JPH02231532A - 充填状態測定装置 - Google Patents

充填状態測定装置

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JPH02231532A
JPH02231532A JP1092023A JP9202389A JPH02231532A JP H02231532 A JPH02231532 A JP H02231532A JP 1092023 A JP1092023 A JP 1092023A JP 9202389 A JP9202389 A JP 9202389A JP H02231532 A JPH02231532 A JP H02231532A
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、充填物表面に音波または超音波を指向して送
信しかつ該充填物表面から反射された逆方向に散乱する
パルスを受信しかつ電気受信信号に変換する送信および
受信装置と、該送信および受信装置に接続されている、
信号処理路において前記受信信号の包絡線に相応する包
絡線信号を発生し、該包絡線信号の標本値をデジタル化
し、該デジタル化された標本値を測定区間の距離または
走行時間に依存した振幅プロフィールを形成するために
メモリに格納しかつ該振幅ブロ７イールを最も確からい
し有効エコーパルスの走行時間を定めるために評価する
評価回路とを具備した容器内の充填状態を測定するため
の充填状態測定装置に関する。
従来の技術 この形式の公知の充填状態測定装置では、メモリに格納
されたデジタル化された振幅プロフィールの評価によっ
て、例えば容器内の固定の組込み物から到来するかまた
は充填物表面における多重反射が原因で生じるような妨
害エコー信号を有効エコー信号から区別することができ
るので、この種の妨害エコー信号に基づいた誤測定は大
幅に回避される。この種の充填状態測定装置の重要な利
点は、測定区間の振幅プロフィールが得られる点にある
。この振幅プロフィールから、容器内における音波また
は超音波の走行時間を精確に求めるための判断基準とな
る別のパラメータに関する情報を導出することができる
。
発明が解決しようとする問題点 しかし走行時間測定は必ず、充填状態測定装置に対して
相対的に移動する障害物から到来する妨害エコー信号に
よっても不都合な作用を蒙ることが認められている。つ
まりこの種の妨害エコー信号は完全に不規則的に常時そ
の走行時間を変えながら発生するからである。容器内の
測定の際、充填物が同時に容器内に上方から装入される
とき殊に充填流における反射によってこの種の妨害エコ
ー信号が生じる。
別の形式の充填状態測定装置では、受信信号を周波数検
出段に供給することによって、移動する障害物から到来
するエコー信号を、ドップラー効果によって惹き起こさ
れる周波数シフトに基づいて、固定目標エコー信号から
区別することが公知である。しかし周波数検出段の出力
側には振幅情報ではなくて、周波数情報しか存在しない
。それ故にこの手段は、測定区間の振幅グロフィールが
記憶されかつ評価されるべきときには使用不可能である
。
本発明の課題は、走行時間測定が移動する障害物から到
来する妨害エコー信号によって不都合に作用されず、し
かも移動しない障害物から到来するエコー信号の振幅情
報が得られかつその際に有効エコー信号が誤測定とは区
別されるようにした充填状態測定装置を提供することで
ある。
問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は、評価回路において包絡線信
号を発生するための信号処理路に並列に、受信信号の周
波数検出が行われ、該周波数検出によって前記受信信号
の周波数と送信周波数との一致が検出され、かつ前記周
波数検出の結果に依存してその周波数が送信周波数に相
応する受信信号に対してのみ前記信号処理路が解放され
るようにしたことによって解決される発明の作用および
効果 本発明により構成された充填状態測定装置では、周波数
が送信周波数に相応しないすべての受信周波数はデジタ
ル化されないし、引き続いて評価もされない。それには
、ドップラー効果による周波数シフトに基づいた、移動
する障害物における反射によって惹き起こされるすべて
の受信信号も含まれている。これに対して周波数が送信
周波数と一致するすべての受信信号はデジタル化されか
つ引続く信号処理のためにそのまま転送される。それ故
にメモリにはこのような周波数が同じ受信信号の完全な
振幅プロフィールが格納されるので、最も確からしい有
効エコー信号の識別および走行時間の測定の際に評価の
ために使用することができる。
本発明の有利な実施形態および改良例はその他の請求項
に記載されている。
実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。
第１図は、流し込み可能な充填物ｌ２が部分的に充填さ
れている容器１０を示している。充填物１２は粉状のも
のまたは粒状のものであってよくまたはもつと粗い固体
から成っていてもよい。それは上方から容器１０に、例
えば搬送ベルト１４を用いて装入される。充填物は充填
流１６として容器内に落下し、かつ制御可能な取出し口
ｌ８を介して容器ｌＯの最も深い位置において取出すこ
とができる。更に容器１０に若干数の固定の障害部ｌ９
が図示されている。
連続的な測定のために容器１０の上方に、音波または超
音波パルスを下方に向けて容器ＩＯ内に送信しかつ充填
物ｌ２の表面で反射されたエコーパルスを受信する充填
状態測定装置２０が取付けられている。音波または超音
波パルスの送信とエコーパルスの受信との間の時間間隔
は、充填状態測定装置２０から充填物の表面、それから
再び充填状態測定装置に戻るまでの音波走行時間に相応
する。音速が既知であればそこから、充填物の表面の、
充填状態測定装置からの間隔、ひいては容器ＩＯ内の充
填状態を決定することができる。
充填状態測定装置２０は通例、電気音響変換器２２と所
属の電子装置２４とから成っている。電子音響変換器２
２は、音波または超音波送信パルスの送信のための送信
変換器および２つの送信パルスの間のそれぞれの休止期
間における、反射されたエコーパルスを電気受信信号に
変換する受信変換器として交互に用いられる。
２つの連続する送信パルス間の時間間隔は、充填状態測
定装置から充填物の表面までおよびそこから再び充填状
態測定装置に戻るまでの音波または超音波パルスの生じ
うる最犬走行時間より長い。電子装１１２４は、電気音
響変換器２２を周期的な時間間隔において送信パルスを
送出するように励振する回路と、電気音響変換器２２か
も取出された電気受信信号を増幅しかつ処理するための
回路と、送信パルスと受信エコーパルスとの時間間隔か
ら被探査充填状態を求める回路とを含んでいる。一般に
、音波または超音波パルスの走行時間を求めるのみなら
ず、電気音響変換器２２から送出される受信信号の形状
および振幅も評価することが望ましい。その理由はそこ
から、最も確からしい有効エコー信号を識別しかつ精確
な走行時間測定のために用いることができる、容器ｌＯ
内の状態に関する情報を取出すことができるからである
。これら付加的な情報は、電気音響変換器２２から送出
された受信信号の包絡線ないし時間一振幅プロフィール
から得られる。
それ自体公知のように、送信変換器および受信変換器と
して交互に動作する電気音響変換器に代わって、一方が
専ら送信変換器として用いられ、他方が専ら受信変換器
として用いられる２つの別個の変換器を使用することも
できる。
エコー測深原理に基づいているこの充填状態測定に最大
の問題点は、第１図において矢印Ｎで示されている充填
物の表面において反射される有効エコーパルスの他に、
容器内の別の障害物によって反射されかつ有効エコーパ
ルスに重畳される妨害エコーパルスも発生する可能性が
あるという点にある。容器内の固定の障害部１９から到
来する、矢印Ｆによって示されているような妨害エコー
パルスが常時同じ走行時間で発生し、従って受信信号の
振幅プロフィールの評価によって容易に識別して、不都
合を取除くことができる一方、殊に、第１図において矢
印Ｓによって示されているような、充填流ｌ６の、容器
内に落下する充填物粒子において反射されるエコーパル
スは充填状態測定の実質的な妨害となる。このような妨
害エコーバルスＳは全体の走行時間領域にある常時変化
する走行時間にて発生する。
第２図は、受信信号の包絡線ないし時間一振輻プロフィ
ールに含まれている情報を失うことなく、充填流】６か
ら到来する妨害エコーバルスＳの不都合を取除くことを
可能にする電子装置２４の実施例のブロック線図を示す
。第３図の波形図ＡないしＤは、同じアルファベットで
示された、第２図の回路の回路点において発生する可能
性がある種々の信号の時間経過を示している。
第２図に、送信パルス発生器３０の出力側に接続されて
いる電気音響変換器２２が図示されている。送信パルス
発生器３０は周期的な時間間隔においてその都度、電気
音響変換器２２に対するＥｂ振パルスとして送信すべき
音波または超音波パルスの周波数を有するパルス状の電
気的な振動列を送出する。その際上記励振バルスによっ
て電気音響変換器は励振されて、音波または超音波送信
パルスを送出する。音波または超音波送信パルスの持続
時間は、連続する送信パルス間の周期的な時間間隔によ
って決まってくる送信期間の持続時間に比べて短い。
電気音響変換器２２は更に、この変換器２２から到来す
る電気信号を増幅する増幅器３ｌの入力側に接続されて
いる。これら信号にまず、音波または超音波送信パルス
に相応するパルスが含まれている。それぞれの送信パル
スの減衰後電気音響変換器２２は、到米する音波または
超音波エコーパルスを、同様増幅器３ｌに供給される電
気受信信号に変換する受信変換器として動作する。受信
信号のレベルは送信パルスのレベルに比べて低いので、
送信パルスに相応する電気信号はそれ自体公知の適当な
手段によって制限されて、増幅器３ｌが過制御されない
ようにしている。
従って増幅器３１はその出力側にそれぞれの送信期間に
おいて、例えば第３図Ａ＃こ図示されているような信号
を送出する。測定期間の開始は、その振幅が制限されて
いる送信パルスＥによって決められる。送信パルス発生
器３０から到来する電気的な励振バルスは矩形であるが
、増幅器３ｌの入力側には指数関数的に減衰するパルス
が加わる。というのは電気音響変換器２２は励振バルス
の終了後も減衰振動するからである。
充填物の表面の、電気音響変換器２２からの間隔によっ
て決まってくる時間間隔ＴＭにおいて、送信バルスＥの
終了後、充填物の表面において反射される音波または超
音波エコーパルスに相応する有効エコーバルスＮが現れ
る。この有効エコーパルスＮは、音波または超音波の送
信周波数および、送信パルスの本来の形の矩形に比して
多かれ少なかれ相当不明瞭になりかつ変形されている包
絡線を有する振動列である。
送信バルスＥと有効エコーパルスＮとの間に、第３図Ａ
に、容器中に落下する充填流１６によって反射された妨
害エコーパルスＳ１並びに容器ＩＯ内の固定の障害部ｌ
９において反射された妨害エコーパルスＦが図示されて
いる。勿論送信期間のこの領域においてその他数多くの
、充填流Ｉ６の種々の粒子から種々異なった走行時間に
よって到来するこの形式の別の妨害エコーパルスＳ１並
びに容器内の固定の障害部において反射された妨害エコ
ーパルスＦが存在する可能性がある。多重反射のために
妨害エコーパルスは、有効エコーパルスＮの後にも現れ
る可能性がある。
増幅器３１に、出力側に、その入力信号の包絡線に相応
する信号を送出するように構成されている包絡線回路３
２が後置接続されている。
この機能を実現する包絡線回路は一般に周知である。最
も簡単な場合包絡線回路は、音波または超音波の周波数
を有する振幅変調された搬送波振動を整流しかつ低域フ
ィルタリングによって抑圧する振幅復調器とすることが
できる。包絡線回路３２の入力側に第３図Ａに図示され
ている信号が供給されるとき、その出力側に送信バルス
Ｅの包絡４１１Ｅ’．有効エコーパルスＮの包絡線Ｎ′
および妨害エコーバルスＦないしＳの包絡線Ｆ′および
Ｓ′を含んでいる、第３ＴｙＪＢの低周波信号が現れる
。全く一般的なことだが、包絡線信号は電気音響変換器
２２の出力信号の時間一振幅プロフィールであって、そ
れにはその他に受信信号の振幅情報全部が含まれている
。包絡線信号は低周波であるので、比較的簡単に処理す
ることができかつまた、比較的僅かなコストで比較的長
い区間にわたって、例えば容器１０との遠隔の地に配設
されている評価装置に伝送することができる。
包絡線回路３２の出力側から送出された包絡線信号は第
２図の回路において遅延段３３およびゲート回路３４を
介してＡＤ変換器３５に供給される。ＡＤ変換器３５に
おいて包絡線信号は周期的に標本化され、かつそれぞれ
の標本値は、所望の精度に相応する桁数を有するコード
群の形のデジタル信号に変換される。
ＡＤ変換器３５の出力側は、例えば適当にプログラミン
グされたマイクロコンピュータによって形成することが
できるデジタル信号処理装置３６に接続されている。デ
ジタル信号処理装ｒｌｌ３６は、ＡＤ変換器３５から送
出された、少なくとも１つの送信期間、しかし有利には
複数の連続する送信期間からのデジタル化された受信信
号を表しているコード群が格納されるメモリを含んでお
り、その結果メモリには、測定区間の距離または走行時
間に依存した振幅プロフィールが存在する。それからこ
のｔＭ＠プロフィールは経験値に従って統計学的に平滑
化されかつ解析される。この解析に基づいて固定の障害
部ｌ９から到来する妨害エコーＦが識別されかつ充填物
の表面において反射された有効エコーパルスを最大の確
率でもって表しているエコーパルスが定められ、かつ最
終的に充填状態を求めるためにこの最も確からしい有効
エコーパルスの走行時間が定められる。このエコー評価
によって、２重および多重反射、容器内の組込物の妨害
エコー等のような所定の受信状態において発生する不都
合な効果が良好に抑圧される。
しかし充填流から生じる不規則な妨害エコーバルスＳに
よる実質的な妨害がある場合、測定は更に非常に困難に
なるかまたは不可能になることすらある。
充填流から到来する妨害エコーパルスによるこの種の障
害を回避するために第２図の回路は、包絡線回路３２を
含んでいる信号処理路に並列に増幅器３ｌの出力側に接
続されている周波数検出器３７を含んでいる。周波数検
出器３７の第２の入力側は送信パルス発生器３０に接続
されており、かつ周波数検出器３７の出力側はゲート回
路３４の制御入力側に接続されている。周波数検出器３
７は送信パルス発生器から送信パルスの周波数を有する
信号を受取り、かつ連続的に増幅器３ｌの出力側に現れ
る受信信号の周波数をこの送信周波数と比較する。周波
数検出器３７が受信信号の周波数と送信周波数との一致
を検出するとき、周波数検出器はゲート回路３４の制御
入力側に制御信号を送出し、この制御信号がゲート回路
３４を開放し、その結果ゲート回路は遅延段３３を介し
て伝送中の包絡線信号をＡＤ変換器３５に通す。これに
対して受信信号の周波数と送信周波数とが一致しないと
き、ゲート回路３４は濁波数検出器３７の出力信号によ
って阻止される。
周波数検出器３７はゲート回路３４と接続されて、充填
流ｌ６から到来する妨害エコーバルスＳの包絡線信号Ｓ
′がＡＤ変換器に達しないような働きをする。その際、
充填流ｌ６がエコー測深装置２０に対して相対的に移動
し、その結果充填流ｌ６において反射されたエコーパル
スがドップラー効果のため送信周波数に対して周波数が
シフトされるという事実が利用される。周波数検出器３
７は勿論、それがこの僅かなドップラー効果に基づく周
波数シ７トに応答しかつ出力側に送出される制御信号を
、ゲート回路３４が阻止されるように変化するように、
実現されていなければならない。
これに対して固定の障害部および充填物の表面において
反射されるエコーバルスＦ，Ｎは送信周波数を有する。
というのはこれら反射レベルは充填状態測定装置に対し
て相対的に定常状態にあるからである。それ故にこれら
エコーパルスに相応する包絡線信号Ｆ’　，Ｎ’はゲー
ト回路３４によってＡＤ変換器３５に接続される第３図
の波形図Ｃは、遅延段３３が設けられていないものと仮
定したときの、ゲート回路３４の出力信号を示している
。この出力信号において、妨害エコーパルスＳの包絡線
Ｓ′が完全に抑圧されている。周波数検出器３７は確か
にそれがその２つの入力信号の周波数一致を申し分ない
精度で検出するまでにある程度の時間を必要とする。そ
の理由は周波数検出器は複数の振動を比較しなければな
らないからである。
従ってゲート回路３４の開放は有効エコーパルスの開始
後ある程度の時間を経て漸く行われ、その結果包絡線Ｎ
′の初期部分は切断される。
これにより振幅情報が誤って取出されることになる。
このことは遅延段３３によって取除かれる。
遅延段は包絡線信号に対して、周波数検出器３７が周波
数検出に要する時間に相応する遅延を行う。これにより
、有効エコーバルスＮの包絡線Ｎ′の開始がゲート回路
に到来するとき既に開放されているようにされる。そこ
でゲート回路３４の出力信号は第３図の波形図Ｄに相応
する。それは、有効エコーバルスＮの完全な包絡ＭＭび
に妨害エコーパルスＦの包絡線および送信周波数を有し
ている受信信号の別の成分を含んでおり、一方周波数が
送信周波数とは異なっているすべての信号成分の包絡線
は抑圧されている。
その際デジタル信号処理装置３６のメモリには、受信信
号全体の時間一振輻プロフィールが記憶されるのではな
くて、本来の送信周波数を有するエコー信号の時間一振
輻プロフィールが記憶されている。
遅延段３３によって行われる信号遅延は走行時間測定に
は影響を及ぼさない。その理由は送信パルスＥに相応す
る包絡線信号および有効工コーパルスＮに相応する包絡
線信号が同じように遅延されるので、走行時間測定に対
する尺度となる時間間隔ＴＭは変わらず維持されるから
である。
既述の回路の種々の変形は当業者には明確である。例え
ば遅延段３３およびゲート回路３４は包絡線回路３２の
後ではなくてそれらの前に設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、充填状態測定装置を用いて容器内の充填状態
を測定する原理を説明するための概略図であり、第２図
は、第１図の充填状態測定装置の電子装置の本発明の実
施例のブロック線図であり、第３図は、第２図の電子装
置において発生する信号の時間を横軸にとった波形図で
ある。 Ｅ・・・送信パルス、Ｎ・・・有効エコーパルス、ＦＳ
・・・妨害パルス、１０・・・容器、ｌ２・・・充填物
ｌ６・・・充填流、ｌ９・・・固定の障害部、２０・・
・充填状態測定装置、２２・・・電気音響変換器、２４
・・・電子装置、３０・・・送信パルス発生器、３ｌ・
・・増幅器、３２・・・包絡線回路、３３・・・遅延段
、３４・・・ゲート回路、３５・・・ＡＤ変換器、３６
・・・デジタル信号処理装置、３７・・・周波数検出器
図面の浄書（内容に変更なし） Ｆｉｇ．　１ Ｆｉｇ．３ 手 続 補 正 書 （方式） 平成 ■ 年 月２２日 特 許 庁 長 官 殿 ｌ、 ２． 事件の表示 平成　１ 発明の名称 年 特許願 第 号 充填状態測定装置 ３． 補正をする者 事件との関係

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、充填物表面に音波または超音波を指向して送信しか
    つ該充填物表面から反射された逆方向に散乱するパルス
    を受信しかつ電気受信信号に変換する送信および受信装
    置と、該送信および受信装置に接続されている、信号処
    理路において前記受信信号の包絡線に相応する包絡線信
    号を発生し、該包絡線信号の標本値をデジタル化し、該
    デジタル化された標本値を測定区間の距離または走行時
    間に依存した振幅プロフィールを形成するためにメモリ
    に格納しかつ該振幅プロフィールを最も確からしい有効
    エコーパルスの走行時間を定めるために評価する評価回
    路とを具備した容器内の充填状態を測定するための充填
    状態測定装置において、前記評価回路において包絡線信
    号を発生するための前記信号処理路に並列に、受信信号
    の周波数検出が行われ、該周波数検出によって前記受信
    信号の周波数と送信周波数との一致が検出され、かつ前
    記周波数検出の結果に依存してその周波数が送信周波数
    に相応する受信信号に対してのみ前記信号処理路が開放
    されるようにしたことを特徴とする充填状態測定装置。 ２、信号処理回路は信号処理路に並列に接続されている
    周波数検出器を含んでおり、かつ前記信号処理路に周波
    数検出器の出力信号によって制御されるゲート回路が設
    けられていることを特徴とする請求項１記載の充填状態
    測定装置。 ３、信号処理路において周波数検出器の接続点の後およ
    びゲート回路の前に、遅延回路が介挿されていることを
    特徴とする請求項２記載の充填状態測定装置。 ４、ゲート回路は信号処理路において受信信号から包絡
    線信号を形成する包絡線回路の後に設けられていること
    を特徴とする請求項２または３記載の充填状態測定装置
    。
JP1092023A 1988-04-13 1989-04-13 充填状態測定装置 Granted JPH02231532A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3812293A DE3812293A1 (de) 1988-04-13 1988-04-13 Fuellstandsmessgeraet
DE3812293.6 1988-04-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02231532A true JPH02231532A (ja) 1990-09-13
JPH0575970B2 JPH0575970B2 (ja) 1993-10-21

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ID=6351894

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