JP2003512613A - タイムフレーム反射計の耐ノイズ特性を高めるための方法、およびこの方法を実施するための回路装置 - Google Patents

タイムフレーム反射計の耐ノイズ特性を高めるための方法、およびこの方法を実施するための回路装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、タイムフレーム反射計の耐ノイズ特性をとりわけ高周波照射に対して高めるための方法であって、パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）により送信信号（ＸＳ）を形成し、導波路（４）に入力結合し、該導波路の上側端部はプロセス端子に対して保持部材（１８）に配置されており、ここで前記導波路（４）と接触する反射器（１４）から反射され、前記導波路（４）を逆に走行する信号（ＸＳ ｏｎｄｅ）を、時間を伸張して反射プロフィールとして表示するために走査パルス（ＸＡ）によりサンプリングし、該走査パルスはサンプリング周波数（ＦＡ）で反復し、該反射プロフィールから連続的測定値を形成し、前記測定値は反射器（１４）からプロセス端子までに間隔を有している、形式の方法に関する。サンプリング周波数（ｆＡ）とパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）を変化させ、このとき、反射プロフィールの時間伸張された表示を変化せずに留めるか、または反射プロフィールが時間的に変化する際に、時間伸張の変化が既知であり、プロフィールの評価で考慮し、反射プロフィールの少なくとも１つの測定またはその一部から、ノイズ尺度を検出し、測定値の使用可能性について決定するために、アルゴリズムを適用し、該アルゴリズムは測定値およびノイズ尺度から、十分な測定精度が達成される程度に反射プロフィールにはノイズがないか否かを計算する。この方法を実施するために用いる、トリガ信号発生器（１）を有する回路装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明はとりわけ高周波照射に対するタイムフレーム反射計の耐ノイズ特性を
高めるための方法であって、パルス反復周波数によって送信パルスが発生され、
導波路に入力結合され、この導波路の上側端部はプロセス端子のために保持部材
に配置されている。さらに本発明はこの方法を実施するための回路装置に関する
。 従来技術 容器における媒体の充填レベルを決定するためにはタイムフレーム反射率測定
（time domain reflectometry,ＴＤＲ）に基づくセンサが公知である。概略はＵ
Ｓ−Ａ−５６０９０５９に記載されている。このようなセンサは、媒体に入れら
れた開いた導波路に沿って伝播される電磁信号の伝播時間測定に基づく。導波路
は例えばゾンマーフェルト線路、ゴウバウ（Goubau）線路、同軸ケーブル、マイ
クロストリップ又は２つの線路の同軸配置又は平行配置である。媒体は外部媒体
に対する界面において乃至は媒体の誘電特性の飛躍的な変化のために媒体内の層
形成の場合にも媒体の中にある導波路の伝送特性における非連続性を惹起する。
この結果、導波路に沿って乃至は導波路内を伝播するパルスはこれらの箇所で少
なくとも部分的に反射される。従って、反射されたパルスの受信の時点が送信の
時点と比較されることによって、反射された信号（ＸＳｏｎｄｅ）から境界層の
間隔乃至は高さが決定される。 ＴＤＲセンサの動作においてパルス反復周波数ｆＰＲＦを有する送信トリガ信
号ＸＴＳの各周期によって送信パルスＸＳが発生され、送信される。典型的なパ
ルス反復周波数は数１００ＫＨｚから数ＭＨｚの間にある。時間的に短いプロセ
スを時間的に伸長された表示及び評価可能にするために、周期的に反射される信
号ＸＳｏｎｄｅは信号走査回路に供給される。これはサンプリング周波数ｆＡの
トリガ信号ＸＴＡによってトリガされ、周期的な信号ＸＳｏｎｄｅは走査トリガ
時点に走査される。送信トリガ信号に対する走査トリガ信号の時間に比例する遅
延によって、例えば送信トリガ信号に対する走査トリガ信号の幾分小さい周波数
によって又は送信トリガ信号に対する走査トリガ信号の位相変調によって、走査
装置は出力信号を発生する。この出力信号の振幅経過はゾンデ信号の相応の瞬時
値によって与えられている。従って、この出力信号はゾンデ信号ＸＳｏｎｄｅの
時間的に伸長された像を表す。フィルタリングと増幅の後で、この出力信号乃至
はこの出力信号の時間的な部分区間は反射プロフィールＸＶｉｄｅｏを形成する
。この反射プロフィールＸＶｉｄｅｏから反射された信号の伝播時間すなわち境
界層の間隔が求められる。 ＤＥ−Ａ−１８１５７５２からは走査又はサンプリング回路が公知であり、走
査すべきパルスは阻止された受信ダイオードに与えられ、この受信ダイオードは
走査パルスによって開かれる。さらにダイオードに基づくサンプリング回路が公
知であり、これらのダイオードは互いにブリッジ回路に結合されている。 ＤＥ２９８１５０６９Ｕ１によってＴＤＲ充填レベルセンサが公知であり、こ
のＴＤＲ充填レベルセンサは材料の中に沈められた導波路から成り、この導波路
にはサンプリング回路が接続されている。このサンプリング回路はパルス状の高
周波信号を発生するための送信パルス発生器、高周波信号を受信するための受信
器、送信された高周波信号と受信された高周波信号を分離するための送信/受信
分離部、受信された高周波信号を走査するための走査器、この走査器を制御する
ための走査パルス発生器及び受信された高周波信号の一時的な格納のための中間
メモリを有する。サンプリング回路は２つの発振器源を有し、これらの発振器源
のうちの少なくとも一方は周波数において可変的であり、これらの発振器源の一
つは送信発生器を制御し、他方は走査パルス発生器を制御する。周波数ミキサは
２つの周波数から差を形成し、この差は時間伸長係数を目標値に調整する。この
場合欠点は、発振器源が十分に大きく離調できないことである。これに対して、
例えばＬＣ共振回路を使用する大きな領域において同調可能な発振器が使用され
る場合には、これらの発振器は比較的高い位相雑音のために劣悪な同期走行を有
する。 さらにこのようなセンサにおける問題は高周波妨害信号に対する高い妨害敏感
性である。導波路に入力結合された妨害信号は反射された信号ＸＳｏｎｄｅに重
畳され、同様に広帯域の走査回路によって検出される。典型的な狭帯域妨害信号
は電磁適応性（ＥＭＶ）のためのテストにおいて低周波振幅変調（例えば１ｋＨ
ｚ）を有する８０ＭＨｚから１ＧＨｚの基本周波数ｆＴ，ｓｔｏｅｒを有するキ
ャリア振動によってシミュレートされる。キャリア周波数ｆＴ，ｓｔｏｅｒがサ
ンプリング周波数ｆＡの整数倍の近傍、すなわちいわゆる「周波数受信窓」ｎ・
ｆＡ±Δｆ内にある場合、この妨害は走査装置の後のローパスフィルタリングに
よって抑圧できない。この場合、Δｆはローパスフィルタの帯域幅（図１の参照
符号７）に相応し、ｎは整数である。この妨害信号は周波数ｆＡを有する帯域通
過走査のやり方に従って走査される。これによって、妨害されない場合に対して
反射プロフィールに振動が重畳され、この振動はその評価を困難にし、事情によ
っては誤らせる。 広帯域の受信回路及び棒状アンテナとして作用するゾンデによる測定原理のた
めに、妨害の入力結合係数は非常に高い。これにより、周波数受信窓の中にある
妨害における有効信号は通常もはや評価できない。 妨害に対する確実性を改善するためには、送信パルス振幅が大きくされ、これ
によって信号対雑音比が改善される。この場合、測定精度を劣化させないために
、パルス幅ならびに送信パルスの上昇及び降下時間は一定でなければならない。
これは簡単なトランジスタスイッチ段によってはもはや達成できない。改善は、
例えばメモリスイッチダイオード又はアバランシェトランジスタのような他の技
術によってのみ可能である。しかし、ここからは高いコスト、構成部材の使用可
能性、センサの大きな所要電力、ならびに故障しやすさのような欠点が生じる。 さらに妨害レベルの低減は、金属製タンクにセンサの使用を限定することによ
って達成される。これによって入力結合係数が低減される。同軸ゾンデ乃至は２
導体路ゾンデの使用によって有効信号の振幅はゾンマーフェルド又はゴウバウ線
路のようなシングル導体路ゾンデに比べてより大きく、妨害信号入力結合が低減
される。しかし、これらのゾンデの欠点はゾンデへの物質の増大する付着にある
。 技術的な課題 本発明の課題は、タイムフレーム反射計の妨害に対する確実性を高めるための
方法を提示し、この方法によって公知のタイムフレーム反射計の動作精度をとり
わけ高周波妨害信号に対して簡単かつコスト的に有利なやり方で改善し、これを
一般的に使用可能にすることである。 本発明の開示及び本発明の利点
【０００２】 上記課題はとりわけ高周波照射に対するタイムフレーム反射計の耐ノイズ特性
を高めるための方法であって、パルス反復周波数ｆｐｒｆにより送信信号ＸＳを
形成し、導波路に入力結合し、該導波路の上側端部はプロセス端子に対して保持
部材に配置されており、 ここで前記導波路と接触する反射器から反射され、前記導波路を逆に走行する
信号ＸＳｏｎｄｅを、時間を伸張して反射プロフィールとして表示するために走
査パルスＸＡによりサンプリングし、 該走査パルスはサンプリング周波数ＦＡで反復し、 該反射プロフィールから連続的測定値を形成し、 前記測定値は反射器からプロセス端子までに間隔を有している、形式の方法に
おいて、 Ｉ）サンプリング周波数ＦＡとパルス反復周波数ｆｐｒｆとを変化させ、このと
き、 ＩＩ．１）反射プロフィールの時間伸張された表示を変化せずに留めるか、また
は ＩＩ．２）反射プロフィールが時間的に変化する際に、時間伸張の変化が既知で
あり、プロフィールの評価で考慮し、 ＩＩＩ）反射プロフィールの少なくとも１つの測定またはその一部から、ノイズ
尺度を検出し、 ＩＶ）測定値の使用可能性について決定するために、アルゴリズムを適用し、 該アルゴリズムは測定値およびノイズ尺度から、十分な測定精度が達成される
程度に反射プロフィールにはノイズがないか否かを計算することにより解決され
る。本発明の有利な実施形態は従属請求項２から９に記載されている。
【０００３】 この方法の更に別の実施形態では、アルゴリズムは次のステップから成る。す
なわち、Ｖ）ノイズ程度が所定の閾値を上回る場合には、サンプリング周波数（
ｆＡ）及びパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）が変化され、ＶＩ）ノイズ程度を改め
て決定し、評価し、ＶＩＩ）ステップＶ）及びＶＩ）を、ノイズ程度が所定の閾
値を下回るまで繰り返す。 この方法の更に別の実施形態では、サンプリング周波数及びパルス反復周波数
の変化は予め設定されたテーブルに基づいて行われ、このテーブルは適切な周波
数を含み、テーブルへのアクセスはリニアに又はランダムに行われる。もしくは
、サンプリング周波数及びパルス反復周波数の変化のために周波数が１つの周波
数領域から選択される。 有利には、パルス反復周波数ｆｐｒｆは電圧制御された又は数値制御された発
振器、ＶＣＯ又はＮＣＯによって変化される。 本発明の更に別の実施形態では、走査トリガ信号ＸＴＡは制御可能な遅延回路
によって送信トリガ信号ＸＴＳから得られ、この遅延回路にはパルス反復周波数
ｆｐｒｆを有する基準信号ＸＳ又はＸＴＳが供給される。この遅延回路は出力信
号ＸＡ乃至はＸＴＡを発生し、この出力信号ＸＡ乃至はＸＴＡの位相は遅延回路
を制御する所定の遅延目標値によって決定される。 従って、本発明では狭帯域妨害が存在する場合にはサンプリング周波数ｆＡの
場合によっては反復的な変化によってｎ・ｆＡ±Δｆただしｎ＝０，１...によ
って定義された周波数受信窓が周波数スケールで一定の妨害周波数ｆＴ，ｓｔｏ ｅｒ がこの周波数領域の外にあるようにシフトされる。これによってノイズ程度
は低減される。なぜなら、妨害信号はもはや乃至はもはや実質的に測定された反
射プロフィールには寄与しないからである。 回路装置において走査ユニットには大信号４ダイオード回路が装備される。 ノイズ程度は同様に得られ、境界層における反射によって生じたパルスと所定
の基準パルスとの比較によって与えられる。このために測定パルスの振幅は正規
化され、偏差尺度が決定され、最大許容偏差が例えばパルス幅の比較又は異なる
面の比較によって予め設定される。 この方法の更に別の実施形態では、ノイズ程度は反射プロフィールの所定の値
からの又は所定の時間又は間隔窓における反射プロフィールからの最大偏差及び
最小偏差の差によって与えられる。 この方法の更に別の実施形態では走査パルス（ＸＡ）の周波数及び/又は位相
はパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）の変化において、サンプリング周波数とパルス
反復周波数との差が所定の領域を上回らない又は一定であるように適合される。 その他に上記課題はとりわけ高周波照射に対するタイムフレーム反射計の耐ノ
イズ特性を高めるための方法によって解決され、この方法ではパルス反復周波数
によって送信パルスが発生され、導波路に入力結合され、導波路の上側端部がプ
ロセス端子のために保持部材に配置されており、導波路に接続された反射器から
反射され、導波路を戻って行く信号ＸＳｏｎｄｅが反射プロフィールとして時間
的に伸長された表示のために走査パルスＸＡによって走査され、この走査パルス
はサンプリング周波数によって繰り返され、反射プロフィールから連続的に測定
値が収集され、これらの測定値が反射器からプロセス端子までの間隔を含んでい
る、とりわけ高周波照射に対するタイムフレーム反射計の耐ノイズ特性を高める
ための方法において、測定値の有用性の判定のために次のアルゴリズムを有する
：すなわち、 Ｉ）サンプリング周波数（ｆＡ）及びパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）を変化させ
、この際ＩＩ.1）反射プロフィールの時間伸長された表示が不変であるか又は ＩＩ.2）反射プロフィールの時間的な変化の際い時間伸長の変化が既知でありプ
ロフィールの評価において考慮され、 ＩＩＩ）反射プロフィール又はこの反射プロフィールの部分の測定からノイズ程
度を決定し及び測定値を収集し、 ＩＶ）ノイズ程度の評価及びＩにおける継続による測定値の有用性をコントロー
ルする。 本発明のさらなる別の構成によれば、アルゴリズムが以下に述べるさらなるス
テップを有している。すなわち、 ステップＶ）ステップＩ〜ＩＶを複数回、例えば５回実施する、 ステップＶＩ）ステップＶで定められた測定値から最も確率の高い測定値を選択
し、それを利用する。 当該方法を実施するための回路装置は、トリガ発生器を有しており、該トリガ
発生器は、制御信号によって変更可能な可変のパルス反復周波数ｆｐｒｆを有す
る送信トリガ信号ＸＴＳと、該送信トリガ信号ＸＴＳとは異なる周波数および/
または位相の走査トリガ信号ＸＴＡを生成する。この場合送信トリガないし走査
トリガ信号は、送信ないし走査パルス発生器に、送信ないし走査パルスを発生さ
せる。また前記回路装置は、走査ユニットと制御ユニットを有しており、前記走
査ユニットは、導波路からフィードバックされた送信パルスＸＳｏｎｄｅを、反
射プロフィールＸｖｉｄｅｏとしての時間伸張された表示のために走査できる。
前記制御ユニットは、反射プロフィールを評価することができ、さらに制御信号
を形成する。この制御信号は、トリガ発生器にパルス反復周波数ｆｐｒｆの変更
を引き起こさせるトリガ信号の位相差または周波数差を設定調整している。 トリガ発生器は、制御可能な遅延回路を含んでいてもよい。この遅延回路には
、例えば電圧的または数値的に制御されている発振器ＣＯ（ＶＣＯまたはＮＣＯ
）の出力信号が印加され、前記遅延回路の出力信号は、送信トリガ信号ＸＴＳに
対する走査トリガ信号ＸＴＡの遅延を設定調整するための走査トリガ信号ＸＴＡ を表している。 それに対しては、送信トリガ信号ＸＴＳと走査トリガ信号ＸＴＡのためのため
の２つの制御された発振器（これらは例えば電圧制御されていても数値制御され
ていてもよい）が設けられていてもよい。トリガ信号間の周波数差分Δｆは、制
御器によって所定の値に設定調整され、一定に維持される。また、パルス反復周
波数ｆｐｒｆとサンプリング周波数ｆＡの間の一定した周波数差の達成のために
、複数の発振器を発振器バンクとして実施してもよい。 ノイズ信号が、複数の狭帯域な信号の重畳から発生した場合には、本発明によ
る方法を用いた反復によって、全てのノイズ周波数の影響量全体を最小化するパ
ルス反復周波数が見つけだせる。 ノイズ量は、測定された反射プロフィールと、事前にノイズなしの条件のもと
で定められた基準プロフィールとの偏差から明らかにされる。このノイズ量とし
ては例えば、図３の領域Ａに示されているようにプロフィールの検出開始時点か
ら送信パルスの開始時点までの間の期間などの所定の時間ウインドウないし間隔
ウインドウにおける、所定値または基準プロフィールと、反射プロフィールとの
間の偏差の最大値と最小値の差分が用いられてもよい。閾値（これを上回るとサ
ンプリング周波数が変更される）は、所定の測定精度確率のためのまだ許容可能
な基準プロフィールからの偏差から得られる。 本発明によってサンプリング周波数が変更された場合には、新たに検出された
ノイズ量から、サンプリング周波数の変更が正しい方向性で行われたかどうか、
すなわち最初の測定に比べてノイズ量の低減に結び付いたかどうかが求められる
。該当する場合には、ノイズ閾値を既に下回らない限りは、サンプリング周波数
の適応化が同じ傾向で、すなわちさらなる向上もしくはさらなる低減でもって続
けられる。ノイズ量の改善が何も見られない場合には、サンプリング周波数の適
応化は、当初のサンプリング周波数から出発して、最初の適応化が試みられた方
向とは別の方向で行われる。しかしながら同じ方向性でのさらなる継続が有限の
ウインドウ幅のために成功に結び付く場合もあり得る。サンプリング周波数の評
価と適応化は、例えば制御回路によって行われてもよい。 図面の説明 複数の図面中、図１は、改善された耐ノイズ特性を有するＴＤＲ充填レベルセ
ンサのブロック回路図であり、 図２は、走査によるノイズ信号の周波数変換が示されており、 図３は、重畳されたノイズ信号の基準プロフィールと反射プロフィールを示した
図であり、 図４は、パルス反復周波数の変更と走査トリガ信号の生成のための装置が示され
ており、 図５及び図６は、走査トリガ信号の生成のための制御された遅延制御回路の実現
のための２つの配置構成を示した図である。 実施例の説明 図１には、本発明の例示的な適用のための改善された耐ノイズ特性を有するＴ
ＤＲ充填レベルセンサの基本的な構造が概略的に示されている。センサの中心の
部分は、導波路４であり、その上方の端部は、プロセス端子１８を形成し、例え
ば保持部材１８である。この場合導波路４は容器１２内へ突出し、部分的にはそ
れに含まれる媒体１３内に浸される。これは表面１４と境界層１４を構成する。
トリガ発生器１は、パルス反復周波数ｆｐｒｆの送信トリガ信号ＸＴＳと、サン
プリング周波数ｆＡの走査トリガ信号ＸＴＡの発生のために用いられる。トリガ
発生器は、制御ユニット８から制御される。トリガ発生器１の詳細な構成例は、
図４〜図６に示されており、これらの図に基づいて説明を行う。 送信トリガ信号ＸＴＳは送信パルス発生器２に供給される。それによって送信
パルス発生器２は、パルス反復周波数ｆｐｒｆを有する所定の信号形態と振幅の
送信パルスＸｓを生成する。この送信パルスＸｓは、結合ネットワーク３を介し
て導波路４に入力結合される。送信パルスＸｓは、導波路４に沿って伝播され、
媒体−空気境界層１４の高さで部分的に反射される。フィードバック反射信号Ｘ ｓｏｎｄｅ は、結合ネットワーク３を介して走査回路６に供給される。それによ
って走査信号は、元の送信パルスＸｓの絶対値と反射パルスＸｓｏｎｄｅないし
は基準反射が利用されている場合には基準反射の一部を含んでいる（これも可能
である）。走査された信号は、図１の右側部分でゾンデに沿って境界層１４と保
持部材１８の間にプロットされている。２つのパルスの間の伝播時間差Δｔから
は、プロセス端子１８に関連して境界層１４の高さが推論可能である。 パルス反復周波数ｆｐｒｆで反復される短いソンデ信号Ｘｓｏｎｄｅを評価可
能にするために、帯域パス走査の枠内で走査回路６に供給され、そこにおいて走
査パルスＸＡ（これは周波数ｆＡで走査パルス発生器５から生成される）により
、走査される。それによって走査回路６は、ノイズ信号レベルが大きい場合でも
その走査特性を変更することがなく、これによって耐信号性も高められる。有利
には４ダイオード走査回路が用いられてもよい。 走査パルス発生器５は、送信パルス発生器２のように、トリガ発生器１からの
走査トリガ信号ＸＴＡを用いてサンプリング周波数ｆＡでトリガされる。走査さ
れた信号は、フィルタリング増幅ユニット７においてフィルタリングされ、増幅
される。このユニットはフィルタリングのためのローパスフィルタを有しており
。その後では信号Ｘｖｉｄｅｏないしは反射プロフィールとして制御ユニット８
にさらなる評価のために供給される。 制御ユニット８では、記憶されている基準プロフィールとの比較によってノイ
ズ量が求められる。所定のノイズ閾値を上回っている場合には、トリガ発生器１
にパルス反復周波数の適合化のための信号を送信する。その後では当該の方法が
上記したように実施される。 図２には、周波数ｆＴ．ｓｔｏｅｒｄｅのノイズ信号Ｘｓｔｏｅｒの帯域パス
走査による周波数の変換が概略的に周波数に関してプロットされている。図２の
上側の部分には、狭帯域のノイズ信号Ｘｓｔｏｅｒが示されており、一方下側の
部分には、走査によってノイズ信号Ｘｓｔｏｅｒから生じた低周波の出力信号Ｘ ｖｉｄｅｏ が周波数に関してマッピングされている。サンプリング周波数ｆＡの
整数倍は、周波数軸上で図２の２つの部分においてマーキングされている。 図３には、反射プロフィール並びに重畳されたノイズ信号を有する反射プロフ
ィールの基本的な振幅経過が、プロセス端子１８から境界層１４までの間隔ｄの
関数で表されている。ノイズを被っていない反射プロフィール１９（これは図３
中に太線で示されている）は、一方ではポジションｄ１におけるパルス２０から
生じており、この場合はこのパルス２０が例えば保持部材１８のプロセス端子と
ゾンデ４の移行部における単発の送信インパルスかないしは複数の送信パルスの
一部かあるいは送信インパルスの基準反射であってもよい。また他方ではノイズ
を被っていない反射プロフィール１９がポジションｄ２におけるパルス２１（こ
れは境界層１４における反射によって生じている）から生じる。ｄ２とｄ１の差
分（ｄ２−ｄ１）からは、プロセス端子１８から境界層１４の箇所における反射
箇所までの間隔が求められる。 ノイズ信号２２（これは図３中に細線で示されている）は、ノイズを受けてい
ないプロフィールと狭帯域のノイズ信号の重畳から生じる。これはここでは変調
なしで正弦波形状に概略的に示されている。この図面から明らかなことは、ノイ
ズ信号振幅が簡単に反射パルスのオーダーもしくは振幅レベルにあることである
。従って送信インパルスの反射箇所の確定が改竄されるかほとんど不可能である
ことが明白である。 それ故に本発明によれば、ノイズ信号の振幅が出力信号Ｘｖｉｄｅｏにおいて
パルス反復周波数の変更によって低減される。このパルス反復周波数の変更によ
って、ノイズがもはや周波数受信ウインドウに入らなくなり、フィルタリング増
幅ユニット７（図１）のローパスフィルタを用いて抑圧可能となる。 図４には、可変のパルス反復周波数を有する送信トリガ信号ＸＴＳの生成と、
それに適合した走査トリガ信号ＸＴＡの生成のためのトリガ発生器１が示されて
いる。パルス反復周波数ｆｐｒｆの信号ＸＴＳは、制御された発振器ＣＯ１０（
これは電圧または数値制御された発振器であってもよい）によって生成される。
この発振器ＣＯがＶＣＯであるならば、これはその周波数を、調整電圧に依存し
て変更する。この調整電圧はＶＣＯ制御量であり、これは入力信号としてＶＣＯ
に印加され、制御ユニット８（図１）によって定められ制御されたものである。
これにより走査の時点は、例えばランプ回路を用いて遅延目標量により設定され
、あるいは任意の設定も可能である。このことは、トリガ信号の信号エッジの遅
延が、詳細にはランプ方式を用いて時系列に亘って線形に変更可能であることを
意味しており、あるいはこの遅延が任意に自由に設定可能であることを意味して
いる。 ＶＣＯによって生成された信号は、一方では送信パルスＸＴＳのトリガに用い
られる。さらにそれは制御可能な遅延回路１１にも供給される。この遅延回路１
１は、信号ＸＴＳに対して所定の遅延を有している出力信号ＸＴＡを生成する。
それによって遅延回路１１の出力信号ＸＴＡは、ＶＣＯの信号ＸＴＳよりも所定
の遅延ないしは所定の僅かな周波数差を有するものとなる。この遅延の大きさな
いし量は、遅延目標量によって制御されており、これは制御ユニット８によって
定められ、入力信号として遅延回路１１に印加されている。 図５及び図６には、図４による制御可能な遅延回路１１の実現のための実施例
が示されている。 図５の配置構成によれば、発振器からパルス反復周波数で生成された信号Ｘｓ ないしはＸＴＳは、非線形の遅延回路１５に供給され、そこにおいて、基準信号
ＸｓないしＸＴＳに対して可変の遅延が行われる。その際この遅延回路１５は、
電圧制御されて設定調整され、ここでは積分器１６の出力信号を介してなされて
いる。この出力信号も外部から与えられる遅延目標量と位相検出器１７の出力信
号によって定められている。位相検出器１７は、遅延される信号に対する基準信
号の位相位置を定め、この位相位置によって与えられる振幅の出力信号を生成す
る。このような位相位置検出器１７，積分器１６及び遅延回路１５の回路接続に
よって、平衡調整のなされる閉ループ制御回路が形成される。その際には基準信
号ＸｓないしＸＴＳよりも遅延される信号ＸＡないしＸＴＡの位相遅延が実施さ
れる。これは遅延目標量に線形に依存している。 遅延目標量は、この場合ディジタルコードで入力されてもよい。このコードは
デジタル/アナログ変換器を用いてアナログ制御信号に変換される。それにより
、走査トリガ信号の遅延は、簡単な方式で設定調整が可能となる。パルス反復周
波数の変更の際には、走査信号が簡単にかつ直接的に、一度設定された所定の遅
延目標量に従って自動的に適合化され、マニュアル補正の必要はない。図５によ
る回路の実現のための手段としては、米国特許出願 US-P 5 563 605 明細書にそ
の例が記載されている。 図６は、遅延回路１１の別の実現可能性を示す。基準信号ＸＳないしＸＴＳは
ノコギリ波発生器（ここでは電流源とコンデンサにより概略的に示されている）
に対してパルス反復周波数ｆｐｒｆのノコギリ波電圧を形成させる。この電圧は
コンパレータの一方の入力側に供給される。コンパレータの他方の入力側には、
遅延調整量に比例する電圧が印加される。従ってコンパレータの出力信号は基準
信号ＸＴＳないしＸＳに対して遅延、位相差を有しており、ここで遅延は遅延目
標量によって決められる。従って簡単に出力信号ＸＡないしＸＴＡを作成するこ
とができ、この信号はパルス反復周波数ｆｐｒｆの変化に自動的に適合する。図
６の回路の実現に対する種々の可能性はＤＥ２７２３３５５Ｃ２に記載されてい
る。 制御可能な遅延回路に対して択一的に、周波数ｆPｐｒｆとｆＡを、調整部を
有する２つの制御可能な発信器ＣＯにより形成することもできる。このために図
１女制御ユニット８内で高速の調整器が差周波数Δｆに対して必要である。同様
に２から３までの異なる周波数、周波数ｆprfおよびｆAに対しての水晶発振器を
有する発振器バンクを使用することができる。それぞれ２つの発振器のうち１つ
は固定であり、一方は他方を制御する。 産業上の適用性： 本発明は、タイムフレーム反射計に基づく充填状態測定のためのセンサに対し
て、ＥＭＣを高周波ノイズ電磁界に対して高めるため、およびＥＭＣプリセット
を簡単かつ安価に満たすために有利に使用することができる。本発明の有効性は
、サンプリング周波数および／またはパルス反復周波数の変化によって有利には
狭帯域ノイズの絶対値が測定される信号に対して抑圧される点にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、改善された耐ノイズ特性を有するＴＤＲ充填レベルセンサのブロック
回路図である。
【図２】 図２は、走査によるノイズ信号の周波数変を示す。
【図３】 図３は、重畳されたノイズ信号の基準プロフィールと反射プロフィールを示し
た図である。
【図４】 図４は、パルス反復周波数の変更と走査トリガ信号の生成のための装置を示す
。
【図５】 図５は、走査トリガ信号の生成のための制御された遅延制御回路の実現のため
の２つの配置構成を示した図である。
【図６】 図６は、走査トリガ信号の生成のための制御された遅延制御回路の実現のため
の２つの配置構成を示した図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年２月８日（２００２．２．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】 上記課題は本発明により、タイムフレーム反射計の耐ノイズ特性をとりわけ高
周波照射に対して高めるための方法であって、 パルス反復周波数ｆｐｒｆにより送信信号ＸＳを形成し、導波路に入力結合し
、該導波路の上側端部はプロセス端子に対して保持部材に配置されており、 ここで前記導波路と接触する反射器から反射され、前記導波路を逆に走行する
信号ＸＳｏｎｄｅを、時間を伸張して反射プロフィールとして表示するために走
査パルスＸＡによりサンプリングし、 該走査パルスはサンプリング周波数ＦＡで反復し、 該反射プロフィールから連続的測定値を形成し、 前記測定値は反射器からプロセス端子までに間隔を有している、形式の方法に
おいて、 Ｉ）サンプリング周波数ＦＡとパルス反復周波数ｆｐｒｆとを変化させ、このと
き、 ＩＩ．１）反射プロフィールの時間伸張された表示を変化せずに留めるか、また
は ＩＩ．２）反射プロフィールが時間的に変化する際に、時間伸張の変化が既知で
あり、プロフィールの評価で考慮し、 ＩＩＩ）反射プロフィールの少なくとも１つの測定またはその一部から、ノイズ
尺度を検出し、 ＩＶ）測定値の使用可能性について決定するために、アルゴリズムを適用し、 該アルゴリズムは測定値およびノイズ尺度から、十分な測定精度が達成される
程度に反射プロフィールにはノイズがないか否かを計算し、 前記アルゴリズムはさらに次のステップを有する： Ｖ）ノイズ程度が所定の閾値を越える場合、サンプリング周波数ｆＡとパルス反
復周波数ｆｐｒｆとを変化し、 ＶＩ）ノイズ程度を新たに検出および評価し、 ＶＩＩ）前記ステップＶ）とＶＩ）を、ノイズ程度が所定の閾値を下回るまで繰
り返すことにより解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項２から８に
記載されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＥＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，Ｉ Ｎ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＡ， ＵＳ，ＺＡ (72)発明者 ベルント クリーガー ドイツ連邦共和国 マンハイム アム ヴ ァルシュタッター バーンホフ ５ Ｆターム(参考） 2F014 FC01 GA01 5J070 AB02 AC02 AD13 AE07 AH14 AH39 AK28 AK35 【要約の続き】 イズ尺度を検出し、測定値の使用可能性について決定す るために、アルゴリズムを適用し、該アルゴリズムは測 定値およびノイズ尺度から、十分な測定精度が達成され る程度に反射プロフィールにはノイズがないか否かを計 算する。この方法を実施するために用いる、トリガ信号 発生器（１）を有する回路装置。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タイムフレーム反射計の耐ノイズ特性をとりわけ高周波照射
    に対して高めるための方法であって、 パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）により送信信号（ＸＳ）を形成し、導波路（４
    ）に入力結合し、該導波路の上側端部はプロセス端子に対して保持部材（１８）
    に配置されており、 ここで前記導波路（４）と接触する反射器（１４）から反射され、前記導波路
    （４）を逆に走行する信号（ＸＳｏｎｄｅ）を、時間を伸張して反射プロフィー
    ルとして表示するために走査パルス（ＸＡ）によりサンプリングし、 該走査パルスはサンプリング周波数（ＦＡ）で反復し、 該反射プロフィールから連続的測定値を形成し、 前記測定値は反射器（１４）からプロセス端子までに間隔を有している、形式
    の方法において、 Ｉ）サンプリング周波数（ＦＡ）とパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）とを変化させ
    、このとき、 ＩＩ．１）反射プロフィールの時間伸張された表示を変化せずに留めるか、また
    は ＩＩ．２）反射プロフィールが時間的に変化する際に、時間伸張の変化が既知で
    あり、プロフィールの評価で考慮し、 ＩＩＩ）反射プロフィールの少なくとも１つの測定またはその一部から、ノイズ
    尺度を検出し、 ＩＶ）測定値の使用可能性について決定するために、アルゴリズムを適用し、 該アルゴリズムは測定値およびノイズ尺度から、十分な測定精度が達成される
    程度に反射プロフィールにはノイズがないか否かを計算する、 ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記アルゴリズムは次のステップからなる： Ｖ）ノイズ程度が所定の閾値を越える場合、サンプリング周波数（ｆＡ）とパル
    ス反復周波数（ｆｐｒｆ）とを変化し、 ＶＩ）ノイズ程度を新たに検出および評価し、 ＶＩＩ）前記ステップＶ）とＶＩ）を、ノイズ程度が所定の閾値を下回るまで繰
    り返す、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 サンプリング周波数（ｆＡ）とパルス反復周波数（ｆｐｒｆ ）の変化は、適切な周波数を含む所定のテーブルに基づいて行い、 該テーブルへのアクセスは線形またはランダムに行う、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 サンプリング周波数（ｆＡ）およびパルス反復周波数（ｆｐ ｒｆ ）を変化させるために、周波数を１つの周波数領域から選択する、請求項３
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）を、電圧制御または数値制御
    される発振器（ＶＣＯまたはＮＣＯ）によって変化する、請求項１から４までの
    いずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 走査トリガ信号（ＸＴＡ）を制御可能な遅延回路（１１）に
    よって送信トリガ信号（ＸＴＳ）から形成し、 遅延回路（１１）に、パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）を有する基準信号（ＸＳ ）または（ＸＴＳ）を供給し、 遅延回路（１１）は出力信号（ＸＡないしＸＴＡ）を形成し、 該出力信号（ＸＡないしＸＴＡ）の遅延を所定の遅延目標量によって定め、 前記所定の遅延目標量によって遅延回路（１１）が制御される、請求項５記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 ノイズ程度は、境界層での反射により発生したパルスと所定
    の基準パルスとの比較によって得られる、請求項１から６までのいずれか１項記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 ノイズ程度は、反射プロフィールと所定の値との最大偏差と
    最小偏差との差、または反射プロフィールと所定の時間窓または間隔窓内での基
    準プロフィールとの最大偏差と最小偏差との差によって得られる、請求項１から
    ７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 走査パルス（ＸＡ）の周波数および／または位相は、パルス
    反復周波数（ｆｐｒｆ）が変化する際に、サンプリング周波数とパルス反復周波
    数との差が所定の領域を越えないか、または一定であるように適合する、請求項
    １または２記載の方法。
  10. 【請求項１０】 タイムフレーム反射計の対ノイズ特性をとりわけ高周波照
    射に対して高めるための方法であって、 パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）により送信パルス（ＸＳ）を形成し、導波路（
    ４）に入力結合し、該導波路の上側端部はプロセス端子に対して保持部材（１８
    ）に配置されており、 導波路（４）と接触する反射器（１４）により反射され、導波路（４）を逆に
    走行する信号（ＸSonde）を、反射プロフィールとして時間を伸張して表示する
    ために、サンプリング周波数（ｆＡ）により繰り返される走査パルスによりサン
    プリングし、 反射プロフィールから連続的測定値を形成し、 前記測定値は反射器（１４）からプロセス端子までに間隔を有している形式の
    方法において、 次のアルゴリズムによって測定値の使用可能性を決定する、 Ｉ）サンプリング周波数（ｆＡ）およびパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）を変化し
    、ここで ＩＩ．１）反射プロフィールの時間伸張された表示を変化せずに留めるか、また
    は ＩＩ．２）反射プロフォールが時間変化する際に、時間伸張の変化が既知であり
    、これをプロフィールの評価の際に考慮し、 ＩＩＩ）ノイズ程度を検出し、測定値を反射プロフィールの測定またはその一部
    から形成し、 ＩＶ）測定値の使用可能性を、ノイズ程度の評価によりコントロールし、前記ス
    テップＩに継続する、 ことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記アルゴリズムはさらに次のステップを有する： Ｖ）ステップＩからＩＶを多重回、例えば５回実行し、 ＶＩ）もっともありそうな測定値をＶ）で検出された測定値から選択し、これを
    使用する、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施す
    るための回路装置において、 トリガ発生器（１）を有し、 該トリガ発生器は送信トリガ信号（ＸＴＳ）と走査トリガ信号（ＸＴＡ）を形
    成し、 前記送信トリガ信号は、制御信号によって可変のパルス反復周波数（ｆｐｒｆ ）を有し、 前記走査トリガ信号は、送信トリガ信号（ＸＴＳ）とは異なる周波数および／
    または位相を有し、 前記送信トリガ信号ないし走査トリガ信号によって、送信パルス発生器ないし
    走査パルス発生器（２，５）が送信パルスないし走査パルスを形成し、 さらに走査ユニット（６，７）と制御ユニット（８）とを有し、 前記走査ユニットは、導波路（１４）から逆方向に導かれた送信パルス（ＸＳ ｏｎｄｅ ）を時間伸張して反射プロフィール（ＸＶｉｄｅｏ）として表示するた
    めにサンプリングし、 前記制御ユニットは、反射プロフィールを評価し、制御信号を形成し、 該制御信号は、トリガ信号の位相差または周波数差を調整し、 該トリガ信号によってトリガパルス発生器（１）はパルス反復周波数（ｆｐｒ ｆ ）を変化させる、回路装置。
  13. 【請求項１３】 トリガパルス発生器（１）は、例えば電圧制御または数値
    制御される（ＶＣＯまたはＮＣＯ）発振器（１０）を有し、 該発振器はパルス反復周波数（ｆｐｒｆ）により発振する、請求項１２記載の
    回路装置。
  14. 【請求項１４】 トリガパルス発生器（１）は制御可能な遅延回路（１１）
    を有し、 該遅延回路には、被制御発振器（１０）の出力信号が印加され、 該遅延回路の出力信号は走査トリガ信号（ＸＴＡ）である、請求項１２または
    １３記載の回路装置。
  15. 【請求項１５】 トリガパルス発生器（１）は、パルス反復周波数（ｆｐｒ ｆ ）で発振する被制御発振器（１０，ＣＯ）の他に別の被制御発振器（ＣＯ）を
    有し、 該別の被制御発振器はサンプリング周波数（ｆＡ）で発振し、 周波数の差は制御器により所定の値に調整されるか、または一定に保持される
    、請求項１３または１４記載の回路装置。
  16. 【請求項１６】 発振器は発振器バンクとして構成されており、 パルス反復周波数（ｆｐｒｆ）とサンプリング周波数（ｆＡ）との間の周波数
    差を一定にする、請求項１５記載の回路装置。
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