JP2960693B2 - 時間領域反射測定信号を処理する方法および装置 - Google Patents

時間領域反射測定信号を処理する方法および装置

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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有効なプロセス変
量に対応する出力結果を形成するために時間領域反射測
定（ＴＤＲ）信号を処理する方法および装置に関する。
詳細には本発明は、第１の媒体と第２の媒体との間の界
面の位置を精確に指示するため飛行時間型信号のための
改善された処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プロセスおよび貯蔵産業では長らく、レ
ベル、流れ、温度等のようなプロセスパラメータを測定
するための種々の形式の装置が用いられてきた。多くの
様々な技術（機械式、容量式、超音波式、液圧式等のよ
うな技術）によって、数多くの適用事例に対して測定の
ための解決手段が提供されている。しかしながら、しか
し、解決手段の得られる利用可能な技術がなかったり、
あるいはリーズナブルなコストでは上記のような解決手
段の得られない他の多くの適用事例が残されたままであ
る。そして、レベル測定システムによって恩恵を受けら
れる数多くの適用事例にとっては、現在のところ利用可
能な測定システムはあまりにもコストがかかりすぎる。
【０００３】大量の石油貯蔵のようなある種の適用事例
の場合、被測定物質の価値は、著しく高い所要精度のた
めに必要とされるハイコストのレベル測定システムの利
用を正当化するのに十分に高いものである。このような
高価な測定システムであれば、サーボタンクゲージング
システムまたは周波数変調形連続波レーダシステムを設
けることができる。
【０００４】製造物の品質の保持、資源の節約、安全性
の改善等のため製造物のレベル測定の必要性が高いとこ
ろで適用される多数の事例が存在する。しかしながら、
あるプラントに対しその測定システムを十分に装備させ
ることができるようにするには、コストのもっとかから
ない測定システムが必要である。
【０００５】さらに、慣用の測定手法以外の手法を要求
するある種のプロセス測定事例も存在する。たとえば、
レベル測定中に高温や高圧の性能の要求される適用事例
は、典型的には容量式測定に依らざるを得ない。しかし
ながら従来の容量式測定システムは、物質特性の変化に
起因して誤りが生じやすい。また、容量式測定技術の生
得的な特性ゆえに、そのような容量式レベル測定技術を
２つ以上の液体層を含む容器で使用することはできな
い。
【０００６】超音波式飛行時間型技術によって物質特性
変化のようなレベル指示変化にかかわる問題が低減され
たが、超音波式レベル測定センサは高温や高圧のもとで
は、あるいは真空状態においては機能しない。しかも、
このような超音波式センサは音響ノイズに対し許容範囲
が小さい。
【０００７】これらの問題点を解決するための１つの技
術的な試みは導波パルスを利用することである。それら
のパルスはデュアルプローブ伝送ラインに沿って貯蔵さ
れた物質へ伝達され、流体レベルと相関関係にあるプロ
ーブのインピーダンス変化によって反射する。この場
合、プロセス電子装置により飛行時間型信号が意味のあ
る流体レベル示度へ変換される。従来の導波パルス技術
は、高品質の短いパルスを生成しそのような短期間のイ
ベントに対し飛行時間を測定するのに必要な機器の性質
上、きわめて高価である。さらに上記のようなプローブ
は構造が単純ではなく、簡単な容量式レベルプローブに
比べ製造コストが高い。
【０００８】さて、National Laboratory System によ
る最近の開発によれば、著しく安価な回路を用いて低電
力の高速パルスを生成しそれらの戻りの時間を測定する
ことができる。たとえばアメリカ合衆国特許第５，３４
５，４７１号および５，３６１，０７０号公報を参照。
しかしながらこの新しい技術だけでは、プロセスおよび
貯蔵物測定での適用にレベル測定技術を浸透させること
はできない。この新しい技術により生成されるパルスは
広帯域であり、したがって方形波パルスではない。ま
た、生成されたパルスはきわめて低い電力レベルを有し
ている。その種のパルスは１００ＭＨｚまたはそれ以上
の周波数であり、約１ｎＷまたはそれ以下の平均電力レ
ベルを有している。これらの要因によって新たに引き起
こされる問題点とは、プローブに沿ってパルスを伝送し
て戻し、戻ってきたパルスを処理して評価するというこ
とを克服しなければならない点である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、このように低電力の高周波パルスをプローブに沿
って伝送し、それらのパルスを戻すように構成されたセ
ンサ装置における信号処理方法および処理装置を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、プロセス変量により形成された有効な反射パルスを
検出するため、ＴＤＲ信号の最大値反射パルスを検出す
る技術、ＴＤＲ信号の導関数を算出して微分ＴＤＲ信号
の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの位置を求める技
術、初期境界信号を形成してベースライン信号を求める
技術、該ベースライン信号の導関数を算出して該ベース
ライン信号の導関数の絶対最大値と隣り合うゼロクロス
の時間位置を求める技術、のうち、少なくとも２つの異
なる技術を用いてＴＤＲ信号を処理し、少なくとも２つ
の独立した結果を算出するステップと、前記少なくとも
２つの独立した結果に対し重み付け係数を与え、少なく
とも２つの重み付けられた出力結果を形成するステップ
と、前記少なくとも２つの重み付けられた出力結果を比
較するステップと、該比較ステップに基づき、前記少な
くとも２つの重み付けられた出力結果から有効な出力結
果を選択するステップを有することを特徴とする、時間
領域反射測定信号を処理する方法により解決される。
【００１１】さらに本発明の課題は、請求項１１，１
４，２０，２２，３０，３３，３４，３５に記載の特徴
を有する方法および装置により解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】低電力の高周波パルスをプローブ
に沿って伝送し、それらのパルスを戻すように構成され
た妥当なセンサ装置は、ともに懸案中のアメリカ合衆国
特許出願第０８，５７４，８１８号明細書、"Sensor Ap
paratus for Process Measurement”、１９９５年１２
月１９日出願、およびアメリカ合衆国特許出願第０８，
７３５，７３６号明細書、”Sensor Apparatus for Pro
cess Measurement”１９９６年１０月２３日出願、にも
記載されており、これらの明細書は本出願の参考文献と
する。
【００１３】これらのセンサ装置はプロセス容器および
貯蔵容器内の物質のレベル測定に殊に適合したものであ
るが、これに限定されるものではない。このセンサ装置
を流動性、組成、誘電率、水分率等のような他のプロセ
ス変量の測定にも利用できることは自明である。本明細
書中で用いられている用語”容器”は、パイプ、シュー
ト、ビン、タンク、リザーバあるいは他のあらゆる貯蔵
容器のことも指す。このような貯蔵容器には、燃料タン
クや多数の車両用ないし自動車用流体貯蔵システムすな
わちエンジンオイル、圧媒液、ブレーキ液、ワイパー
液、冷却液、パワーステアリング液、トランスミッショ
ン液および燃料のためのリザーバも含ませることができ
る。
【００１４】本発明によれば、慣用の同軸ケーブルまた
デュアル伝送ラインに代わるものとして安価な単一導体
伝送ラインに沿って電磁エネルギーが伝えられる。Ｇ線
路は、経済的なロッドまたはケーブルプローブ（つまり
ツインまたはデュアル導体の手法の代わりとなる単一導
体）が望まれるような、レベル測定センサのための適用
事例に向いている。単一導体による手法によって、新し
いパルス生成および検出技術の利点が得られるだけでな
く、経済的な容量式レベルプローブと同じようにプロー
ブを構成することができる。
【００１５】本発明は殊に、導体からの戻りパルスを処
理し評価するための信号処理装置に関する。低電力で広
帯域のパルスが用いられることから、プロセス変量の有
用な指示を行うための信号処理は困難である。従来の信
号処理技術では、パルスの反射を監視するために簡単な
ピーク検出が用いられているにすぎない。
【００１６】本発明によれば、著しく速い導波パルスの
飛行時間型測定のために構成された信号処理回路が提供
される。超音波レベル測定のような類似のプロセスで用
いられている技術は著しく異なっており、信号特性での
相違点ゆえに電磁導波パルスの検出には不十分である。
たとえば、超音波信号は著しく多くのノイズを伴い、約
１２０ｄＢまたはそれ以上の大きなダイナミックレンジ
を有する。本発明での電磁導波はノイズが小さく、超音
波信号に比べて小さい（１０：１よりも小さい）ダイナ
ミックレンジを有しており、周囲のインピーダンスによ
り変化する。本発明による信号処理装置は、周囲環境の
影響からこのような低電力の信号の適切な反射パルスが
検出されるように構成されている。
【００１７】標準的な電磁反射測定は、時間領域反射測
定（ＴＤＲ）として知られている。レベル測定用のＴＤ
Ｒ装置では、送信パルスとこの送信パルスに続いて生じ
このパルスの送り出し側で受信される反射パルスの飛行
時間型測定が必要とされる。この測定は典型的には、受
信パルスにおける最大振幅の間の時間インターバルを求
めることによって行われる。この時間インターバルの算
出は、送信パルスと受信パルスの間のインターバルを計
数することによりなされる。
【００１８】本発明によれば、センサ装置のプローブエ
レメントと接触状態にある物質の界面により引き起こさ
れる有効な反射パルス信号を求めるための改善された信
号処理装置が提供される。本発明による処理装置は、先
に述べた高速の低電力パルスを処理するのに殊に有用で
ある。この信号処理装置の有利な実施形態によれば、反
射パルスのアナログ出力のディジタルサンプリングに基
づき処理が実行される。しかしながら、同様の信号処理
技術をリアルタイムでアナログ信号に対して適用できる
ことは自明である。
【００１９】温度、湿度、圧力のような周囲環境、電
圧、電流、電力のような電源変動、集積回路の出力に偏
倚を生じさせる高周波／マイクロ波を放射する電力のよ
うな電磁作用、ならびに機械的振動ようなその他の条件
など種々の動作条件の変化によって、電子パラメータや
出力信号に不所望なドリフトが引き起こされる可能性の
あることはよく知られている。本発明によれば、このよ
うな動作条件により引き起こされる信号のドリフトに対
し補償を行う処理手段および処理方法が提供される。
【００２０】本発明の１つの観点によれば、有効なプロ
セス変量に対応する出力結果を形成するために、時間領
域反射（ＴＤＲ）信号を処理する以下のような方法が提
供される。すなわちこの方法は、プロセス変量により生
じた有効な反射パルスを検出するために少なくとも２つ
の異なる技術を用いてＴＤＲ信号を処理し、少なくとも
２つの技術の各々を用いて独立した結果を算出するステ
ップと、これらの少なくとも２つの異なる技術の各々に
より得られた独立した結果に対し重み付け係数を加え
て、重み付けされた出力結果を形成するステップとを有
している。さらにこの方法は、重み付けされた各出力結
果を比較するステップと、重み付けされた各出力結果か
ら前記の比較ステップに基づき有効な出力結果を選択す
るステップも有している。この方法の実施形態によれ
ば、上記の比較ステップには、独立した各結果の各々に
対する重み付け係数の和を算出するステップが含まれて
いる。
【００２１】本発明の別の観点によれば、プロセス変量
により生じた反射パルスに対応する有効な出力結果を形
成するために、複数の反射パルスを有する時間領域反射
測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下のような方法が提供
される。すなわちこの方法は、プロセス変量により生じ
た反射パルスを検出するために第１の方式を用いてＴＤ
Ｒ信号を処理し、第１の出力結果を算出するステップ
と、プロセス変量により生じた反射パルスを検出するた
めに第２の方式を用いてＴＤＲ信号を処理し、第２の出
力結果を算出するステップと、プロセス変量により生じ
た反射パルスを検出するために第３の方式を用いてＴＤ
Ｒ信号を処理し、第３の出力結果を算出するステップと
を有している。さらにこの方法は、これら第１、第２、
第３の結果を比較するステップと、この比較ステップに
基づき有効な出力結果を選択するステップも有してい
る。
【００２２】この方法の実施形態によれば上記の比較ス
テップは、選択ステップに先立ち第１、第２、第３の結
果の各々に対し重み付け係数を加えるステップを有して
いる。さらにこの比較ステップは、それら第１、第２、
第３の結果の各々に対する重み付け係数の和を算出する
ステップも有している。
【００２３】さらにこの実施形態によれば、第１の処理
方式は、ＴＤＲ信号における複数の反射パルスから最大
値反射パルスを検出し、ＴＤＲ信号におけるこの最大値
反射パルスに基づき第１の結果を算出するステップを有
している。さらに第２の処理方式は、ＴＤＲ信号の導関
数を算出し、微分ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うゼ
ロクロスの位置を求め、このゼロクロスに基づき第２の
結果を算出するステップを有している。さらに第３の処
理方式は、初期境界信号を形成し、この初期境界信号を
ＴＤＲ信号から減算することでベースライン信号を求
め、このベースライン信号における最大値反射パルスを
求め、ベースライン信号におけるこの最大値反射パルス
に基づき第３の結果を算出するステップを有している。
【００２４】さらにこの方法は、プロセス変量により生
じた反射パルスを検出するために第４の方法を用いてＴ
ＤＲ信号を処理し、第４の出力結果を算出するステップ
を有している。この場合、比較ステップは第１、第２、
第３ならびに第４の結果を比較する。実施形態によれば
この比較ステップは、選択ステップに先立ちこれら第
１、第２、第３ならびに第４の結果の各々に対し重み付
け係数を加えるステップを有している。さらにたとえば
第４の処理方式は、ベースライン信号の導関数を算出
し、ベースライン信号の導関数における絶対最大値と隣
り合うゼロクロスの時間位置を求め、ベースライン信号
の導関数の絶対最大値と隣り合うこのゼロクロスに基づ
き第４の結果を算出するステップを有している。
【００２５】本発明のさらに別の観点によれば、容器内
のプロセス変量により生じる反射パルスに対応する有効
な出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有す
る時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下の方
法が提供される。この場合、ＴＤＲ信号はセンサ装置に
より生成される。この方法は、プロセス変量が容器内に
存在する前にセンサ装置に対する初期境界信号を形成す
るステップと、検出された初期境界信号を記憶するステ
ップとを有している。さらにこの方法は、ＴＤＲ信号を
検出するステップと、このＴＤＲ信号の複数の反射パル
スのうち最大値反射パルスを検出するステップと、ＴＤ
Ｒ信号のこの最大値反射パルスに基づき第１の出力結果
を算出するステップも有している。さらにこの方法は、
ＴＤＲ信号の導関数を算出するステップと、微分ＴＤＲ
信号の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの位置を求める
ステップと、微分ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うこ
のゼロクロスに基づき第２の出力結果を算出するステッ
プを有している。さらにこの方法は、初期境界信号をＴ
ＤＲ信号から減算することでベースライン信号を求め、
このベースライン信号の最大値を求め、ベースライン信
号のこの最大値に基づき第３の出力結果を算出するステ
ップを有している。またこの方法は、ベースライン信号
の導関数を算出し、ベースライン信号の導関数における
絶対最大値と隣り合うゼロクロスの時間位置を求め、ベ
ースライン信号の導関数における絶対最大値と隣り合う
このゼロクロスに基づき第４の出力結果を算出するステ
ップを有している。さらにこの方法は、第１、第２、第
３ならびに第４の出力結果を比較するステップと、重み
付けされた出力結果からこの比較ステップに基づき有効
な出力結果を選択するステップも有している。
【００２６】この方法の実施形態によれば、上記の比較
ステップは、第１、第２、第３ならびに第４の結果に対
し重み付け係数を加え、重み付けされた結果を形成する
ステップを有している。さらにこの比較ステップは、重
み付けされた結果から有効な出力結果を選択するステッ
プも有している。
【００２７】さらにこの方法の実施形態によれば、選定
された時点で新たな初期境界反射信号を形成し、この新
たな初期境界反射信号を記憶してベースライン信号を更
新するステップも有している。さらに上記の比較ステッ
プに、第１、第２、第３の結果を先行の出力結果と比較
し、選択された量よりも大きく先行の出力結果から隔た
っている特定の結果を無視するようにしたステップを設
けることもできる。
【００２８】本発明のさらに別の観点によれば、プロセ
ス変量により生じた反射パルスに対応する有効な出力結
果を形成するために、複数の反射パルスを有する時間領
域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下のような方法
が提供される。すなわちこの方法は、プロセス変量によ
り生じた反射パルスを検出するために第１の検出方式を
用いてＴＤＲ信号を処理し、第１の出力結果を算出する
ステップと、プロセス変量により生じた反射パルスを検
出するために少なくとも１つの第２の検出方式を用いて
ＴＤＲ信号を処理し、少なくとも１つの第２の出力結果
を算出するステップとを有している。さらにこの方法
は、第１の結果を検査するために、この第１の結果を少
なくとも１つの第２の結果と比較するステップと、この
比較ステップに基づき有効な出力結果を選択するステッ
プも有している。この方法の実施形態によれば、上記の
比較結果は、選択ステップに先立ち第１の結果と第２の
結果の各々に重み付け係数を加えるステップを有してい
る。
【００２９】本発明のさらに別の観点によれば、プロセ
ス変量により生じた反射パルスに対応する有効な出力結
果を形成するために、複数の反射パルスを有する時間領
域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下の装置が提供
される。すなわちこの装置は、プロセス変量により生じ
た反射パルスを検出するために第１の方式を用いてＴＤ
Ｒ信号を処理し、第１の出力結果を算出するための手段
と、プロセス変量により生じた反射パルスを検出するた
めに第２の方式を用いてＴＤＲ信号を処理し、第２の出
力結果を算出するための手段と、プロセス変量により生
じた反射パルスを検出するために第３の方式を用いてＴ
ＤＲ信号を処理し、第３の出力結果を算出するための手
段と、これら第１、第２、第３の結果を比較する手段
と、有効な出力結果を選択する手段とを有している。
【００３０】この装置の実施形態によれば、プロセス変
量により生じた反射パルスを検出するために第４の方式
を用いてＴＤＲ信号を処理し、第４の出力結果を算出す
るための手段が設けられている。この場合、比較手段は
第１、第２、第３ならびに第４の結果を比較する。たと
えばこの比較手段は、第１、第２、第３ならびに第４の
結果の各々に対して重み付け係数を加える手段が設けら
れている。
【００３１】本発明のさらに付加的な観点によれば、プ
ロセス変量により生じた反射パルスに対応する有効な出
力結果を形成するために、複数の反射パルスを有する時
間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下の装置が
提供される。すなわちこの装置は、プロセス変量により
生じた反射パルスを検出するために第１の検出方式を用
いてＴＤＲ信号を処理し、第１の出力結果を算出する手
段と、プロセス変量により生じた反射パルスを検出する
ために少なくとも１つの第２の検出方式を用いてＴＤＲ
信号を処理し、少なくとも１つの第２の出力結果を算出
する手段と、第１の結果を検査するためにこの第１の結
果を少なくとも１つの第２の結果と比較する手段と、こ
の比較に基づき有効な出力結果を選択する手段とを有し
ている。
【００３２】この装置の実施形態によれば上記の比較手
段は、第１の結果と第２の結果の各々に対し重み付け係
数を加える手段を有している。
【００３３】本発明のさらに別の観点によれば、容器内
のプロセス変量に対応する有効な出力結果を形成するた
めに、時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下
の方法が提供される。すなわちこの方法は、プロセス変
量が容器内に存在する前に初期境界信号を形成するステ
ップと、この初期境界信号を記憶するステップと、ＴＤ
Ｒ信号を検出するステップとを有している。さらにこの
方法は、初期境界信号をＴＤＲ信号から減算することで
ベースライン信号を求めるステップと、このベースライ
ン信号における反射パルスの幅に基づく時間範囲を有す
る信号パターンを形成するステップと、ベースラインに
おける反射パルスがこの信号パターンと整合するまでベ
ースライン信号をこの信号パターンと比較するステップ
も有している。
【００３４】さらに本発明の別の観点によれば、容器内
のプロセス変量に対応する有効な出力結果を形成するた
めに、時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する以下
の方法が提供される。すなわちこの方法は、プロセス変
量が容器内に存在する前に初期境界信号を形成するステ
ップと、この初期境界信号を記憶するステップと、ＴＤ
Ｒ信号を検出するステップとを有している。さらにこの
方法は、初期境界信号におけるポイントとＴＤＲ信号に
おける対応のポイントを求めるステップと、初期境界信
号におけるポイントをＴＤＲ信号における対応のポイン
トから減算することで補正係数を算出するステップと、
有効なＴＤＲ信号を形成するため、この補正係数をＴＤ
Ｒ信号に加えるステップとを有している。さらにこの方
法は、初期境界信号を有効なＴＤＲ信号から減算するこ
とでベースライン信号を求めるステップも有している。
【００３５】この方法の実施形態によれば、第１の処理
方式は、ベースライン信号を信号パターンと比較する前
に閾値電圧を形成するステップと、反射パルスの負の進
行成分を正の進行成分へ変換するステップを有してい
る。さらにこの第１の処理方式において、信号パターン
を形成するステップには、閾値電圧に近い時間範囲内に
ある少なくとも４つのポイントを求めるステップが設け
られており、ベースライン信号を信号パターンと比較す
るステップには、４つのポイントが閾値電圧に近い反射
パルス上にあるような反射パルスをサーチするステップ
が設けられている。
【００３６】さらに別の実施形態によれば第２の処理方
式は、有効なＴＤＲ信号を形成するため補正係数をＴＤ
Ｒ信号に加える前に、補正係数を正の値に変換するステ
ップを有している。
【００３７】これら両方の方式においてこれらの処理方
式には、ベースライン信号の最大値を求めるステップ
と、この最大値に基づき出力結果を算出するステップと
が設けられている。
【００３８】本発明のさらに別の観点によれば、容器内
のプロセス変量に対応する有効な出力結果を形成するた
めに、複数の反射パルスを有する時間領域反射測定（Ｔ
ＤＲ）信号を処理する以下のような装置が提供される。
すなわちこの装置は、プロセス変量が容器内に存在する
前に初期境界信号を形成する手段と、この初期境界信号
を記憶する手段と、ＴＤＲ信号を検出する手段と、初期
境界信号をＴＤＲ信号から減算することでベースライン
信号を求める手段とを有している。さらにこの装置に
は、ベースライン信号における反射パルスの幅に基づく
時間範囲を有する信号パターンを形成する手段と、ベー
スライン信号における反射パルスが信号パターンと整合
するまでベースライン信号をこの信号パターンと比較す
る手段とが設けられている。
【００３９】さらに本発明の別の観点によれば、容器内
のプロセス変量に対応する有効な出力結果を形成するた
めに、複数の反射パルスを有する時間領域反射測定（Ｔ
ＤＲ）信号を処理する以下のような装置が提供される。
すなわちこの装置は、プロセス変量が容器内に存在する
前に初期境界信号を形成する手段と、この初期境界信号
を記憶する手段と、ＴＤＲ信号を検出する手段とを有し
ている。さらにこの装置には、初期境界信号におけるポ
イントとＴＤＲ信号における対応のポイントを求める手
段と、初期境界信号におけるポイントをＴＤＲ信号にお
ける対応のポイントから減算することで補正係数を算出
する手段と、有効なＴＤＲ信号を形成するため補正係数
をＴＤＲ信号に加える手段と、初期境界信号を有効なＴ
ＤＲ信号から減算することでベースライン信号を求める
手段とが設けられている。
【００４０】この装置の実施形態によれば、ベースライ
ン信号の最大値を求める手段と、この最大値に基づき出
力結果を算出する手段とが設けられている。
【００４１】目下のところ本発明を実施するのに最良の
形態を実例として示した有利な実施形態に関する以下の
詳細な説明を考察すれば、当業者にとって本発明のその
他の目的、特徴ならびに利点は明らかである。
【００４２】次に、図面を参照しながら実施例に基づき
本発明を詳細に説明する。
【００４３】
【実施例】図１には、プロセス測定のための表面波伝送
ラインセンサ装置の動作が図式化されて示されている。
このセンサ装置１０は、貯蔵容器１４内におかれている
第１の媒体１１と第２の媒体１２との界面のようなプロ
セス変量のレベル測定での使用に適したものである。実
例として第１の媒体１１は空気であり、第２の媒体は液
体またはその他の物質のようなプロセス変量である。
【００４４】本発明によれば、単一導体伝送ラインつま
りプローブエレメント１８を容器１４の頭部面２０に取
り付けるための機械的な取付装置１６が設けられてい
る。この機械的な取付装置１６によって、トランシーバ
２２はパルスを矢印２４の方向でプローブエレメント１
８へ伝送できるようになる。液体表面のような第１の媒
体１１と第２の媒体１２の界面２６にパルスが到達する
と、反射パルスが矢印２８の方向でプローブエレメント
１８に沿って反射する。
【００４５】トランシーバ２２は処理回路と接続されて
おり、この処理回路によって反射パルスが検出され戻っ
てきたパルスが評価されて、容器１４内の第２の媒体１
２のレベルを表す出力信号が生成される。有利には、ト
ランシーバ２２は、約１ｎＷまたはそれ以下あるいは約
１μＷまたはそれ以下のピーク電力のように著しく低い
平均電力レベルで広帯域のパルスを伝送する。このパル
スの周波数は１００ＭＨｚまたはそれ以上であるとよ
い。
【００４６】トランシーバ２２は送信パルス発生器３０
を有しており、これによって一連の高周波パルスが生成
され、それらのパルスはケーブル３２を介して取付部１
６へ伝送される。トランシーバ２２は、送信パルス発生
器３０と接続された逐次遅延発生器３２も有している。
さらにこの逐次遅延発生器３２には、サンプルパルス発
生器３４が接続されている。また、サンプルパルス発生
器３４にはサンプル＆ホールドバッファ３６が接続され
ており、これはケーブル３７と接続されている。実例と
してトランシーバ２２は、Livermore, California にあ
る Universityof California の Lawrence Livermore N
ational Laboratory によって開発されたマイクロ波広
帯域パルスレーダ送信機とすることができる。しかし、
本発明による信号処理装置とともに他のトランシーバ２
２を使用することもできるのは自明である。
【００４７】上述のように、取付装置１６は低電力の高
周波パルスが伝送され受信されるように独特に設計する
必要がある。参考文献として先に挙げた懸案中の特許出
願によれば、トランシーバ２２のための適切な取付装置
１６が得られる。エレクトロニクスおよび処理回路を、
取付装置１６とは隔たった遠隔取付位置に配置させても
よいのは自明である。ライン３８上のトランシーバ２２
からの出力は増幅器４０へ供給される。増幅器４０から
の出力により、ライン４２上にＴＤＲアナログ信号が生
じる。本発明の有利な実施形態ではディジタルサンプリ
ングシステムを用いてアナログ出力信号に対してディジ
タル信号処理を行っているが、本発明による処理装置を
じかにアナログ信号を処理するように構成することもで
きる。
【００４８】本発明の場合、アナログ／ディジタル変換
器４４が増幅器４０に接続されている。さらにアナログ
／ディジタル変換器４４の出力側は、マイクロプロセッ
サ４６の入力側と接続されている。実施形態によればマ
イクロプロセッサ４６はたとえば、モトローラから入手
可能なＭＣ６８ＨＣ７１１Ｅ９である。しかしながら、
本発明によれば他の適切なマイクロプロセッサを用いる
こともできるのは自明である。マイクロプロセッサ４６
は、高速クロックと低速クロックの両方を供給するため
に用いられる。マイクロプロセッサ４６により供給され
約２ＭＨｚの方形波であるＰＲＦクロックは、送信パル
ス発生器３０へ供給される。マイクロプロセッサ４６は
同期発振器としても構成されており、これはたとえば約
４０Ｈｚの周波数を有する方形波を供給する。同期発振
器は逐次遅延発生器３２と接続されている。
【００４９】さらにマイクロプロセッサ４６は、ＲＡＭ
４８およびＥＥＰＲＯＭ５０とも接続されている。マイ
クロプロセッサ４６の出力端子は出力側５２と接続され
ている。実例として、出力側５２から４〜２０ｍＡの出
力信号が供給され、これによって第１の媒体１１と第２
の媒体１２との間の界面２６のレベルの指示が行われ
る。
【００５０】増幅器４０からのＴＤＲアナログ信号は、
伝送ライン系上を伝わるリアルタイム信号の等価時間信
号（ＥＴＳ）である。ＥＴＳはディジタルサンプリング
により時間的に伸張され、これにより信号のコンディシ
ョニングおよび処理のために慣用のハードウェアを用い
ることができるようになる。本発明による信号処理装置
には、有効なパルスの反射をリアルタイムのものかＥＴ
Ｓからのものかについて判定する手段が設けられてい
る。このことで頭部面２０、底部面２１、センサ送り出
しプレートまたはプローブエレメント１８の端部１９に
対し相対的に媒体１１および１２の位置に関する情報を
求めるためのフレキシビリティが得られる。プロセス物
質の位置に関する情報は、伝送ライン上のインピーダン
スの不連続性に起因する信号の反射および後続の信号処
理により導出される。
【００５１】ケーブル３７、取付部１６およびプローブ
エレメント１８を含む伝送ラインの信号応答特性は、生
得的な伝送設計特性と境界条件の変化により生じるイン
ピーダンスの変化とに依存する。そのような境界条件
は、センサ環境における変化を求めるために用いられ、
測定される量産プロセス物質の量または位置に直接的ま
たは間接的に関係する。所定の位置におけるセンサのイ
ンピーダンスは、センサの環境またはセンサとその信号
とその周囲状況との相互作用に起因する境界条件の変化
とともに変わる可能性がある。
【００５２】図２には、増幅器４０からの時間領域反射
測定（ＴＤＲ）アナログ信号の実例が示されている。図
２によれば、取付部１６におけるインピーダンス変化に
より、最初の大きな電圧変動ないしパルス５４が生じて
いる。有利な実施形態によれば、取付部１６はこのイン
ピーダンス変化を基準反射パルスとして供給する。図２
における２番目の反射パルス５６は、容器１４内の生得
的な妨害により生じる。この妨害反射５６は、梯子や
扉、溶接継ぎ目、材料の盛り上がりあるいは容器１４の
その他の内部的要因による可能性がある。３番目の反射
パルス５８は、第１の媒体１１と第２の媒体１２との間
の界面により形成される。４番目の反射パルス６０は、
プローブエレメント１８の端部１９により形成される。
【００５３】本発明によれば、所定の時点または既知の
境界条件下でのセンサ性能の特徴づけあるいは記録によ
り信号処理機能の初期化が行われ、これによりこの初期
の特徴づけを初期の境界条件として用いることができ
る。換言すれば、基準ないし初期境界信号が測定され記
憶されてから、第１および第２の媒体１１，１２が容器
１４内におかれる。
【００５４】図３には、初期境界信号（Ｉ．Ｂ）の実例
が示されている。初期境界信号は、第１の媒体１１と第
２の媒体１２との間の界面２６に起因して有効なインピ
ーダンス変化を引き起こす反射パルスの測定を補助する
ために利用される。図３の場合、最初の電圧ピークない
し反射パルス６２は、容器１４内の妨害により引き起こ
される。図３のパルス６２は図２のパルス５６に対応
し、図３のパルス６４はプローブエレメント１８の端部
１９に対応するものである。
【００５５】センサの特徴づけには工場での較正、周囲
環境の特徴づけまたはプローブマッピング、およびセン
サの再特徴づけまたは再較正を含めることができる。こ
のような特徴づけは、最適な性能を得るため複数の初期
化手順のうちの１つだけを用いることができるように、
あるいはそれらの組み合わせを用いることができるよう
にして行える。容器１４内での取り付けのような設置環
境の内部または外部でのセンサおよびその信号の特徴づ
けを、センサの初期境界条件と称する。
【００５６】工場での較正には安定した既知の周囲環境
でのセンサ性能の特徴づけを含めることができ、これに
よってシステム性能に対するベースラインが得られる一
方、現場での据え付けにおいて現れる影響や作用は考慮
されなくなる。タンクまたは容器１４内にセンサを取り
付けるというような現場での据え付けは、センサに対す
る新たな境界件のための環境を表し得るものであって、
これは容器によって引き起こされ、あるいはセンサと容
器の内容物との相互作用によりセンサ応答特性に影響を
及ぼす容器の不変の内容物により引き起こされるもので
ある。
【００５７】本発明によればセンサの自動的な再特徴づ
けまたは手動による再特徴づけが行われ、これは新たな
ベースラインまたはプローブマップを再形成するために
行うことができ、これによってそれらの周囲環境の変化
を測定中に所望のプロセス変量を表す有効な信号のため
に用いることができるようになる。
【００５８】本発明による信号処理装置の第２フェーズ
において、導体に沿ったインピーダンスの変化の有効な
信号応答特性により生じるパルス反射の検出が行われ
る。換言すればこの処理装置は、プローブエレメント１
８と接触している第１の媒体１１と第２の媒体１２との
間の界面２６により引き起こされるインピーダンスパル
スの反射の位置を定める。インピーダンス変化に起因す
る位置情報を定めるために多数の数学的技術を利用する
ことができ、その際、このようなインピーダンス変化に
より、プローブエレメント１８に沿ったインピーダンス
変化の原因の位置に対し時間的に関連する信号反射が生
成される。
【００５９】インピーダンス変化の検出には、図２で示
したＴＤＲアナログ出力信号に対して加えられる以下の
技術の１つまたは複数を含ませることができる。１つの
検出方法は、時間的に整列されたＴＤＲ信号のピーク振
幅検出であり、これは図４に示されている。換言すれば
図４の信号は、取付部１６におけるインピーダンス変化
により生じた最初の反射パルス５４の時点として時点０
がセットされるようにシフトされている。図４の場合、
反射パルス６６は、容器１４内の妨害により引き起こさ
れたものである。２番目の反射パルス６８は、界面２６
により引き起こされたものである。そして３番目の反射
パルス７０は、プローブエレメント１８の端部１９によ
り引き起こされたものである。
【００６０】別の検出技術は、図４の時間的に整列され
たＴＤＲ信号の第１次導関数信号の正のピーク後の最初
のゼロクロスを求めることである。図５にはこの微分信
号が示されている。この場合も、最初の反射パルス７２
は容器１４内の妨害によるものである。２番目の反射パ
ルス７４は界面２６によるものであり、３番目の反射パ
ルス７６はプローブエレメント１８の端部１９によるも
のである。この技術を用いることで処理装置によりピー
ク反射パルスの最大絶対値が求められ、これは位置７８
に例示されている。絶対値の最大のものが負の値であれ
ば、位置８０における先行のゼロクロスが界面２６の位
置であると判定される。そして絶対値の最大のものが正
のピークであれば、次に続くゼロクロスが界面２６の指
示として用いられる。
【００６１】有効な界面２６を求めるためのさらに別の
技術は、ベースライン信号の利用である。図６にはベー
スライン信号が示されている。ベースライン信号は、図
３の初期境界信号を図４の時間的に整列されたＴＤＲ信
号から減算することにより求められる。したがって、容
器１４内の妨害により引き起こされるパルス反射６６
は、初期境界パルス反射６２により消去される。このた
め図６の場合、最初のパルス反射８２は、第１の媒体１
１と第２の媒体１２との間の界面２６により引き起こさ
れたものとなる。反射パルス８４は、プローブエレメン
ト１８の端部１９により引き起こされたものである。そ
して処理装置により、界面２６により引き起こされたパ
ルス反射として最大の正のピーク８６の時間が求められ
る。
【００６２】界面２６の目下の位置を求めるためのさら
に別の技術は、図６のベースライン信号の第１次導関数
信号を利用することである。図７にはベースライン信号
の導関数が示されている。この場合も最初の反射パルス
８８は、第１の媒体１１と第２の媒体１２との間の界面
２６によるものである。２番目の反射パルス９０は、プ
ローブエレメント１８の端部１９により引き起こされた
ものである。そして処理装置により、反射パルス８８の
ピーク絶対値９２が求められる。このピーク絶対値は負
の電圧に対応づけられているので、処理装置は最初の先
行のゼロクロス９４を界面２６に対する時間として扱
う。最大の絶対値が正のピークであったならば、界面レ
ベルとして次の後続のゼロクロスが用いられる。
【００６３】本発明のいくつかの実施形態では上述の技
術の２つまたはそれ以上の組み合わせが用いられ、この
ことで界面２６の有効な検出に関するデータの検証が行
われる。界面２６の位置変化の妥当性を実証するため
に、そしてこの変化がセンサの近くで目下用いられてい
るプロセス条件内で可能であるかを検証するために、信
号の短期間の履歴を使用することもできる。
【００６４】本発明の１つの有利な実施形態によれば、
上述の４つの技術ないし方式の各々を用いることで、第
１の媒体１１と第２の媒体１２との間の界面に起因する
有効なインピーダンスの不連続正の位置が処理装置によ
り求められる。各方式には重み付け係数が割り当てられ
ている。実施形態によれば、図６に示されているベース
ライン信号の計算のために１．１の重み付け係数が割り
当てられているのに対し、他の３つの技術については
１．０の重み付け係数が割り当てられている。これらの
重み付け係数によって、４つの方式間での一致の程度を
示す手段が得られる。センサにより検出され計算された
境界条件によって、４つの検出方式すべてでは実質的な
一致がみられないというような具合で４つの方式の間で
矛盾がもたらされた場合、有効な結果はそれらの検出方
式のうち２つまたは３つの間で実質的な一致が得られて
いるか否かによって決まる。４つの方式すべてによる有
効なインピーダンスパルスの検出において著しい偏差が
生じていれば、最も大きい重み付け係数を有する方式が
有効な検出として用いられる。
【００６５】本発明によればマイクロプロセッサ４６
は、上述の４つの方式の各々を用いて界面２６に起因す
る有効なインピーダンス変化の位置を計算するソフトウ
ェアによってプログラミングされている。図８には、有
効信号を求めるために本発明のマイクロプロセッサ４６
により実行されるステップが示されている。マイクロプ
ロセッサ４６はまず最初に、図示されているようにブロ
ック１００において初期化される。信号処理装置の動作
モードはブロック１０２に示されている。
【００６６】第１の動作モードは、図３で示した初期境
界（Ｉ．Ｂ）信号を設定して記憶させることである。こ
の初期境界信号が生成されてから、プロセス物質が容器
１４内に入れられる。マイクロプロセッサ４６はまずは
じめに、ブロック１０４で示されているように入力初期
境界信号を受信する。次にそれらのデータはブロック１
０６で示されているように、取付部１６により引き起こ
される初期インピーダンス変化に基づき時間的に整列さ
れる。そしてブロック１０８に示されているようにマイ
クロプロセッサ４６は、時間的に整列された初期境界条
件に関するデータをＥＥＰＲＯＭ５０に記憶させる。初
期境界信号が記憶されると、マイクロプロセッサ４６は
ブロック１０２の動作モードブロックへ戻る。
【００６７】１つの実施形態によれば、本発明の信号処
理装置は、センサ装置１０を容器１４に最初に据え付け
ている間だけ手動で初期境界条件を形成することができ
るように構成されている。別の実例によれば、初期境界
条件は信号処理装置の動作中、所定の時点で更新させる
ことができる。
【００６８】この信号処理装置の通常動作中、ブロック
１１０で示されているようにマイクロプロセッサ４６は
入力ＴＤＲ信号を受信する。この入力ＴＤＲ信号は、図
２で示したＴＤＲアナログ信号がアナログ／ディジタル
変換器４４を経ることで得られたディジタル表現値であ
る。ここでは図２〜図７に記載のアナログ信号を参照し
て説明していくが、本発明によるマイクロプロセッサ４
６がこれらの信号のディジタル表現値を利用することは
自明である。また、本発明によればアナログ信号を処理
するためにアナログ処理装置を利用できることも自明で
ある。
【００６９】次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック
１１２で示すとおりＴＤＲ信号の時間的な整列を行う。
換言すればマイクロプロセッサ４６は、図２で示した最
初の大きな反射パルス５４により指示される取付部１６
の妨害位置で時間ゼロが始まるよう、入力ＴＤＲ信号の
時間シフトを行う。
【００７０】この実施形態によればマイクロプロセッサ
４６は、第１の媒体１１と第２の媒体１２との間の界面
２６を表す有効なパルス反射の位置を示すために、４つ
の異なる検出方式を利用する。第１の方式によればマイ
クロプロセッサ４６は、図８のブロック１１４に示され
ているように（図４に示した）時間的に整列されたＴＤ
Ｒ信号のピーク反射パルスを検出する。図４のピーク７
１は、界面２６に相応する有効な反射パルスである。し
かしながらこの実例によるピーク検出ステップによれ
ば、ピーク１１５が有効なピークであると判定されるこ
とになる。ピーク１１５は実際には、有効パルスに対す
る容器１４内の妨害に相応するものである。このこと
は、時間的に整列されたＴＤＲ信号のピーク検出方式を
単独で用いると、何らかの不精確さが生じる理由を説明
するものである。次にマイクロプロセッサ４６は図８の
ブロック１１６に示されているように、最大パルス値の
位置に対応する時間を求める。そしてこの時間の値は、
容器１４の頭部面２０と界面２６との間の距離に変換さ
れる。このステップはブロック１１８に示されている。
次に、第１の検出方式を用いて計算されたこの距離の結
果が記憶される。
【００７１】センサにおけるインピーダンス変化の時間
位置が導出されたとき、検出された時間をプロセス変量
の界面２６の位置と等価の距離に変換するために利用で
きる多数の技術があることは自明である。各インピーダ
ンス変化の間における時間インターバルは数学的な関係
を有しており、その際、インピーダンス変化の間におけ
る時間関係は光の速度に比例し、対象物質の相対的誘電
率の連続関数である。第１の媒体１１が空気であれば、
誘電率は実質的に１．０に等しい。この場合、物質の誘
電特性と周囲環境とに関する連続関数関係を適用するこ
とで、インターバルのための時間を補正できる。
【００７２】既知の長さのセンサないし導体を用い、物
質の界面からプローブエレメント１８の端部１９までの
パルス移動時間の関係の変化を利用するような他の技術
も用いることができる。換言すれば、有効なインピーダ
ンスパルスの位置が求められれば、界面２６のレベルを
求めるためにインピーダンス境界とプローブエレメント
１８の端部１９との間の時間または距離を利用できる。
既知の長さを有するセンサの場合、物質界面２６からプ
ローブエレメント１８の端部１９までの差分時間インタ
ーバルは、物質の誘電率における連続関数関係により分
けられた物質１２の濃度に比例して変化する。プローブ
エレメント１８が容器１４に対し固定された位置を有す
るものとすれば、物質のレベルあるいは物質の濃度は、
センサ位置に対し相対的にずれている。この比例関係
は、単純な数式を用いることで求められる。
【００７３】同様に、各物質の相対的な誘電率が既知で
あれば、各物質のレベルを求めるために複数の物質層を
通過するセンサ上のパルスの移動速度を利用できる。セ
ンサが容器１４に対して相対的に一定の位置を有してい
れば、各物質の位置をセンサの位置に対するずれによる
時間微分の関数として求めることができる。また、既知
の距離にマーカを有するようにセンサを構成することも
でき、これによって較正のためおよび／または物質の誘
電値を求めるために利用可能な信号反射が生成される。
【００７４】ブロック１２０に示されているようにマイ
クロプロセッサ４６は、時間的に整列されたＴＤＲ信号
の導関数も計算する。図５には、この微分信号のアナロ
グ表現値が示されている。この場合、マイクロプロセッ
サ４６は、信号の絶対最大値に隣り合う最初のゼロクロ
スの位置を求める。最大値が正の値から得られたもので
あれば、マイクロプロセッサ４６はこの正のピークの後
に続く次のゼロクロスを求める。絶対値の最大値が負の
値から得られたものであれば、マイクロプロセッサ４６
は検出された絶対値の最大値よりも前の最初のゼロクロ
スを求める。このステップはブロック１２２に示されて
いる。次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１２４
に示されているように検出されたゼロクロスに対応する
時間値を求める。そしてブロック１２６に示されている
ようにこの時間値は、第１の媒体１１と第２の媒体１２
との間の界面２６のレベルに対応する距離に変換され
る。次に、第２の検出方式を用いて計算された距離が記
憶される。
【００７５】第３の検出方式においてマイクロプロセッ
サ４６はブロック１２８に示されているように、ＥＥＰ
ＲＯＭ５０に格納されている初期境界信号（図３）を図
４にアナログ形態で示されている時間的に整列されたＴ
ＤＲ信号から減算することにより、ベースライン（Ｂ
Ｌ）信号を算出する。このベースライン信号は図６にア
ナログ形式で示されている。次にマイクロプロセッサ４
６はブロック１３０に示されているように、ベースライ
ン信号の正の最大値の位置を求める。この正の最大値は
図６の位置８６に示されている。次にマイクロプロセッ
サ４６はブロック１３２に示されているように、検出さ
れた正の最大値に対応する時間値を求める。そしてブロ
ック１３４に示されているようにマイクロプロセッサ４
６はこの時間値を、第１の媒体１１と第２の媒体１２と
の間の界面２６の位置を表す距離変化に変換する。次
に、第３の検出方式を用いて計算された距離が記憶され
る。
【００７６】第４の検出方式の場合、マイクロプロセッ
サ４６はブロック１３６に示されているように、ベース
ライン信号の第１次導関数を生成する。図７には、ベー
スライン信号の第１次導関数のアナログ表現値が示され
ている。次にマイクロプロセッサ４６はブロック１３８
に示されているように、絶対値の最大値に隣り合うゼロ
クロスの位置を求める。絶対値の最大値が正の値から得
られたものであれば、次に続くゼロクロスが用いられ
る。絶対値の最大値が負の値からのものであれば、界面
２６の位置として先行の最初のゼロクロスが用いられ
る。そしてマイクロプロセッサ４６は、ブロック１４０
でゼロクロスの時間位置を求める。図７では実例とし
て、負のピーク９２と隣り合う最初の先行のゼロクロス
９４が時間位置として用いられる。次にマイクロプロセ
ッサ４６は、ブロック１４２に示されているように時間
変化を求める。そしてブロック１４４に示されているよ
うにこの時間変化は距離変化に変換され、これにより第
１の媒体１１と第２の媒体１２との間の界面２６のレベ
ルが表される。次に、第４の検出方式を用いて計算され
たこの距離変化が記憶される。
【００７７】次にマイクロプロセッサは、ブロック１４
６に示されているように上述の４つの方式の各々からの
検出された距離の妥当性についてチェックする。距離変
化の各々は所定の感度レベルたとえば１ｍｍまでまるめ
られる。４つの方式の各々から得られて記憶された４つ
の結果がすべて同じであれば、マイクロプロセッサ４６
は有効出力が求められと判定する。したがってマイクロ
プロセッサはブロック１５０に示されているように、そ
の出力を適切な形式に整えてその結果を出力側５２へ送
る。
【００７８】４つの検出方式から得られて記憶された結
果がそれぞれ異なるならば、マイクロプロセッサ４６は
ブロック１５２に示されているように、検出方式の各々
のために形成された重み付け係数を考慮する。この時点
でマイクロプロセッサ４６は、記憶されている４つの方
式の結果を先行の結果と比較することができる。この場
合、記憶されている４つの結果のいずれかが所定の量よ
りも大きく先行の結果から隔たっていれば、マイクロプ
ロセッサは記憶された結果を無視していよい。さらにマ
イクロプロセッサ４６はブロック１５４に示されている
ように、重み付けされた結果の和を形成する。マイクロ
プロセッサ４６により形成されたこの和の実例を以下に
示す。この場合、マイクロプロセッサ４６はブロック１
５６で、重み付けされた結果を用いて界面２６からの有
効インピーダンス反射として最も適切な距離を選択す
る。
【００７９】プロセス測定における重み付け係数の作用
を実例として示すために３つの異なる実例を挙げた。
【００８０】
【表１】
【００８１】実例１の場合、レベルに対する検出結果つ
まり界面２６の距離Ｘの各々が異なっている。この実例
の場合、最大の重み付け係数によって、最大検出ベース
ライン値の用いられることが表されている。したがって
マイクロプロセッサ４６により選択された結果は３７．
１ｃｍである。
【００８２】実例２の場合、最大ベースライン方式は依
然として３７．１ｃｍの距離を示している。しかしなが
らＴＤＲ信号の微分方式およびベースライン信号の微分
方式の双方とも、結果は３７．３ｃｍとなっている。こ
のため２つの同じ結果をいっしょに合わせれば、３７．
３ｃｍの距離は２．０の重み付け係数を有することにな
る。ピークＴＤＲ信号方式による距離３６．９ｃｍは
１．０の重み付け係数を有している。さらに最大ベース
ライン方式による距離３７．１ｃｍは１．１の重み付け
係数を有している。したがってマイクロプロセッサ４６
は図８のブロック１５６の選択ステップにおいて、２．
０である最大の重み付け係数を選択し、３７．３ｃｍと
いう対応の距離結果を選択する。
【００８３】実例３の場合、ピークＴＤＲ方式および最
大ベースライン方式の双方により３７．１ｃｍの距離が
得られた。そして微分ＴＤＲ方式および微分ベースライ
ン方式の双方により、３７．３ｃｍの結果が得られた。
このため距離３７．１ｃｍは２．１の重み付け係数を有
するのに対し、距離３７．３ｃｍは２．０の重み付け係
数を有することになる。したがってマイクロプロセッサ
４６はブロック１５６における選択ステップにおいて、
３７．１ｃｍという結果を選択する。
【００８４】本発明によれば他の検出技術を用いること
ができるのは自明である。また、必要に応じてそれらそ
の他の検出技術のうちの１つに対し最大の重み付け係数
を適用することもできる。代案となる１つの実施形態に
よれば、検出技術の各々にぞれぞれ異なる重み付け係数
を割り当てることもできる。そのような重み付け係数
は、適用事例での知識ならびに経験に基づき選定されて
与えられる。有効な界面２６を求めるためのさらに別の
技術は、図６で示したベースライン信号を利用したパタ
ーン認識である。このパターン認識技術は、図６で示し
た反射パルス８２の全体のパターンと、反射パルス８２
が閾値電圧に達した後にとられる複数のサンプルポイン
トを利用する。各ポイントのタイミングは、有効である
とみなせるパターンについては所定の境界内になければ
ならない。この技術は、ノイズその他の現象により生じ
る信号パルススパイクに起因する誤った読み取り防ぐ点
で、既存のピーク検出方式よりも改善されたものであ
る。
【００８５】図９を参照すると、反射信号２００は正の
進行成分２０２と（破線で示された）負の進行成分２０
４を有しており、ほぼ正弦波形状である。ベースライン
反射信号２００は、図６に示されているように０Ｖを中
心にセンタリングされている。
【００８６】有効な界面２６を求めるためのベースライ
ン方式の場合、反射信号２００における正の進行成分２
０２の中心（つまりプロセス物質レベル）は、閾値２１
０を考慮して反射信号２００の正の進行成分２０２にお
ける２つのポイント２０６および２０８を識別すること
により求められる。これらのポイント２０６および２０
８の中央の点が、反射信号２００における正の進行成分
の中心である。負の進行成分２０４上のポイントはゼロ
で置き換えられる。
【００８７】このパターン認識技術の場合、負の進行成
分上のポイント２０６はゼロで置き換えられない。その
代わりに負のポイントは、２の補数の技術を用いること
でそれらの絶対値に変換される。負の符号の付された数
値の絶対値を求めることに関して２の補数の技術は当業
者によく知られており、これについては普通の教科書で
説明されている。たとえば、Saunder's College Publis
hing (a division ofHolt,Rinehart and Winston) によ
り１９９０年に刊行された教科書 "DigitalConcepts &
Applications", p.225 を参照。２の補数の技術を利用
した結果は第２の正の進行成分２１２であり、これによ
って２つの正の進行ピーク２０２および２１２が生成さ
れる。
【００８８】このパターン認識技術によれば、プロセス
物質のための有効な界面２６は、全体の反射パルス２０
０における４つのポイントパターンと２つの正の進行ピ
ーク２０２，２１２を用いることで求められる。第１の
ポイント２０６が閾値電圧２１０に対して検出された場
合、正の進行ピーク２０２，２１２上の第２のポイント
２０８、第３のポイント２１４および第４のポイント２
１６は、第１のポイント２０６から所定の時間フレーム
内で発生しなければならない。この時間フレームは、有
効な反射パルス２００の全幅２１８により定められる。
上記の４つの点２０６，２０８，２１４，２１６が所定
の時間フレーム内で発生しなければ、この反射パルス２
００は無効であるとみなされる。
【００８９】反射パルス２００が有効であるとわかれ
ば、第１の正の進行ピーク２０２の中心（つまりプロセ
ス物質に対する有効な界面２６）が、第１のポイント２
０６と第２のポイント２０８との間の中央点を計算する
ことで求められる。パターン中のポイント数を必ずしも
４つに制限しなくてもよいことは自明である。本発明の
枠から逸脱することなく付加的なポイントを利用でき
る。
【００９０】周囲環境の変化（温度、湿度、圧力）、電
源の変動（電圧、電流、電力）、電磁的な作用（ＩＣ出
力に偏倚を生じさせる高周波／マイクロ波を放射する電
力）や、機械的振動のようなその他の条件のような動作
条件における変動により、電子的なパラメータおよび出
力信号に不所望なドリフトを引き起こす可能性のあるこ
とはよく知られている。
【００９１】動作条件における上述の変動に起因する反
射信号の時間および電圧のドリフトを補償する目的で、
本発明のさらに別の実施形態によれば、ソフトウェアが
信号処理ループを実行するたびに計算される補正要素な
いし係数が用いられる。次に、この補正要素ないし係数
が各信号サンプルに加えられてから、先に挙げたベース
ライン減算方式が用いられる。
【００９２】図１０を参照すると、初期境界またはプロ
ーブマップの時間的に整列された信号２２０が示されて
おり、これはディジタル化されてマイクロプロセッサに
記憶されたものである。この信号２２０は図３で示した
信号６２に対応する。信号２２０は開始電圧Ｖmin に対
し時間的に整列されており、これは信号２２０における
負の進行成分２２４の開始センタライン２２２上に配置
されている。
【００９３】図１１には、リアルタイムＴＤＲ信号２２
６が初期境界信号２２０に対し時間についても電圧につ
いてもドリフトを有している状況が示されている。この
状況でベースライン手法が用いられた場合、その結果は
有効なものにはならない。このように無効な結果になる
ことは本発明によれば克服し得るものであり、補正要素
または係数を利用してこの信号ドリフトに対し補償が行
われるようにして補正できる。この場合、リアルタイム
ＴＤＲ信号２２６は新たなセンタライン２２８を有し、
これは時間Δｔi だけシフトされており、電圧ΔＶ
compi だけシフトされている。
【００９４】このような補償は、時間および電圧の変動
Δｔi とΔＶcompi を得て、ディジタル化されたリアル
タイムＴＤＲ信号２２６をドリフトΔｔi およびΔＶ
compiにより調整することで達成できる。プローブマッ
プ信号２２０における初期境界の負の進行成分２２４上
の所定のポイント２３０を、リアルタイムＴＤＲ信号２
２６の負の進行成分２３４上の対応するポイント２３２
から減算し、２の補数技術を用いてその結果を反転させ
ることにより、補正係数Ｖcorrが算出される。これによ
って数値Ｖcorrが得られ、これは信号２２０および２２
６のオフセットの極性にかかわらず、リアルタイムＴＤ
Ｒ信号２２６に常に加えられる。この場合、補正係数Ｖ
corrは次式で代数的に表される： Ｖcorr ＝ −(Ｖreal − Ｖpm) ここでＶcorr は補正係数であり、Ｖreal はリアルタイ
ムＴＤＲ信号２２６上のポイント２３２であり、Ｖpm
はプローブマップ信号２２０における初期境界上の対応
するポイント２３０である。
【００９５】補償されたサンプルポイントＶcomp（つま
り有効な信号の中心）は次式により求められる： Ｖcomp ＝ Ｖsample ＋ Ｖcorr ここでＶcomp は補償されたサンプルポイントの値であ
り、Ｖsample は補償されていないポイントの値であ
り、Ｖcorr は補正係数である。
【００９６】時間および電圧におけるこのような補償を
完了することで、ベースライン手法を実行することがで
きる。図１２には、結果としてられるベースライン信号
が示されている。補償されたこの結果によって容易に分
析される有効なパルス反射が得られ、これにより所望の
有効かつ精確なΔｔvalid が得られる。
【００９７】図９〜１２に示したパターン認識技術およ
び補正係数を用いる目的で、マイクロプロセッサ４６に
おいてプログラミングされたソフトウェアは、図１３お
よび図１４に示されているように変更される。図１３お
よび図１４には、ソフトウェア変更の結果としてマイク
ロプロセッサ４６により実行される付加的なステップが
示されている。これらの付加的なステップは、図８で示
したステップ内の適切な個所に挿入される形で示されて
いる。図８中の参照番号に対応する図１３，１４中の参
照番号は、同じステップを表すことを意味する。さらに
図１３、１４には示されていないが、それぞれステップ
１１０と１３０の前後で行われる図８で示したステップ
の残りの部分は、図１３，１４に示されているステップ
と連携して実行されることになるのは自明である。ステ
ップ１３６〜１４０、ステップ１２０〜１２６ならびに
ステップ１１４〜１１８は、パターン認識技術が用いら
れたときには実行されないものである。しかしながらパ
ターン認識技術を伴わずに補正係数を利用することもで
き、その場合には図８におけるステップのすべてを実行
することができる。
【００９８】図１３および図１４を参照すると、ブロッ
ク２５０には補正係数の計算および加算のためのステッ
プが示されており、このステップは図８で示したプロセ
スにおけるブロック１１２と１２８との間で実行され
る。図１４には、ブロック２５０で実行されるステップ
のいっそう詳細な内容が示されている。
【００９９】図１４を参照すると、ブロック１１２にお
いてマイクロプロセッサ４６がＴＤＲ信号の時間的な整
列を行った後、ブロック２５２において上述の式に従っ
て、マイクロプロセッサ４６により初期境界信号２２０
における所定のポイント２３０がリアルタイム信号２２
６上の対応のポイント２３２から減算される。そしてブ
ロック２５４において、マイクロプロセッサ４６はポイ
ント２３２と２３０との間の負の差の値について２の補
数の技術を適用する。
【０１００】２の補数の技術が適用された後、ブロック
２５２で求められた補正係数ＶcorrがリアルタイムＴＤ
Ｒ信号における補償されていないサンプルポイントに加
えられ、これにより補償されたサンプルポイントＶcomp
の値が形成される。その後、マイクロプロセッサ４６
は、初期境界信号を時間的に整列され補正されたＴＤＲ
信号から減算することによりベースライン（ＢＬ）信号
を算出し、これにより図１２にアナログ形態で示したベ
ースライン信号が形成される。なお、ブロック１２３の
後でマイクロプロセッサ４６はブロック１３６、ブロッ
ク１２０、ブロック１１４へ向かうこともできるし、あ
るいは図１３中にブロック２６０で示したパターン認識
技術を用いることもできるのは自明である。
【０１０１】パターン認識技術を用いる場合、マイクロ
プロセッサ４６はまずはじめにブロック２６２におい
て、ベースライン信号２００（図９参照）の負の進行成
分２０４に対し２の補数技術を適用する。その後、マイ
クロプロセッサ４６はブロック２６４において、図９で
示したように（信号の幅２１８に基づき定められた）所
定の４つのポイントパターンをサーチする。所定のパタ
ーンが見つからなければ、マイクロプロセッサ４６は有
効なパターンが見つかるまでベースライン信号サンプル
のサーチを続ける。このステップはブロック２６６で行
われる。有効なパターンが見つかれば、マイクロプロセ
ッサ４６はブロック１３０において、図８で示したよう
な有効なベースライン信号の正の最大値の位置を求め
る。
【０１０２】いくつかの有利な実施形態を参照しながら
本発明を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記載
された本発明の枠内で変形および修正を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体のような容器内のプロセス変量のレベルを
測定するための単一導体レベルセンサと、パルス送信機
および受信機ならびにプロセス変量のレベルを求めるた
めの処理回路を示す図である。
【図２】送信機および受信機により形成される時間領域
反射測定（ＴＤＲ）信号のアナログ信号出力を示す図で
ある。
【図３】プロセス変量が容器内に存在する前の容器内部
の初期境界条件を表すアナログ出力信号を示す図であ
る。
【図４】時間的に整列されたアナログＴＤＲ信号を示す
図である。
【図５】図４の時間的に整列されたＴＤＲ信号のアナロ
グ微分信号を示す図である。
【図６】図３の初期境界信号を図４の時間的に整列され
たＴＤＲ信号から減算したときに得られるアナログベー
スライン信号を示す図である。
【図７】図６のベースライン信号の導関数のアナログ信
号を示す図である。
【図８】プロセス変量により生じた反射パルスに基づく
プロセス変量の目下の有効なレベル指示を得るため、本
発明の処理装置によって実行されるステップを示すフロ
ーチャートである。
【図９】有効なベースライン信号を求めるパターン認識
技術を説明するため、図６で示した信号に対応するアナ
ログベースライン信号を示す図である。
【図１０】図３に対応するアナログ初期境界ないしプロ
ーブマップの時間的に整列された信号を示す図である。
【図１１】図１０で示した初期境界信号に対し動作条件
の変化に起因して生じるリアルタイムの初期境界信号の
ドリフトをアナログ形式で示す図である。
【図１２】図１１で示したドリフトの補償のため、本発
明による補正係数を適用した後のベースライン信号をア
ナログ形式で示す図である。
【図１３】プロセス変量により生じた反射パルスに基づ
きプロセス変量の目下の有効なレベル指示を得るため、
補正係数を求めて適用しパターン認識技術を用いた本発
明による処理装置により実行されるステップを含めた、
図８によるフローチャートの一部分を示す図である。
【図１４】補正係数を算出して初期境界信号に加えるた
め、図１３のブロック１２０で実行されるステップを拡
大して示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ センサ装置 １６ 取付部 １８ プローブエレメント ２２ トランシーバ ３０ 送信パルス発生器 ３２ 逐次遅延発生器 ３４ サンプルパルス発生器 ３６ サンプル＆ホールドバッファ ４０ 増幅器 ４２ Ａ／Ｄ変換器 ４６ マイクロプロセッサ
フロントページの続き (72)発明者 ケネス リー パーデュ アメリカ合衆国 インディアナ フラン クリン サウスセヴンティーフィフス ウエスト 2721 (72)発明者 リチャード ビー スウォーガー アメリカ合衆国 インディアナ プレイ ンフィールド クウェイル リッジ ノ ース 7650 (72)発明者 ドナルド ディー カミングス アメリカ合衆国 インディアナ グリー ンウッド サウス ヘヴン ロード 990 (56)参考文献 特開 平２−90092（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−128424（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−501881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 22/00 - 22/04

Claims (35)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 有効なプロセス変量に対応する出力結果
    を形成するために時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処
    理する方法において、 プロセス変量により形成された有効な反射パルスを検出
    するため、 ＴＤＲ信号の最大値反射パルスを検出する技術、 ＴＤＲ信号の導関数を算出して微分ＴＤＲ信号の絶対最
    大値と隣り合うゼロクロスの位置を求める技術、 初期境界信号を形成してベースライン信号を求める技
    術、 該ベースライン信号の導関数を算出して該ベースライン
    信号の導関数の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの時間
    位置を求める技術、 のうち、少なくとも２つの異なる技術を用いて ＴＤＲ信
    号を処理し、少なくとも２つの独立した結果を算出する
    ステップと、 前記少なくとも２つの独立した結果に対し重み付け係数
    を与え、少なくとも２つの重み付けられた出力結果を形
    成するステップと、 前記少なくとも２つの重み付けられた出力結果を比較す
    るステップと、 該比較ステップに基づき、前記少なくとも２つの重み付
    けられた出力結果から有効な出力結果を選択するステッ
    プを有することを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  2. 【請求項２】 前記比較ステップは、独立した各結果に
    対する重み付け係数の和を算出するステップを有する、
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 プロセス変量により生じた反射パルスに
    対応する有効な出力結果を形成するために、複数の反射
    パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理
    する方法において、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第１の
    出力結果を算出するために、第１の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理するステップと、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第２の
    出力結果を算出するために、第２の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理するステップと、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第３の
    出力結果を算出するために、第３の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理するステップと、 前記の第１、第２および第３の結果を比較するステップ
    と、 該比較ステップに基づき有効な出力結果を選択するステ
    ップを有しており、 前記第１の方式は、ＴＤＲ信号の複数の反射パルスから
    最大値反射パルスを検出し、ＴＤＲ信号の該最大値反射
    パルスに基づき第１の結果を算出するステップを有して
    おり、 前記第２の方式は、ＴＤＲ信号の導関数を算出し、微分
    ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの位置を
    求め、該ゼロクロスに基づき第２の結果を算出するステ
    ップを有しており、 前記第３の方式は、初期境界反射信号を形成し、該初期
    境界反射信号を前記ＴＤＲ信号から減算することにより
    ベースライン信号を求め、該ベースライン信号の最大値
    反射パルスを求め、ベースライン信号の該最大値反射パ
    ルスに基づき第３の結果を算出するステップを有するこ
    とを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  4. 【請求項４】 前記比較ステップは、前記選択ステップ
    に先立ち第１、第２および第３の結果の各々に対し重み
    付け係数を与えるステップを有する、請求項３記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記比較ステップは、第１、第２および
    第３の結果の各々に対する重み付け係数の和を算出する
    ステップも有する、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 ベースライン信号の導関数を算出し、ベ
    ースライン信号の導関数の絶対最大値と隣り合うゼロク
    ロスの時間位置を求め、ベースライン信号における導関
    数の絶対最大値と隣り合うゼロクロスに基づき第４の結
    果を算出するステップが設けられており、前記比較ステ
    ップは第１、第２、第３および第４の結果を比較する、
    請求項３記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ベースライン信号を更新するため
    に、選定された時点で前記初期境界反射信号を再形成す
    るステップが設けられている、請求項３記載の方法。
  8. 【請求項８】 プロセス変量により生じた反射パルスを
    検出して第４の出力結果を算出するために、ＴＤＲ信号
    を処理するステップが設けられており、前記比較ステッ
    プは第１、第２、第３および第４の結果を比較する、請
    求項３記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記比較ステップは、選択ステップに先
    立ち第１、第２、第３および第４の結果の各々に対し重
    み付け係数を与えるステップを有する、請求項８記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 前記比較ステップは、第１、第２、第
    ３の結果を先行の出力結果と比較し、選択された量より
    も大きく該先行の出力結果から隔たっている特定の結果
    を無視するステップを有する、請求項３記載の方法。
  11. 【請求項１１】 容器内のプロセス変量により生じた反
    射パルスに対応する有効な出力結果を形成するために、
    複数の反射パルスを有しセンサ装置により生成された時
    間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する方法におい
    て、 プロセス変量が容器内に存在する前にセンサ装置に対し
    初期境界信号を形成するステップと、 検出された初期境界信号を記憶するステップと、 ＴＤＲ信号を検出するステップと、 該ＴＤＲ信号の複数の反射パルスから最大値反射パルス
    を検出するステップと、 ＴＤＲ信号における該最大値反射パルスに基づき第１の
    出力結果を算出するステップと、 ＴＤＲ信号の導関数を算出するステップと、 微分ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの位
    置を求めるステップと、 微分ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うゼロクロスに基
    づき第２の出力結果を算出するステップと、 初期境界信号をＴＤＲ信号から減算することによりベー
    スライン信号を求めるステップと、 該ベースライン信号の最大値を求めるステップと、 該ベースライン信号の最大値に基づき第３の出力結果を
    算出するステップと、 該ベースライン信号の導関数を算出するステップと、 該ベースライン信号の導関数における絶対最大値と隣り
    合うゼロクロスの時間位置を求めるステップと、 該ベースライン信号の導関数における絶対最大値と隣り
    合うゼロクロスに基づき第４の出力結果を算出するステ
    ップと、 前記の第１、第２、第３および第４の出力結果を比較す
    るステップと、 該比較ステップに基づき、重み付けされた出力結果から
    有効な出力結果を選択するステップを有することを特徴
    とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  12. 【請求項１２】 前記比較ステップは、第１、第２、第
    ３および第４の結果に対し重み付け係数を与えて重み付
    けられた結果を形成し、該重み付けられた結果から有効
    な出力結果を選択するステップを有する、請求項１１記
    載の方法。
  13. 【請求項１３】 選定された時点で新たな初期境界反射
    信号を形成し、ベースライン信号を更新するために該新
    たな初期境界反射信号を記憶するステップを有する、請
    求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 プロセス変量により生じた反射パルス
    に対応する有効な出力結果を形成するために、複数の反
    射パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処
    理する方法において、 プロセス変量により生成された反射パルスを検出し第１
    の出力結果を算出するために、ＴＤＲ信号を処理するス
    テップと、 プロセス変量により生成された反射パルスを検出し少な
    くとも１つの第２の出力結果を算出するために、ＴＤＲ
    信号を処理するステップと、 前記第１の結果を検査するために前記少なくとも１つの
    第２の結果を第１の結果と比較するステップと、 該比較ステップに基づき有効な出力結果を選択するステ
    ップを有することを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  15. 【請求項１５】 前記比較ステップは、前記選択ステッ
    プに先立ち第１の結果と第２の結果の各々に重み付け係
    数を与えるステップを有する、請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 プロセス変量により生じた反射パルス
    に対応する有効な出力結果を形成するために、複数の反
    射パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処
    理する装置において、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第１の
    出力結果を算出するために、第１の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理する手段と、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第２の
    出力結果を算出するために、第２の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理する手段と、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第３の
    出力結果を算出するために、第３の方式を用いてＴＤＲ
    信号を処理する手段と、 前記第１、第２および第３の結果を比較する手段と、 有効な出力結果を選択する手段とが設けられており、 前記第１の方式は、ＴＤＲ信号の複数の反射パルスから
    最大値反射パルスを検出し、ＴＤＲ信号の該最大値反射
    パルスに基づき第１の結果を算出するステップを有して
    おり、 前記第２の方式は、ＴＤＲ信号の導関数を算出し、微分
    ＴＤＲ信号の絶対最大値と隣り合うゼロクロスの位置を
    求め、該ゼロクロスに基づき第２の結果を算出するステ
    ップを有しており、 前記第３の方式は、初期境界反射信号を形成し、該初期
    境界反射信号を前記ＴＤＲ信号から減算することにより
    ベースライン信号を求め、該ベースライン信号の最大値
    反射パルスを求め、ベースライン信号の該最大値反射パ
    ルスに基づき第３の結果を算出するステップを有するこ
    とを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する装置。
  17. 【請求項１７】 前記比較手段は、前記の第１、第２お
    よび第３の結果の各々に対し重み付け係数を与える手段
    を有する、請求項１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 プロセス変量により生じた反射パルス
    を検出して第４の出力結果を算出するために、ＴＤＲ信
    号を処理する手段が設けられており、前記比較手段は第
    １、第２、第３および第４の結果を比較する、請求項１
    ６記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記比較手段は、前記の第１、第２、
    第３および第４の各々に対し重み付け係数を与える手段
    を有する、請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 プロセス変量により生じた反射パルス
    に対応する有効な出力結果を形成するために、複数の反
    射パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処
    理する装置において、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して第１の
    出力結果を算出するために、ＴＤＲ信号を処理する手段
    と、 プロセス変量により生じた反射パルスを検出して少なく
    とも１つの第２の出力結果を算出するために、ＴＤＲ信
    号を処理する手段と、 前記第１の結果を検査するために、該第１の結果を前記
    少なくとも１つの第２の結果と比較する手段と、 該比較に基づき有効な出力結果を選択する手段とが設け
    られていることを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する装置。
  21. 【請求項２１】 前記比較手段は、前記の第１の結果と
    第２の結果の各々に対し重み付け係数を与える手段を有
    する、請求項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 容器内のプロセス変量に対応する有効
    出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有する
    時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する方法におい
    て、 プロセス変量が容器内に存在する前に初期境界信号を形
    成するステップと、 該初期境界信号を記憶するステップと、 ＴＤＲ信号を検出するステップと、 該ＴＤＲ信号から前記初期境界信号を減算することによ
    りベースライン信号を求めるステップと、 該ベースライン信号における反射パルスの幅に基づく時
    間範囲を有する信号パターンを形成するステップと、 ベースライン信号における反射パルスが該信号パターン
    と整合するまで、ベースライン信号を該信号パターンと
    比較するステップと、 該信号パターンと整合した反射パルスの最大値を求める
    ステップと、 該最大値に基づき出力結果を算出するステップを有する
    ことを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  23. 【請求項２３】 前記初期境界信号におけるポイントと
    前記ＴＤＲ信号における対応のポイントを求め、前記初
    期境界信号におけるポイントを前記ＴＤＲ信号における
    対応のポイントから減算することにより補正係数を算出
    するステップが設けられている、請求項２２記載の方
    法。
  24. 【請求項２４】 前記補正係数をＴＤＲ信号に加えて、
    ベースライン信号を求める前に有効なＴＤＲ信号を形成
    するステップが設けられている、請求項２３記載の方
    法。
  25. 【請求項２５】 ベースライン信号を信号パターンと比
    較する前に閾値電圧を形成するステップが設けられてい
    る、請求項２２記載の方法。
  26. 【請求項２６】 反射パルスにおける負の進行成分を反
    転させて正の進行成分を形成するステップが設けられて
    いる、請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記信号パターンを形成するステップ
    は、閾値電圧に近い時間範囲内で少なくとも４つのポイ
    ントを求めるステップを有する、請求項２６記載の方
    法。
  28. 【請求項２８】 ベースライン信号を信号パターンと比
    較する前記ステップは、閾値電圧に近い４つのポイント
    が前記時間範囲内で現れるような反射パルスをサーチす
    るステップを有する、請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 有効なＴＤＲ信号を形成するために補
    正係数をＴＤＲ信号に加える前に、前記補正係数を反転
    して正の値にするステップが設けられている、請求項２
    ４記載の方法。
  30. 【請求項３０】 容器内のプロセス変量に対応する有効
    な出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有す
    る時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する方法にお
    いて、 プロセス変量が容器内に存在する前に初期境界信号を形
    成するステップと、 該初期境界信号を記憶するステップと、 ＴＤＲ信号を検出するステップと、 前記初期境界信号におけるポイントと前記ＴＤＲ信号に
    おける対応のポイントを求めるステップと、 前記初期境界信号におけるポイントを前記ＴＤＲ信号に
    おける対応のポイントから減算することにより補正係数
    を算出するステップと、 有効な信号を形成するため該補正係数をＴＤＲ信号に加
    えるステップと、 初期境界信号を有効なＴＤＲ信号から減算することによ
    りベースライン信号を形成するステップと、 該ベースライン信号における最大値を求めるステップ
    と、 該最大値に基づき出力結果を算出するステップを有する
    ことを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  31. 【請求項３１】 有効なＴＤＲ信号を形成するために、
    前記補正係数をＴＤＲ信号に加える前に該補正係数を反
    転して正の値を形成するステップが設けられている、請
    求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記ベースライン信号における反射パ
    ルスの幅に基づく時間範囲を有する信号パターンを形成
    するステップと、前記ベースライン信号における反射パ
    ルスが該信号パターンと整合するまでベースライン信号
    と該信号パターンを比較するステップが設けられてい
    る、請求項３０記載の方法。
  33. 【請求項３３】 容器内のプロセス変量に対応する有効
    な出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有す
    る時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する方法にお
    いて、 プロセス変量が容器内に存在する前に初期境界信号を形
    成するステップと、 該初期境界信号を記憶するステップと、 ＴＤＲ信号を検出するステップと、 前記初期境界信号におけるポイントと前記ＴＤＲ信号に
    おける対応するポイントを求めるステップと、 前記初期境界信号におけるポイントを前記ＴＤＲ信号に
    おける対応するポイントから減算することにより補正係
    数を算出するステップと、 有効なＴＤＲ信号を形成するため該補正係数を前記ＴＤ
    Ｒ信号に加えるステップと、 前記初期境界信号を有効なＴＤＲ信号から減算すること
    によりベースライン信号を求めるステップと、 該ベースライン信号における反射パルスの幅に基づく時
    間範囲を有する信号パターンを形成するステップと、 ベースライン信号における反射パルスが該信号パターン
    と整合するまで、ベースライン信号を該信号パターンと
    比較するステップと、 前記信号パターンと整合している反射パルスの最大値を
    求めるステップと、 該最大値に基づき出力結果を算出するステップを有する
    ことを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する方法。
  34. 【請求項３４】 容器内のプロセス変量に対応する有効
    な出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有す
    る時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する装置にお
    いて、 プロセス変量が容器内に存在する前に初期境界信号を形
    成する手段と、 該初期境界信号を記憶する手段と、 ＴＤＲ信号を検出する手段と、 前記初期境界信号を該ＴＤＲ信号から減算することによ
    りベースライン信号を求める手段と、 該ベースライン信号における反射パルスの幅に基づく時
    間範囲を有する信号パターンを形成するステップと、 ベースライン信号における反射パルスが該信号パターン
    と整合するまで、ベースライン信号を該信号パターンと
    比較する手段と、 該信号パターンと整合している反射パルスの最小値を求
    める手段とが設けられていることを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する装置。
  35. 【請求項３５】 容器内のプロセス変量に対応する有効
    な出力結果を形成するために、複数の反射パルスを有す
    る時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理する装置にお
    いて、 プロセス変量が容器内に存在する前に初期境界信号を形
    成する手段と、 該初期境界信号を記憶する手段と、 ＴＤＲ信号を検出する手段と、 前記初期境界信号におけるポイントと前記ＴＤＲ信号に
    おける対応のポイントを求める手段と、 前記初期境界信号におけるポイントを前記ＴＤＲ信号に
    おける対応のポイントから減算することにより補正係数
    を算出する手段と、 有効な信号を形成するため前記ＴＤＲ信号に対し該補正
    係数を加える手段と、 有効なＴＤＲ信号から前記初期境界信号を減算すること
    によりベースライン信号を求める手段と、 該ベースライン信号の最大値を求める手段と、 該最大値に基づき出力結果を算出する手段とが設けられ
    ていることを特徴とする、 時間領域反射測定信号を処理する装置。
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