JP3149407B2 - マイクロ波で動作する充填レベル測定装置 - Google Patents
マイクロ波で動作する充填レベル測定装置Info
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S13/06—Systems determining position data of a target
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- G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
- G01S13/103—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves particularities of the measurement of the distance
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- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波で動作す
る充填レベル測定装置に関する。
る充填レベル測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】その種の無接触動作する測定装置は、多
数の産業部門において使用される。多数の適用例、例え
ばオイル産業において、充填レベル測定の際マイクロ波
がアンテナを用いて充填物の表面へ送信され、そして、
その表面にて反射されたエコー信号が受信される。エコ
ー振幅を距離の関数として表すエコー関数が形成され、
該エコー関数から、確率的な有効エコー及びそれの走行
伝搬時間が求められる。走行伝搬時間から充填物表面と
アンテナとの間の間隔が求められる。反射されたマイク
ロ波を用いての距離測定の方法は、パルスレーダであ
る。周期的に短いマイクロ波パルスが送信され、該マイ
クロ波パルスは、充填物表面で反射され、そして、距離
間隔に依存する走行伝搬時間の後再び受信される。時間
の関数としての信号振幅は、エコー関数を成す。当該の
エコー関数の各値は、アンテナから所定の間隔をおいて
反射されたエコーの振幅に相応する。
数の産業部門において使用される。多数の適用例、例え
ばオイル産業において、充填レベル測定の際マイクロ波
がアンテナを用いて充填物の表面へ送信され、そして、
その表面にて反射されたエコー信号が受信される。エコ
ー振幅を距離の関数として表すエコー関数が形成され、
該エコー関数から、確率的な有効エコー及びそれの走行
伝搬時間が求められる。走行伝搬時間から充填物表面と
アンテナとの間の間隔が求められる。反射されたマイク
ロ波を用いての距離測定の方法は、パルスレーダであ
る。周期的に短いマイクロ波パルスが送信され、該マイ
クロ波パルスは、充填物表面で反射され、そして、距離
間隔に依存する走行伝搬時間の後再び受信される。時間
の関数としての信号振幅は、エコー関数を成す。当該の
エコー関数の各値は、アンテナから所定の間隔をおいて
反射されたエコーの振幅に相応する。
【0003】DE−A3107444に記載されている
マイクロ波で動作する充填レベル測定装置は、下記の構
成素子を有する;即ち ―信号繰り返しレートfsを有するマイクロ波パルスの
生成のため送信パルスー発生器を有し、前記繰り返しレ
ートfsは、作動中アンテナを介して、被測定充填レベ
ルの方向に送信され、充填物表面にて反射され、それの
エコー信号が受信されるものであり、 −マイクロ波パルスの生成のための基準パルス発生器を
有し、前記マイクロ波パルスは、送信パルス発生器によ
り生成されるマイクロ波パルスと同じものであるが、送
信号繰り返しレートfsとはわずかな周波数差だけ異な
る基準繰り返しレートを有し、 −第1の混合器を有し、 −−前記の第1混合器の第1の入力側に、基準パルス発
生器の出力信号信号が加わり、 −−第1の混合器の第2の入力側にエコー信号が加わり −−第1混合器の出力側に、エコー信号に比して時間的
に時間拡大率だけスローダウンされた、ないし、拡大さ
れた中間周波信号が現れ、前記時間拡大率は、送信―繰
り返しレートと周波数差との商に等しいものであのであ
る。
マイクロ波で動作する充填レベル測定装置は、下記の構
成素子を有する;即ち ―信号繰り返しレートfsを有するマイクロ波パルスの
生成のため送信パルスー発生器を有し、前記繰り返しレ
ートfsは、作動中アンテナを介して、被測定充填レベ
ルの方向に送信され、充填物表面にて反射され、それの
エコー信号が受信されるものであり、 −マイクロ波パルスの生成のための基準パルス発生器を
有し、前記マイクロ波パルスは、送信パルス発生器によ
り生成されるマイクロ波パルスと同じものであるが、送
信号繰り返しレートfsとはわずかな周波数差だけ異な
る基準繰り返しレートを有し、 −第1の混合器を有し、 −−前記の第1混合器の第1の入力側に、基準パルス発
生器の出力信号信号が加わり、 −−第1の混合器の第2の入力側にエコー信号が加わり −−第1混合器の出力側に、エコー信号に比して時間的
に時間拡大率だけスローダウンされた、ないし、拡大さ
れた中間周波信号が現れ、前記時間拡大率は、送信―繰
り返しレートと周波数差との商に等しいものであのであ
る。
【0004】中間周波信号はエコー信号と同じ特性経過
を有しているが、エコー信号に対して時間拡大率だけ延
ばされている。数MHzの送信―繰り返しレート、例え
ば10Hz〜100Hzの周波数差及び数GHzのマイ
クロ波周波数の場合、中間周波信号の周波数は、100
KHzを下回る。これにより、信号ピックアップ及び/
又は信号評価のため一層より緩慢で、また有利なコスト
の構成部品の使用が可能になる。
を有しているが、エコー信号に対して時間拡大率だけ延
ばされている。数MHzの送信―繰り返しレート、例え
ば10Hz〜100Hzの周波数差及び数GHzのマイ
クロ波周波数の場合、中間周波信号の周波数は、100
KHzを下回る。これにより、信号ピックアップ及び/
又は信号評価のため一層より緩慢で、また有利なコスト
の構成部品の使用が可能になる。
【0005】通常中間周波信号が復調され、サンプリン
グ値から1つのエンベローブが作成され、該エンベロー
ブはメモリ内に格納され、格納されたものはさらなる処
理のためアクセス可能である。エンベローブ、包絡線
は、典型的に最大値を有し、該最大値は、充填レベル表
面におけるマイクロ波パルスの反射に基因する。1つの
基準時点と、中間周波信号の最大値との間の時間間隔及
び時間拡大率から、充填レベル表面のところまで、及び
その戻り経路までのマイクロ波パルスの実際の往復走行
伝搬時間が測定可能である。前記の走行伝搬時間は、充
填レベル表面から充填レベル測定装置までの距離に対す
る尺度を成す。
グ値から1つのエンベローブが作成され、該エンベロー
ブはメモリ内に格納され、格納されたものはさらなる処
理のためアクセス可能である。エンベローブ、包絡線
は、典型的に最大値を有し、該最大値は、充填レベル表
面におけるマイクロ波パルスの反射に基因する。1つの
基準時点と、中間周波信号の最大値との間の時間間隔及
び時間拡大率から、充填レベル表面のところまで、及び
その戻り経路までのマイクロ波パルスの実際の往復走行
伝搬時間が測定可能である。前記の走行伝搬時間は、充
填レベル表面から充填レベル測定装置までの距離に対す
る尺度を成す。
【0006】中間周波信号の2つの点間の時間差ΔTと
エコー信号の所属の点間の時間差Δtとの間で下記の関
係式が成立つ。
エコー信号の所属の点間の時間差Δtとの間で下記の関
係式が成立つ。
【0007】ΔT=(fs/Δf)Δt. 但し ΔT 中間周波信号の2つの点間の時間差 Δt エコー信号の所属の点間の実際の時間差 fs 送信―繰り返しレート Δf 送信―繰り返しレートfsと基準繰り返しレート
frとの差周波数(fs―fr) fs/Δf=時間拡大率に等しい 従って、充填レベル測定の精度は、量ΔT、fs及びΔ
fがどの位高い精度を以て知られているかに依存する。
frとの差周波数(fs―fr) fs/Δf=時間拡大率に等しい 従って、充填レベル測定の精度は、量ΔT、fs及びΔ
fがどの位高い精度を以て知られているかに依存する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは、前述の技術水準から出発し、精度の高い測定に
適するマイクロ波で動作する充填レベル測定装置を提供
することにある。
ころは、前述の技術水準から出発し、精度の高い測定に
適するマイクロ波で動作する充填レベル測定装置を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決のため、
本発明によれば、マイクロ波で動作する充填レベル測定
装置において、下記の構成要素を有し、即ち; ―信号繰り返しレートを有するマイクロ波パルスの生成
のため送信パルスー発生器を有し、前記繰り返しレート
を有するマイクロ波パルスは、作動中アンテナを介し
て、被測定充填レベルの方向に送信され、充填物表面に
て反射され、それのエコー信号が受信されるものであ
り、 −マイクロ波パルスの生成のための基準パルス発生器を
有し、前記マイクロ波パルスは、送信パルス発生器によ
り生成されるマイクロ波パルスと同じであるが、送信号
繰り返しレートとはわずかな周波数差だけ異なる基準繰
り返しレートを有し、 ―第1の混合器を有し、 −−前記の第1混合器の第1の入力側に、エコー信号が
加わり、 −−第1の混合器の第2の入力側に基準パルス発生器の
出力信号が加わり −−第1混合器の出力側に、エコー信号に比して時間的
に時間拡大率だけスローダウンされた、ないし、拡大さ
れた中間周波信号が現れ、前記時間拡大率は、送信―繰
り返しレートと周波数差との商に等しいものであり、 ―中間周波信号のサンプリングのための第1サブ回路を
有し、 −−該第1サブ回路では2つの順次連続する2つのサン
プリング間の時間間隔が1つの単位時間に等しいもので
あり、 ―差信号の生成のための手段を有し、該差信号は、差周
波て変化するものでり、 ―単位時間に基づいてそれの周期期間を決定するための
第2サブ回路を有し、 −評価回路を有し、該評価回路は、単位時間における時
間拡大率を決定し、当該の単位時間における時間拡大率
を用いて中間周波信号の2つの時点間の前記単位時間に
て生じる時間間隔から、前記の2つのサンプリング点に
相応するエコー信号の2つの点間の実際の時間間隔を求
めるように構成されているのである。
本発明によれば、マイクロ波で動作する充填レベル測定
装置において、下記の構成要素を有し、即ち; ―信号繰り返しレートを有するマイクロ波パルスの生成
のため送信パルスー発生器を有し、前記繰り返しレート
を有するマイクロ波パルスは、作動中アンテナを介し
て、被測定充填レベルの方向に送信され、充填物表面に
て反射され、それのエコー信号が受信されるものであ
り、 −マイクロ波パルスの生成のための基準パルス発生器を
有し、前記マイクロ波パルスは、送信パルス発生器によ
り生成されるマイクロ波パルスと同じであるが、送信号
繰り返しレートとはわずかな周波数差だけ異なる基準繰
り返しレートを有し、 ―第1の混合器を有し、 −−前記の第1混合器の第1の入力側に、エコー信号が
加わり、 −−第1の混合器の第2の入力側に基準パルス発生器の
出力信号が加わり −−第1混合器の出力側に、エコー信号に比して時間的
に時間拡大率だけスローダウンされた、ないし、拡大さ
れた中間周波信号が現れ、前記時間拡大率は、送信―繰
り返しレートと周波数差との商に等しいものであり、 ―中間周波信号のサンプリングのための第1サブ回路を
有し、 −−該第1サブ回路では2つの順次連続する2つのサン
プリング間の時間間隔が1つの単位時間に等しいもので
あり、 ―差信号の生成のための手段を有し、該差信号は、差周
波て変化するものでり、 ―単位時間に基づいてそれの周期期間を決定するための
第2サブ回路を有し、 −評価回路を有し、該評価回路は、単位時間における時
間拡大率を決定し、当該の単位時間における時間拡大率
を用いて中間周波信号の2つの時点間の前記単位時間に
て生じる時間間隔から、前記の2つのサンプリング点に
相応するエコー信号の2つの点間の実際の時間間隔を求
めるように構成されているのである。
【0010】差信号のサンプリング及び中間周波信号の
サンプリングが同じ単位時間に基づくことにより、求め
られるべき走行伝搬時間は、当該の単位時間の変動又は
変化に全く無関係である。単位時間を定める構成部分の
周波数への効果影響―例えば温度に依存する変動は、距
離精度への影響を及ぼさなくなる。
サンプリングが同じ単位時間に基づくことにより、求め
られるべき走行伝搬時間は、当該の単位時間の変動又は
変化に全く無関係である。単位時間を定める構成部分の
周波数への効果影響―例えば温度に依存する変動は、距
離精度への影響を及ぼさなくなる。
【0011】本発明の実施形態によれば、固定的な単位
時間を設定する単一のクロック発生器を設ける。
時間を設定する単一のクロック発生器を設ける。
【0012】本発明のさらなる実施形態によれば、差信
号の生成のための手段は、第2混合器を有し、 −該第2混合器の第1入力側に信号が加わり、 −−該信号は、送信―繰り返しレートを以て変化し、 −前記第2混合器の第2入力側に次のような信号が加わ
る、即ち、 −−基準繰り返しレートを以て変化する信号が加わるも
のであり、 −−前記第2混合器の出力側に差信号が現れるように構
成されているのである。
号の生成のための手段は、第2混合器を有し、 −該第2混合器の第1入力側に信号が加わり、 −−該信号は、送信―繰り返しレートを以て変化し、 −前記第2混合器の第2入力側に次のような信号が加わ
る、即ち、 −−基準繰り返しレートを以て変化する信号が加わるも
のであり、 −−前記第2混合器の出力側に差信号が現れるように構
成されているのである。
【0013】また本発明のさらなる実施形態によれば、
前記送信パルス発生器は、下記の構成素子を有し; ―発振器を有し、該発振器の周波数は送信―繰り返しレ
ートに等しいものであり、 −発振器に後置接続されたパルス発生器を有し、 −−前記発生器は、発振器の出力信号を制御信号に変換
するものであり、 −制御信号により制御されるマイクロ波源を有し、該マ
イクロ波源はマイクロ波パルスを送信するものである。
前記送信パルス発生器は、下記の構成素子を有し; ―発振器を有し、該発振器の周波数は送信―繰り返しレ
ートに等しいものであり、 −発振器に後置接続されたパルス発生器を有し、 −−前記発生器は、発振器の出力信号を制御信号に変換
するものであり、 −制御信号により制御されるマイクロ波源を有し、該マ
イクロ波源はマイクロ波パルスを送信するものである。
【0014】なおまた、本発明のさらなる実施形態によ
れば、基準発生器は、下記構成要素を有し、即ち; ―発振器を有し、該発振器の周波数は基準―繰り返しレ
ートに等しいものであり、 −発振器に後置接続されたパルス発生器を有し、 −−前記発生器は、発振器の出力信号を制御信号に変換
するものであり、 −制御信号により制御されるマイクロ波源を有し、該マ
イクロ波源はマイクロ波パルスを送信するものである。
れば、基準発生器は、下記構成要素を有し、即ち; ―発振器を有し、該発振器の周波数は基準―繰り返しレ
ートに等しいものであり、 −発振器に後置接続されたパルス発生器を有し、 −−前記発生器は、発振器の出力信号を制御信号に変換
するものであり、 −制御信号により制御されるマイクロ波源を有し、該マ
イクロ波源はマイクロ波パルスを送信するものである。
【0015】また、本発明のさらなる実施形態によれ
ば、中間周波信号のサンプリングのための第1サブ回路
は、サンプルホールド回路及びサンプルホールド回路の
出力側に接続されたA/D変換器を有するのである。
ば、中間周波信号のサンプリングのための第1サブ回路
は、サンプルホールド回路及びサンプルホールド回路の
出力側に接続されたA/D変換器を有するのである。
【0016】更に本発明のさらなる実施形態によれば、
差信号のサンプリングのための第2サブ回路は、下記構
成素子を有する; −コンパレータを有し、 −−該コンパレータの出力側には、サンプリング時点で
の差信号が所定の限界値より大である場合第1のレベル
を有する信号レベルが現れるように構成されており、 −−サンプリング時点での差信号が所定限界値より小で
ある場合、当該のコンパレータの出力側には第2信号レ
ベルを有する信号が現れるように構成されており、 −コンパレータに接続された側縁検出器を有し、 −−該側縁検出器は、差信号の1つの周期期間の始まり
を識別するものであり、 −カウンタを有し、 −−該カウンタは、差信号の所定数の周期期間中経過す
る単位時間の数を計算するように構成されているのであ
る。
差信号のサンプリングのための第2サブ回路は、下記構
成素子を有する; −コンパレータを有し、 −−該コンパレータの出力側には、サンプリング時点で
の差信号が所定の限界値より大である場合第1のレベル
を有する信号レベルが現れるように構成されており、 −−サンプリング時点での差信号が所定限界値より小で
ある場合、当該のコンパレータの出力側には第2信号レ
ベルを有する信号が現れるように構成されており、 −コンパレータに接続された側縁検出器を有し、 −−該側縁検出器は、差信号の1つの周期期間の始まり
を識別するものであり、 −カウンタを有し、 −−該カウンタは、差信号の所定数の周期期間中経過す
る単位時間の数を計算するように構成されているのであ
る。
【0017】なお、また本発明のさらなる実施形態によ
れば、差信号の所定数の周期期間の経過後、カウンタ状
態を読出し、それにより、差周波数の周期期間を求める
ために使用される手段が設けられているのである。
れば、差信号の所定数の周期期間の経過後、カウンタ状
態を読出し、それにより、差周波数の周期期間を求める
ために使用される手段が設けられているのである。
【0018】本発明及びさらなる利点を1実施例を説明
した図を用いて詳述する;同じエレメントには同じ参照
符号を付してある。
した図を用いて詳述する;同じエレメントには同じ参照
符号を付してある。
【0019】
【実施例】図1にはマイクロ波で動作する充填レベル測
定装置1が示してあり、このマイクロ波で動作する充填
レベル測定装置は、充填物3で充填されている容器5上
に取付られている。充填レベル測定装置1は、アンテナ
7を有し、該アンテナ7を介して、その充填レベルを測
定すべき充填物の方向にマイクロ波パルスを送信する。
送信されたマイクロ波パルスは、充填レベル表面にて反
射され、それのエコー信号が受信される。作動中のマイ
クロ波パルスがたどる経路は、矢印で示されている。
定装置1が示してあり、このマイクロ波で動作する充填
レベル測定装置は、充填物3で充填されている容器5上
に取付られている。充填レベル測定装置1は、アンテナ
7を有し、該アンテナ7を介して、その充填レベルを測
定すべき充填物の方向にマイクロ波パルスを送信する。
送信されたマイクロ波パルスは、充填レベル表面にて反
射され、それのエコー信号が受信される。作動中のマイ
クロ波パルスがたどる経路は、矢印で示されている。
【0020】図2は、本発明の充填レベル測定装置の回
路構成の1実施例を示す。
路構成の1実施例を示す。
【0021】送信―繰り返しレートfsを以てマイクロ
波パルスの生成をするための送信パルスー発生器が示し
てある。この送信パルスー発生器は、その周波数が送信
―繰り返しレートfsに等しい発振器9を有する。発振
器9は、例えば高い周波数安定性を有する水晶発振器で
ある。発振器9にはパルス発生器11が後置接続されて
いる。このパルス発生器11は発振器9の出力信号を制
御信号Sに変換する。制御信号により制御信号Sは、例
えば短い矩形波パルスの形態を有する。制御信号Sによ
り、相応にマイクロ波を送信するマイクロ波源13、例
えばガンダイオードが制御される。制御信号Sは、例え
ばトリガ信号の形態で供給され得、該トリガ信号によ
り、マイクロ波源13がオン、オフされる。代替選択的
にマイクロ波源13を永久的にオン投入状態にしてお
き、そして、制御信号Sに依存して開又は閉、阻止状態
になるゲート回路を設け得る。制御信号Sの中間周波信
号は、送信―繰り返しレートfsの逆数値である。この
場合制御信号Sは一連の矩形パルスであり、矩形パルス
の持続時間は、マイクロ波パルスの持続時間に等しいも
のであり、、例えば1ns(ナノ秒)である。送信され
たマイクロ波パルスは、方向性結合器15を介してアン
テナ7へ伝送され、容器5内に送信される。
波パルスの生成をするための送信パルスー発生器が示し
てある。この送信パルスー発生器は、その周波数が送信
―繰り返しレートfsに等しい発振器9を有する。発振
器9は、例えば高い周波数安定性を有する水晶発振器で
ある。発振器9にはパルス発生器11が後置接続されて
いる。このパルス発生器11は発振器9の出力信号を制
御信号Sに変換する。制御信号により制御信号Sは、例
えば短い矩形波パルスの形態を有する。制御信号Sによ
り、相応にマイクロ波を送信するマイクロ波源13、例
えばガンダイオードが制御される。制御信号Sは、例え
ばトリガ信号の形態で供給され得、該トリガ信号によ
り、マイクロ波源13がオン、オフされる。代替選択的
にマイクロ波源13を永久的にオン投入状態にしてお
き、そして、制御信号Sに依存して開又は閉、阻止状態
になるゲート回路を設け得る。制御信号Sの中間周波信
号は、送信―繰り返しレートfsの逆数値である。この
場合制御信号Sは一連の矩形パルスであり、矩形パルス
の持続時間は、マイクロ波パルスの持続時間に等しいも
のであり、、例えば1ns(ナノ秒)である。送信され
たマイクロ波パルスは、方向性結合器15を介してアン
テナ7へ伝送され、容器5内に送信される。
【0022】エコー信号は、アンテナ7を介してピック
アップ受信され、方向性結合器15を介して混合器17
の第1入力側に加わる。勿論、全く同様に送受信のため
の単一のアンテナの代わりに、2つのアンテナが使用可
能であり、そのうちの1つは送信用、もう一つは受信用
である。
アップ受信され、方向性結合器15を介して混合器17
の第1入力側に加わる。勿論、全く同様に送受信のため
の単一のアンテナの代わりに、2つのアンテナが使用可
能であり、そのうちの1つは送信用、もう一つは受信用
である。
【0023】付加的に基準パルスー発生器が設けられて
いる。この基準パルスー発生器は送信パルスー発生器に
より生ぜしめられたマイクロ波と同一のマイクロ波パル
スの発生に用いられ、この送信パルスー発生器により生
ぜしめられたマイクロ波パルスは、送信―繰り返しレー
トfsとはわずかな周波数差Δfだけ異なる基準繰り返
しレートfrを有する。周波数差は、数Hz、例えば4
0Hzである。基準パルス発生器は、送信パルス発生器
と類似に構成されている。それは、発振器19を有し、
この発振器19の周波数は、基準繰り返しレートfrの
周波数に等しい。発振器19には、パルス発生器21が
後置接続されており、このパルス発生器は、発振器19
の出力信号を制御信号S′に変換し、そして、制御信号
S′により制御されるマイクロ波源23が設けられてお
り、このマイクロ波23はマイクロ波パルスを送信す
る。
いる。この基準パルスー発生器は送信パルスー発生器に
より生ぜしめられたマイクロ波と同一のマイクロ波パル
スの発生に用いられ、この送信パルスー発生器により生
ぜしめられたマイクロ波パルスは、送信―繰り返しレー
トfsとはわずかな周波数差Δfだけ異なる基準繰り返
しレートfrを有する。周波数差は、数Hz、例えば4
0Hzである。基準パルス発生器は、送信パルス発生器
と類似に構成されている。それは、発振器19を有し、
この発振器19の周波数は、基準繰り返しレートfrの
周波数に等しい。発振器19には、パルス発生器21が
後置接続されており、このパルス発生器は、発振器19
の出力信号を制御信号S′に変換し、そして、制御信号
S′により制御されるマイクロ波源23が設けられてお
り、このマイクロ波23はマイクロ波パルスを送信す
る。
【0024】基準パルス発生器の出力信号は、混合器1
7の第2入力側に加わる。混合器の出力側には中間周波
信号ZFが現れる。基準パルス発生器により生ぜしめら
れたマイクロ波パルスによりエコー信号のタイムリー適
時のサンプリングが行われるため基準繰り返しレートf
rは送信号繰り返しレートfsよりわずかに小さくセッ
トされる。中間周波信号ZFは、エコー信号に比して時
間的に時間拡大率(Zeitdehnungsfaktor)だけスローダ
ウンないし延ばされている。前記時間拡大率は、送信―
繰り返しレートfsと周波数差Δfとの商に等しい。
7の第2入力側に加わる。混合器の出力側には中間周波
信号ZFが現れる。基準パルス発生器により生ぜしめら
れたマイクロ波パルスによりエコー信号のタイムリー適
時のサンプリングが行われるため基準繰り返しレートf
rは送信号繰り返しレートfsよりわずかに小さくセッ
トされる。中間周波信号ZFは、エコー信号に比して時
間的に時間拡大率(Zeitdehnungsfaktor)だけスローダ
ウンないし延ばされている。前記時間拡大率は、送信―
繰り返しレートfsと周波数差Δfとの商に等しい。
【0025】数MHzの送信―繰り返しレート、例えば
10Hz〜100Hzの周波数差及び数GHzのマイク
ロ波周波数の場合、中間周波信号の周波数は、100K
Hzを下回る。混合器17にはLPFフィルタ25が後
置接続されており、このLPFフィルタ25は、中間周
波信号ZFの所望の周波数を通過させ、就中、GHz領
域における周波数に対して非通過性である。典型的に
は、そのようなフィルタの遮断周波数は、数100KH
zである。フィルタリングされた中間周波信号ZFは、
復調器26に供給される。これは、例えば簡単な整流器
であってよい。
10Hz〜100Hzの周波数差及び数GHzのマイク
ロ波周波数の場合、中間周波信号の周波数は、100K
Hzを下回る。混合器17にはLPFフィルタ25が後
置接続されており、このLPFフィルタ25は、中間周
波信号ZFの所望の周波数を通過させ、就中、GHz領
域における周波数に対して非通過性である。典型的に
は、そのようなフィルタの遮断周波数は、数100KH
zである。フィルタリングされた中間周波信号ZFは、
復調器26に供給される。これは、例えば簡単な整流器
であってよい。
【0026】フィルタリングされ、復調された中間周波
信号ZFは、第1のサブ回路27に供給され、該第1の
サブ回路は、中間周波信号ZFのサンプリングのため使
用される。
信号ZFは、第1のサブ回路27に供給され、該第1の
サブ回路は、中間周波信号ZFのサンプリングのため使
用される。
【0027】図示の実施例では、サンプリングは、サン
プルホールド回路29及びA/D変換器31を用いて行
われる。サンプルホールド回路の最も簡単な形態が図3
に示してある。このサンプルホールド回路は、前置接続
されたスイッチ35を有するコンデンサ33を有する。
スイッチ35が閉じられると、コンデンサ33は加わる
中間周波信号ZFに相応してチャージされる。それに引
き続いて、スイッチ35は開かれ、コンデンサ35に最
後に加わる電圧がA/D変換される。そのようにして得
られたサンプリング値は、そこにてスイッチ35の開か
れた時点での中間周波信号ZFの振幅に相応する。単位
時間τを設定するクロック発生器37が設けられてお
り、前記単位時間を以て、サンプルホールド回路29及
びA/D変換器31がクロック制御される。2つの順次
連続するスイッチ開放間の時間間隔は単位時間τであ
る。同様に中間周波信号ZFの順次連続する2つのサン
プリングの時間間隔は、1つの単位時間τに等しい。デ
ジタルサンプリング値は、メモリ39内に例えばRAM
内に格納される。
プルホールド回路29及びA/D変換器31を用いて行
われる。サンプルホールド回路の最も簡単な形態が図3
に示してある。このサンプルホールド回路は、前置接続
されたスイッチ35を有するコンデンサ33を有する。
スイッチ35が閉じられると、コンデンサ33は加わる
中間周波信号ZFに相応してチャージされる。それに引
き続いて、スイッチ35は開かれ、コンデンサ35に最
後に加わる電圧がA/D変換される。そのようにして得
られたサンプリング値は、そこにてスイッチ35の開か
れた時点での中間周波信号ZFの振幅に相応する。単位
時間τを設定するクロック発生器37が設けられてお
り、前記単位時間を以て、サンプルホールド回路29及
びA/D変換器31がクロック制御される。2つの順次
連続するスイッチ開放間の時間間隔は単位時間τであ
る。同様に中間周波信号ZFの順次連続する2つのサン
プリングの時間間隔は、1つの単位時間τに等しい。デ
ジタルサンプリング値は、メモリ39内に例えばRAM
内に格納される。
【0028】図4は、中間周波信号ZFのそのように作
成された記録の例を示す。時間Tの関数として中間周波
信号ZFの振幅がプロットしてあり、ここで点により表
された2つのサンプリング値間の間隔がそれぞれ1つの
単位時間τを成す。記録は2つの明瞭な最大値を示す。
第1の最大値は、方向性結合器15を介して直接混合器
17へ達する送信されたマイクロ波パルスの成分に対応
付けられている。第2の最大値は、同一マイクロ波パル
スの送信された、充填レベル表面にて反射された成分に
対応付けられている。
成された記録の例を示す。時間Tの関数として中間周波
信号ZFの振幅がプロットしてあり、ここで点により表
された2つのサンプリング値間の間隔がそれぞれ1つの
単位時間τを成す。記録は2つの明瞭な最大値を示す。
第1の最大値は、方向性結合器15を介して直接混合器
17へ達する送信されたマイクロ波パルスの成分に対応
付けられている。第2の最大値は、同一マイクロ波パル
スの送信された、充填レベル表面にて反射された成分に
対応付けられている。
【0029】勿論、エコー信号ないし中間周波信号ZF
の他の際立った点間の時間間隔に関与せしめられてもよ
い。構成及び評価が以下述べるものと相違するのはたん
に、際立った点の識別のため設けられるべき手段におい
てである。
の他の際立った点間の時間間隔に関与せしめられてもよ
い。構成及び評価が以下述べるものと相違するのはたん
に、際立った点の識別のため設けられるべき手段におい
てである。
【0030】記憶されたサンプリング値から2つの最大
値の位置を求め、それの時間間隔を求める評価ユニット
41が設けられている。このことは、例えば計算ユニッ
ト40を用いて行われる。それらの両最大値間の時間間
隔ΔTは単位時間τの倍数nである。時間間隔ΔTから
は時間拡大率を用いてマイクロ波パルスの実際の走行伝
搬時間1が求められ得る。
値の位置を求め、それの時間間隔を求める評価ユニット
41が設けられている。このことは、例えば計算ユニッ
ト40を用いて行われる。それらの両最大値間の時間間
隔ΔTは単位時間τの倍数nである。時間間隔ΔTから
は時間拡大率を用いてマイクロ波パルスの実際の走行伝
搬時間1が求められ得る。
【0031】既述のように時間拡大率は、送信―繰り返
しレートfsと周波数差Δfとの商に等しいものであ
り、、測定の精度は、実質的に当該の量に依存する。
しレートfsと周波数差Δfとの商に等しいものであ
り、、測定の精度は、実質的に当該の量に依存する。
【0032】差周波数Δfを以て変化する差信号Dの生
成のための手段が設けられている。前記手段は有利に第
2の混合器43を有し、この第2混合器43の第1入力
側に、送信―繰り返しレートfsを以て変化する信号が
加わり、そして、第2混合器43の第2入力側に基準―
繰り返しレートfrを以て変化する信号が加わる。混合
器43の出力信号は、差信号D及び明らかに一層より高
い周波数信号を含む。混合器43の出力信号はLPFフ
ィルタ45に加わり、LPFフィルタ45は比較的高周
波の信号をフィルタリングし、それの出力側に純然たる
差信号Dが現れる。
成のための手段が設けられている。前記手段は有利に第
2の混合器43を有し、この第2混合器43の第1入力
側に、送信―繰り返しレートfsを以て変化する信号が
加わり、そして、第2混合器43の第2入力側に基準―
繰り返しレートfrを以て変化する信号が加わる。混合
器43の出力信号は、差信号D及び明らかに一層より高
い周波数信号を含む。混合器43の出力信号はLPFフ
ィルタ45に加わり、LPFフィルタ45は比較的高周
波の信号をフィルタリングし、それの出力側に純然たる
差信号Dが現れる。
【0033】入力信号として混合器43に例えば両発振
器9,19の出力信号が加わり得る。亦図2の実施例に
て示したように、両パルス発生器11,21の出力信号
を使用することもできる。
器9,19の出力信号が加わり得る。亦図2の実施例に
て示したように、両パルス発生器11,21の出力信号
を使用することもできる。
【0034】差信号Dのサンプリングのため、及びそれ
の周期期間Pの決定のため第2のサブ回路47が設けら
れている。ここで差信号Dの2つの順次連続するサンプ
リング間の時間間隔は、同様に単位時間τに等しい。
の周期期間Pの決定のため第2のサブ回路47が設けら
れている。ここで差信号Dの2つの順次連続するサンプ
リング間の時間間隔は、同様に単位時間τに等しい。
【0035】有利には、固定した単位時間τを設定する
単一のクロック発生器37が設けられている。代替選択
的に2つ又はそれより多くのクロック発生器を設けるこ
ともでき、それらのクロック発生器は、唯一のベースク
ロック発生器から導出され、同一の特性を有する、即
ち、それの例えば周囲温度の変動に基因する、規定クロ
ックとの偏差が相一致し得るものである。
単一のクロック発生器37が設けられている。代替選択
的に2つ又はそれより多くのクロック発生器を設けるこ
ともでき、それらのクロック発生器は、唯一のベースク
ロック発生器から導出され、同一の特性を有する、即
ち、それの例えば周囲温度の変動に基因する、規定クロ
ックとの偏差が相一致し得るものである。
【0036】図2に示す実施例では第2サブ回路47
は、コンパレータ49を有し、このコンパレータにはL
PFフィルタ45の出力信号が加わる。コンパレータの
出力側には、サンプリング時点での差信号Dが所定の限
界値Wより大である場合、第1の信号レベルHを有する
信号が現れ、そして、サンプリング時点での差信号Dが
所定の限界値Wより小である場合、第2の信号レベルL
を有する。
は、コンパレータ49を有し、このコンパレータにはL
PFフィルタ45の出力信号が加わる。コンパレータの
出力側には、サンプリング時点での差信号Dが所定の限
界値Wより大である場合、第1の信号レベルHを有する
信号が現れ、そして、サンプリング時点での差信号Dが
所定の限界値Wより小である場合、第2の信号レベルL
を有する。
【0037】図5は、差信号Dの例を示し、該差信号D
は、次のようにして生成される、即ち、前述のようにパ
ルス発生器の出力信号が差信号の形成のため使用され、
そしてパルス発生器が一連の矩形波パルスを送出するす
るのである。
は、次のようにして生成される、即ち、前述のようにパ
ルス発生器の出力信号が差信号の形成のため使用され、
そしてパルス発生器が一連の矩形波パルスを送出するす
るのである。
【0038】図6は、差信号Dの例を示し、該差信号D
は、次のようにして生成される、即ち、上述のように発
振器9,19の出力信号が差信号の形成のため使用され
るようにするのである。
は、次のようにして生成される、即ち、上述のように発
振器9,19の出力信号が差信号の形成のため使用され
るようにするのである。
【0039】それぞれ限界値Wが記入されており、サン
プリングは点で示されている。限界値Wは任意の固定的
に調整セッティングされた値であり、この任意の固定的
に調整セッティングされた値は、最小の値より大であ
り、そして、差信号Dの発生最大値より小である。
プリングは点で示されている。限界値Wは任意の固定的
に調整セッティングされた値であり、この任意の固定的
に調整セッティングされた値は、最小の値より大であ
り、そして、差信号Dの発生最大値より小である。
【0040】コンパレータ49には、側縁検出器50が
接続されており、この側縁検出器50は、差信号Dの1
つの周期期間Pの始まりを識別する。このことは、例え
ば次のようにして行われる、即ちコンパレータ49の出
力側に順次連続して現れる各2つの信号レベルを比較す
るのである。このために、例えば、コンパレータ49の
出力信号を或ときは直接的に、或ときは、遅延線路―こ
れは単位時間τだけの遅延を生じさせるーを介してナン
ド(NAND)結合回路の各入力側に加え得る。ナンド
条件が充足されるその2度目ごとに1つの新たな周期期
間が始まる。而して、例えば、第1の信号レベルHが第
2信号レベルLにつづく時にも1つの新たな周期期間P
の始まりが生起し得る。周期期間の始まりが、図5及び
図6に矢印で示す。
接続されており、この側縁検出器50は、差信号Dの1
つの周期期間Pの始まりを識別する。このことは、例え
ば次のようにして行われる、即ちコンパレータ49の出
力側に順次連続して現れる各2つの信号レベルを比較す
るのである。このために、例えば、コンパレータ49の
出力信号を或ときは直接的に、或ときは、遅延線路―こ
れは単位時間τだけの遅延を生じさせるーを介してナン
ド(NAND)結合回路の各入力側に加え得る。ナンド
条件が充足されるその2度目ごとに1つの新たな周期期
間が始まる。而して、例えば、第1の信号レベルHが第
2信号レベルLにつづく時にも1つの新たな周期期間P
の始まりが生起し得る。周期期間の始まりが、図5及び
図6に矢印で示す。
【0041】カウンタ51が設けられており、該カウン
タ51は、差信号Dの所定数xの周期期間中、経過する
単位時間τの数mを計数する。例えば、側縁検出器50
から第1の信号―これはカウンタ51を周期期間始まり
と共にスタートするー及び第2信号が出力され、該第2
信号は、所定の数xの経過後、即ち(x+1)周期期間
の始まりと共にカウンタ51をストップする。例えば、
図2には示されていないマイクロコントローラをカウン
タ状態の読出のために設けることができる。マイクロコ
ントローラを、例えば第2サブ回路47又は評価回路4
1内に設け得る。
タ51は、差信号Dの所定数xの周期期間中、経過する
単位時間τの数mを計数する。例えば、側縁検出器50
から第1の信号―これはカウンタ51を周期期間始まり
と共にスタートするー及び第2信号が出力され、該第2
信号は、所定の数xの経過後、即ち(x+1)周期期間
の始まりと共にカウンタ51をストップする。例えば、
図2には示されていないマイクロコントローラをカウン
タ状態の読出のために設けることができる。マイクロコ
ントローラを、例えば第2サブ回路47又は評価回路4
1内に設け得る。
【0042】カウンタ状態mは、整数であり、単位時間
τにおけるx周期期間の持続時間を指示する。同様に周
期期間Pは下記式により与えられる。
τにおけるx周期期間の持続時間を指示する。同様に周
期期間Pは下記式により与えられる。
【0043】P=(1/x)mτ x周期期間の持続時間は、そのようにして、精度τで求
められる。周期期間Pの相対誤差は、次の通りである。
められる。周期期間Pの相対誤差は、次の通りである。
【0044】 ΔP/P=Δ(xP)/(xP)=τ/(m/τ) 単位時間τが設定されているので、持続時間Pが測定さ
れる精度は、それに亘って当該の測定が実施される周期
期間Pの数により決定される。カウンタ状態mは、周期
期間の数xと、各周期期間Pごとの単位時間τの数との
積に等しい。
れる精度は、それに亘って当該の測定が実施される周期
期間Pの数により決定される。カウンタ状態mは、周期
期間の数xと、各周期期間Pごとの単位時間τの数との
積に等しい。
【0045】周囲条件、例えば発振器9,19の周波数
安定性へ影響を及ぼす温度はたんに緩慢に変化するの
で、周期期間Pの決定を、規則的時間間隔をおいて実施
すれば事足り、ここで、前記規則的時間間隔は周囲条件
が変化するタイムスケールに比して小である。
安定性へ影響を及ぼす温度はたんに緩慢に変化するの
で、周期期間Pの決定を、規則的時間間隔をおいて実施
すれば事足り、ここで、前記規則的時間間隔は周囲条件
が変化するタイムスケールに比して小である。
【0046】測定される周期期間Pは、評価ユニット4
1内に伝送される。そこで、測定される周期期間Pは、
例えばメモリ53内に格納され、前記メモリ53の内容
は、周期期間Pの各新たな測定ごとに更新される。評価
ユニット41内に、さらなるメモリ55が設けられてお
り、その中に送信―繰り返しレートfsが格納される。
当該値は、工場側で記憶され以降もはや変更されない。
1内に伝送される。そこで、測定される周期期間Pは、
例えばメモリ53内に格納され、前記メモリ53の内容
は、周期期間Pの各新たな測定ごとに更新される。評価
ユニット41内に、さらなるメモリ55が設けられてお
り、その中に送信―繰り返しレートfsが格納される。
当該値は、工場側で記憶され以降もはや変更されない。
【0047】評価ユニット41内にて計算ユニット57
が設けられており、該計算ユニット57は、周期期間P
から単位時間τでの時間拡大率を決定する。周期期間P
は周波数差の逆数に等しいので、時間拡大率は送信―繰
り返しレートfsと、周期期間Pとの積に等しい。周期
期間Pは、既に所望の単位時間τにて得られており、そ
の結果時間拡大率に対して下記の関係性が成り立つ。
が設けられており、該計算ユニット57は、周期期間P
から単位時間τでの時間拡大率を決定する。周期期間P
は周波数差の逆数に等しいので、時間拡大率は送信―繰
り返しレートfsと、周期期間Pとの積に等しい。周期
期間Pは、既に所望の単位時間τにて得られており、そ
の結果時間拡大率に対して下記の関係性が成り立つ。
【0048】 fs/Δf=fsP=fs(1/x)m[τ] 単位時間において当該の時間拡大率を用いて評価ユニッ
ト41にて、例えば計算ユニット57にて単位時間τに
て存在している、中間周波信号ZFの2つのサンプリン
グ点間の時間間隔から、2つのサンプリング点に相応す
るエコー信号の2つの点間の実際の時間間隔Δtが求め
られる。
ト41にて、例えば計算ユニット57にて単位時間τに
て存在している、中間周波信号ZFの2つのサンプリン
グ点間の時間間隔から、2つのサンプリング点に相応す
るエコー信号の2つの点間の実際の時間間隔Δtが求め
られる。
【0049】このことを図4に示す中間周波信号ZFの
例に即して説明する。勿論、それに対して実際の時間間
隔が求められるべき2つのサンプリング点は、エコー信
号のなお他の際だった点、例えばアンテナと、基準レフ
レクタにより生ぜしめられたエコーとの間隔に相応する
ようにしてもよい。
例に即して説明する。勿論、それに対して実際の時間間
隔が求められるべき2つのサンプリング点は、エコー信
号のなお他の際だった点、例えばアンテナと、基準レフ
レクタにより生ぜしめられたエコーとの間隔に相応する
ようにしてもよい。
【0050】前述のようにマイクロ波パルスの走行伝搬
時間は図4の中間周波信号ZFの2つの最大値間の時間
間隔ΔT=nτに相応する。前記の時間間隔ΔTは、エ
コー信号の2つの所属点間の実際の時間間隔Δtに相応
し、この実際の時間間隔Δtは、対応するマイクロ波パ
ルスの走行伝搬時間lに等しい。
時間は図4の中間周波信号ZFの2つの最大値間の時間
間隔ΔT=nτに相応する。前記の時間間隔ΔTは、エ
コー信号の2つの所属点間の実際の時間間隔Δtに相応
し、この実際の時間間隔Δtは、対応するマイクロ波パ
ルスの走行伝搬時間lに等しい。
【0051】容器底部と充填レベル測定装置との間の距
離間隔Hは、公知なものとして前提とされている。従っ
て、アンテナ7から充填物表面までの往復のマイクロ波
パルスの実際の走行伝搬時間から充填レベルhは、マイ
クロ波の伝搬速度cの関与のもとで次のように求められ
る; h=H−(c1)/2 下記が成立つ 送受信パルス間の所期の実際の時間差に対して下記が成
立つ; Δt=x(n/m)fs 結果は、時定数τに依存しない。当該の時定数における
エラー誤差及び/又は温度又は時間に関してのそれの変
化は、測定精度に影響を及ぼさない。当該の式に関与す
る単一のエラー誤差源は、送信―繰り返しレートfsで
ある。著しく周波数安定性のある水晶発振器の使用によ
り、当該誤差を著しくわずかに抑さえることができる。
比較的わずかなエラー誤差Δf/f<10-6を有する発
振器が入手可能である。
離間隔Hは、公知なものとして前提とされている。従っ
て、アンテナ7から充填物表面までの往復のマイクロ波
パルスの実際の走行伝搬時間から充填レベルhは、マイ
クロ波の伝搬速度cの関与のもとで次のように求められ
る; h=H−(c1)/2 下記が成立つ 送受信パルス間の所期の実際の時間差に対して下記が成
立つ; Δt=x(n/m)fs 結果は、時定数τに依存しない。当該の時定数における
エラー誤差及び/又は温度又は時間に関してのそれの変
化は、測定精度に影響を及ぼさない。当該の式に関与す
る単一のエラー誤差源は、送信―繰り返しレートfsで
ある。著しく周波数安定性のある水晶発振器の使用によ
り、当該誤差を著しくわずかに抑さえることができる。
比較的わずかなエラー誤差Δf/f<10-6を有する発
振器が入手可能である。
【0052】勿論、時定数τは、サンプリングの精度を
定める程度に限り影響を及ぼす。1つのマイクロ波パル
スは、1mmの距離区間sに対してts=s/cの走行
伝搬時間を要する。但し、cは、真空中の光の速度c=
又は≒3 108にほぼ等しいマイクロ波パルスの伝搬速
度である。従って、走行伝搬時間ts≒又は=3 10
-12sである。4MHzの送信―繰り返しレート及び4
0Hzの周波数差Δfの場合時間拡大率は105に等し
い。1/2mmの充填レベル変化に相応する中間周波信
号ZFの時間差ΔTを分解し得るには、当該の数値例で
は単位時間τを次のように選定しなければならない、即
ち、充填物表面における反射により生じる中間周波信号
ZFの最大値を10-7sだけ分解できるように選定しな
ければならない。このことを行い得るようにするため、
単位時間τが相応に小にセットされるか、又は、最大値
の値の検出識別が例えば、中間周波信号ZFの形態の評
価により、及び/又は複数の中間周波信号ZFに亘る平
均化により改善されるようにする。単位時間τを例えば
値10-6sに低減できる。このことは1MHzの周波数
に相応する。
定める程度に限り影響を及ぼす。1つのマイクロ波パル
スは、1mmの距離区間sに対してts=s/cの走行
伝搬時間を要する。但し、cは、真空中の光の速度c=
又は≒3 108にほぼ等しいマイクロ波パルスの伝搬速
度である。従って、走行伝搬時間ts≒又は=3 10
-12sである。4MHzの送信―繰り返しレート及び4
0Hzの周波数差Δfの場合時間拡大率は105に等し
い。1/2mmの充填レベル変化に相応する中間周波信
号ZFの時間差ΔTを分解し得るには、当該の数値例で
は単位時間τを次のように選定しなければならない、即
ち、充填物表面における反射により生じる中間周波信号
ZFの最大値を10-7sだけ分解できるように選定しな
ければならない。このことを行い得るようにするため、
単位時間τが相応に小にセットされるか、又は、最大値
の値の検出識別が例えば、中間周波信号ZFの形態の評
価により、及び/又は複数の中間周波信号ZFに亘る平
均化により改善されるようにする。単位時間τを例えば
値10-6sに低減できる。このことは1MHzの周波数
に相応する。
【0053】本発明によれば、差信号の周期期間Pのカ
ウントのためにも同じ単位時間τが使用される。40H
zの差周波数Δfの場合、周期期間Pは、25 10-3
sである。その上で差信号Dが変化するタイムスケール
は、その上で中間周波信号ZFが変化するタイムスケー
ルと明らかに異なるけれども、上述のように本発明によ
り両信号のサンプリングのため同じ単位時間τを使用す
ることが可能である。単位時間τはアプリケーションに
より設定される、走行伝搬時間測定に対する精度により
設定される。差信号Dの決定の精度は、それに亘って差
信号Dが評価される周期期間の数xにより調整セッティ
ングされるべきものである。
ウントのためにも同じ単位時間τが使用される。40H
zの差周波数Δfの場合、周期期間Pは、25 10-3
sである。その上で差信号Dが変化するタイムスケール
は、その上で中間周波信号ZFが変化するタイムスケー
ルと明らかに異なるけれども、上述のように本発明によ
り両信号のサンプリングのため同じ単位時間τを使用す
ることが可能である。単位時間τはアプリケーションに
より設定される、走行伝搬時間測定に対する精度により
設定される。差信号Dの決定の精度は、それに亘って差
信号Dが評価される周期期間の数xにより調整セッティ
ングされるべきものである。
【0054】
【発明の効果】本発明により、前述の技術水準から出発
し、精度の高い測定に適するマイクロ波で動作する充填
レベル測定装置を実現することができ、また、求められ
るべき走行伝搬時間は、当該の単位時間の変動又は変化
に全く無関係となり、単位時間を定める構成部分の周波
数への効果影響―例えば温度に依存する変動は、距離精
度への影響を及ぼさなくなるという効果が得られる。
し、精度の高い測定に適するマイクロ波で動作する充填
レベル測定装置を実現することができ、また、求められ
るべき走行伝搬時間は、当該の単位時間の変動又は変化
に全く無関係となり、単位時間を定める構成部分の周波
数への効果影響―例えば温度に依存する変動は、距離精
度への影響を及ぼさなくなるという効果が得られる。
【図1】容器上に取り付けられた充填レベル測定装置の
概念図。
概念図。
【図2】本発明の充填レベル測定装置の回路構成を示す
回路略図。
回路略図。
【図3】図2のサンプルホールド回路の1実施例の回路
略図。
略図。
【図4】中間周波信号ZFの記録の1例の波形図
【図5】図2のパルス発生器の出力信号を差信号Dの形
成のため使用する場合に対する差信号Dの1例を示す波
形図。
成のため使用する場合に対する差信号Dの1例を示す波
形図。
【図6】図2の発振器の出力信号を差信号Dの形成のた
め使用する場合に対する差信号Dの1例を示す波形図。
め使用する場合に対する差信号Dの1例を示す波形図。
1 充填レベル測定装置 3 充填物 5 容器 7 アンテナ 9 発振器 11 パルス発生器 13 マイクロ波源 15 方向性結合器 17 混合器 19 発振器 21 パルス発生器 23 マイクロ波源 25 LPFフィルタ 26 復調器 27 第1サブ回路 29 サンプルホールド回路 31 A/D変換器 33 コンデンサ 35 スイッチ 37 クロック発生器 39 メモリ 40 計算ユニット 41 評価回路 43 混合器 45 LPFフィルタ 47 第2サブ回路 49 コンパレータ 50 側縁検出器 51 カウンタ 53 メモリ 57 計算ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローラント ミュラー ドイツ連邦共和国 シュタイネン イム ヴォルフィッシュビュール 27−1 (72)発明者 ベルント シュトリュット ドイツ連邦共和国 シュタイネン ヒュ ージンガーシュトラーセ 1 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 23/284
Claims (8)
- 【請求項1】 マイクロ波で動作する充填レベル測定装
置において、 下記の構成要素を有し、即ち ―信号繰り返しレート(fs)を有するマイクロ波パル
スの生成のため送信パルスー発生器を有し、前記繰り返
しレート(fs)を有するマイクロ波パルスは、作動中
アンテナ(7)を介して、被測定充填レベルの方向に送
信され、充填物表面にて反射され、それのエコー信号が
受信されるものであり、 −マイクロ波パルスの生成のための基準パルス発生器を
有し、前記マイクロ波パルスは、送信パルス発生器によ
り生成されるマイクロ波パルスと同じであるが、送信号
繰り返しレート(fs)とはわずかな周波数差(△f)
だけ異なる基準繰り返しレート(fr)を有し、 ―第1の混合器(17)を有し、 −−前記の第1の混合器(17)の第1の入力側に、エ
コー信号が加わり、 −−第1の混合器の第2の入力側に基準パルス発生器の
出力信号が加わり −−第1混合器の出力側に、エコー信号に比して時間的
に時間拡大率だけスローダウンされた、ないし、拡大さ
れた中間周波信号(ZF)が現れ、前記時間拡大率は、
送信―繰り返しレート(fs)と周波数差(△f)との
商に等しいものであり、 ―中間周波信号(ZF)のサンプリングのための第1サ
ブ回路(27)を有し、 −−該第1サブ回路(27)では2つの順次連続する2
つのサンプリング間の時間間隔が1つの単位時間(τ)
に等しいものであり、 ―差信号(D)の生成のための手段を有し、該差信号
(D)は、差周波(Δf)て変化するものであり、 ―単位時間(τ)に基づいてそれの周期期間(P)を決
定するための第2サブ回路(47)を有し、 −評価回路(41)を有し、 該評価回路(41)は、前記周期期間(P)から単位時
間(τ)における時間拡大率を決定し、 当該の単位時間(τ)における時間拡大率を用いて中間
周波信号(ZF)の2つの時点間の前記単位時間(τ)
にて生じる時間間隔(ΔT)から、前記の2つのサンプ
リング点に相応するエコー信号の2つの点間の実際の時
間間隔(Δt)を求めるように構成されていることを特
徴とするマイクロ波で動作する充填レベル測定装置。 - 【請求項2】 固定的な単位時間(τ)を設定する単一
のクロック発生器(37)が設けられていることを特徴
とする請求項1記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項3】 差信号(D)の生成のための手段は、第
2混合器(43)をを有し、 −該第2混合器の第1入力側に信号が加わり、 −−該信号は、送信―繰り返しレート(fs)を以て変
化し、 −前記第2混合器(43)の第2入力側に次のような信
号が加わる、即ち、 −−基準繰り返しレート(fr)を以て変化する信号が
加わるものであり、 −−前記第2混合器(43)の出力側に差信号(D)が
現れるように構成されていることを特徴とする請求項1
記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項4】 前記送信パルス発生器は、下記の構成素
子を有し; ―発振器(9)を有し、該発振器(9)の周波数は送信
―繰り返しレート(fs)に等しいものであり、 −発振器(9)に後置接続されたパルス発生器(11)
を有し、 −−前記発生器(11)は、発振器(9)の出力信号を
制御信号(S)に変換するものであり、 −制御信号(S)により制御されるマイクロ波源(1
3)を有し、該マイクロ波源(13)はマイクロ波パル
スを送信するものであることを特徴とする請求項1記載
の充填レベル測定装置。 - 【請求項5】 基準発生器は、下記構成要素を有し; ―発振器(19)を有し、該発振器(19)の周波数は
基準―繰り返しレート(fr)に等しいものであり、 −発振器(19)に後置接続されたパルス発生器(2
1)を有し、 −−前記発生器(21)は、発振器(19)の出力信号
を制御信号(S′)に変換するものであり、 −制御信号(S′)により制御されるマイクロ波源(2
3)を有し、該マイクロ波源(23)はマイクロ波パル
スを送信するものであることを特徴とする請求項1記載
の充填レベル測定装置。 - 【請求項6】 中間周波信号(ZF)のサンプリングの
ための第1サブ回路(27)は、サンプルホールド回路
(29)及びサンプルホールド回路の出力側に接続され
たA/D変換器(31)を有することを特徴とする請求
項1記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項7】 差信号(D)のサンプリングのための第
2サブ回路(47)は、下記構成素子を有する; −コンパレータ(49)を有し、 −−該コンパレータ(49)の出力側には、サンプリン
グ時点での差信号が所定の限界値(W)より大である場
合第1のレベルを有する信号レベル(H)が現れるよう
に構成されており、 −−サンプリング時点での差信号(D)が所定限界値
(D)より小である場合、当該のコンパレータ(49)
の出力側には第2信号レベル(L)を有する信号が現れ
るように構成されており、 −コンパレータ(49)に接続された側縁検出器(5
0)を有し、 −−該側縁検出器は、差信号の1つの周期期間の始まり
を識別するものであり、 −カウンタ(49)を有し、 −−該カウンタ(49)は、差信号(D)の所定数
(x)の周期期間中経過する単位時間(τ)の数(m)
を計算するように構成されていることを特徴とする請求
項1記載の充填レベル測定装置。 - 【請求項8】 差信号(D)の所定数(x)の周期期間
の経過後、カウンタ状態を読出し、それにより、差周波
数(Δf)の周期期間(P)を求めるために使用される
手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載の
充填レベル測定装置。
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