JPH07509071A - レーダ方式によるレベル測定方法 - Google Patents

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】 レーダ方式によるレベル測定方法 本発明は、レーダ方式によるレベル測定方法に関する。この場合、アンテナを用 いてマイクロ波を充填物表面へ送信し１表面で反射したエコー波を受信する。

そして各測定のために、アンテナにより受信されたエコー波から距離の関数とし てのエコー振幅を表す実際のエコー関数を形成し、この実際のエコー関数から確 率的有効エコーとその伝播遅延時間をめ、それらから充填物表面とアンテナとの 距離を決定する。

レーダ方式によるレベル測定のために、反射したマイクロ波を用いることで比較 的短い距離を測定できるようにしたあらゆる公知の方法を利用できる。最もよく 知られている実例はパルスレーダと周波数変調一連続波レーダ（ＦＭＣＷレーダ ）である。パルスレーダの場合、短いマイクロ波送信パルスが周期的に送信され 、これは被測定物体で反射し、距離に依存する伝播遅延時間後に再び受信される 。エコー関数は受信された時間軸上の信号振幅により形成される。このエコー関 数の６値は、所定の間隔でアンテナから反射したエコーの振幅に対応している。

ＦＭＣＷ方式の場合には連続するマイクロ波が送信され、これはたとえばのこぎ り波関数にしたがって、周期的に線形に周波数変調されたものである。このため 受信された各エコー信号の周波数は、受信時点において送信信号が有する瞬時の 周波数に対し周波数差を有しており、これはエコー信号の伝播遅延時間に依存す る。したがって、送信信号と受信信号とを混合し混合信号のフーリエスペクトル を評価することにより得られるこれら両信号間の周波数差は、反射面とアンテナ との距離に対応し、周波数特性曲線の高さはエコー振幅の大きさに対応する。

それ故この場合、上記のフーリエスペクトルによりエコー関数が形成される。測 定サイクル中に得られたすべてのエコー関数を記憶し、有効エコーを検出し有効 エコーの伝播遅延時間をめるために、記憶されたエコー関数を所定のプログラム にしたがってコンピュータにより評価することは知られている。この場合、エコ ー関数の記憶は有利にはディジタル形式で行われ、この記憶は、エコー関数を周 期的にサンプリングし、各サンプリング値をアナログ／ディジタルコンバータで ディジタルコード群へ変換し、このディジタルコード群をコンピュータのワーク メモリに書き込むようにして行われる。

マイクロ波を用いたレベル測定における特別な問題点は、アンテナに充填物の付 着が生じる可能性のあることである。この危険は、殊にアンテナが湿ってしまう と、粉塵または粉末状の充填物の場合にとりわけ生じ、さらに粘着性でねばねば しており飛び散って撹拌される充填物の場合に上記の危険が生じる。たしかにマ イクロ波アンテナは所定量の汚れには耐えられるが、汚れの層が過度に厚くなる とうまく作動しなくなる。

この場合、レーダ信号はアンテナ領域で完全に吸収され、その結果、もはや有効 エコーを検出できなくなる。

したがって従来の方法であると、ビーム路中にいがなる反射体も存在していない のか、アンテナの外側のビーム路中で著しい減衰（たとえば充填物の泡）が生じ ているのか、付着物形成によりアンテナがふさがれているのか、あるいは充填物 がアンテナのすぐ近くに存在しているのかをもはや区別できない。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の方法において、アンテナにおける付着物の 形成、ならびにたとえばアンテナの損傷または損失のようなその他の障害を検出 できるようにし、アンテナの付着物とアンテナのすぐ近くにある充填物とを区別 できるようにすることにある。

本発明によればこの課題は、実際のエコー関数を障害のない測定に相応する記憶 された障害のないエコー関数と比較し、アンテナ領域とアンテナに続く近接領域 において認められた偏差を付着物形成および／またはその他の障害を検出するた めに評価することにより解決される。

本発明が基礎とする認識は、アンテナに充填物が付着しているときには、アンテ ナおよび近接領域の反射によるエコー関数の区間が特徴的に変化することである 。この種の反射は殊に、それがたとえばホールアンテナとして構成されている場 合、アンテナ自体による可能性がある。有効信号を覆ってしまう障害となる局部 反射が生じないように、アンテナをできる限り良好に整合させることでインピー ダンスの跳躍的変化を避ける努力がなされているけれども、実際にはたとえばホ ーンアンテナではアンテナの入力結合部やホーンの領域に内部反射が生じる。さ らに、ＨＦモジュール、入力結合部、およびアンテナへの接続線路の領域での多 重内部反射により、アンテナとじかにつながっている近接領域に反射が生じる。

本発明による方法の場合、アンテナおよび近接領域におけるこのような反射が障 害検出に利用される。この目的で、測定装置を最初に使用開始する前に、障害の ないエコー関数が基準関数として取得され、不揮発性メモリに格納される。障害 のないエコー関数は少なくとも、アンテナおよび近接領域におけるエコー経過特 性を有しているが、有効エコーをいっそう確実にめるためには、測定領域終端ま でのエコー経過特性も有しているとよい。障害のないエコー関数の取得ならびに 記憶は、測定中の実際のエコー関数の取得および記憶と同じようにして同じ手段 を用いて行われるが、これは測定が障害を受けていないという条件ののちとで行 われる。つまりアンテナを含む測定装置には損傷があってはならず、問題なく動 作しなければならない。さらにアンテナには充填物の付着があってはならず、充 填物がアンテナの近接領域に存在していてはならない。有利には、障害のないエ コー関数の取得は空の容器において行われる。障害のないエコー関数の取得は必 要に応じて繰り返すことができ、たとえば測定条件が変化したときに繰り返すこ とができるが、そのときにも障害のない測定の既述の条件が満たされていなけれ ばならない。

動作時、レベル測定中に取得されたアンテナおよび近接領域における実際のエコ ー関数が記憶されている障害のないエコー関数と比較され、生じた差が付着物ま たはその他の障害を検出するために分析され評価される。この目的で有利には、 アンテナおよび近接領域における両方のエコー関数間の差分関数が形成され考察 される。

従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。

本発明のその他の特徴ならびに利点は、図面に基づく以下の実施例の説明に示さ れている。

第１図は、マイクロ波で動作するレベル測定装置の基本構成図である。

第２図は、アンテナにおける付着物形成およびその他の障害を検出する装置を備 えたレベル測定装置のブロック図である。

第３図は、予期されるべき受信レベルと１０ｄＢだけ低減されたレベルとを有す るアンテナの障害のないエコー関数を示す図である。

第４図は、同じアンテナの障害のないエコー関数と、僅かな付着物形成の場合の そのアンテナの実際のエコー関数を示す図である。

第５図は、著しい付着物形成の場合の、第４図と同じアンテナの相応のエコー関 数を示す図である。

第６図は、同じアンテナの障害のないエコー関数と、充填物がアンテナのエツジ 近くにあるがアンテナには付着していない場合のそのアンテナの実際のエコー関 数を示す図である。

第７図〜第１０図は、エコー関数を評価するためのコンピュータプログラムのフ ローチャートである。

第１図には、レベルＨまで充填物１２で満たされた容器１０が示されている。レ ベルＨを測定するために、容器１０の上方にアンテナ１４が取り付けられており 、このアンテナによって電磁波を充填物１２０表面へ送信しこの表面で反射した エコー波を受信することができる。送信される電磁波は送信回路１６で形成され 、この回路は送／受信分岐１８を介してアンテナ１４と接続されている。アンテ ナ１４により受信されたエコー波は、送／受信分岐１８を介して受信−評価回路 ２０へ供給される。この受信−評価回路により、送信回路１６からアンテナ１４ へ供給される送信信号とアンテナ１４から供給される受信信号とから、アンテナ １４と充填物１２の表面との間の距離が測定される。アンテナ１４と容器１０の 底部との間隔りは既知であるので、この間隔りと測定された間隔Ｅとの差から必 要とするレベルＨが得られる。

測定すべき距離は電磁波の伝播速度に比して著しく短く、十分なレーダ分解能を 得るためには広い帯域幅が必要であるので、マイクロ波領域にある著しく短い波 で動作させなければならない。当然、アンテナ１４はそのように短い波の送／受 信用に構成されているコニのアンテナはたとえば、第１図に示されているように ホーン放射器を備えている。

距離Ｅの測定のために、レーダ技術で公知のいかなる手法でも利用できる。それ らの手法はすべて、アンテナから反射面への電磁波とアンテナへ戻る電磁波の伝 播遅延時間の測定に基づくものである。電磁波の伝播速度は既知であるため、測 定された伝播遅延時間から辿った距離を算出できる。検出すべき表面で反射した 有効エコーのほかに障害エコーも生じる可能性があるので、通常は受信信号全体 が、受信信号の強度分布を距離の関数として表すエコー関数へ変換される。この エコー関数から有効エコーがめられ、その伝播遅延時間が決定される。

公知のレーダ方式の１つはパルスレーダである。この場合、周期的に短い送信パ ルスが送信され、送信パルスのそのつどの送信に続く受信時相中に、送信パルス の周波数を有するエコー信号が捕捉される。この場合、各受信時相中に受信され た信号振幅により時間軸上でそのままエコー関数が表される。このエコー関数の 各々の値は、所定の間隔でアンテナから反射されたエコーの振幅に相応する。し たがって、エコー関数における有効エコーの位置により測定すべき距離がそのま ま表される。

周波数変調一連続波方式（ＦＭＣＷ方式）の場合には、伝播遅延時間を直接測定 するのは避けられる。この方式の場合、たとえばのこぎり波関数にしたがって周 期的に線形に周波数変調される連続的なマイクロ波が送信される。このため受信 されたエコー信号の周波数は、受信時点で送信信号が有する瞬時の周波数に対し 周波数差を有しており、これはエコー信号の伝播遅延時間に依存する。したがっ て送信信号と受信信号を混合し混合信号のフーリエスペクトルを評価することに より得られるこれら両信号間の周波数差は、反射面とアンテナとの距離に対応し 、周波数特性曲線の高さはエコー振幅の大きさに対応する。それ故この場合。

上記のフーリエスペクトルによりエコー関数が形成される。

アンテナはプロセスへの入力結合のために用いられ、その際、有効信号を慢って しまうことになる障害を及ぼす局部反射が生じないようにする目的で、できるだ け良好に整合することによりインピーダンスの跳躍的変化を避けるべきである。

それにもかかわらず実際には、たとえばホーン放射器であればアンテナの入力結 合部とホーンの領域に内部反射が生じる。

マイクロ波を用いたレベル測定における特別な問題点は、アンテナに充填物の付 着が生じる可能性のあることである。この危険は、殊にアンテナが湿ってしまう と、粉塵または粉末状の充填物の場合や粘着性でねばねばした充填物の場合にと りわけ生じる。たしかにマイクロ波アンテナは所定量の汚れには耐えられるが、 汚れの層が過度に厚くなるとうまく作動しなくなる。

この場合、レーダ信号はアンテナ領域で完全に吸収され、その結果、もはや有効 エコーを検出できなくなる。

したがって従来の方法であると、ビーム路中にいかなる反射体も存在していない のか、アンテナの外側のビーム路中で著しい減衰（たとえば充填物の泡）が生じ ているのか、あるいは付着物形成によりアンテナがふさがれているのかをもはや 区別できない。

第２図には、パルスレーダ方式にしたがって動作するレベル測定装置の送信回路 と受信−評価回路のブロック回路図が示されている。この場合、アンテナにおけ る付着物形成ならびに必要に応じてその他の障害を検出するための構成が付加的 に設けられている。

第２図にも、ホーン放射器として構成されたアンテナ１４が示されている。発生 器２４は送信すべきマイクロ波の周波数を有する連続的な最高周波数振動を発生 し、これはビームスプリッタ２６を介してスイッチ２８へ供給される。スイッチ ２８はトリガ信号ＴＲにより周期的にトリガされ、このトリガ信号はクロック発 生器３２から供給されるクロック信号ＣＬに基づきトリガ装置３０により生成さ れる。スイッチ２８の出力側は、第１図の送／受信分岐の役割を果たす方向性結 合器３４を介してアンテナ１４の入力結合ビン３６と接続されている。スイッチ ２８が短期間閉じられるたびに、著しく短い送信パルスがアンテナ１４から送信 される。送信パルスに基づきアンテナ１４により受信されるエコー信号は、方向 性結合器３４を介して混合器３８の一方の入力側へ供給される。この混合器はそ の他方の入力側において、ビームスプリンタ２６により発生器２４の出力信号か ら分岐された信号を受信する。混合器３８においてこれら両方の信号を混合する ことにより得られた包絡線信号は、低域通過フィルタ３９でろ波されてがら増幅 器４ｏにおいて増幅される。この増幅器には対数化装置４２が後置接続されてお り、これによって伝播遅延時間に依存するエコー信号の減衰が補償される。対数 化装置４２の出力側から送出される増幅され対数化された包絡線信号Ｈ３−これ はエコー関数をアナログ形式で表す−はサンプリング回路４４へ供給され、この 回路はその信号から、送信パルスに続く受信時相中にクロック信号ＣＬに制御さ れて、有利には同じ時間間隔にある一連のサンプリング値を取り出す。各サンプ リング値は、サンプリング時点における包絡線信号Ｈ３の振幅を有する。サンプ リング回路４４に後置接続されているアナログ／ディジタルコンバータ４６は各 サンプリング値をディジタルコード群へ変換し、このディジタルコード群により サンプリング値の振幅に対応する値の数値が表される。ディジタルコード群のシ ーケンスによりディジタル化されたエコー関数が表され、その振幅分解能はディ ジタルコード群の桁敷により定まり、その時間分解能はサンプリング回路４４に より取り出されるサンプリング値の時間間隔により定まる。

レベル測定を実施する際、受信時相中にアナログ／ディジタルコンバータ４６か ら順次連続して供給されるディジタルコード群がコンピュータ５０に入力され、 このコンピュータのワークメモリ　（書き込み−読み出しメモリ、ＲＡＭ）に記 憶される。記憶されたこれらのコード群は、測定サイクル中の容器１０の実際の エコー関数を表す。コンピュータ５０は記憶された実際のエコー関数から充填物 表面で反射した有効エコーを検出して有効エコーの伝播遅延時間をめ、その伝播 遅延時間から容器内の充填レベルを算出する。この測定結果はディスプレイ５２ によって表示できるし、あるいはインターフェース５４を介してプロセス管理シ ステム等へ出力できる。望むならばコンピュータ５０のワークメモリに順次連続 する複数のエコー関数を記憶させることもでき、このようにすることで共通の評 価のために実際のエコー関数のほかに１つまたは複数の先行のエコー関数も利用 できる。このことによりたとえば、充填レベルの変化に起因するようなエコー関 数の時間的変化を考慮することができる。

これまで述べてきた第２図の装置構成の機能は、通常の従来技術に相応するもの である。ここで述べる方法の特徴は以下の点にある。すなわち、レベル測定のた めに取得しコンピュータ５０で評価する実際のエコー関数のほかにさらに”障害 のない”エコー関数も取得し、この″障害のない”エコー関数は障害を受けてい ない測定に相応するものであって同様にコンピュータ５０に記憶されるが、基準 関数として不揮発性メモリに記憶されるのである。障害を受けていないこのエコ ー関数の場合には少なくとも、アンテナ領域およびアンテナに続く近接領域にお けるエコー経過特性が検出される。しかし有効エコーをいっそう確実にめるため には、障害を受けていないエコー関数に測定領域端部までのエコー経過特性全体 が含まれているとよい。

障害のないエコー関数が障害を受けていない測定に対応するようにする目的で、 障害のないエコー関数は以下の条件下で取得しなければならない。すなわち、− アンテナと入力結合部があり（腐食によってもその他の作用により機械的にも） 損傷を受けていないこと。

−アンテナは汚れていないこと。

一充填レベルがアンテナのすぐ近くにはなくよもやアンテナにはないこと、理想 の場合、容器は空である有利には、障害のないエコー関数は測定装置を最初に動 かし始める前に取得される。この取得は必要に応じて繰り返すことができ、たと えば測定条件が変化したときには常に繰り返すことができる。

障害のないエコー関数の取得は第２図の装置によって、レベル測定時の実際のエ コー関数の先に述べたような取得と同じようにして行われる。ただ１つの相違点 は、アナログ／ディジタルコンバータ４４から送出されたディジタル化されたエ コー関数がコンピュータ５０へ入力される際に不揮発性メモリたとえば電気的に 消去可能でプログラミング可能な固定値メモリ　（ＥＥＰＲＯＭ）に書き込まれ ることである。

この場合、レベル測定の実施に際してアンテナおよび近接領域で取得された実際 のエコー関数各々が記憶された障害のないエコー関数と比較され、生じた差が付 着物形成またはその他の障害を検出するために分析され評価される。この目的で 有利には、アンテナおよび近接領域における両方のエコー関数間の差分関数も形 成され考察されるう 特性曲線分析のためにたとえば以下の判定基準について考察する。すなわち、 一差分関数がアンテナおよび近接領域において定められた閾値を上回っているか または下回っているかについてニ ー差分関数がアンテナおよび近接領域において極値を有し、その順序、位置なら びに大きさについて分析する； 一差分関数についての、またはアンテナおよび近接領域における差分関数の絶対 値の面積分；−アンテナおよび近接領域における（たとえば線形に）重みづけら れた差分関数の経過特性ニ ーアンテナおよび近接領域における実際のエコー関数の最大値の位置および大き さ； 一測定される距離に関連する有効エコーの大きさ。

実際のエコー関数のほかに先行のエコー関数もコンピュータに記憶されている場 合には、以下の判定基準を利用できる。すなわち、 −アンテナおよび近接領域における時間的に先行するエコー関数の最大値の位置 ならびに大きさニー実際のエコー関数と先行のエコー関数における有効エコーの 大きさおよび位置の比較。

この場合、関数から得られたこれらの特性識別値ならびにその他の特性識別値を 互いに論理結合することができ、これによって測定システムの状顛に関するいっ そうきめ細かな情報を得ることができる。

よりよく理解できるようにする目的で、第３図〜第６図のダイヤグラムに示され ているエコー関数を有するいくつかの実例に基づく特性曲線分析について説明す る。

第３図のダイヤグラムには、アンテナおよび近接領域におけるアンテナの障害の ないエコー関数Ｕが示されてる。障害のないエコー関数Ｕは先に示した条件のも とで取得されたものであり、つまり容器が空でありアンテナは損傷していなくア ンテナにいかなる付着物形成もないときに取得されたものである。

縦座標には相対信号出力がｄＢで書き込まれている。

横座標にはマイクロ波の辿る経路が表されている°点ｓ０はスイッチ２８の位置 であり、ここにおいて送信パルスが生成され、点ｓ１はホーン放射器１４の入力 結合ピン３６の位置であり、点Ｓ、はホーン放射器のエツジに対応している。し たがって区間Ｓ、〜Ｓ、はアンテナ領域に対応する。点Ｓ、において、内部反射 に起因する送信信号の経過特性が終了している。区間Ｓ、〜ｓ３はアンテナの近 接領域に対応している。もちろん、マイクロ波の辿った区間の代わりに、区間に 比例するマイクロ波の伝播遅延時間を同じように良好に表すことができる。さら に第３図には、レーダ方程式にしたがって理想の測定条件のときに予期されるべ き受信レベルｐｌ　とこれよりも１０ｄＢだけ低減されタレヘルｐ、が書き込ま れている。レベルｐ、は、実際の測定信号においてまだ許容可能な付加的な減衰 の限界を表している。これら両方のレベルｐ、とｐ、との間には許容幅が位置し ている。この許容幅中に位置する振幅を有するすべてのエコー信号は評価をして もよいのに対し、この許容幅には達していないそれよりも小さいエコー信号は退 けられる。受信レベルの許容幅は、媒体、測定すべき最大距離、測定面上に生じ る波やその他の使用条件に応じて、これとは異なるように選定できる。

第３図に示されている関数Ｕ、ｐ、およびｐ、はコンピュータ５０に記憶されて おり、各測定中、得られた実際のエコー関数を評価するために用いられる。

第４図のダイアダラムには、すでに第３図で示した関数に加えて実際のエコー関 数Ａが示されており、これはアンテナに僅かな付着物形成が生じているときに、 同じアンテナを用いて実施される測定で得られるものである。明瞭にするために 以下のことを想定する。すなわち、容器はほぼ満杯であり、したがって測定すべ き充填物表面はほぼアンテナ付近にあり、この短い測定距離に対応する実際のエ コー関数の区間だけが表されているものとする。さらに、アンテナおよび近接領 域に差分関数Ｄ＝Ｕ−Ａが書き込まれている。差分関数りにより著しく簡単な特 性曲線分析が可能になる。

実際のエコー関数Ａは、アンテナおよび近接領域において障害のないエコー関数 Ｕかられずかにしか隔たっていない。したがって差分関数りのゼロ線からの偏差 は比較的小さい。実際のエコー関数Ａは有効エコーＮを有しており、その最大値 は点ｓ４にある；この点は有効反射体の位置に対応しており、つまり測定すべき 充填物表面に相応する。このため区間５ｌ−５４は測定距離であり、図示された 実施例では約２ｍである。

有効二ニーＮの振幅は、アンテナにおける付着物形成の結果、レーダ方程式（関 数ｐ、）に基づいて予期されるべき理想の有効エコーに比べて約５ｄＢだけ減衰 しているが、まだ許容幅内に位置している。実際の有効エコーのこのような減衰 はまだ容認できるものである二基の減衰はせいぜいのところ、著しく大きな測定 距離のときに測定装置の最終的なダイナミックレンジと距離に起因するエコーの 減衰のために、距離測定に障害を及ぼす可能性がある程度である。

したがって第４図の場合にはいかなる障害通報もトリガされず、有効エコーＮに 基づいてめられた距離が適正なものとして受け入れられる。差分関数りが所定の 閾値よりも大きく値Ｏから偏差していれば、付着物形成が始まったことに対し警 告が出されるぐらいである。この閾値はたとえば１０ｄＢとすることができる。

最大偏差の絶対値を、あるいは差分関数りの絶対値の面積分も、付着物形成量の 尺度としてめることができ表示可能である。この目的で、差分関数りの絶対値を 線形または非線形に重みづけることができる。

第５図にも第４図の各特性曲線が示されているが、この場合、アンテナにおける 付着物形成が著しく強く現れており、このため２ｍ離れた反射体におけるエコー の振幅が約２０ｄＢだけ特性曲線Ｐ＋　よりも下に位置している事例が示されて いる。したがってこのエコー振幅はもはや許容幅内には位置していない。アンテ ナおよび近接領域には、実際のエコー関数Ａと障害のないエコー関数Ｕがほぼ等 しい領域も存在しているし、これら両方のエコー関数間に大きな偏差のある領域 も存在している。この場合も第４図の実施例の場合も、アンテナ領域の所定の個 所における実際のエコー関数Ａと閾値との比較からは、付着物形成を確実に識別 できない、たとえすさまじい付着であっても付着物警告を出すことはできない。

これに対して、アンテナと近接領域全体における差分関数りとたとえば１０ｄＢ の所定の閾値との比較により、確実に付着検出が行えるようになる。コンピュー タ５０は値０からの差分関数りの最大偏差の絶対値を算出し、偏差が所定の閾値 を越えているときにはディスプレイ５２および／またはインターフェース５４へ 付着物警告を出力する。最大偏差の絶対値を、あるいは差分関数りの絶対値の面 積分も、付着物形成量の尺度として送出できる。

第６図では、充填レベルがアンテナエツジ付近にありアンテナに付着物が形成さ れていない場合の事例について考察する。実際のエコー関数Ａにおける最初のエ コーピークは、充填物表面で反射した有効エコーＮを表している：これにはさら に複数のエコービークが続いており、これらは多重反射によるものである。この 場合、アンテナエツジ付近の個所における実際のエコー関数の大きさを検出する だけの方法であると、アンテナエツジ付近の充填物と付着物形成とを区別できな いことから警告がトリガされてしまう。しがしながら、差分関数りはアンテナ領 域のいくらが外側で最小値を有し実際のエコー関数Ａはアンテナ領域のいくらか 外側で最大値を有することから、ここでは付着物ではなくアンテナ付近の充填物 が問題となっていることがはっきりと指示される。別の明確な指標は差分関数り の最小値の大きさであって、これにより反射面に隙間のないことが指示される。

これが付着物であるならば、ホーンアンテナの内部領域にも付着しているはずで あり、このことで差分関数の始めの部分に影響が及ぼされることになる。このよ うな判定基準に基づき、コンピュータ５０は第６図の事例では付着物警告を出さ ず、実際のエコー関数における最初のエコービークの伝播遅延時間から充填レベ ルを算出する。

特性曲線ｐ、とｐ、により、受信された有効エコーの振幅も重要な判定基準とし て考慮される。これらの振幅は送信出力、距離、有効反射体の大きさ、媒体の反 射特性、反射面の凹凸、ならびに容器の幾何学的形状に依存する。容器の壁また は内部構造がビーム路に過度に障害を及ぼしていないかぎり、レーダ方程式に基 づきレベル測定では充填物表面からアンテナに反射して戻る出力と距離との間に ほぼ２次の関係が存在する。しかし最終的な容器直径に基づき、大きな距離から はフリースペースの条件のもとでレーダ方程式により予測されるよりも多くの信 号が受信される。精確な関係は、そのっど特定の容器において測定装置を使用開 始するときにめることができる。この場合、充填物の反射特性に基づき、液体表 面の乱れまたは固体表面の割れに起因して場合によっては起こり得る出方変動を 考慮しながら送信出力に正規化された有効エコーの出力が必然的に生じるような 、距離に依存する幅が規定される。距離に依存するこの幅を持続的に上回るか下 回っているならば、障害が生じているはずであるコンピュータにおいて実際のエ コー関数のほかに１つまたは複数の先行のエコー関数も記憶されているならば、 先に挙げた判定基準に加えて先行の測定における有効エコーの大きさならびに距 離も考慮すると、付着物とアンテナ近接領域（あるいはそれどころかアンテナ） における充填物とをいっそう確実に区別するのに有利である。この場合、連続的 なレベル測定では充填レベルは、ひいては有効エコーの位置も、跳躍的には変化 し得ないということを利用している。したがってたとえば第５図の場合、アンテ ナ領域に位置している実際のエコー関数Ａのピークは−著しく変形されておりし たがってむしろ反射面からのものではないにもかかられず一基本的に、アンテナ における小さい誘電率の媒体の表面での反射によっても生じる可能性がある。し かしこのことは、有効エコーがこれまで常に別の位置にあり、連続的にこのピー クへは移ってきてはいない場合には排除できる。

第７図〜第１０図には、コンピュータプログラムのフローチャートが実例として 示されている。このフローチャートによってコンピュータ５０は先に説明した判 定基準の評価により測定値を算出し、必要であれば付着物警告を出力できる。一 点鎖線に沿ってつなぎ合わせることのできる第７図と第８図はこれらが合わさっ てメインプログラムを表している。第９図は測定値算出のためのサブプログラム のフローチャートであり、第１０図は付着物警告のためのサブプログラムのフロ ーチャートである。これらのサブプログラムは、示された位置でメインプログラ ムから呼び出される。この場合、メインプログラムの最初のスタートの前に第３ 図に示されている関数すなわち障害のないエコー関数Ｕと両方のレベル関紋ｐ、 およびｐ、がめられてコンピュータ５０に記憶されていることを前提としている 。メインプログラムのスタート後、これは周期的に繰り返され、その際、各サイ クルごとに測定値が算出され、および／または付着物警告が出力される。変数” フラグ１”および”フラグ２″のうちの一方があるサイクルでセットされるかま たは消去されると、そのフラグはそれが再び逆の状態に移されるまでその状態を 後続のサイクル中、保持し続ける。これらのフローチャートに関してその他の点 については、既述の説明に基づき容易に理解できる。

Ｆｉｇ、７ Ｆｉｇ、８ Ｆｉｇ、９ サブプログラム　測定値算出 サブプログラム付着物警告 Ｆｉｇ、１０ フロントページの続き （７２）発明者　ゲルスト、　ベータードイツ連邦共和国　７６１８９　カール スルーエ　アルベルトーブラウンーシュトラーセ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．アンテナを用いてマイクロ波を充填物表面へ送信し該表面で反射したエコー 波を受信し、各測定ごとに前記アンテナによリ受信されたエコー波からエコー振 幅を距離の関数として表す実際のエコー関数を形成し、該実際のエコー関数から 確率的な有効エコーとその伝播遅延時間を求め、これらから充填物表面とアンテ ナとの距離を決定するようにした、レーダ方式によるレベル測定方法において、 前記の実像のエコー関数を、障害のない測定に相応する記憶された障害のないエ コー関数と比較し、アンテナ領域とアンテナに続く近接領域で認められた偏差を 、付着物形成および／またはその他の障害を検出するために評価することを特徴 とする、レーダ方式によるレベル測定方法。
2. ２．障害のないエコー関数と実像のエコー関数との差を表す差分関数を形成し、 付着物形成および／またはその他の障害を検出するために前記差分関数を評価す る、請求項１記載の方法。
3. ３．前記差分関数を評価するために、該差分関数がアンテナ領域および／または 近接領域のまえもって定められた個所で所定のレベル値を越えたか否かを検出す る、請求項２記載の方法。
4. ４．前記差分関数を評価するために、アンテナ領域および／または近接領域にお ける差分関数の極値とその位置を求める、請求項２または３記載の方法。
5. ５．前記差分関数を評価するためにアンテナ領域における差分関数の積分を行う 、請求項２〜４のいずれか１項記載の方法。
6. ６．前記差分関数を評価するために、線形または非線形に重み付けされたアンテ ナ領域における差分関数の積分を行う、請求項２〜５のいずれか１項記載の方法 。
7. ７．実際のエコー関数における有効エコーの大きさを求め、該大きさが測定距離 に依存して所定幅内にあるか否かを判定する、請求項１〜６のいずれか１項記載 の方法。
8. ８．前記所定幅をレーダ方程式にしたがって求める、請求項７記載の方法。
9. ９．前記所定幅を障害のない測定において実験によリ求める、請求項７記載の方 法。
10. １０．前記の障害のないエコー関数を空の容器において取得する、請求項１〜９ のいずれか１項記載の方法。
11. １１．前記の障害のないエコー関数を不揮発性メモリに記憶する、請求項１〜１ ０のいずれか１項記載の方法。