JPH09288069A - 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Info
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- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有効なプロセス変量に対応する出力結果を形
成するため時間領域反射測定信号を処理するにあたり、
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の改善さ
れた信号処理方法および処理装置を提供する。 【解決手段】 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、少なくとも2つの異なる技術
を用いてTDR信号を処理する。これらの異なる技術の
各々を用いて独立した結果を算出する。それらの異なる
技術からそれぞれ得られた独立した結果に対し重み付け
係数を与えて、重み付けられた出力結果を形成する。次
に、重み付けられた各出力結果を比較し、この比較に基
づき、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。
成するため時間領域反射測定信号を処理するにあたり、
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の改善さ
れた信号処理方法および処理装置を提供する。 【解決手段】 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、少なくとも2つの異なる技術
を用いてTDR信号を処理する。これらの異なる技術の
各々を用いて独立した結果を算出する。それらの異なる
技術からそれぞれ得られた独立した結果に対し重み付け
係数を与えて、重み付けられた出力結果を形成する。次
に、重み付けられた各出力結果を比較し、この比較に基
づき、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。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
検出するための少なくとも2つの異なる技術を用いてT
DR信号を処理し、該少なくとも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、前記少なくと
も2つの異なる技術の各々から得られた独立した結果に
対し重み付け係数を与え、重み付けられた出力結果を形
成するステップと、重み付けられた各出力結果を比較す
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
することにより解決される。
は、プロセス変量により形成された有効な反射パルスを
検出するための少なくとも2つの異なる技術を用いてT
DR信号を処理し、該少なくとも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、前記少なくと
も2つの異なる技術の各々から得られた独立した結果に
対し重み付け係数を与え、重み付けられた出力結果を形
成するステップと、重み付けられた各出力結果を比較す
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
することにより解決される。
【0011】さらに本発明の課題は、請求項1、3、1
4、17、19、23、25、33、36、37、38
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。
4、17、19、23、25、33、36、37、38
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 ゲルト ヴァルトマン アメリカ合衆国 インディアナ グリーン ウッド レイク ドライヴ 213 (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
Claims (38)
- 【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
するための少なくとも2つの異なる技術を用いてTDR
信号を処理し、該少なくとも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、 前記少なくとも2つの異なる技術の各々から得られた独
立した結果に対し重み付け係数を与え、重み付けられた
出力結果を形成するステップと、 重み付けられた各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。 - 【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。 - 【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 - 【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。 - 【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。 - 【請求項6】 前記第1の処理方式は、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
るステップを有する、請求項3記載の方法。 - 【請求項7】 前記第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、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する、請求項6記載の方
法。 - 【請求項8】 前記第3の処理方式は、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、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 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8記載の方法。 - 【請求項10】 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8記載の方法。 - 【請求項11】 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、第4の方
式を用いて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。 - 【請求項12】 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11記
載の方法。 - 【請求項13】 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。 - 【請求項14】 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。 - 【請求項15】 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14記
載の方法。 - 【請求項16】 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14記載の方法。 - 【請求項17】 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、第1の検出方式を用いて
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、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。 - 【請求項18】 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17記載の方法。 - 【請求項19】 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。 - 【請求項20】 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19記載の装置。 - 【請求項21】 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、第4の方
式を用いて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19記載の装置。 - 【請求項22】 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21記載の装置。 - 【請求項23】 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の検出方式を用いてT
DR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、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。 - 【請求項24】 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23記載の装置。 - 【請求項25】 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。 - 【請求項26】 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25記載の方
法。 - 【請求項27】 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26記載の方
法。 - 【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25記載の方法。 - 【請求項29】 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28記載の方法。 - 【請求項30】 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29記載の方
法。 - 【請求項31】 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30記載の方法。 - 【請求項32】 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
7記載の方法。 - 【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。 - 【請求項34】 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33記載の方法。 - 【請求項35】 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33記載の方法。 - 【請求項36】 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。 - 【請求項37】 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。 - 【請求項38】 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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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002535641A (ja) * | 1999-01-21 | 2002-10-22 | ローズマウント インコーポレイテッド | 低電力レーダー式レベル伝送器のための複数プロセス製品の界面検出 |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000514967A (ja) * | 1996-07-10 | 2000-11-07 | レクロイ・コーポレーション | ローカル・エリア・ネットワークにおける端末を特徴づける方法およびそのシステム |
BR9706818A (pt) * | 1996-10-07 | 1999-03-23 | Tri Ener Tech Petroleum Servic | Método para o controle da velocidade de uma bomba baseado na medição da profundidade de fluído em um poço |
EP0943103A4 (en) * | 1996-11-22 | 2000-08-23 | Berwind Corp | DETECTING MATERIAL LEVEL |
US6085589A (en) * | 1996-12-23 | 2000-07-11 | Venture Measurement Company Llc | Material level sensing system calibration |
US6078280A (en) * | 1998-01-09 | 2000-06-20 | Endress + Hauser Gmbh + Co. | Periodic probe mapping |
US6559657B1 (en) | 1999-01-13 | 2003-05-06 | Endress+Hauser Gmbh+Co. | Probe mapping diagnostic methods |
WO2001018502A1 (de) | 1999-09-07 | 2001-03-15 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur bestimmung einer physikalischen prozessgrösse eines mediums |
EP1083414A1 (de) | 1999-09-11 | 2001-03-14 | Endress + Hauser GmbH + Co. | Füllstandsmessgerät |
DE19949992C2 (de) | 1999-10-15 | 2002-08-29 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit eines Zeitbereichsreflektometers |
DE10003941A1 (de) | 2000-01-29 | 2001-08-09 | Endress Hauser Gmbh Co | Füllstandsmeßgerät |
US6445192B1 (en) * | 2000-04-04 | 2002-09-03 | Rosemount Inc. | Close proximity material interface detection for a microwave level transmitter |
US6504793B2 (en) | 2000-09-11 | 2003-01-07 | Vega Grieshaber Kg | Method and device for range measurement |
DE10044769A1 (de) * | 2000-09-11 | 2002-04-04 | Grieshaber Vega Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung |
US6681626B2 (en) * | 2000-09-18 | 2004-01-27 | Vega Grieshaber Kg | Level metering device working on the guided microwave principle, comprising a single-wire line and specific connection piece, and connection piece for a level metering device of this type |
AU2002218183A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-08 | Endress+Hauser Gmbh + Co. Kg | Method for detecting the limit state of a material, and device therefor |
JP2002108836A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Hitachi Ltd | プロセッサシステム |
DE10052836A1 (de) * | 2000-10-24 | 2002-05-16 | Endress Hauser Gmbh Co | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozeßvariablen |
DE10102571A1 (de) * | 2001-01-19 | 2003-01-09 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Füllstandsmeßgerät |
US6885954B2 (en) * | 2001-03-16 | 2005-04-26 | Mindspeed Technologies, Inc. | Sequence time domain reflectometry using complementary golay codes |
US20030068024A1 (en) * | 2001-10-05 | 2003-04-10 | Jones William W. | Communication system activation |
US6972712B1 (en) * | 2004-06-24 | 2005-12-06 | Saab Rosemount Tank Rader Ab | Near zone detection in radar level gauge system |
DE102007007024A1 (de) | 2007-02-08 | 2008-08-21 | KROHNE Meßtechnik GmbH & Co. KG | Verwendung eines nach dem Radar-Prinzip arbeitenden Füllstandsmeßgeräts |
US8184503B2 (en) * | 2009-05-18 | 2012-05-22 | Magnetrol International, Incorporated | Process measurement instrument with target rejection |
EP2365302B1 (de) * | 2010-02-25 | 2012-05-23 | Sick Ag | Messung der Entfernung zu mindestens einer ersten Grenzfläche |
EP2474836B1 (en) * | 2011-01-11 | 2014-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | A method for echo processing in a pulse-echo ranging system |
DE102013109606B4 (de) * | 2013-09-03 | 2022-05-12 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstands in einem Sammelbehälter |
US10184820B2 (en) * | 2016-09-30 | 2019-01-22 | Rosemount Tank Radar Ab | Guided wave radar level gauge system for interface measurement |
EP3315784B1 (de) * | 2016-10-25 | 2022-10-12 | Grundfos Holding A/S | Tauchpumpenaggregat und verfahren zum betreiben eines tauchpumpenaggregates |
RU2670367C1 (ru) * | 2017-11-03 | 2018-10-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для определения количества бурового раствора в емкости |
US10911052B2 (en) | 2018-05-23 | 2021-02-02 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Multi-level signal clock and data recovery |
US11005573B2 (en) | 2018-11-20 | 2021-05-11 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Optic signal receiver with dynamic control |
US11079473B2 (en) | 2019-04-01 | 2021-08-03 | Abb Schweiz Ag | Timing control circuit for guided wave radar level transmitter |
US11193809B2 (en) | 2019-04-01 | 2021-12-07 | Abb Schweiz Ag | Expert control systems and methods for level measurement |
US11415451B2 (en) | 2019-04-01 | 2022-08-16 | Abb Schweiz Ag | High and/or low energy system coupler |
US12013423B2 (en) | 2020-09-30 | 2024-06-18 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | TIA bandwidth testing system and method |
US11658630B2 (en) | 2020-12-04 | 2023-05-23 | Macom Technology Solutions Holdings, Inc. | Single servo loop controlling an automatic gain control and current sourcing mechanism |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3832900A (en) * | 1971-06-28 | 1974-09-03 | Sperry Rand Corp | Apparatus and method for measuring the level of a contained liquid |
US3922914A (en) * | 1974-09-18 | 1975-12-02 | Us Interior | Bed level monitor |
US3995212A (en) * | 1975-04-14 | 1976-11-30 | Sperry Rand Corporation | Apparatus and method for sensing a liquid with a single wire transmission line |
US4135397A (en) * | 1977-06-03 | 1979-01-23 | Krake Guss L | Level measuring system |
DE2744864B2 (de) * | 1977-10-05 | 1979-10-18 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | Vorrichtung zur Befestigung einer Sonde in einer öffnung eines Behälters |
DE2744862C2 (de) * | 1977-10-05 | 1982-07-08 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | Aus Koaxialleitungsstücken gebildeter Hochfrequenztransformator |
DE2923963C2 (de) * | 1979-06-13 | 1986-03-27 | Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg | Verfahren zur Impulsabstandsmessung und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
DE2953267C2 (de) * | 1979-11-23 | 1982-04-08 | Gustav F. Gerdts GmbH & Co KG, 2800 Bremen | Kapazitive Füllstandmeßsonde |
DE3026342C2 (de) * | 1980-07-11 | 1982-04-22 | Gustav F. Gerdts GmbH & Co KG, 2800 Bremen | Kapazitive Niveausonde |
DE3337690A1 (de) * | 1983-10-17 | 1985-04-25 | VEGA Grieshaber GmbH & Co, 7620 Wolfach | Verfahren und vorrichtung zur messung des fuellstands in einem behaelter mittels schall-/ultraschallwellen |
US4698634A (en) * | 1985-07-10 | 1987-10-06 | Alongi Anthony V | Subsurface inspection radar |
EP0260113A3 (en) * | 1986-09-08 | 1989-09-20 | Agtronics Pty. Ltd. | Ultrasonic height control system |
FR2626666B1 (fr) * | 1988-01-28 | 1991-05-24 | France Etat Ponts Chaussees | Procede de mesure de l'epaisseur de couches de chaussees a l'aide d'un radar impulsionnel |
DE4118715C2 (de) * | 1991-06-07 | 1995-02-23 | Endress Hauser Gmbh Co | Vorrichtung zur elektrisch isolierten und druckdichten Befestigung einer Sondenelektrode in der Öffnung eines Gehäuses |
US5457990A (en) * | 1991-12-03 | 1995-10-17 | Cambridge Consultants Limited | Method and apparatus for determining a fluid level in the vicinity of a transmission line |
US5420517A (en) * | 1992-03-23 | 1995-05-30 | Soilmoisture Equipment Corp. | Probe for measuring moisture in soil and other mediums |
DE4218303C1 (de) * | 1992-06-03 | 1994-03-03 | Endress Hauser Gmbh Co | Verfahren und Anordnung zur Abstandsmessung nach dem Impulslaufzeitprinzip |
DE4301341C1 (de) * | 1993-01-20 | 1993-10-21 | Honeywell Elac Nautik Gmbh | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen des zeitlichen Anfangs eines Impulssignals |
DE4308373C2 (de) * | 1993-03-16 | 1995-04-13 | Siemens Ag | Verfahren zur Erkennung und Separation von Nutz- und Störechos im Empfangssignal von Abstandssensoren, welche nach dem Impuls-Echo-Prinzip arbeiten |
US5345471A (en) * | 1993-04-12 | 1994-09-06 | The Regents Of The University Of California | Ultra-wideband receiver |
US5361070B1 (en) * | 1993-04-12 | 2000-05-16 | Univ California | Ultra-wideband radar motion sensor |
US5376888A (en) * | 1993-06-09 | 1994-12-27 | Hook; William R. | Timing markers in time domain reflectometry systems |
US5609059A (en) * | 1994-12-19 | 1997-03-11 | The Regents Of The University Of California | Electronic multi-purpose material level sensor |
US5656774A (en) * | 1996-06-04 | 1997-08-12 | Teleflex Incorporated | Apparatus and method for sensing fluid level |
-
1996
- 1996-12-11 US US08/763,665 patent/US5884231A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-19 EP EP96120455A patent/EP0780665A3/en not_active Withdrawn
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- 1996-12-20 CA CA002193560A patent/CA2193560C/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002535641A (ja) * | 1999-01-21 | 2002-10-22 | ローズマウント インコーポレイテッド | 低電力レーダー式レベル伝送器のための複数プロセス製品の界面検出 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0780665A2 (en) | 1997-06-25 |
CA2193560A1 (en) | 1997-06-22 |
JP2960693B2 (ja) | 1999-10-12 |
US5884231A (en) | 1999-03-16 |
CA2193560C (en) | 2000-04-18 |
EP0780665A3 (en) | 1998-11-11 |
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