuito convertidor analógico-digital para generar las señales digitales está realizado en forma de una señal de salida diferencial. Para ello puede estar previsto que el circuito convertidor analógico-digital presente una llamada interfaz de señalización diferencial de bajo voltaje, LVDS.
Puede estar previsto que el procesador presente una interfaz asimétrica para la lectura del módulo de memoria intermedia. En este caso, el procesador está conectado con el módulo de memoria intermedia a través de una línea de comunicación asimétrica, mientras que el circuito convertidor analógico-digital está conectado con el módulo de memoria intermedia a través de una línea de comunicación o de transmisión de datos simétrica.
Según una forma de realización de la invención, el módulo de memoria intermedia es un componente lógico programable, en particular un módulo FPGA (FPGA: matriz de puertas lógicas programable en campo) en combinación con una memoria de datos.
En el caso de las señales digitales, que se emiten por el circuito convertidor analógico-digital desde el módulo de memoria intermedia, se puede tratar, según una forma de realización de la invención, de los valores de exploración digitales de la señal de recepción del radar de nivel de llenado (o más en general: del equipo de medición). En el caso de un radar de nivel de llenado, la señal de recepción es típicamente la señal de transmisión del radar de nivel de llenado reflejada por la superficie del producto de relleno y otros reflectores.
El módulo de memoria intermedia puede estar configurado para procesar las señales digitales recibidas del circuito convertidor analógico-digital. En particular, puede estar previsto que el módulo de memoria intermedia calcule a partir de un valor de medición o varios valores de medición o realice un preprocesamiento de señal, de modo que el procesador aguas abajo pueda calcular el valor de medición con un esfuerzo reducido. Según otra forma de realización de la invención, el módulo de memoria intermedia presenta una memoria primero en entrar - primero en salir y/o una memoria anular.
Según otra forma de realización de la invención, el circuito del equipo de medición y en particular el radar de nivel de llenado están realizados para la conexión a un bucle de dos hilos de 4-20 mA para el suministro de energía del equipo de medición y para la emisión de los valores de medición, así como para una comunicación adicional con un equipo de mando externo.
Según la invención, el circuito de equipo de medición se refiere a un equipo de medición, que es un equipo de medición de nivel de llenado, un equipo de medición de nivel límite, un equipo de medición de presión o un equipo de medición de caudal. El equipo de medición presenta un procesador, un circuito convertidor analógico-digital y un módulo de memoria intermedia. Estos elementos corresponden a los elementos descritos anteriormente del radar de nivel de llenado.
No según la invención, las características descritas anteriormente y a continuación también se pueden implementar en otros circuitos de equipos de medición. En este punto, cabe señalar que las características descritas a continuación con vistas al procedimiento se pueden implementar por los elementos de los circuitos de equipos de medición y distintos sistemas de radar de nivel de llenado. A la inversa, las características descritas a continuación con vistas al radar de nivel de llenado se pueden implementar como etapas del procedimiento.
Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la medición de nivel de llenado, medición de presión o medición de caudal y para la adquisición y procesamiento de datos de medición de un equipo de medición de la automatización de procesos, como un equipo de medición de nivel de llenado, un equipo de medición de presión, un sensor de nivel límite o un equipo de medición de caudal. Después de la activación de un módulo de memoria intermedia se realiza la recepción de señales digitales en el módulo de memoria intermedia. Las señales digitales corresponden a datos de medición adquiridos, por ejemplo, de una señal de transmisión recibida del equipo, reflejada en la superficie del producto de relleno, de un circuito convertidor analógico-digital con una primera velocidad de datos. Después de la activación de un procesador, el módulo de memoria intermedia se lee por el procesador con una segunda velocidad de datos, que es diferente de la primera velocidad de datos. Según la invención, la segunda velocidad de datos es menor que la primera velocidad de datos. Después de la desactivación del módulo de memoria intermedia, el valor de medición se lee por el dispositivo de medición y este valor de medición se ha calculado a partir de las señales digitales y la emisión del valor de medición se realiza mediante el procesador. El cálculo del valor de medición se puede realizar según la invención en el procesador, o en el módulo de memoria intermedia, o en cooperación del procesador con el módulo de memoria intermedia. Después de eso, el procesador se pone en modo de espera para ahorrar energía, después de lo cual el módulo de memoria intermedia se puede reactivar.
Otro aspecto de la invención se refiere a un elemento de programa que, cuando se ejecuta en un circuito de equipo de medición que se describe anteriormente y a continuación, le da instrucciones al circuito de equipo de medición para llevar a cabo las etapas del procedimiento descritas anteriormente y a continuación.
Otro aspecto de la invención se refiere a un medio legible por ordenador en el que está almacenado el elemento de programa descrito anteriormente.
Otro aspecto de la invención se refiere al uso de un circuito de equipo de medición, como se describe anteriormente y a continuación, para la medición de nivel límite. Otro aspecto de la invención se refiere al uso de un circuito de equipo de medición semejante para la medición de presión y otro aspecto de la invención se refiere al uso de un circuito de equipo de medición semejante para la medición de caudal.
Debido a la reducción del tiempo de medición se aumenta la frecuencia de trabajo necesaria del circuito convertidor analógico-digital. El circuito convertidor analógico-digital presenta una frecuencia de trabajo relativamente alta y puede estar previsto que transmita los datos digitales de forma diferencial a la memoria intermedia. El módulo de memoria intermedia, por ejemplo, programable digitalmente, sirve como convertidor entre las señales de salida diferenciales rápidas del circuito convertidor analógico-digital y las entradas de señal típicamente asimétricas del procesador que ahorra energía.
Un aspecto importante de la invención consiste en que están previstos al menos un procesador y al menos un circuito convertidor analógico-digital, así como al menos un módulo de memoria intermedia, donde el módulo de memoria intermedia recibe valores de exploración digitales del al menos un circuito convertidor analógico-digital con una primera velocidad de datos, y donde el procesador lee valores de exploración digitales del módulo de memoria intermedia con una segunda velocidad de datos, donde la primera velocidad de datos es diferente de la segunda velocidad de datos.
Otro aspecto independiente de la invención se puede ver en que está previsto un circuito de equipo de medición que ahorra energía, por ejemplo, para un equipo de medición de nivel de llenado, que presenta al menos un circuito de convertidor analógico-digital con una señal de salida diferencial, al menos un procesador con al menos una entrada asimétrica y al menos un módulo medio, que está conectado con el procesador a través de al menos una línea de comunicación asimétrica y el circuito convertidor analógico-digital con al menos una línea de transmisión de datos simétrica. El módulo medio es según la invención el módulo de memoria intermedia mencionado anteriormente.
La desactivación del circuito convertidor analógico-digital se puede activar, según una forma de realización de la invención, por el hecho de que la energía disponible para el equipo de medición cae por debajo de un valor de medición predeterminado. De esta manera se debe evitar que el equipo de medición se convierta en un déficit de energía, es decir, que solo disponga de energía insuficiente para llevar a cabo las tareas previstas. Pero, también puede estar previsto que (alternativa o adicionalmente) el circuito convertidor analógico-digital 601 se desactive cuando el módulo de memoria intermedia amenaza con "llenarse". Con ello se considera que la memoria intermedia solo tiene disponible una cantidad muy limitada de memoria libre y es previsible que esta capacidad de memoria libre se agote en un tiempo previsible. Por ejemplo, puede estar definido un valor umbral que defina cuanta memoria mínima libre debe estar disponible en el módulo de memoria intermedia para que el circuito de convertidor analógico-digital pueda permanecer activo. Este valor umbral se puede fijar, por ejemplo, en función de la primera velocidad de datos, con la que el convertidor analógico-digital emite sus señales al módulo de memoria intermedia, y/o de las cantidades de datos a transmitir por ciclo de medición. Dado que estas magnitudes se pueden modificar en función de la tarea de medición y de la parametrización del equipo de medición, puede estar previsto que el equipo de medición pueda adaptar de forma independiente los valores umbral mencionados anteriormente.
Puede estar previsto que el extremo frontal del sensor y la unidad de memoria intermedia se desactiven siempre al mismo tiempo, o de forma consecutiva: En primer lugar, se desactiva el extremo frontal del sensor y, más tarde, cuando ha completado sus tareas, la unidad de memoria intermedia. Puede estar previsto que esta activación se realiza siempre después de llevar a cabo un ciclo de medición. Pero, dependiendo de la cantidad de energía disponible, también puede estar previsto que se lleven a cabo varios ciclos de medición antes de que se realice esta desactivación. También puede estar previsto que el procesador se active siempre solo cuando se haya completado un ciclo de medición para leer la unidad de memoria intermedia. Si hay a disposición suficiente energía, pero también puede estar previsto que el procesador ya esté activado en un momento anterior y que lea los datos digitalizados de la unidad de memoria intermedia. Solo cuando la energía a disposición cae por debajo de un valor umbral predeterminado, se desactiva primero el extremo frontal y, dado el caso, al mismo tiempo, o poco después la unidad de memoria intermedia. El ciclo de medición se interrumpe por un estado con el procesador desactivado, memoria intermedia, unidad de convertidor analógico-digital y el extremo frontal. En presencia de una cantidad de energía definida anteriormente, el sistema de medición cambia a continuación de nuevo a un estado con procesador activado y unidad de memoria intermedia activada. El procesador finaliza la lectura la unidad de memoria intermedia y desactiva de nuevo la unidad de memoria intermedia. A continuación, el procesador determina al menos un valor de medición y lo emite. Después de eso, este también se desactiva para que la energía se pueda recuperar de nuevo.
Con referencia a las figuras se describen a continuación otras formas de realización de la invención. Si en la siguiente descripción de las figuras se utilizan los mismos números de referencia, entonces estos designan elementos iguales o similares. Las representaciones en las figuras son esquemáticas y no están a escala.
Breve descripción de las figuras
La fig. 1 muestra un equipo de radar de nivel de llenado.
La fig. 2 muestra un esquema de modulación para el funcionamiento de un equipo de medición según el principio FMCW.
La fig. 3 muestra el desarrollo de frecuencia de una señal de transmisión irradiada, así como el desarrollo de frecuencia de la señal reflejada recibida.
La fig. 4 muestra un ejemplo de una transmisión de datos a través de SPI.
La fig. 5 muestra un ejemplo de una secuencia de medición.
La fig. 6 muestra un circuito de equipo de medición para un equipo de medición según una forma de realización de la invención.
La fig. 7 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento según una forma de realización de la invención. La fig. 8 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento según otra forma de realización de la invención. Las figuras 9A, 9B, 9C y 9D muestran equipos de medición según las formas de realización de la invención.
Descripción detallada de formas de realización
La fig. 1 muestra componentes esenciales de un equipo de medición de nivel de llenado de radar 101, que en el contexto de la invención también está designado como radar de nivel de llenado. Los modernos equipos de medición de nivel de llenado de radar encuentran un uso polifacético en todos los sectores de la industria. Desde hace algunos años, en este caso tiene lugar una transición a frecuencias de trabajo cada vez más altas, que permiten reducir aún más las antenas de estos nuevos equipos de medición de radar en relación con su tamaño geométrico.
Si en los primeros años de disponibilidad de los medidores de nivel de llenado de radar solo eran interesantes los grandes recipientes de medición de procesos con distancias a determinar de algunos metros, así en los últimos tiempos los recipientes con dimensiones de menos de un metro están en el foco de los proveedores de sensores. Mientras que en el caso de grandes recipientes de material de relleno se realiza un cambio del nivel de llenado por regla general más bien lentamente, en el caso de recipientes pequeños se puede conseguir un llenado y/o vaciado completo del recipiente en algunos segundos.
Por lo tanto, es un requisito aumentar aún más la velocidad de repetición de medición de nuevos sensores. Dado que los sensores modernos se abastecen habitualmente con energía a través de una interfaz de dos hilos con una potencia predeterminada, y que este presupuesto de potencia representa habitualmente el factor limitante con respecto a un aumento en la tasa de repetición de medición, el objetivo de una medición más rápida solo se puede lograr en combinación con una reducción en la energía consumida por medición.
Sería deseable aumentar la tasa de repetición de medición de los sensores de radar y reducir la cantidad de energía necesaria por ciclo de medición. A continuación se describen dispositivos y procedimientos para la realización de los objetivos mencionados y, por lo tanto, para superar las limitaciones y los problemas conocidos hasta ahora.
El equipo de medición de nivel de llenado de la fig. 1 se abastece con energía a través de una línea de suministro 102. En este punto está muy extendido el uso de la técnica 4..20mA, que posibilita una lectura del valor de medición determinado por el equipo de medición con ayuda de la corriente de suministro absorbida. En combinación con las tensiones de suministro de, por ejemplo, 12 V, ampliamente utilizadas en instalaciones industriales, en el escenario del peor de los casos se obtiene una potencia de 48 mW, con la que debe operarse todo el equipo de medición 101. Pero, alternativamente, también puede estar previsto abastecer el equipo de medición con más energía a través de respectivamente una línea de suministro y una línea de comunicación.
El equipo de medición 101 presenta una unidad de fuente de alimentación 103, que en general también presenta componentes para la gestión de energía, por ejemplo, un acumulador de energía. La unidad de fuente de alimentación 103 está en conexión con un procesador 104, que está realizado para el control del desarrollo del sensor, la evaluación de las señales y la gestión de la energía en interacción con los otros componentes del equipo de medición.
El equipo de medición presenta además una unidad de alta frecuencia 106, que irradia señales de alta frecuencia en el intervalo de 6 GHz, 24 GHz, 79 GHz o frecuencias superiores a través de una unidad de transmisión y/o recepción 107 en la dirección de una superficie de material de relleno. Además, la unidad de alta frecuencia 106 recibe las proporciones de señal reflejadas por el material de relleno y/o los accesorios de recipiente, y las convierte según procedimientos conocidos en una señal de frecuencia intermedia analógica de baja frecuencia.
Una unidad convertidora analógica-digital 105, denominada en el contexto de la invención también circuito convertidor analógico-digital, convierte estas señales de frecuencia intermedia analógicas en señales digitales y las transmite al procesador 104 a través de una interfaz adecuada para su posterior evaluación.
La unidad de alta frecuencia 106 puede lograr la conversión de las señales de alta frecuencia en señales de frecuencia intermedia de baja frecuencia, por ejemplo, mediante modulación de pulso en combinación con un procedimiento de alargamiento del tiempo. También puede estar previsto modular las señales de alta frecuencia irradiadas con respecto a la frecuencia respectiva y, según el principio FMCW, lograr una conversión en señales de frecuencia intermedia de baja frecuencia.
La fig. 2 muestra un esquema de modulación para el funcionamiento de un equipo de medición según el principio FMCW. Durante un ciclo de medición T 201, el equipo de medición de nivel de llenado emite continuamente señales de alta frecuencia 108 en la dirección de una superficie de material de relleno.
La anchura de los ecos detectados por el equipo de medición depende directamente del ancho de banda At 202, por lo que para los recipientes de medición pequeños se debe aspirar a un desplazamiento de frecuencia f2 - f1 lo más grande posible para poder separar de forma segura los ecos muy cercanos entre sí.
La fig. 3 muestra el desarrollo de frecuencia 301 de la señal fT irradiada, así como el desarrollo de frecuencia 302 de la señal reflejada por un reflector después de un tiempo de funcionamiento de 2* T 303 a lo largo del tiempo progresivo durante un ciclo de medición 201. La unidad de alta frecuencia determina en cada momento de la medición utilizando componentes de circuito analógicos la diferencia entre la frecuencia 301 de la señal enviada y la frecuencia 302 de la señal recibida. La frecuencia fp 304 es una medida de la distancia del reflector al equipo de medición de radar y se proporciona en forma de una señal de frecuencia intermedia con una frecuencia correspondiente a la salida de la unidad de alta frecuencia 106:
Figure imgf000006_0001
donde r describe la distancia del reflector al equipo de medición y c la velocidad de propagación de la onda electromagnética en la atmósfera entre el emisor y el reflector.
La fig.4 muestra otros pasos para el procesamiento de las señales de frecuencia intermedia analógicas 304 generadas según el principio anterior. Con la ayuda de un convertidor A/D 105, las señales de frecuencia intermedia se digitalizan con alta exactitud (de manera típica de 16 bits). Para distancias de medición de hasta 40 m, las frecuencias 304 en el rango de 0 - 213 kHz resultan con típicamente un tiempo de medición 201 de 5 ms y un desplazamiento de frecuencia 202 de, por ejemplo, 4 GHz.
Teniendo en cuenta el teorema de Nyquist, como convertidores analógico-digitales se utilizan típicamente ejemplares con una frecuencia de muestreo de hasta 500 kHz. Los datos registrados se deben transmitir en tiempo real a un procesador 104 durante la medición. Dado que el criterio de eficiencia energética desempeña un papel preponderante en la selección de un procesador 104 adecuado, estos procesadores generalmente no tienen interfaces de alta velocidad, sino que admiten estándares de E/S asimétricos comunes, teles como, por ejemplo, SPI (Serial Peripheral Interface) o IIC (Inter-Integrated Circuit).
La fig. 4 muestra el ejemplo de una transmisión de datos a través de SPI. El procesador, a través de una línea de reloj 401, sincroniza la transmisión de datos desde el convertidor A/D 105 a una velocidad suficiente, en el ejemplo anterior, es decir, a una velocidad de reloj > 16bit * 500 kHz/bit = 8 MHz. Ya en este punto queda claro que el procesador en consecuencia debe ser capaz de proporcionar esta frecuencia. En cooperación con el objetivo de un funcionamiento lo más eficiente posible en el consumo de energía, que requiere más bien una sincronización de baja frecuencia del procesador y de su periferia, surgen aquí problemas. Además, la transmisión de datos a través de una interfaz asimétrica con respecto a la velocidad del reloj no se puede realizar a cualquier velocidad, ya que las interferencias EMC más pequeñas pueden conducir rápidamente a un error de bits.
Por lo tanto, los convertidores A/D disponibles con frecuencias de trabajo mayores de 1 GHz poseen salidas predominantemente diferenciales o simétricas para poder implementar de forma segura en conexión las altas velocidades de datos durante la conversión analógico-digital.
La fig. 5 muestra un desarrollo de medición optimizado para recipientes pequeños de un equipo de medición de nivel de llenado según el procedimiento FMCW. En comparación con el modo de funcionamiento de la figura 3, el tiempo de medición T 501 se ha reducido masivamente con vistas a una determinación de valores de medición más rápida y una reducción del consumo de energía de los elementos de alta frecuencia. Aquí, por ejemplo, se pretenden tiempos de medición de unos pocos cientos de microsegundos.
Además, se ha aumentado el ancho de banda Af 502 para poder separar mejor los ecos muy cercanos. Cada una de las medidas descritas contribuye a que las señales de frecuencia intermedia 503 proporcionadas por la unidad de alta frecuencia 106 estén considerablemente elevadas con respecto a su frecuencia respectiva en comparación con el modo de funcionamiento de la figura 3. En el presente ejemplo, con un desplazamiento de frecuencia deseable de 10 GHz y un tiempo de medición de 500 us, ya para ecos a una distancia de 2 m resultan señales de frecuencia intermedia con una frecuencia de 1.4 MHz. Queda claro que los convertidores analógicos-digitales rápidos con altas frecuencias de reloj son fundamentales para la optimización prevista de los equipos de medición de radar. No obstante, los convertidores de este tipo generalmente se deben conectar a un procesador a través de una interfaz digital diferencial. Los procesadores correspondientes con una interfaz de entrada semejante no son adecuados para el uso en equipos de medición de nivel de llenado con respecto a la potencia necesaria.
Sería deseable proporcionar una disposición de circuito, así como un procedimiento con el que se posibilite el uso de convertidores analógicos-digitales rápidos en equipos de medición de nivel de llenado.
La fig. 6 muestra una disposición de circuito correspondiente. Para la conversión de las señales de frecuencia intermedia 503 se utiliza un convertidor A/D 601 con una alta tasa de muestreo. El convertidor A/D 601 presenta una interfaz diferencial adecuada para altas velocidades de reloj, por ejemplo una interfaz LVDS. Dado que el propio procesador de procesamiento y/o control de señales 104 no puede leer señales diferenciales a alta velocidad, se utiliza un módulo lógico programable 602 como elemento intermedio.
El módulo lógico 602 se programa de fábrica para leer los datos del convertidor A/D en tiempo real en una memoria FIFO 602. El procesador 104 puede acceder a través de una interfaz asimétrica, por ejemplo, una interfaz SPI, al módulo lógico programable 602 y aquí en particular a la memoria FIFO dentro del módulo lógico programable y leer datos de este. La memoria FIFO dentro del módulo lógico programable 602 puede estar configurada para almacenar temporalmente los datos digitales del convertidor A/D para un ciclo de medición completo 501. También puede estar previsto realizar la memoria FIFO como una memoria anular con un tamaño más pequeño, y aprovechar el hecho de que el procesador 104 puede leer una parte de los valores de exploración digitales durante la medición ya desde la memoria FIFO.
Los módulos lógicos programables utilizados pueden disponer de suficientes funciones de gestión de energía que hacen posible un uso en un equipo de medición de nivel de llenado de radar de dos hilos.
Además, mediante un perfeccionamiento de la gestión de energía en el equipo de medición de nivel de llenado se puede implementar un desarrollo operativo que mejora aún más el uso energéticamente eficiente de módulos lógicos programables en la rama de registro de señales.
La fig. 7 muestra un primer diagrama de flujo para el funcionamiento de un equipo de medición según una forma de realización de la invención. El procedimiento comienza en el estado inicial 701, en el que todos los componentes se sitúan en un estado de funcionamiento desactivado, es decir, que ahorra energía. En primer lugar, dentro de la fuente de alimentación se acumula 103 energía. Tan pronto como hay suficiente energía para llevar a cabo una medición, la unidad de alta frecuencia 106, el convertidor A/D 601 y el módulo lógico programable 602 se transfieren a un modo de funcionamiento regular. En el paso 705 se lleva a cabo una medición según el esquema de la figura 5. Los valores de medición detectados a este respecto se transfieren casi sincrónicamente a la memoria del módulo lógico programable 602, depreciando un cierto tiempo de paso. En el paso 706, la unidad de alta frecuencia 106 y la unidad de conversión analógico-digital 601 se desactivan de nuevo inmediatamente, es decir, se transfieren a un estado de ahorro de energía. En el paso 707, el procesador 104 se despierta de su modo SLEEP para leer los datos de medición digitales del módulo lógico programable 602 en el paso 708. En el paso 709 se desactiva el componente lógico 602, después de lo cual en el paso 710 el procesador 104 determina el valor de medición según procedimientos conocidos. En el paso 711, el valor de medición se proporciona hacia el exterior, por ejemplo, en forma de una corriente de bucle dentro de la línea 102. En la etapa 712, el procesador se transfiere de nuevo a un modo de ahorro de energía, y el procedimiento continúa con la etapa de acumulación de energía 702.
En otra forma de realización puede estar previsto también que la unidad lógica programable asuma al menos una o también varias partes del procesamiento de las señales de eco digitalizadas. La figura 8 ilustra un procedimiento según otra forma de realización de la invención. El procedimiento comienza en el estado de partida 801, en el que los componentes 104, 601, 602, 106 están desactivados, es decir, en un estado de ahorro de energía. En la etapa 802, la unidad de fuente de alimentación 103 acumula en primer lugar energía, por ejemplo, en un condensador dentro de la unidad 103. Tan pronto como en la etapa 803 se detecta que hay suficiente energía, en la etapa 804 se activan el módulo lógico programable 602, la unidad convertidora analógica-digital 601 y la unidad de alta frecuencia 106. En la etapa 805, mediante la emisión de una o varias lámparas transmisoras 301, 504 se detectan una o también varias curvas de eco según el procedimiento conocido y se convierte desde la unidad convertidora analógica-digital 601 a valores de exploración digitales. Los valores de exploración digitales se transmiten esencialmente de forma sincronizada en el tiempo a través de una línea de transmisión de señal simétrica 603 al módulo lógico programable 602 y se almacenan allí. En el paso 806 se desactiva tanto la unidad de alta frecuencia 106 como también la unidad de convertidor analógico-digital 601 para ahorrar energía. En el paso 807 se comprueba si hay suficiente energía para iniciar el procesamiento de señales dentro del módulo lógico programable 602. Si esto no es cierto, primero se acumula energía en el paso 808. Puede estar previsto transferir el componente lógico programable en este caso a un estado de ahorro de energía en el que se conservan los contenidos de memoria con los valores de medición. Tan pronto como hay suficiente energía, en el paso 809 se comienza el procesamiento real de las señales en el módulo lógico programable 602. Dado que para ello se utilizan habitualmente algoritmos fuertemente paralelos, por ejemplo, filtrados o transformadas rápidas de Fourier, mediante una representación de estos pasos de procedimiento en módulos de hardware especializados dentro de la unidad 602 se puede ahorrar una medida significativa de tiempo de cálculo, lo que puede reducir el consumo de energía del sensor. En este caso, también puede estar previsto realizar una parte del procesamiento de señales mediante lógica de software de procedimiento dentro de un procesador de núcleo blando en el módulo 602. En el paso 810 se proporcionan al menos uno o también varios valores de medición dentro del módulo 602. A continuación, en la etapa 811 se activa la unidad de procesador 104, que en el contexto de la invención también se denomina como procesador, y en la etapa 812 se transmite el al menos un valor de medición a través de al menos una conexión de señal asimétrica 604. Cabe señalar aquí que la cantidad de datos a transmitir aquí es muy pequeña, por lo que aquí se pueden utilizar estándares de transmisión muy lentos. En el paso 813 se desactiva de nuevo el módulo lógico programable, antes de que en el paso 814 se ponga a disposición hacia fuera el al menos un valor de medición, por ejemplo, a través de la unidad de suministro de energía 103. Por último, en la etapa 815, el procesador 104 se transfiere de nuevo a un estado de ahorro de energía.
Cabe señalar en este punto que la unidad de procesador 104 también puede ser parte de la unidad de suministro de energía 103. Además, puede estar previsto implementar la unidad de procesador 104 y la unidad lógica programable 602 dentro de un chip. En el último caso, la transmisión asimétrica de datos es posible mediante un acceso directo a los puntos de memoria utilizando un sistema de bus interno dentro de un módulo lógico 602 correspondientemente programado. Además, hay que señalar que también la unidad convertidora analógica-digital 601 y la unidad de alta frecuencia 106 pueden estar alojadas en un chip y/o carcasa de chip común.
La presente invención se puede utilizar ventajosamente en relación con sensores de dos hilos que ahorran energía para la medición de nivel de llenado. Pero, también cabe señalar en particular que el alcance de la presente invención también se puede utilizar en los denominados sensores de cuatro hilos. La invención también se puede utilizar en una medida especial para los llamados sistemas de radar multicanal, por ejemplo, para determinar la topología de una superficie de material a granel. Finalmente, cabe señalar que la unidad lógica programable 602 se puede implementar en otra configuración mediante un circuito funcionalmente idéntico, específico de la aplicación (ASIC).
La fig. 9A muestra un radar de nivel de llenado 900 con un circuito de equipo de medición 600 según una forma de realización de la invención. El equipo de medición puede estar realizado para la medición de nivel de llenado tridimensional, en la que la topología de la superficie de material de relleno se puede determinar escaneando la superficie. De forma alternativa a la aplicación en un vehículo, el equipo de medición puede estar configurado para registrar datos ambientales del vehículo. La fig. 9B muestra un equipo de medición de presión 901 con un circuito de equipo de medición 600. La fig. 9C muestra un equipo de medición de caudal 902 con un circuito de equipo de medición 600 y la fig. 9D muestra un sensor de nivel límite 903 con un circuito de equipo de medición 600.
Complementariamente, cabe señalar que "que comprende" y "que presenta" no excluyen otros elementos o pasos. Además, cabe señalar que las características o pasos que se han descrito en referencia a uno de los ejemplos de realización arriba mencionados también se pueden utilizar en combinación con otras características o pasos de otros ejemplos de realización descritos. Los símbolos de referencia en las reivindicaciones no deben considerarse como limitaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Procedimientos para la medición de nivel de llenado, medición de nivel límite, medición de presión o medición de caudal y para la adquisición y el procesamiento de datos de medición, que presenta los siguientes pasos: activación de un procesador;
activación de un módulo de memoria intermedia (602);
recepción de señales digitales, que corresponden a datos de medición adquiridos, de un circuito convertidor analógico-digital (601) con una primera velocidad de datos en el módulo de memoria intermedia;
lectura del módulo de memoria intermedia por el procesador (104) con una segunda velocidad de datos, que es menor que la primera velocidad de datos;
desactivación del módulo de memoria intermedia;
emisión por el procesador de un valor de medición que se ha calculado a partir de las señales digitales por el procesador y/o el módulo de memoria intermedia;
colocación del procesador en modo de espera.
2. Radar de nivel de llenado, configurado para llevar a cabo un procedimiento según la reivindicación 1, que presenta: al menos el procesador (104);
al menos el circuito convertidor analógico-digital (601);
al menos el módulo de memoria intermedia (602), que está dispuesto entre el procesador y el circuito convertidor analógico-digital;
donde el módulo de memoria intermedia está realizado para recibir señales digitales del circuito convertidor analógico-digital con la primera velocidad de datos;
donde el procesador está realizado para leer el módulo de memoria intermedia con la segunda velocidad de datos, que es menor que la primera velocidad de datos.
3. Radar de nivel de llenado según la reivindicación 2,
donde el circuito convertidor analógico-digital (601) presenta una interfaz diferencial y está realizado para generar las señales digitales en forma de una señal de salida diferencial.
4. Radar de nivel de llenado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3,
donde el módulo de memoria intermedia (602) presenta un módulo lógico programable.
5. Radar de nivel de llenado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4,
donde las señales digitales son valores de exploración digitales de una señal de recepción del radar de nivel de llenado.
6. Radar de nivel de llenado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5,
donde el módulo de memoria intermedia (602) está realizado para procesar las señales digitales recibidas.
7. Radar de nivel de llenado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6,
donde el módulo de memoria intermedia (602) presenta una memoria primero en entrar - primero en salir y/o una memoria anular.
8. Radar de nivel de llenado según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7,
realizado para la conexión a una interfaz de dos hilos de 4-20 mA para el suministro de energía y para la emisión de los valores de medición.
9. Elemento de programa que, cuando se ejecuta en un circuito de equipo de medición, le da instrucciones al circuito de equipo de medición para realizar los pasos según la reivindicación 1.
10. Medio legible por ordenador, en el que está almacenado un elemento de programa según la reivindicación 9.
11. Uso de un circuito de equipo de medición (600), configurado para llevar a cabo un procedimiento según la reivindicación 1, para la medición de nivel límite, el circuito de equipo de medición presenta:
al menos el procesador (104);
al menos el circuito convertidor analógico-digital (601);
al menos el
módulo de memoria intermedia (602), que está dispuesto entre el procesador y el circuito convertidor analógicodigital;
donde el módulo de memoria intermedia está realizado para recibir señales digitales del circuito convertidor analógico-digital con la
primera velocidad de datos;
donde el procesador está realizado para leer el módulo de memoria intermedia con la segunda velocidad de datos, que es menor que la primera velocidad de datos.
12. Uso de un circuito de equipo de medición (600), configurado para llevar a cabo un procedimiento según la reivindicación 1, para la medición de presión, el circuito de equipo de medición presenta:
al menos el procesador (104);
al menos el circuito convertidor analógico-digital (601);
al menos el
módulo de memoria intermedia (602), que está dispuesto entre el procesador y el circuito convertidor analógicodigital;
donde el módulo de memoria intermedia está realizado para recibir señales digitales del circuito convertidor analógico-digital con la
primera velocidad de datos;
donde el procesador está realizado para leer el módulo de memoria intermedia con la segunda velocidad de datos, que es menor que la primera velocidad de datos.
13. Uso de un circuito de equipo de medición (600), configurado para llevar a cabo un procedimiento según la reivindicación 1, para la medición de caudal, el circuito de equipo de medición presenta:
al menos el procesador (104);
al menos el circuito convertidor analógico-digital (601);
al menos el
módulo de memoria intermedia (602), que está dispuesto entre el procesador y el circuito convertidor analógicodigital;
donde el módulo de memoria intermedia está realizado para recibir señales digitales del circuito convertidor analógico-digital con la
primera velocidad de datos;
donde el procesador está realizado para leer el módulo de memoria intermedia con la segunda velocidad de datos, que es menor que la primera velocidad de datos.
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