JP4773028B2

JP4773028B2 - マイクロ波レベル送信機の近接物質界面検出方法

Info

Publication number: JP4773028B2
Application number: JP2001573096A
Authority: JP
Inventors: ラブグレン，エリック，アール．; ペダーソン，デビッド，エル．
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE10196024T1; WO2001075475A2; CN1330946C; AU2001247655A1; DE10196024B3; WO2001075475A3; JP2003529779A; CN1422385A; US6445192B1

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、タンクのような蓄積容器に入れられた物質のレベル（液面または水面）を測定するプロセス制御産業に使用される送信機に関する。特に、本発明は、小さな距離だけ離されている物質の界面を検出することのできるマイクロ波レベル送信機に関する。
【０００２】
マイクロ波レベル送信機は、タンク中に収容されている物質中にマイクロ波パルスを送信することによって、タンク中に収容されている物質のレベルを測定するプロセス制御産業に使用される。マイクロ波パルスは、タンクの中味から反射し、タンクの輪郭または波形が生成される。この波形は、マイクロ波パルスの反射の大きさを、時間の関数で表す。波形のピークは、タンク内の不連続部で反射されたマイクロ波パルスの一部である受信波パルスを表している。これらの不連続は、タンク中の物質の表面における空気と物質の界面、水の上の油の層のような液体と液体の界面、液体と固体の界面、および固体と固体の界面のような種々の物質の界面を含むことができる。一度、波形中の受信波パルスまたはピークの時間位置が基準時間位置に対して求められると、これらの物質の界面の位置またはレベルは、時間領域反射率計（ＴＤＲ；Time Domain Reflectometry）の原理を用いて求められることができる。
【０００３】
受信波パルスの時間位置の検出は、一般に、閾値を越えるピークに対する波形の分析を含んでいる。典型的には、一個の受信波パルスが、閾値と交叉する波形に沿って、始点と終点を置くことにより検出される。しかし、この方法は、前記始点と終点が１以上の受信波パルスを含む程度まで受信波パルスが重なると、多数の物質界面に相当する多数の受信波パルスを検出するのに失敗する。この重なりは、物質界面の近接による。そのように重なり合ったパルスを含む波形部分は、双ピークパルスと定義される。典型的な方法では、波形が双ピークパルスを含まないように十分離れている物質界面に相当する受信波パルスの時間位置のみを検出することができる。
【０００４】
双ピークパルスの重なり受信レーダ波パルスを検出する一つの可能な方法は、Berger等に付与された米国特許第５，９６９，６６６号に開示されている。Berger等に開示されている方法は、波形の最大値またはエコー形状の位置を決定し、種々の最大および最小の傾きの位置を決定するために時間的に戻ってサーチする。最大と最小の傾きは、双ピークパルス（Bergerでは、二重ブリップ（doubleblip）として記述されている）の受信波パルスの重なりを明確にするために使用される。コンピュータによる強化に加えて、Bergerに記述されている方法は、波形が双ピークパルスを含むことをいつも予定している。その結果、双ピークパルスが波形に存在しない時でさえ、Bergerに開示されている方法は受信レーダ波パルスの重なりをサーチする場合に、不必要にコンピュータで行うことになるであろう。
【０００５】
発明の要約
マイクロ波レベル送信機で双ピークパルスの存在を検出する方法と装置が提供される。第１の受信波パルスに関する第１のピーク点と谷部の両方が波形中に検出されると、双ピークパルスが含まれると判断される。一つの特徴では、マイクロ波レベル送信機は、波形中に双ピークパルスの存在を検出するために、上記の方法を使用するように設計されている界面検出モジュールを含んでいる。
【０００６】
図面の簡単な説明
図１は、プロセスプラント中のタンクに付けられた、本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機を示す簡略図である。
図２は、本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機の簡略ブロック図である。
図３と４は、本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機により生成される波形である。
図５は、図４の円Aに含まれる部分の拡大図である。
図６−９は、本発明の種々の実施形態に従って、マイクロ波レベル送信機で実行される方法を示すフローチャートである。
図１０ａ−ｂは、プロセスプラント中のタンクに付けられた、本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機を示す簡略図である。
【０００７】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、タンク中に含まれる、液体および固体のような物質のレベルを計算するのに使用されるマイクロ波レベル送信機に関する。以下により詳細に説明されるように、本発明のマイクロ波レベル送信機は、互いに近接している多数の物質の界面を検出または感知することができる。これらの物質の界面は、物質の表面、すなわち第１の物質と空気との間、および第１の物質と第２の物質との間に位置することができる。例えば、物質の界面は、空気と第１の液体間、泡と第１の液体間、液体と固体間、および第１と第２の液体間に存在しうる。本発明のこの特徴により、マイクロ波レベル送信機がタンク中に含まれる多数の物質のレベルの小さな変化を計算できるようになる。
【０００８】
図１は、符号１０で示されている本発明のマイクロ波レベル送信機が動作する環境の一例を示している。マイクロ波レベル送信機１０は、第１および第２のプロセス物質１４，１６の上方においてタンク１２に装着されることができる。第１の物質界面１８は第１の物質１４の表面に位置する。第２の物質界面２０は、第１の物質１４と第２の物質１６との間の接合部に位置する。マイクロ波レベル送信機１０は、第１および第２の物質１４，１６中にマイクロ波パルスを送信するレーダアンテナ２２に取り付けられている。マイクロ波パルスの一部は、第１および第２の物質界面１８，２０に位置する不連続面で反射される。マイクロ波パルスのこれらの反射部分は、受信波パルスとしてマイクロ波レベル送信機１０により受信される。この受信波パルスは、タンク１０の中味のエコー形状(echo profile）を形成する。マイクロ波レベル送信機１０は、さらに既知の時間領域反射率計（ＴＤＲ）の原理を用いて、前記エコー形状に基づいて、第１および第２の物質界面１８，２０のレベルを計算するように構成されている。
【０００９】
レーダアンテナ２２の一実施形態は、第１と第２の物質１４，１６の中に延びる、図１に示されているような導波管２２ａである。マイクロ波パルスは、導波管２２ａに沿って第１と第２の物質１４，１６中へ伝搬し、マイクロ波パルスの一部は第１と第２の物質界面１８，２０に位置する不連続面から導波管２２ａに沿って反射される。図１に示されている実施形態では、導波管２２ａは、好ましくは底の端部で短絡終端されている２本のリード伝送線である。同軸伝送線やプローブ（probe）のような、導波管２２ａと等価な多くの物が、マイクロ波レベル送信機１０に使用できることは当業者には自明である。レーダアンテナ２２の他の実施形態では、それぞれ図１０ａおよび１０ｂに示されているような放射ホーン２２ｂやロッドアンテナ２２ｃを含んでいる。放射ホーン２２ｂおよびロッドアンテナ２２ｃは、それぞれがマイクロ波パルスをタンク１２中に放射する。
【００１０】
図１を再度参照すると、制御室２４がマイクロ波レベル送信機１０から遠く離れた位置に置かれている。制御室２４は、２線式制御ループ２６を経て、マイクロ波レベル送信機１０を制御でき、またマイクロ波レベル送信機１０から情報を受信することができる。制御ループ２６は、標準４−２０ｍＡアナログ信号を使用するアナログループ、FOUNDATION（登録商標）フィールドバスまたはプロフィバスのようなデジタル通信プロトコルに従ってデジタル信号を生成するデジタルループ、またはハイウェイアドレッサブルリモートトランスジューサ（HART（登録商標））のような、アナログ信号にデジタル信号が重畳される結合ループであってもよい。さらに、マイクロ波レベル送信機１０は、制御ループ２６を経て受信されるエネルギによって完全に電力供給される低電力送信機でありうる。
【００１１】
図２は、パルス発生器２８，パルス受信機３０，界面検出モジュール３２，およびレベル計算モジュール３４を含むマイクロ波レベル送信機１０の一実施形態の簡略ブロック図である。パルス発生器２８とパルス受信機３０は、導波管２２ａとして表されれているレーダアンテナ２２に方向性結合器３６を介して電子的に結合されている。パルス発生器２８は、方向性結合器３６を介してマイクロ波パルスをレーダアンテナ２２に送信し、マイクロ波パルスを第１および第２の物質１４，１６中へ送信できるように構成されている。パルス受信機３０は、タンク１２中の不連続面から反射されるマイクロ波パルスの一部である反射波パルスを受信し、反射波パルスがパルス受信機３０により受信された時の時間の関数として反射波パルスの振幅を含むエコー形状を生成するように構成されている。パルス受信機３０はさらに図３に示されているように、エコー形状をフィルタして、波形４０を生成するように構成されている。
【００１２】
波形４０は、図３に示されているように、基準パルス４２，第１の受信波パルス４４，および第２の受信波パルス４６を含んでいる。基準パルス４２は、マイクロ波パルスがパルス発生器２８によりタンク１２中へ送信された時間を表す。基準パルス４２は、基準時間位置として用いられることができ、その基準時間位置から、第１および第２の往復伝送時間（すなわち、送信機１０から第１および第２の物質表面１８，２０までと、送信機１０へ戻るまでの時間）が測定される。
【００１３】
界面検出モジュール３２（図２）は、一般的に、波形４０をパルス受信機３０から受信し、基準パルス４２の時間位置と、第１および第２の受信波パルス４４，４６を検出するように構成されている。受信波パルスの時間位置を検出するために界面検出モジュール３２により使用される方法は、以下でより詳細に説明されるであろう。一度検出されると、受信波パルス４４，４６の時間位置は界面検出情報としてレベル計算モジュール３４へ提供される。
【００１４】
レベル計算モジュール３４は、第１および第２の受信波パルス４４，４６に対する往復伝送時間を確定するために、受信波パルス４２，４４，４６の時間位置を含む界面検出情報を使用し、既知のＴＤＲ原理を用いて、マイクロ波レベル送信機１０から第１および第２の物質界面１８，２０までの各々の距離に相当するレベルＤ１とＤ２（図２）を計算する。レベル計算モジュール３４は、前述したように、制御ループ２６を経て制御室２４で受信される第１および第２の物質界面１８，２０のレベルに関する出力信号を生成する。
【００１５】
タンク１２中に含まれる第１及び第２の物質１４，１６の体積を決定するために、付加的な計算が、レベル計算モジュール３４により生成される情報に関して行われる。例えば、タンク１２の面積に第１の物質１４の高さＤ３（図２）を掛けることにより第１の物質１４の体積を決定することができる。高さＤ３は、Ｄ２からＤ１を引き算することにより得られる。同様に、第２の物質１６の体積は、タンク１２の面積に、距離Ｄ２とマイクロ波レベル送信機１０からタンク１２の底までの距離との差を掛けることにより決定されることができる。タンク１２が図１、図２で表されているもの以外の形状であっても良いこと、第１及び第２の物質１４，１６のレベルＤ１とＤ２と体積を決定するために使用される式の複雑さは増すけれども、これらの値は比較的簡単に決定されることができることは、当業者に明らかである。これらの計算は、マイクロ波レベル送信機１０により、または制御室２４のようなマイクロ波レベル送信機１０の外に置かれた処理電子回路により行われることができる。
【００１６】
界面検出モジュール３２は、波形４０に含まれている基準パルス４２，第１の受信パルス４４，および第２の受信パルス波４６の時間位置を検出できるように構成されている。界面検出モジュール３２により使用される一般的な方法の説明が最初になされ、次に第１、第２の受信波パルス４４，４６が互いに近接するとき、これらを検出するのに使用される方法が説明される。
【００１７】
基準パルス４２，第１、第２の受信パルス波４４，４６を検出するために界面検出モジュール３２により使用される一般的な方法の一実施形態は、図３に示されているような、受信波パルス４２，４４，４６のそれぞれに相当する閾値振幅を利用する。閾値は、検出される受信波パルスの期待振幅値に従ってセットされる。そして、もし波形４０が閾値と交叉するなら、該閾値に相当する受信パルス波が存在しているとみなされることができる。基準閾値ＴＦは基準パルス４２を検出するために定義され、第１の閾値Ｔ１は第１の受信波パルス４４を検出するために定義され、第２の閾値Ｔ２は第２の受信波パルス４６を検出するために定義される。第１と第２の受信波パルス４４，４６はそれらの時間位置により区別されることができるから、閾値Ｔ１とＴ２は同じ振幅値にセットされてもよい。基準パルス４２は、界面検出モジュール３２によって、波形４０が基準閾値ＴＦと交叉または少なくとも交わる時間位置に相当する点４８と５０を見つけることにより、検出されることができる。同様に、第１の受信波パルス４４は、波形４４が第１の閾値Ｔ１と交叉するまたは少なくとも交わる点５２と５４を見つけることにより、また第２の受信波パルス４６は、波形４６が第２の閾値Ｔ２と交叉するまたは少なくとも交わる点５６と５８を見つけることにより、検出されることができる。
【００１８】
一実施形態では、界面検出モジュール３２はパルス４２，４４，４６の時間位置を確定するため、それらのピーク値を使用する。例えば、第１の受信波パルス４４の時間位置は、点５２と５４間で、波形４０が到達するピーク値（絶対値）を探索することにより確定されることができる。他の実施形態では、界面検出モジュール３２は、波形４０が対応する閾値と交叉する点間の中点を計算することにより、受信波パルス４２，４４，および４６の時間位置を検出する。したがって、界面検出モジュール３２のこの実施形態は、第１の受信波パルス４４の時間位置として、点５２と５４の中点を選択するであろう。
【００１９】
上述の一般的方法は、波形４０が第１と第２の閾値Ｔ１とＴ２と交叉する点を決定することにより、第１と第２の受信波パルス４４，４６を見つけるものである。第１と第２の物質界面１８，２０間の距離が減少すると、対応する第１と第２の受信波パルス４４，４６はオーバラップし始める。点５２と５４が第１と第２の受信波パルス４４，４６を包囲する、換言すれば、波形４０が図４と図５に示されているように、双ピークパルス６０を含む時まで、第１と第２の受信波パルス４４，４６がオーバラップすると、前記一般的方法は、第１と第２の物質界面１８，２０を検出することができなくなる。
【００２０】
図４に示されているような双ピークパルス６０は、第１の閾値Ｔ１より上にあり、第１と第２の受信波パルス４４，４６の両ピークを含む波形４０の一部と定義される。図５は、円Ａ内の図４の一部の拡大図を示す。双ピークパルス
６０は、さらに波形４０が第１の閾値Ｔ１を横切る点５２（始点）と５４（終点）とにより定義されている。波形４０の双ピークパルスは、図５に示されているように、第１のピーク点６２，谷６４，および第２のピーク点６６を持つと定義されている。第１のピーク点６２は、第１の受信波パルス４４の時間位置と、これに対応する物質界面１８とに関連付けられる。第２のピーク点は、第２の受信波パルス４６の時間位置と、これに対応する第２の物質界面２０とに関連付けられる。谷６４は、第１および第２のピーク点６２，６６の間に位置し、第１の閾値Ｔ１上に存在する。
【００２１】
双ピークパルス６０の一実施形態では、第１のピーク点６２は、始点５２の後であって波形４０の傾きの符号が変化する波形４０上の点と定義され、その後、波形４０の振幅は、図５に示されているように、次の傾きの符号が変化する波形４０の前にノイズマージンＮを越える量まで変化する。谷６４を認識するための一つのアルゴリズムは、第１のピーク点６２の後および第１の閾値Ｔ１以上であって、波形４０の傾きの符号が変化する、波形４０上の一点を探すことであり、その後、波形４０の振幅は波形４０の次の傾きの符号が変化する前にノイズマージンＮを越える量まで変化する。
【００２２】
図６に示されているフローチャートを参照すると、波形４０の双ピークパルス６０の存在を検知し、第１および第２の受信波パルス４４，４６を確定するための界面検出モジュール３２に使用される一般的な方法が説明されている。ステップ７０でパルス受信機３０から波形４０を受信した後、ステップ７２で、界面検出モジュール３２は、波形４０が少なくとも閾値Ｔ１と交わる始点５２を検出する。ステップ７４では、界面検出モジュールは上述のように定義された波形４０の第１のピーク６２を検知する。ステップ７６では、界面検出モジュール３２は、波形４０の谷６４を検出するように試みる。もし、図３に示された波形４０におけるように、波形４０が双ピークパルス６０を含まないなら、界面検出モジュール３２は谷６４を検出しないであろう。その場合は、波形４０は双ピークパルス６０を含まず、界面検出モジュール３２は、ステップ７８に示され、上記された一般方法に従って第２の受信パルス波４６をサーチし続ける。一方、界面検出モジュール３２による谷６４の検出は、双ピークパルス６０の存在を示す。この場合には、ステップ８０に示されているように、第２のピーク点６６を検出する。
【００２３】
パルス受信機３０から生成される波形４０は、好ましくは、振幅と特定の時間位置とを有する各デジタルサンプルから構成される。第１のピーク点６２を検出するために界面検出モジュール３２により使用される一実施形態は、図７のフローチャートに示されている。ステップ８２では、始点５２に相当するデータ点から次のデータ点が選択される。界面検出モジュール３２は、各データ点を連続的に分析する必要はない。その代わりに、界面検出モジュール３２により選択される“次の”データ点は、界面検出モジュール３２により行われる処理を軽減するために、前に選択されたデータ点から数個離れたデータ点または数個のデータ点の平均とすることができる。
【００２４】
ステップ８４では、波形４０が傾きの符号の変化を受けたかどうかの判断をする。波形４０の傾き符号の変化は、波形４０の傾きが正から負に、負から正に、正から０（零）に、または負から０に変化する時に起こる。図５に示されている波形４０の例では、波形４０の傾きは始点５２で正であり、界面検出モジュール３２は波形４２の傾き符号が負に変化するのをサーチする。界面検出モジュール３２は、現在選択されているデータ点と前に選択されたデータ点との間の振幅差を、それらの間の時間によって割り算することにより、波形４０の現在の傾きを計算する。それから、該計算された傾きは、前の傾き計算値と比較される。換言すれば、界面検出モジュール３２は波形４０の傾きの履歴を維持し、ステップ８４で、波形４０の現在の傾きを波形４０の前の傾きと比較する。もし、界面検出モジュール３２が波形４０の傾きの符号の変化を検出しないなら、その方法は、ステップ８２に戻り、分析されるべき波形４０の次のデータ点が選択され、該方法が継続される。
【００２５】
もし、傾き符号の変化がステップ８４で検出されると、該方法はステップ８６に進み、前に選択されたデータ点波形４０が第１ピーク点候補６２として、マーク付けまたはセットされる。次いで、ステップ８８へ進む。他の実施形態では、現在選択されているデータ点が第１のピーク点候補６２としてセットされる。ステップ８８では、界面検出モジュール３２は、現在選択されているデータ点のレベル（振幅）が第１の閾値Ｔ１より低下したか否かが判断される。もし、低下したなら、単一の信号受信波パルスが検出されたことになり、波形４０は、ステップ９０に示されているように、双ピークパルス６０を含まない。界面検出モジュール３２は、それから、第２の受信波パルス４６を検知する一般的な方法を継続することができる。もし、現在選択されているデータ点のレベルが第１の閾値Ｔ１以上であれば、界面検出モジュール３２はノイズマージンＮ（図５）が越えられたかどうかの判断をする。ノイズマージンＮは、影響のあるノイズが波形４０の形状をもち、界面検出モジュール３２が偽の傾き符号変化を検出するのを防止するために、考慮に入れられる。ステップ９２では、界面検出モジュール３２は、ノイズマージンＮを、現在選択されているデータ点のレベルと、ステップ８６でセットされた第１のピーク点候補６２のレベルとの差と比較する。もし、ノイズマージンＮを越えていると、ステップ８６でセットされた第１のピーク点候補６２は、ステップ９４で、実際の第１のピーク点６２になり、その時間位置は、第１の受信波パルス４４の時間位置を決定するのに、レベル計算モジュール３４により用いられることができる。それから、該方法は図６のステップ７６へ戻る。もし、ステップ９２で、ノイズマージンＮが越えられていないなら、該方法はステップ９６へ進み、次のデータ点が界面検出モジュール３２により選択される。このように、ステップ８８と９２は、選択されたデータ点が、単一の受信波パルス、第１の受信波パルス、またはノイズのいずれであるかを示す第１のピーク特徴データを検出することを意図して設けられている。
【００２６】
ステップ９８では、界面検出モジュール３２は、波形４０がステップ８４で説明されたのと同じ方法で、次の傾き符号変化を受けたかどうかを判断する。もし、次の傾き符号変化が検出されないと、該方法はステップ８８へ戻り、以前に説明した動作を継続する。もし、次の傾き符号変化がステップ９８で検出されると、該方法はステップ８２に戻り、他のデータ点が界面検出モジュール３２により選択され、該方法が継続される。
【００２７】
図６に示された方法のステップ７６の一実施形態が、図８のフローチャートに示されている。この実施形態では、該方法は、ステップ７４からの第１のピーク点６２の検出に続いて、波形４０のデータ点を分析し、波形４０が第１の受信波パルス４４のみが存在していることを示す第１の閾値Ｔ１以下に低下する、または波形４０が双ピークパルス６０を含むことを示す第１の閾値Ｔ１以上で傾きの符号変化を受けるかどうかを判断する。ステップ７６のこの実施形態は、ステップ１００で、前のデータが選ばれた後に、波形４０のデータ点を選択することによって、ステップ７４に続いて開始される。ステップ１０２では、界面検出モジュール３２は、選ばれたデータ点のレベルが第１の閾値Ｔ１以下であるかどうか判断する。もし、該選ばれたデータ点のレベル、すなわち振幅が、第１の閾値Ｔ１以下であるなら、波形４０は双ピークパルス６０を含まず、界面検出モジュール３２は、第２の受信波パルス４６を検出するために、上記した一般的な方法を使用して動作を継続する。もし、選択されたデータ点の振幅が第１の閾値Ｔ１以下でないなら、該方法はステップ１０６へ進み、界面検出モジュール３２は、波形４０が傾き符号の変化を受けたかどうかかを判断する。もし、界面検出モジュール３２がステップ１０６で傾き符号の変化を検出しないなら、該方法はステップ１００に戻り、波形４０の次のデータ点が選択され、該方法が継続される。もし、傾き符号の変化がステップ１０６で検出されるなら、該方法はステップ１０８へ進み、以前に選択されたデータ点が谷候補６４としてセットされる。
【００２８】
次に、該方法はステップ１１０に進み、界面検出モジュール３２は、ノイズマージンＮ（図５）を、現在のデータ点の振幅とステップ１０８でセットされた谷候補６４との差と比較することにより、該ノイズマージンＮが越えられたかどうか判断する。もし、ノイズマージンＮが越えられると、波形４０は双ピークパルス６０を含み、ステップ１０８で谷候補６４としてセットされたデータ点はステップ１１２で谷６４とセットされ、該方法はステップ８０（図６）へ戻る。ステップ１１０と１１２は、選択されたデータ点が、谷６４またはノイズの一方を示す振幅をもつ谷特徴データ点であるかどうかを判定するために使用される。該方法は、もし、ノイズマージンＮが現在のデータ点により越えられていないと、ステップ１１４へ進む。ステップ１１６では、現在選択されているデータ点が前に選択されたデータ点と比較され、波形４０が次の傾きの符号変化を受けたかどうか判定する。もし、次の傾きの符号変化がステップ１１６で検出されないと、該方法はステップ１１０に戻り、前述の通りに継続される。もし、界面検出モジュール３２がステップ１１６で次の傾き符号の変化を検出すると、該方法はステップ１００に戻り、最初からやり直す。
【００２９】
再度図６に戻り、第１のピーク点６２および谷６４の存在または検出のために、もし界面検出モジュール３２が、波形４０が双ピークパルス６０を含むと判断すると、該界面検出モジュール３２はステップ８０に示されているように、第２のピーク点６６をサーチすることができる。ステップ８０の一実施形態は、図９のフローチャートで示されている。この実施形態では、界面検出モジュール３２は、ステップ７６からの前に選択されたデータ点に続く波形のデータ点を選択することにより、ステップ１１８で開始する。ステップ１２０では、界面検出モジュール３２は、波形４０が傾きの符号変化を受けたかどうかの判断をする。もし該傾きの符号変化がステップ１２０で検出されないと、該方法はステップ１１８へ戻り、次のデータ点が選択される。もし、ステップ１２０で、該傾きの符号変化が検出されると、該方法はステップ１２２へ進み、そこで、前に選択されたデータ点が第２のピーク点候補６６としてセットされる。
【００３０】
ステップ８０のこの実施形態は、第１および第２の閾値Ｔ１およびＴ２が同じ大きさであると仮定して説明されている。しかし、もし第１および第２の閾値Ｔ１およびＴ２が異なるなら、該方法は、第２のピーク点候補６６の振幅を第２の閾値Ｔ２と比較する付加ステップを必要とするであろう。
【００３１】
界面検出モジュール３２は、次に、現在選択されているデータ点が第２の閾値Ｔ２以下の振幅をもつかどうか、ステップ１２４で判断する。もし該データ点が第２の閾値Ｔ２以下の振幅をもつ場合には、第２の受信波パルス４６は、ステップ１２６に示されているように検出されたことになる。一方、該選択されたデータ点のレベルが第２の閾値Ｔ２を越えている場合には、界面検出モジュール３２は、ノイズマージンＮ（図５）がステップ１２８で越えられたかどうかを判断する。もしノイズマージンＮが越えられた場合には、ステップ１２２でセットされた第２のピーク点候補が実際の第２のピーク点６６としてセットされることができ、ステップ１３０で、第２の受信波パルス４６の時間位置として使用されることができる。もしノイズマージンＮがステップ１２８で越えられないと、界面検出モジュール３２は、ステップ１３２で示されているように、波形４０の次のデータ点を選択し、ステップ１３４で、波形４０が次の傾きの符号変化を受けたかどうかを判断する。もし次の傾きの符号変化がステップ１３４で検出されないと、該方法はステップ１２４へ戻り、上記した動作を継続する。もし傾きの符号変化がステップ１３４で検出されるなら、該方法はステップ１１８に戻り動作が継続される。
【００３２】
上記の方法を用いると、界面検出モジュール３２は、第１のピーク点６２と谷６４とを検出することにより、波形４０中に双ピークパルス６０の存在を検出することができる。もし、界面検出モジュール３２が波形４０中に双ピークパルスを検出すると、界面検出モジュール３２は第２のピーク点６６のために波形４０を分析し続ける。しかし、もし界面検出モジュール３２が双ピークパルスを検出しないと、すなわち谷６４が検出されないと、界面検出モジュール３２は、一般の受信波パルス検出方法を用いて、第２の受信波パルス４６のような、他の受信波パルスをサーチし続けることができる。このように、界面検出モジュール３２は、存在しないまたは検出されない第２のピーク点６６のために、波形４０をさらに分析することを回避する。
【００３３】
本発明の一実施形態によると、界面検出モジュール３２は、ピーク点６２，６６の時間位置を、受信波パルス４４，４６の時間位置として使用する。したがって、これらの時間位置は、対応する第１および第２の物質界面１８，２０のレベルを計算するために、レベル計算モジュール３４により使用される。
【００３４】
本発明の他の実施形態では、界面検出モジュール３２は、第１のピーク点６２の両側面に位置する少なくとも一対の波形４０のデジタルサンプルを選択する。該一対のデジタルサンプルの各々は、好ましくは、第１のピーク点６２から等しい個数のデジタルサンプルだけ離れている。次に、第１のピーク点６２と一対のデジタルサンプルは、第１の放物線曲線に適合している。最後に、第１の受信波パルス４４の時間位置は、該第１の放物線曲線が０の傾きをもつ時間位置にセットされる。第２の受信波パルス４６の時間位置も、同様に確定されることができる。まず、界面検出モジュール３２は、第２のピーク点６６の両側面に位置し、好ましくは、第２のピーク点６６から等しい個数のデジタルサンプルだけ離れている一対のデジタルサンプルを選択する。次に、第２のピーク点６６と側面に位置するデジタルサンプルは第２の放物線曲線に適合する。第２の受信波パルス４６の時間位置は、該第２の放物線曲線が０の傾きをもつ時間位置として、界面検出モジュール３２によりセットされる。界面検出モジュール３２のこの実施形態は、第１および第２の受信波パルス４４，４６の時間位置およびこれに対応する第１および第２の物質界面１８，２０のより正確な検出を可能にする。
【００３５】
本発明は好ましい実施形態に関して記述されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、変形できることは認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図２】本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機の簡略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機により生成される波形である。
【図４】本発明の一実施形態によるマイクロ波レベル送信機により生成される波形である。
【図６】本発明の実施形態に従って、マイクロ波レベル送信機で実行される方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に従って、マイクロ波レベル送信機で実行される方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に従って、マイクロ波レベル送信機で実行される方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に従って、マイクロ波レベル送信機で実行される方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ……マイクロ波レベル送信機、１２……タンク、１４，１６……プロセス物質、１８……第１の物質界面、２０……第２の物質界面、２２……レーダアンテナ、２２ａ……導波管、２４……制御室、２６……２線式制御ループ

Claims

タンク中の物質レベルを検出するのに使用されるマイクロ波レベル送信機のパルス受信機により生成される波形中の双ピークパルスを検出する方法であって、
該双ピークパルスは第１および第２の物質界面から反射されたオーバラップしている第１および第２の受信波パルスを含み、
前記方法が、
第１の物質界面のレベルが第１のピーク点を用いて計算できるように、該第１受信波パルスに相当する波形の第１のピーク点が検出され（以下、検出ステップ（ａ））、
該第１のピーク点が検出された後に該波形の谷が検出（以下、検出ステップ（ｂ））された時に双ピークパルスを含むと判定され、
前記波形は、少なくとも、第１の受信波パルスに相当する第１の閾値と交わる振幅を有する波形上の点として定義された始点を含み、
前記第１のピーク点は、該始点の後の波形上であって、該波形の傾きの符号が変化する所に位置すると定義され、その後、該波形の振幅が、波形の傾きの符号が変化する前に雑音余裕（以下、ノイズマージン）を越える量まで変化することによって検出され、
前記谷は、前記波形の傾きの符号が変化する第１のピーク点の後に位置すると定義され、その後、波形の振幅が、該波形の傾きの符号が変化する前に前記ノイズマージンを越える量まで変化することによって検出される双ピークパルス検出方法。
前記波形が、振幅と時間位置の各々をもつデータ点を含み、
前記検出ステップ（ａ）が、
(i)少なくとも、第１の閾値と交わる振幅をもつ波形の開始データ点を選択し、
(ii)第１のピーク点を示す傾き符号の変化を検出するため、波形のデータ点を連続的に比較し、
(iii)第１のピーク点候補を、傾きの符号変化の時間位置としてセットし、
(iv)該第１ピーク点候補に続く波形のデータ点（以下、第１のピーク特徴データ点）が、単一の受信波パルス、第１の受信波パルス、およびノイズのいずれに関連があるかを検出するために、前記第１のピーク特徴データ点の振幅を連続的に分析する、
ことからなる請求項１に記載の双ピークパルス検出方法。
前記第１のピーク特徴データ点が、波形の傾き符号が変化する前に第１の閾値以下である振幅をもつ時、前記第１のピーク点候補が前記単一の受信波パルスと関連すると判定する請求項２に記載の双ピークパルス検出方法。
第１のピーク点候補の振幅と前記第１のピーク特徴データ点の振幅との間の差が前記ノイズマージンを越えるとき、前記第１のピーク点候補は、前記第１の受信波パルスに関連すると判定する請求項２に記載の双ピークパルス検出方法。
第１のピーク点候補の振幅と前記第１のピーク特徴データ点との間の差が前記ノイズマージンを越えない時、前記第１のピーク点候補はノイズに関連し、該第１のピーク特徴データ点は該波形の傾き符号の変化に関連すると判定する請求項２に記載の双ピークパルス検出方法。
前記検出ステップ（ｂ）は、
(i)該第１のピーク点が第１の受信波パルスに関連する時、波形の傾き符号の変化および第１の閾値以下に低下する波形の振幅の一方を検出するために、第１のピーク特徴データ点で始まる波形のデータ点を連続的に分析すること、
(ii)波形の傾き変化に関連する時間位置で谷候補点をセットすること、
(iii)該谷候補点に続く波形のデータ点（以下、谷特徴データ点）が、谷とノイズのいずれに関連があるかを検出するために、前記谷特徴データ点の振幅を連続的に分析することを含む請求項２に記載の双ピークパルス検出方法。
前記谷候補点は、該谷候補点の振幅および該谷特徴データ点の振幅間の差が前記ノイズマージンを越える時、前記谷に関連するとする請求項６に記載の双ピークパルス検出方法。
前記谷候補点は、該谷候補点の振幅および該谷特徴データ点の振幅間の差が前記ノイズマージンを越えない時、前記谷に関連するとする請求項６に記載の双ピークパルス検出方法。
波形中の双ピークパルスおよび該双ピークパルスの第１および第２のオーバラッピング受信波パルスの時間位置を検出する方法であって、
該波形は、タンク中の物質レベルを検出するのに使用されるマイクロ波レベル送信機のパルス受信機により生成され、前記第１および第２の受信波はそれぞれ第１および第２の物質界面に対応し、
該方法が、
前記第１の受信波パルスに対応する第１の閾値と少なくとも交わる振幅をもつ波形の始点を検出し（以下、検出ステップ（ａ））、
該始点を検出した後であって、該波形の傾き符号が変化し、その後、波形の振幅が、波形の傾き符号が変わる前に雑音余裕（以下、ノイズマージン）を越える量だけ変化する波形上の第１のピーク点を検出し、（以下、検出ステップ（ｂ））、
該第１のピーク点を検出した後であって、該波形の傾き符号が変化し、その後、波形の振幅が、波形の傾き符号が変わる前に前記ノイズマージンを越える量だけ変化する波形上の谷を検出することにより、該第１のピーク点と谷の存在が該波形が双ピークパルスを含む（以下、検出ステップ（ｃ））と判定し、
該谷の後であって、第２の物質界面の時間位置に関連する波形上の第２のピーク点を検出することによって第１および第２の物質界面のレベルがそれぞれ該第１および第２のピーク点を用いて計算されることができる（以下、検出ステップ（ｄ））ようにする双ピークパルスの時間位置検出方法。
前記検出ステップ(d)は、該谷の後にある波形上の一点で波形の傾き符号が変化したことをもって、該波形の振幅が頂点に到達と判定する請求項９に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
前記検出ステップ(d)は、該谷の後にある波形上の一点で波形の傾き符号が変化し、その後該波形の振幅が、波形の傾きの符号が変化する前に前記ノイズマージンを越える量まで変化することを検知する請求項９に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
前記第２のピーク点が少なくとも第２の閾値と交わる振幅をもつものである請求項９に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
前記波形はそれぞれが振幅をもつデジタルサンプルからなり、
該方法が、さらに、第１のピーク点の側面にある少なくとも第１の一対のデジタルサンプルを選択し、
該第１の一対のデジタルサンプルと第１のピーク点を第１の放物線曲線に適合させ、
該第１の放物線曲線が零の傾きをもつ新たな第１のピーク点を検出し、該新たな第１のピーク点が第１の物質界面の時間位置に関連することを含む請求項９に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
さらに、第２のピーク点の側面にある第２の一対のデジタルサンプルを少なくとも選択し、
該第２の第２の一対のデジタルサンプルと第２のピーク点を第２の放物線曲線に適合させ、
該第２の放物線曲線が零の傾きをもつ新たな第２のピーク点を検出し、該新たな第２のピーク点が第２の物質界面の時間位置に関連することを含む請求項１３に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
さらに、前記第１および第２のピークを用いて第１および第２の物質界面のレベルを計算することを含む請求項９に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
さらに、第１および第２の物質界面のレベルを示す出力信号を送信することを含む請求項１５に記載の双ピークパルスの時間位置検出方法。
第１および第２の物質界面に相当するタンク中の第１および第２の物質のレベルを決定するのに使用されるマイクロ波レベル送信機において、
該マイクロ波レベル送信機は、
レーダアンテナを用いて第１および第２の物質中にマイクロ波パルスを送信するように構成されたパルス発生器と、
該レーダアンテナに電気的に結合され、ある波形を生成するように構成されたパルス受信機と、
それぞれ、第１および第２の物質界面に相当する第１および第２のオーバラップ受信波パルスをもつ波形中にある双ピークパルスを検出するための界面検出モジュールとを含み、
該界面検出モジュールは、
前記第１の受信波に相当する波形の第１のピーク点を検出し、また、該第１のピーク点を検出した後に該波形の谷を検出し、該第１のピーク点と該谷の検出が、該波形が双ピークパルスを含むことを示し、
該波形が双ピークパルスを含む時、該第２の物質界面に関連する第２のピーク点を検出し、
該波形が双ピークパルスを含む時、該第１および第２のピーク点に関連する界面検出情報を生成し、
該マイクロ波レベル送信機は、さらに前記界面検出モジュ−ルに結合され、前記界面検出情報を用いて第１および第２の物質界面のレベルを計算するように構成されたレベル計算モジュールを含み、
前記波形は、少なくとも、第１の受信波パルスに相当する第１の閾値と交わる振幅を有する波形上の点として定義された始点を含み、
前記第１のピーク点は、該始点の後の波形上であって、該波形の傾きの符号が変化する所に位置すると定義され、その後、該波形の振幅が、波形の傾きの符号が変化する前に雑音余裕（以下、ノイズマージン）を越える量まで変化することによって検出され、
前記谷は、前記波形の傾きの符号が変化する第１のピーク点の後に位置すると定義され、その後、波形の振幅が、該波形の傾きの符号が変化する前に前記ノイズマージンを越える量まで変化することによって検出され、該第１のピーク点が前記第１の物質界面に関連しているマイクロ波レベル送信機。
前記第２のピーク点が前記谷の後に位置していると定義され、該第２のピーク点で波形の傾き符号が変化し該波形の振幅が頂点に到達する請求項１７に記載のマイクロ波レベル送信機。
前記第２のピーク点が前記谷の後に位置すると定義され、該第２のピーク点で波形の傾き符号が変化し、その後、波形の傾き符号が変化する前に前記ノイズマージンを越える量にまで波形の振幅が変化する請求項１７に記載のマイクロ波レベル送信機。
前記第２のピーク点が、第２の閾値と少なくとも交わる振幅を有する請求項１７に記載のマイクロ波レベル送信機。
タンク中の物質のレベルを検出するのに使用されるマイクロ波レベル送信機に収容されているコントローラにより実行され、該送信機が第１および第２の物質界面から反射されたオーバラップしている第１および第２の受信波パルスを含む該波形中の双ピークパルスを検出するように、その上に蓄積された命令をもつコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
該命令が、
第１の物質界面のレベルが第１のピーク点を用いて計算できるように、該第１受信波パルスに相当する波形の第１のピーク点を検出し（以下、検出ステップ（ａ））、
該第１のピーク点を検出した後に波形の谷を検出し、該第１のピーク点と谷の検出により、該波形が双ピークパルスを含む（以下、検出ステップ（ｂ））と判定し、
前記波形は、少なくとも、第１の受信波パルスに相当する第１の閾値と交わる振幅を有する波形上の点として定義された始点を含み、
前記第１のピーク点は、該始点の後の波形上であって、該波形の傾きの符号が変化する所に位置すると定義され、その後、該波形の振幅が、波形の傾きの符号が変化する前に雑音余裕（以下、ノイズマージン）を越える量まで変化することによって検出され、
前記谷は、前記波形の傾きの符号が変化する第１のピーク点の後に位置すると定義され、その後、波形の振幅が、該波形の傾きの符号が変化する前に前記ノイズマージンを越える量まで変化することによって検出され、該第１のピーク点が該第１の物質界面に関連するようにするコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記波形が、振幅と時間位置とをもつそれぞれのデータ点を含み、そして
前記検出ステップ(a)が、
(i)少なくとも第１の閾値と交わる振幅をもつ波形のデータ始点を選択し、
(ii)第１のピーク点を示す傾き符号の変化を検出するために、前記波形のデータ点を連続的に比較し、
(iii)前記傾き符号の変化の時間位置として、第１のピーク点候補をセットし、
(iv)前記第１のピーク点候補に続く波形のデータ点（以下、第１のピーク特徴データ点）が、単一の受信波パルス、第１の受信波パルス、およびノイズのいずれに関連があるかを検出するために、前記第１のピーク特徴データ点の振幅を連続的に分析し、該第１のピーク点が第１の受信波パルスに関連するとき該波形が双ピークパルスを含むと判定する請求項２１に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記第１のピーク特徴データ点が前記波形の傾き符号が変化する前に、第１の閾値以下である振幅をもつとき、前記第１のピーク点候補が単一の受信波パルスに関連するとする請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記第１のピーク点候補の振幅と前記第１のピーク特徴データ点の振幅との差が前記ノイズマージンを越える時、前記第１のピーク点候補が第１の受信波パルスに関連するとする請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記第１のピーク点候補の振幅と前記第１のピーク特徴データ点の振幅との差が前記ノイズマージンを越えないときに、前記第１のピーク点候補がノイズに関連し、該第１のピーク特徴データ点が波形の傾き符号の変化に関連するようにする請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記検出ステップ(b)は、
(i)前記第１のピーク点が前記第１の受信波に関連する時、前記波形変化の傾き符号と前記第１の閾値以下に低下する波形の振幅の一方を検出するために、前記第１のピーク特徴データ点で始まる波形のデータ点を連続的に分析し、
(ii)波形の傾き符号が変化するのに関連する時間位置に谷候補点をセットし、
(iii)前記谷候補点に続く波形のデータ点（以下、谷特徴データ点）が、谷とノイズのいずれに関連するかを検出するために、該谷特徴データ点の振幅を連続的に分析することを含む請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記谷候補点は、該谷候補点の振幅と該谷特徴データ点の振幅との差が前記ノイズマージンを越えるとき、該谷に関連すると判定する請求項２６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
前記谷候補点は、該谷候補点の振幅と該谷特徴データ点の振幅との差が前記ノイズマージンを越えないとき、ノイズに関連すると判定する請求項２６に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。