TW201502556A - 用於判定一散裝材料之一表面之一拓樸分析的量測裝置控制系統 - Google Patents

用於判定一散裝材料之一表面之一拓樸分析的量測裝置控制系統 Download PDF

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Abstract

為判定一散裝材料表面之拓樸分析，在天線之不同主要輻射方向上偵測一系列回波曲線。在程序中，該天線之該主要輻射方向以該系列回波曲線之所有產生之回波曲線皆可用於判定該散裝材料表面之該拓樸分析之此一方式改變。因此，可縮減量測時間。

Description

用於判定一散裝材料之一表面之一拓樸分析的量測裝置控制系統 相關申請案之參考
本申請案主張2013年5月17日申請之歐洲專利申請案第13 168 360.9號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
本發明係關於位準量測。特定言之，本發明係關於用於判定儲存於一容器中之一散裝材料之一表面之拓樸分析之一量測裝置，係關於用於判定一散裝材料之一體積流量之一量測裝置之使用，係關於用於判定一散裝材料之質量之一量測裝置之使用，係關於用於判定一散裝材料之一表面之該拓樸分析之一方法，係關於一程式元件且係關於一電腦可讀媒體。
儲存於一容器中或定位於一傳送帶上之散裝材料大體上具有一不規則、粗糙表面。特定言之，當該容器被填滿或排空時可形成一巨大尖端或一空心凹槽。
在此情況中，若僅從填充材料表面上之一單一點判定距離，位準量測裝置經常不準確地判定位準。
本發明之一目標係縮減用於判定一散裝材料表面之拓樸分析之 時間。
此目標由獨立技術方案之特徵達成。可從其餘技術方案及從下列描述獲得本發明之發展。
本發明之一第一樣態指明用於判定儲存於一容器中之一散裝材料之一表面之拓樸分析之一量測裝置，該裝置包括一天線配置、一回波曲線產生單元及一定位裝置。
天線配置用於在天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號及用於接收在散裝材料之至少一表面上反射之傳輸信號。由天線配置反射及接收之傳輸信號亦可稱為一接收信號。
回波曲線產生單元經組態以從天線配置所反射及接收之傳輸信號產生一回波曲線。在本文中，回波曲線反映(即，對應於)在量測裝置之一距離量測範圍上所反射之傳輸信號之信號強度或振幅。換言之，回波曲線使所接收、反射之傳輸信號之振幅對路徑長度(其為從天線發射傳輸信號至接收傳輸信號之對應信號部分所涵蓋)之相依性成像。
此類型之一回波曲線大體上具有源於傳輸信號在填充材料表面上之反射之一最大值(峰值)。在回波曲線中亦可存在源於容器或其他反射器中之干涉點上之反射之進一步最大值。
可以天線配置之主要輻射方向藉由定位裝置(以一系列回波曲線可在不同主要輻射方向上產生之此一方式)改變之此一方式，藉由定位裝置控制量測裝置或量測裝置之部分或至少其天線。特定言之，可提供一單一、機械的或電子的「可樞軸轉動」之天線。在天線之機械樞軸轉動之情況中，不需要使用天線陣列。
樞軸轉動天線可改變由量測裝置產生之傳輸信號之主要輻射方向。在本文中，天線之樞軸轉動亦可藉由一配置實施，該配置由至少一個輻射單元(例如，一喇叭式天線)及定位於傳輸信號之輻射路徑上 用於改變傳輸信號之傳播方向之至少一個偏向元件(例如，一金屬板或一鏡或另一反射器)構成。
散裝材料表面之拓樸分析可藉由一評估單元判定。在本文中，散裝材料表面或散裝材料之「拓樸分析」意謂表面輪廓(換言之，散裝材料表面之表面進展)。可沿著一線藉由在表面上之一維掃描(在此情況中所判定之表面輪廓為貫穿散裝材料之表面之一平坦、垂直剖面)或藉由在表面上之二維掃描(相對於上述在該表面上之一維掃描)而判定表面進展。因此在此情況中，散裝材料表面之拓樸分析在三維中判定。
現為在二維中或在三維中判定散裝材料表面之拓樸分析，評估單元可(例如)經組態以執行以下步驟：首先，建立一第一距離區間(cell)，其係回波曲線中之一特定距離間隔，即，回波曲線之一區段。在下一步驟中，在該系列回波曲線之每一回波曲線中分析此距離區間，使得可藉由比較於在第一距離區間內之其餘回波曲線而判定具有最大信號強度之回波曲線。由於在一特定主要輻射方向上接收每一回波曲線，故可由主要輻射方向之定向明白地識別每一回波曲線。亦可判定在距離區間中之最大信號強度之值及(視情況)精確位置。
下文中，此類型之一量測點之座標意謂以產生對應回波曲線之主要輻射方向為特徵之角度及最大信號強度在該回波曲線中之位置(「定位」)。信號強度值意謂回波曲線在最大信號強度之位置之振幅。此「位置」等效於對應於最大信號強度之距離。
其後可針對回波曲線之其他距離區間執行上文揭示之步驟。
因此，可將回波曲線細分為連續布置之複數個距離區間或至少將回波曲線之一特定部分細分為執行上文揭示之步驟之複數個距離區間。
換言之，複數個回波曲線各以一不同角度(換言之，以天線配置之一不同主要輻射方向)被接收。可藉由適當地調整天線配置及/或反射器(其在傳輸信號從天線至散裝材料表面之路徑上反射傳輸信號)而機械地提供天線配置之主要輻射方向。舉例而言，亦可藉由提供一對應控制之天線陣列而電子地調整主要輻射方向。
在接收該系列回波曲線之後，界定回波曲線之第一距離區間，且隨後，針對每一回波曲線判定在此距離區間中之回波曲線之最大值。接著，判定各種回波曲線之哪一最大值係最大的最大值，且判定其座標。隨後針對其他距離區間執行此等步驟。取決於天線之主要輻射方向在空間中之一個方向上還是兩個方向上改變，可從中計算散裝材料表面之一剖面線或一三維表示。
評估單元可經組態以使用在上文揭示之步驟中獲得之資料判定定位於一容器中之一散裝材料之位準及/或散裝材料之體積。
亦可自然地藉由執行不同方法判定散裝材料表面之拓樸分析。
在本發明之一個樣態中，該定位裝置包括一控制系統，其經組態以可使用該系列回波曲線之所產生之回波曲線之儘可能大之比例判定該拓樸分析之此一方式改變該天線配置之該主要輻射方向。
換言之，控制系統經組態以確保僅實際上為判定拓樸分析所必要且期望之散裝材料表面之區域由天線配置掃描(主要輻射方向偏向至此等區域上)。舉例而言，控制系統可防止天線配置之主要輻射方向超出散裝材料表面。
總體而言，此意謂可大幅減少在用於判定散裝材料表面之一量測循環中取樣之量測曲線之數目。此可導致更快速判定散裝材料表面拓樸分析且因此更快速判定儲存於一容器中之散裝材料之填充位準或更快速判定在一傳送帶上之一散裝材料之質量流量，其涉及儘可能少之量測時間。
舉例而言，若在待判定之拓樸分析之一方便最小解析度下，在兩個空間方向上之主要輻射方向在180度之一範圍上變化，則為此目的取樣之回波曲線之數目超過30000個(假定一網格1度之級距)。假定每秒偵測兩個曲線，如經常在一4-20mA電流環路用於量測值傳輸而不提供一電源供應至該量測裝置時提供，判定拓樸分析所需之所有量測曲線之取樣將耗費超過15,000秒。
若現縮減此所需之量測時間，則可(例如)增大量測裝置之電源供應。然而，在此情況中，一4-20mA量測環路將無法供應足夠電源。
然而，根據本發明，(至少大部分)僅偵測實際上用於判定拓樸分析之回波曲線。換言之，並不偵測量測裝置假定不適用於判定拓樸分析之回波曲線，因為其可以一較高確定程度假定此等回波曲線不能有助於判定拓樸分析，舉例而言，因為相關之主要輻射方向超出該散裝材料表面。
因此，可大幅減少取樣之回波曲線之數目。
舉例而言，用於改變天線配置之主要輻射方向之控制系統以由定位裝置設定之所有主要輻射方向處於不觸及或交越藉由量測裝置在容器中最新判定之一填充位準上之容器壁(或僅稍微觸及或交越)之三維空間內之此一方式組態。換言之，設定之不同主要輻射方向始終朝向填充材料表面且不超過之。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以考慮當改變天線配置之主要輻射方向時儲存散裝材料之容器之幾何形狀。
舉例而言，針對容器之底面調適由設定之不同主要輻射方向橫越之散裝或三維空間之底面。在具有一圓形底面之一容器中，定位裝置掃描一圓形面，且在具有一方形橫截面之一容器中，掃描一方形面。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以專門在界定 散裝材料表面之一子區域之一角範圍內改變天線配置之主要輻射方向。
換言之，並不在整個散裝材料表面上進行掃描。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以沿著一螺旋路徑移動主要輻射方向。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以設定天線配置之兩個主要輻射方向之間的角度差，其係用於依據藉由量測裝置最新判定之填充位準產生兩個連續回波曲線。
因此，舉例而言，若填充位準較高，則兩個主要輻射方向之間的角度差可更大，且因此當填充位準較低時，兩個主要輻射方向之間的角度差更小，以便在每一情況中達成所要解析度。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以設定天線配置之兩個主要輻射方向之間的角度差，其係用於依據散裝材料表面之一局部拓樸分析產生兩個連續回波曲線。
舉例而言，可規定在散裝材料表面之拓樸分析改變最大之處(例如散裝材料表面最陡峭之處)，兩個主要輻射方向之間的角度差最小。
在本發明之一進一步實施例中，控制系統經組態以依據藉由量測裝置最新判定之填充位準，判定天線配置之主要輻射方向之最大角度。
填充位準愈高，此最大角度愈大。
在本發明之一進一步實施例中，量測裝置包括一4-20mA通信介面以用於連接至一4-20mA雙線式線路，可將位準量測裝置組態為僅經由4-20mA通信介面從外部供應電力。自然地，可提供呈一電池或電容器之形式之一內部電源供應器。亦可能提供在另一介面之一外部電源供應。
在本發明之一進一步實施例中，量測裝置包括一乙太網路(Ethernet)通信介面以用於連接至一局域網路(區域網路，LAN)，可將位準量測裝置組態為僅經由此乙太網路通信介面供應外部電源。
亦可以有且提供在另一介面之一外部電源供應。
亦可同時提供乙太網路及4-20mA通信介面。
在本發明之一進一步實施例中，定位裝置經組態以在一機械調整裝置之協助下改變天線配置之主要輻射方向，藉由機械調整裝置可機械地調整天線配置之定向。
在本發明之一進一步實施例中，定位裝置包括一反射器以用於改變天線配置之主要輻射方向及一機械調整裝置以用於改變反射器之位置且因此用於改變天線配置之主要輻射方向。
亦可使用定位裝置調整天線定向及反射器二者。
在本發明之一進一步實施例中，量測裝置組態為一位準量測裝置。特定言之，量測裝置可組態為一脈衝雷達裝置或一FMCW(頻率調變連續波)位準量測裝置。
本發明之一進一步樣態指明在上文揭示且在下文中用於判定定位於一傳送帶上之一散裝材料之一體積流量之一量測裝置之使用。
本發明之一進一步樣態指明在上文揭示且在下文中用於判定一散裝材料之質量之一量測裝置之使用。
根據本發明判定之拓樸分析之知識用於判定質量或體積流量。
本發明之一進一步樣態指明用於判定一散裝材料之一表面之拓樸分析之一方法，其中首先在一天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號。在散裝材料之至少一表面上反射之傳輸信號之信號部分隨後由天線配置接收，且從天線配置所反射及接收之傳輸信號產生一回波曲線，其反映在量測裝置之一距離量測範圍上所反射之傳輸信號之信號強度。隨後，天線配置之主要輻射方向以在不同主要輻射方向上 產生一系列回波曲線且同時最小化不可用於判定拓樸分析之該系列回波曲線中之所產生之回波曲線之數目之此一方式改變。理想上，在該系列回波曲線中之所有所產生之回波曲線可用於判定表面之拓樸分析。
此時，應注意，量測裝置在上文及下文中揭示之特徵亦可實施於方法中作為方法步驟且反之亦然。
本發明之一進一步樣態指明一程式元件，當在一量測裝置之處理器上執行時，該程式元件命令量測裝置執行在上文及下文中揭示之該等步驟。
本發明之一進一步樣態指明一程式元件儲存於其上之一電腦可讀媒體，當在一量測裝置之一處理器上執行程式元件時，該電腦可讀媒體命令量測裝置執行在上文及下文中揭示之該等步驟。
程式元件可為儲存於量測裝置之一處理器上之一件軟體之部分。本發明亦關於(藉由一更新)命令一現存程式使用本發明之一程式元件。
亦考量為本發明之一中心樣態的是：在用於量測之主要輻射方向之選擇中可考慮容器幾何形狀之知識且特定言之容器橫截面之形狀及大小以及目前填充位準。可由使用者指明容器幾何形狀之知識，或量測裝置可經由一自學模式獲得此知識。而且，使用者可自行輸入目前填充位準或量測裝置可以一初步量測量測之。
在下文中，參考圖式描述本發明之實施例。
101‧‧‧位準量測裝置
102‧‧‧信號
103‧‧‧填充材料表面/散裝材料表面
104‧‧‧容器
105‧‧‧回波曲線
106‧‧‧回波/回波頻帶
107‧‧‧通信介面
201‧‧‧拓樸分析偵測量測裝置
202‧‧‧主要輻射方向
203‧‧‧表面
204‧‧‧介質
205‧‧‧角方向
206‧‧‧回波曲線
207‧‧‧回波曲線
301‧‧‧拓樸分析偵測量測裝置
302‧‧‧預定角度△φ/格柵間距△φ
303‧‧‧角度φmin
304‧‧‧角度φmax
305‧‧‧點P1/特性資料
306‧‧‧點P2/特性資料
307‧‧‧點P3
308‧‧‧點P4
309‧‧‧矩陣/拓樸分析/拓樸分析計算
310‧‧‧路徑△X12/預定最小解析度
311‧‧‧距離△X34
401‧‧‧容器
403‧‧‧線
501‧‧‧目前填充位準之高度
502‧‧‧目前填充位準之高度
503‧‧‧格柵間距△φ1
504‧‧‧格柵間距△φ2
505‧‧‧橫向解析度△X
601‧‧‧目前填充位準之高度
602‧‧‧目前填充位準之高度
603‧‧‧最小角度φmin
604‧‧‧最小角度φmin
701‧‧‧填充裝置
702‧‧‧成像容器
703‧‧‧區域
704‧‧‧區域
705‧‧‧裝置
706‧‧‧角度φmin
707‧‧‧角度φmax
708‧‧‧總量測角度範圍φS1
709‧‧‧量測高動態區域
801‧‧‧較少鋸齒狀之區域
802‧‧‧較多鋸齒狀之區域
803‧‧‧量測裝置
804‧‧‧角度解析度/角度格柵間距
805‧‧‧角度格柵間距
806‧‧‧區域
901‧‧‧量測裝置/感測器
902‧‧‧輻射裝置
903‧‧‧輻射方向
904‧‧‧量測信號單元
905‧‧‧記憶體單元
906‧‧‧信號處理單元
907‧‧‧電源供應器單元
908‧‧‧電源儲存單元
909‧‧‧通信介面/數位介面/類比介面
910‧‧‧連接
1300‧‧‧量測裝置
1301‧‧‧天線配置
1302‧‧‧散裝材料
1303‧‧‧回波曲線產生單元
1304‧‧‧處理器
1305‧‧‧主要輻射方向
1306‧‧‧記憶體單元
1307‧‧‧定位裝置/球形接頭/調整裝置
1308‧‧‧定位裝置/球形接頭/調整裝置
1309‧‧‧容器
1401‧‧‧反射器
1402‧‧‧容器壁
1403‧‧‧調整裝置/固定零件
1404‧‧‧調整裝置
d1‧‧‧填充位準
圖1展示用於量測一位準之一位準量測裝置及由該裝置產生之一回波曲線。
圖2展示一位準量測裝置(其主要輻射方向可樞軸旋轉)及在不同主要輻射方向上接收之兩個回波曲線。
圖3展示如何可從個別量測判定一散裝材料表面之一拓樸分析。
圖4A至圖4E展示可沿著路徑掃描散裝材料表面之五個路徑實例。
圖5A及圖5B展示用於避免不必要量測之一進一步實例。
圖6A及圖6B展示主要輻射方向之最大角度之定界之一實例。
圖7A及圖7B展示用於縮減量測時間之一進一步實例。
圖8A及圖8B展示一量測方法之一進一步實施例。
圖9展示根據本發明之一進一步實施例之一量測裝置。
圖10展示根據本發明之一實施例之一量測配置。
圖11展示根據本發明之一實施例之一量測配置。
圖式為示意性的且未按比例。
在下列圖式描述中，在相同參考數字用於不同圖式中之處，其等指示相同或類似元件。然而，相同或類似元件亦可由不同參考數字指示。
本發明特定言之應用於位準量測裝置之領域中，但亦可能有且提供在物體監控或質量流量判定之領域中之應用。
圖1展示一位準量測裝置101，其藉由朝向一填充材料表面103發射一信號102而在容器104中產生呈一回波曲線105之形式之反射性質之一影像。
回波曲線含有十分寬之回波頻帶106，其由散裝材料表面103之複數個個別反射之疊加產生。以此方法，可從外部經由一通信介面(107)(例如，一類比4-20mA介面或一數位介面)大約判定及提供容器104之填充位準d1。對於散裝材料之表面之拓樸分析之一預測經常僅可能做到十分有限之程度。
使用用於偵測一表面之拓樸分析之一裝置可判定更佳結果。圖2 藉由實例展示此類型之一配置。拓樸分析偵測量測裝置201應能夠(例如)藉由裝置自身或裝置之一部分(例如天線)之可旋轉懸置之方式，改變量測裝置之主要輻射方向202。舉例而言，可藉由使用天線陣列或藉由使用複數個天線實施在主要輻射方向上之此類型之一改變。此外，亦可藉由進一步技術措施(例如，藉由樞軸旋轉天線或整個量測裝置)之方式達成在量測裝置之主要輻射方向上之此類型之一改變。
藉由連續改變主要輻射方向202，可從各種角方向205量測一介質204之表面203。所偵測之回波曲線206、207繪示在各自方向上之反射性質。藉由該等曲線之方式，可在量測裝置201或一適當評估裝置中判定表面203之拓樸分析。
圖2之實施例展示用於沿著一表面之一單一延伸方向偵測一拓樸分析之一2維操作量測裝置。再者，圖10及圖11展示可藉由在一方位角及一仰角方向二者上調整量測配置之主要輻射方向202而偵測及判定在一容器中之表面之拓樸分析之配置。
此配置之下列實施例經常限於用於簡單圖表表示之二維情況。自然地，在本文中揭示之樣態可用於二維情況及用於三維量測之情況二者。
圖3展示一拓樸分析偵測量測裝置301之主要輻射方向之各種位置。在偵測一回波曲線206、207之後通過一預定角度△φ302調整主要輻射方向。角度解析度△φ在此情況中對應於可由裝置之建構達成之最大角度解析度。介於φmin 303與φmax 304之間的可達成之角度範圍同樣由裝置之建構判定。
基於所偵測之回波曲線206、207，評估方法在所得矩陣309中判定表面之個別取樣點之位置。取決於該方法，可由極座標之一表示辨別所得矩陣。然而，當轉換為笛卡爾(Cartesian)座標時，該方法之橫向解析度(換言之，在X軸方向及Y軸方向上之解析度)顯然並非在所有 區域中皆同樣良好。因此，舉例而言，在一路徑△X12 310上之點P1 305及P2 306之區域中，可在X方向上達成十分高之解析度。相反地，亦藉由該方法定位之點P3 307及P4 308處於投射至X軸上之△X34 311之一距離，其比點P1 305與P2 306之間的距離大許多。
此意謂對於此類型之一方法之實際應用，量測裝置之格柵間距△φ302必須選為十分小以能夠確保甚至對於所得矩陣之不利定位之點之一預定最小解析度310。
另一方面，此意謂偵測一表面之大量量測係必要的，且此伴隨對於用於調整主要輻射方向之裝置之高要求且亦伴隨用於執行複數個量測之一高能量要求。此外，用於偵測表面拓樸分析之時間大幅增加。
圖4A至圖4E展示用於減少必要量測之數目之一第一方法。圖4A係一容器401之一平面圖，為簡明起見首先將容器401視為一圓形容器。一量測裝置301之主要輻射方向202可沿著在容器之預定成像之格柵中之個別線403掃描容器。
掃描區域之邊界大體上由φmin 303與φmax 304或min與max之間的可達成角度範圍之實體邊界判定。
在一替代組態中，在圖4B中展示，亦可執行一曲折狀掃描404。兩個實施方案之缺點係由主要輻射方向偵測之區域始終大於容器401之直徑，從而導致不必要量測。此問題亦以一等效方式發生於其他容器形狀。
圖4C及圖4D展示該方法之進一步實施例。如從圖4C及圖4D清楚看見，僅在容器之所關注區域中執行量測。此導致實質上更少之量測，在拓樸分析判定中毫無損失。
圖4E展示用於圓形容器之一全新方法，其中主要輻射方向沿著在連續螺旋段之間具有一預定距離△r之一螺旋前進。對於橢圓形容 器，可自然地提供一橢圓形路徑。
圖5A及圖5B展示用於避免不必要量測之另一方法。取決於目前填充位準之高度501、502(例如，從先前量測得知高度)，可動態地調適量測配置之格柵間距△φ。儘管格柵間距△φ1 503大於格柵間距△φ2 504，但在評估之後產生相同橫向解析度△X 505。
此外，在另一實施例中，可進一步藉由限制角度φmin 303及φmax 304而減少量測之數目。圖6A及圖6B展示一對應配置。取決於目前填充位準之高度601、602，可在不損失資訊之情況下動態地設定最小角度φmin 603、604及最大角度φmax(未展示)二者。
圖7展示用於當判定一表面之拓樸分析時降低量測演算法複雜性之一進一步選項。成像容器702使用一填充裝置701填充有介質。由於在此時，取決於建構，應考慮表面將在一些區域704中十分快速地改變，而其他區域703之特徵反而為緩慢改變，因此可提供一操作模式，其中量測裝置705首先量測表面之整個區域703、704，此藉由φmin 706及φmax 707之一適當選擇而達成。特定言之，總量測角度範圍因此對應於φmax-φmin=φS1 708。隨後，操作模式以僅量測高動態區域704之此一方式改變(見參考數字709)。可以任何所要方式藉由時間多工交替兩個模式，因此以便最佳化整體量測之複雜性。
在圖8中展示一進一步實施例。在此情況中，區分在較多鋸齒狀之區域802與較少鋸齒狀之區域801之間的差別。首先，提供量測裝置803之一操作模式，其中在一降低之角度解析度804判定表面之拓樸分析。隨後，在量測裝置803中識別一區域801，其中表面僅展現輕微改變。在此區域中，可容易地藉由內插計算遺失之中間值。在其餘區域807、806中，現藉由將角度格柵間距減小至△φF<△φL(804、805)而增加量測之數目，從而導致較多鋸齒狀之拓樸分析之一更佳表示。
因此，在角度格柵間距△φL之角度範圍ΦL中相對粗略地偵測表面 拓樸分析，而在角度格柵間距△φF之角度範圍ΦF中偵測十分精細地隔開之量測資料。最終，此導致整體量測所需之複雜性之一主要降低。在該方法之一特定組態中，預定粗略量測之區域及精細量測之區域。然而，亦可能以上文指示之方式或另一適當方式一次或連續地藉由裝置動態地判定此等區域。
應進一步注意，在上文呈現之所有方法及裝置皆適用於沿著一線之二維量測及在一平面中之三維量測。
此外，結合上文揭示之先前技術使用所揭示之方法，可按照可使用一4-20mA介面(環路電源)實施一拓樸分析偵測位準量測裝置之此一方式最小化量測之複雜性。
圖9展示適用於此目的之一裝置。根據本發明之量測裝置901包括一輻射裝置902，其適用於發射及接收藉由一量測信號單元904在可預定之主要輻射方向903上產生之一信號。量測信號單元904可經設定以產生及接收量測信號且亦致動輻射裝置902。此外，裝置901包括一記憶體單元905，其中可儲存至少兩個回波曲線206、207及/或從回波106提取之資料，回波曲線206、207使在至少兩個不同輻射方向903上之反射性質成像。
藉由使用來自至少兩個輻射方向903之至少兩個回波曲線206、207，一信號處理單元906能夠判定一拓樸分析309之特性資料305、306。上文提議之方法之至少一者可用於此目的。裝置901進一步具有一電源供應器單元907，其能夠從一環路電源通信介面909汲取電力且將其供應至感測器901之其餘部分。為此目的，電源供應器單元907連接至至少一個電力儲存單元908，例如，一電容器或一電池。
信號處理單元906經由一連接910能夠影響量測序列及主要輻射方向903之控制。此外，裝置之一序列可提供偵測來自一主要輻射方向903之至少一個回波曲線206，且隨後插入一暫停，其中在電源供應 器單元907中收集用於至少一個進一步量測之電力。當存在足夠電力，可從至少一個進一步主要輻射方向903偵測至少一個進一步回波曲線206。可藉由上文呈現之方法最佳化偵測之回波曲線之數目，此可在信號處理單元906中運行。一旦拓樸分析計算309完成，電源供應器單元907能夠從外部經由一數位介面909(例如，一HART介面)提供先前界定之拓樸分析之特性值。此外，可藉由信號處理單元906判定自拓樸分析導出之值(例如，在容器中之介質之質量)，且可從外部經由一類比介面909(例如，一4-20mA介面)提供該等值。
圖10展示根據本發明之一實施例之一量測配置。提供其中存在一散裝材料1302之一容器1309。亦可結合不具有容器之散裝堆使用本發明。在容器之上部區域中，存在一位準量測裝置1300，其可移動地附接至容器之頂部區域。為此目的提供一定位裝置，其包括一球形接頭1307、1308，其可沿著角度φ及調整位準量測裝置之定向。定位裝置包括一致動器(未展示)，其以可全自動地設定位準量測裝置之天線配置1301之主要輻射方向1305之此一方式連接至位準量測裝置之處理器1304。
由天線接收之所反射之傳輸信號傳至回波曲線產生單元1303，其從中產生一回波曲線，該回波曲線隨後傳至處理器(換言之，位準量測裝置之評估單元)。處理器1304連接至一記憶體單元1306，在記憶體單元1306上儲存回波曲線及可計算散裝材料表面之拓樸分析之拓樸分析資料。
圖11展示根據本發明之一實施例之一量測配置。在此實施例中，提供一反射器1401，其定位於位準量測裝置之天線配置1301之主要輻射方向1305上且可藉由亦可呈一球形接頭之形式之調整裝置1403、1404調整。舉例而言，調整裝置之固定零件1403連接至容器壁1402。
同樣地，位準量測裝置亦可經由一分開調整裝置1307、1308連 接至容器壁。
舉例而言，位準量測裝置可僅在一個平面內可樞軸旋轉，且鏡可以可完全掃描散裝材料表面之此一方式在一第二平面中可樞軸旋轉。
根據本發明，可使用一單一天線判定一散裝材料表面之拓樸分析。根據本發明之天線可從喇叭式天線、棒狀天線、微帶天線或任何期望之陣列天線之群組選擇。
藉由在一界定區域或一界定空心球體(距離區間)中比較數個回波曲線，可進一步改良一習知位準量測裝置之橫向解析度，為此目的不需要複數個感測器或複數個總成位置。
為完整性起見，應注意，「包括」及「具有」不排除其他元件或步驟之可能性，且「一個」或「一」不排除複數個之可能性。應進一步注意，參考上文實施例之一者揭示之特徵或步驟亦可與其他上文揭示之實施例之其他特徵或步驟組合使用。在申請專利範圍中之參考數字不應視為限制。
401‧‧‧容器

Claims (15)

  1. 一種用於判定儲存於一容器中之一散裝材料(1302)之一表面之拓樸分析之量測裝置(1300)，其包括：一天線配置(1301)，其用於在該天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號及用於接收在該散裝材料之至少一表面上反射之該傳輸信號；一回波曲線產生單元(1303)，其從該天線配置所反射及接收之該傳輸信號產生一回波曲線，其對應於在該量測裝置之一距離量測範圍上之該經反射之傳輸信號之信號強度；一定位裝置(1307、1308)，其用於以可在不同主要輻射方向上產生一系列回波曲線之此一方式改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)；其中該定位裝置包括一控制系統，該控制系統經組態以改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)，以便最小化不可用於判定該拓樸分析之該系列回波曲線之所產生之回波曲線之數目。
  2. 如請求項1之量測裝置，其中用於改變該天線配置之該主要輻射方向之該控制系統以由該定位裝置設定之所有該等主要輻射方向(1305)處於不觸及藉由該量測裝置在該容器中最新判定之一填充位準上之該容器壁之三維空間內之此一方式組態。
  3. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以考慮當改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)時儲存該散裝材料之該容器之幾何形狀。
  4. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以專門在界定該散裝材料表面之一子區域之一角範圍內改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)。
  5. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以沿著一螺旋路徑移動該主要輻射方向。
  6. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以依據藉由該量測裝置最新判定之該填充位準，設定用於產生兩個連續回波曲線之該天線配置之兩個主要輻射方向之間的角度差。
  7. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以依據該散裝材料表面之一局部拓樸分析，設定用於產生兩個連續回波曲線之該天線配置之兩個主要輻射方向之間的角度差。
  8. 如請求項1或2之量測裝置，其中該控制系統經組態以依據藉由該量測裝置最新判定之該填充位準，判定該天線配置之該主要輻射方向相對於一垂直軸之最大角度。
  9. 如請求項1或2之量測裝置，其包括：一4-20mA通信介面，其用於連接至一4-20mA雙線式線路；其中該位準量測裝置經組態以僅經由此4-20mA通信介面供應電力。
  10. 如請求項1或2之量測裝置，其包括：一乙太網路(Ethernet)通信介面，其用於連接至一局域網路(LAN)；其中該位準量測裝置經組態以僅經由此乙太網路通信介面供應電力。
  11. 一種如請求項1至10中任一項之一量測裝置之使用，其用於判定定位於一傳送帶上之一散裝材料之一體積流量。
  12. 一種如請求項1至10中任一項之一量測裝置之使用，其用於判定一散裝材料之質量。
  13. 一種用於判定一散裝材料(1302)之一表面之拓樸分析之方法，該方法包括以下步驟： 在一天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號；接收在該散裝材料之一表面上反射之一傳輸信號；從該天線配置所反射及接收之該傳輸信號產生一回波曲線，其對應於在該量測裝置之一距離量測範圍上之該經反射之傳輸信號之信號強度；以在不同主要輻射方向上產生一系列回波曲線且同時最小化不可用於判定該拓樸分析之該系列回波曲線中之所產生之回波曲線之數目之此一方式改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)。
  14. 一種程式元件，當在一量測裝置之處理器上執行時，該程式元件命令該量測裝置執行以下步驟：在一天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號；接收在該散裝材料之一表面上反射之一傳輸信號；從該天線配置所反射及接收之該傳輸信號產生一回波曲線，其對應於在該量測裝置之一距離量測範圍上之該經反射之傳輸信號之信號強度；以在不同主要輻射方向上產生一系列回波曲線且同時最小化不可用於判定拓樸分析之該系列回波曲線中之所產生之回波曲線之數目之此一方式改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)。
  15. 一種電腦可讀媒體，一程式元件儲存於其上，當該程式元件在一量測裝置之處理器上執行時，該電腦可讀媒體命令該量測裝置執行下列步驟：在一天線配置之一主要輻射方向上發射一傳輸信號；接收在該散裝材料之一表面上反射之一傳輸信號；從該天線配置所反射及接收之該傳輸信號產生一回波曲線，其對應於在該量測裝置之一距離量測範圍上之該經反射之傳輸 信號之信號強度；以在不同主要輻射方向上產生一系列回波曲線且同時最小化不可用於判定拓樸分析之該系列回波曲線中之所產生之回波曲線之數目之此一方式改變該天線配置之該主要輻射方向(1305)。
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