WO2011076478A2 - Verfahren zur ermittlung und überwachung des füllstands eines mediums in einem behälter nach einem laufzeitmessverfahren - Google Patents

Verfahren zur ermittlung und überwachung des füllstands eines mediums in einem behälter nach einem laufzeitmessverfahren Download PDF

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WO2011076478A2
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Peter KLÖFER
Winfried Mayer
Dietmar Spanke
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining and monitoring the level of a medium in a container according to a transit time measuring method according to claim 1.
  • Level gauges under the names Prosonic, Levelflex and Micropilot, which operate according to the transit time measurement method and serve to determine and / or monitor a level of a medium in a container.
  • These level gauges transmit a periodic transmission signal in the microwave or ultrasound range by means of a transmitting / receiving element in the direction of the surface of a medium and receive the reflected echo signals after a distance-dependent transit time.
  • Commercially available fill level gauges working with microwaves can basically be divided into two classes. A first class, in which the microwaves are sent by means of an antenna in the direction of the medium, reflected on the product surface and then after a
  • an echo function representing the echo amplitudes as a function of the transit time is formed from the received echo signals, each value of this echo function corresponding to the amplitude of an echo reflected by the transmitting element at a specific distance.
  • a useful echo is determined which corresponds to the reflection of the transmission signal at the product surface. From the duration of the useful echo results in a known propagation speed of the transmission signals directly the distance between the
  • the received raw signal of the pulse sequences are not used, but the envelope, the so-called envelope, is determined.
  • the envelope is obtained, for example, by the raw signal of the pulse trains
  • Test signal received analog response signal (intermediate frequency signal) is depending on the sensor principle in filtered analog or after previous A / D conversion in digital stages, possibly transformed from time to frequency domain, rectified and logarithmized. The result of this
  • Processing chain is the so-called envelope, in soft then by means of various
  • Algorithms for the level echo is sought.
  • the algorithm is selected according to more or less complex rules; in the simplest case, the algorithm only looks for the global maximum of the envelope.
  • the information content of the response signal before the step of the level echo search is greatly reduced and essentially limited to the amplitude information.
  • the useful echo which has a greater amplitude than the remaining echoes, is selected by a static echo search algorithm.
  • the echo in the envelope with the largest amplitude is determined as the true echo.
  • the wanted echo is the first incoming echo in the envelope after the transmit pulse.
  • the first echo in the envelope is selected as the true echo.
  • the first echo factor is a given factor by which an echo must exceed a certain amplitude in order to be recognized as useful echo.
  • a delay-dependent echo threshold may be defined which must exceed an echo in order to be recognized as a true echo.
  • the level measuring device is notified once the current level.
  • the level gauge can identify the associated echo as a true echo based on the predetermined level and, for. through a suitable dynamic
  • Track echo search algorithm Such methods are called echo tracking.
  • maxima of the echo signal or the echo function are determined, for example, in each measuring cycle and, on the basis of the knowledge of the fill level determined in the preceding measuring cycle and an application-specific maximum rate of change of the filling level Useful echo determined. From a running time of the current useful echo thus determined, the new fill level results.
  • a fourth method is described in DE 102 60 962 A1.
  • the useful echo is determined based on previously stored in a memory data.
  • echo functions are derived from received echo signals which reproduce the amplitudes of the echo signals as a function of their transit time.
  • the echo functions are stored in a table, each column serving to record one echo function each.
  • the echo functions are stored in the columns in an order that correspond to fill levels associated with the respective echo functions.
  • the useful echo and the associated fill level are determined by the echo function of the current one
  • Echo function is determined, at least one echo property of the echo function is determined, and based on the echo properties of at least one previous measurement, a prediction for the expected echo properties in the current measurement is derived.
  • the echo properties of the current measurement are determined using the prediction, and the actual fill level is determined on the basis of the echo properties. This method comes close to echo tracking in the broadest sense.
  • the fill level can be determined with millimeter precision.
  • DE4308373C2 describes a method which extracts the echoes and their echo features from the envelope.
  • the echo features are the form factor, position and time and amplitude of the echo.
  • the form factor feature is determined as the ratio between a 6dB leading width and 6dB total width of the respective echoes. For example, for a symmetric s echo, this value is 1/2.
  • fuzzy logic the probability for each echo is calculated to be a false echo, multiple echo, or true echo. The one with the highest useful echo probability is selected as the useful echo.
  • a method for processing ultrasonic echo signals is also known in which the received signal is digitally sampled and stored in a memory, the received signal being the envelope of the echoes. After the recording of the received signal by the signal processing, the echoes by means of a suitable method, for. B.
  • Optimal filter and a threshold detection extracted and detected all occurring within a measurement echoes.
  • disturbing object echoes can be suppressed by first detecting all disturbing object echoes and storing them in a memory in a teaching phase in which the measuring object is not in the detection range of the sensor. During measurement operation, the currently detected echoes are compared with the learned echoes. If there is a sufficient match, the echo is classified as a noise echo and accordingly suppressed, while the remaining echoes are assigned to DUTs.
  • the documents DE 33 37 690 and EP 0 459 336 also describe methods which hide false echoes caused by multiple reflections between the sensor and an object in that the maximum runtime to be evaluated is limited so that echoes occurring outside this runtime are ignored.
  • the echo amplitude can additionally be evaluated as a criterion for the multi-echo cancellation.
  • the invention has for its object to provide a reliable and fast method for
  • Fig. 1 shows an embodiment of a measuring device for determining the level with a
  • Fig. 2 shows an inventive embodiment of a measuring device for determining the
  • Fig. 4 shows a method according to the invention, for the differentiation of false echoes
  • FIG. 1 shows a measuring device 1 operating according to the transit time measuring method for determining the fill level F of a medium 7.
  • the measuring device 1 is mounted on a container 5 on a nozzle.
  • the measuring device 1 shown is a transmitting / receiving element 6 radiating freely into the process space with a measuring transducer 9.
  • the measuring transducer 9 has at least one transmitting / receiving unit 3, which carries out the generation and the reception of the measuring signals, a control / Evaluation unit 2, which enables the signal processing of the measurement signals and for controlling the measuring device 1, and also a communication unit 4, which controls and regulates the communication via a bus system and the power supply of the measuring device 1 on.
  • a memory element is integrated, in which the measurement parameters and echo parameters are stored and are stored in the measurement factors and echo factors.
  • the transmitting / receiving element 6 is embodied in this embodiment, for example, as a horn antenna, but can be configured as a transmitting / receiving element 6 any known antenna form, such as rod or planar antenna.
  • a measuring signal is generated for example in the form of a high-frequency transmission signal S and emitted via the transmitting / receiving element 6 in a predetermined emission characteristic in the direction of medium 7.
  • the transmission signals S reflected at the boundary surface 8 of the medium 7 are received again as a reflection signal R by the transmission / reception element 6 and the transmission / reception unit 3.
  • the downstream control / evaluation unit 2 determines from the reflection signals R an echo function 10 which determines the amplitudes of the echo signals of these reflection signals R as a function of the
  • An envelope 11 depicting the measurement situation in the container 5 is shown as being proportional to the travel distance x of the transmission signal S.
  • reference lines are assigned to the corresponding echo signals in the envelope 1 1, so that the cause-and-effect principle can be detected at a glance.
  • Formation can arise in the transmitting / receiving element 6 or the neck. Furthermore, in the initial region of the envelope 1 1, an echo signal 14 is shown, which is caused by the false echo K of the inflow or filling flow of the medium 7. There are also false echoes K caused by the formation of voids in solid applications, but the cavities are not explicitly shown in this figure.
  • a pulse radar level indicators 1 is shown, which shows the distance by direct
  • Pulse radar level gauges 1 operate in the time domain and therefore do not require fast Fourier analysis, which is characteristic of single frequency modulated continuous wave (FMCW) radar.
  • the transit time t of the microwave pulses is in the nanosecond range for a distance of a few meters. For this reason, as already mentioned, a special time-transformation method is needed to accurately measure the very short difference times between two pulses. It requires a slow motion recording of the microwave pulses with a stretched time axis.
  • the pulse radar level gauge 1 uses a uniform periodic transmission signal S having a high pulse repetition frequency. By a sequential sampling method for time stretching the time axis of the received signals or response signal A, the extremely fast and uniform signals into a usable, stretched time signal, the so-called
  • This periodic response signal A consists of the actual transmission signal S, at least one useful echo R and at least one false echo or multiple echo K.
  • the intermediate frequency signal ZF hereby resembles an ultrasonic signal.
  • the microwave pulse of, for example, 6.3 GHz, is transformed by means of the sequential sampling / sampling method into an intermediate frequency ZF of, for example, 76 kHz, and the pulse repetition frequency of, for example, 3.5 MHz is thus reduced to a frequency of 40 Hz.
  • the echoes of a pulse radar are individually separated and separated in time. This means that the pulse radar is better suited for handling multiple echoes and false echoes, which often occur in process and bulk containers.
  • the achievable accuracy of a pulse radar level gauge 1 depends on the application, on the antenna design, on the qualities of the HF electronics or evaluation electronics and on the one used
  • the inventive approach to determine the level F is shown in FIG.
  • the solution proposed by the invention makes use of the approach of an envelope-free evaluation, by directly using the intermediate frequency signal IF to search for the useful echo R.
  • Level F has the advantages that the measurement signal information not only, as with the
  • the model parameter MP can be expressed in a quasi-static environment as a linear time-invariant system.
  • model parameter MP is dependent on all reflections of the test signal T or transmission signal in the container 5, which are located in the field of view of the sensor 6.
  • the response signals A differ in size and shape.
  • the level surface z In contrast, approach at the edge, an impeller or general internals as punctiform or arcuate reflectors form as a noise signal K in the ideal case.
  • a nozzle edge 18 represented an annular reflector.
  • False echo signals or false echoes K of a noise element 12, 13,14,15,16, 18 acts. This principle of differentiation is intended to be proposed here for the selection and identification of the wanted echo R of the filling level F.
  • the method for determining the wanted echo signal R is shown in FIG. 4 and becomes
  • the comparison signals V are expected response signals R to the selected test signal S for a useful echo R generated by level surfaces.
  • the associated fill level F is determined and output as the measured value.
  • test signals S can arbitrary amplitude and angle modulated baseband or
  • ramp-shaped frequency-modulated signals so-called chips, baseband pulses or pulse-shaped modulated, monofrequency high-frequency signals are used.
  • V can be achieved by automated parametric analyzes z. B. by EM simulations or by systematic test measurements and possibly their interpolation can be obtained. You can z. B. stored in a large database with the associated test signals and cataloged by applications.
  • the learning possibility is not limited to the learning phase E but can lead to new insights from test measurements and simulations by means of a continuous, systematic extension and improvement of the database content.
  • the match probability W indicates with what probability that
  • Response signal A comes as a pulse packet in the intermediate frequency range ZF from a flat reflector or the surface 8 of the medium 7.
  • the comparison algorithm has calculated the probability values of 97% for the pulse packet of the wanted echo R in the above image and 6% for the pulse packet of the false echo K of the stirring blade 15 in the lower image.
  • a direct comparison of the response signal A of a measurement with a series of comparison signals V can be very complicated and inefficient, depending on the sensor design 6. Long response signals A with many samples would require a lot of storage space for comparison signals V and response signal A as well as computation-intensive comparison algorithms.
  • VMP comparison model parameters
  • the modeling corresponds to an estimate of the answer operator.
  • the modeling methods are used or can be derived accordingly from:
  • the parametric methods define a specific form of the distribution function of the
  • the subspace algorithm MUSIC Multiple Signal Classification
  • the MUSIC algorithm makes no special demands on the shape of the spatial impulse response of the group. In special cases, e.g. a linear antenna array, can be dispensed with the calculation of the full spectrum.
  • Noise values are all the same, while the eigenvalues of the reflection signal are larger. This fact can be used to estimate the number of received reflection signals.
  • the subspace methods require less computing power, which is particularly favorable for use in process automation, whose field device 1 is operated on the basis of the required intrinsic safety with low consumption power and which therefore has little energy available.
  • the echo separation capability also makes it possible to achieve greater robustness to disturbances, for example, through container installations 12, material deposits 13 and / or agitators 14 in the container 5, since the reflections of the false echoes K of the Nutzechos R originating reflections can be separated.
  • the causal relationships between the input signal or test signal and the corresponding, determined response signals A or output variables are stored in the form of at least one transfer function or model parameter.
  • the method according to the invention also has the advantages that the basic knowledge about the measuring procedure remains in the company and is not disclosed, since the comparison signals supplied in the teaching-in phase always represent only a small part of the database content. Furthermore, updates and thus measures to increase the performance of devices already in operation 1 by exchanging or supplementing the locally stored comparison signals V and modeling methods or their model parameters MP feasible.
  • the inventive method is not only alone, as explicitly shown in Fig. 1 and 2, implemented in free-radiating microwave measuring devices 1, but an application of the method according to the invention can be carried out in other transit time measurement systems, such as TDR measuring devices or ultrasonic measuring devices.
  • TDR measuring devices or ultrasonic measuring devices.
  • ultrasonic measuring devices can be dispensed with the generation of the intermediate frequency signal, since the frequencies of the
  • Ultrasonic signal is located in a frequency working range of the electronics of the signal processing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter mittels eines Feldgeräts nach einem Laufzeitmessverfahren, wobei in einer Einlernphase entsprechende anwendungs- und gerätebezogene Testsignale und von einer Füllstandsoberfläche zu erwartende Antwortsignale bestimmt werden und daraus anwendungs- und gerätebezogene Vergleichssignale ermittelt werden, wobei in einer Betriebsphase Testsignale in Richtung des Mediums ausgesendet werden und anwendungs- und gerätebezogenes Antwortsignale empfangen werden, sowie mittels eines Vergleichalgorithmus die Vergleichssignale mit den Antwortsignale verglichen werden und ein Wert für eine Übereinstimmungswahrscheinlichkeit (w) ermittelt wird, wobei beim Überschreiten des ermittelten Werts der Übereinstimmungswahrscheinlichkeit über einen vorgegebenen Grenzwert der Füllstand ermittelt und als Messwert ausgegeben wird und/oder beim Unterschreiten des vorgegebenen Grenzwerts zur erneuten Ermittlung eines Antwortsignals ein neues Testsignal ausgesendet wird.

Description

Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter nach einem Laufzeitmessverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter nach einem Laufzeitmessverfahren gemäß dem Anspruch 1.
Entsprechende Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes in einem Behälter werden häufig in den Messgeräten der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin werden beispielsweise solche Füllstandsmessgeräte unter dem Namen Prosonic, Levelflex und Micropilot produziert und vertrieben, welche nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu dienen, einen Füllstand eines Mediums in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen. Diese Füllstandsmessgeräte senden ein periodisches Sendesignal im Mikrowellenoder Ultraschalbereich mittels eines Sende-/Empfangselementes in Richtung Oberfläche eines Füllguts und empfangen die reflektierten Echosignale nach einer abstandsabhängigen Laufzeit. Handelsübliche mit Mikrowellen arbeitende Füllstandsmessgeräte lassen sich grundlegend in zwei Klassen einteilen. Eine erste Klasse, bei der die Mikrowellen mittels einer Antenne in Richtung des Füllguts gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert und anschließend nach einer
abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden. Sowie eine zweite Klasse, bei der die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters in Richtung des Füllguts geführt werden, an der
Füllgutoberfläche aufgrund des dort bestehenden Impedanzsprunges reflektiert werden und die reflektierten Wellen entlang des Wellenleiter wieder zurück geleitet werden.
Aus den empfangenen Echosignalen wird in der Regel eine die Echoamplituden als Funktion der Laufzeit darstellende Echofunktion gebildet, wobei jeder Wert dieser Echofunktion der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand vom Sendeelement reflektierten Echos entspricht.
In dieser ermittelten Echofunktion wird ein Nutzecho bestimmt, das der Reflexion des Sendesignals an der Füllgutoberfläche entspricht. Aus der Laufzeit des Nutzechos ergibt sich bei einer bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sendesignale unmittelbar der Abstand zwischen der
Füllgutoberfläche und dem Sendeelement.
Um die Echokurvenauswertung zu vereinfachen werden nicht die empfangen Rohsignal der Impulsfolgen verwendet, sondern es wird die Einhüllende, die so genannte Hüllkurve, ermittelt. Die Hüllkurve wird beispielsweise dadurch gewonnen, dass das Rohsignal der Impulsfolgen
gleichgerichtet und anschließend über einen Tiefpass gefiltert wird.
Heute werden in nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsensoren bei der Bestimmung der Distanz folgende Verarbeitungsschritte durchgeführt: Das als Antwort auf dem gesendetes
Testsignal erhaltene analoge Antwortsignal (Zwischenfrequenzsignal) wird je nach Sensorprinzip in analogen oder nach vorheriger A/D-Wandlung in digitalen Stufen gefiltert, ggf. vom Zeit in den Frequenzbereich transformiert, gleichgerichtet und logarithmiert. Das Ergebnis dieser
Verarbeitungskette ist die sog. Hüllkurve, in weicher anschließend mittels verschiedener
Algorithmen nach dem Füllstandecho gesucht wird. Die Auswahl des Algorithmus erfolgt nach mehr oder weniger komplexen Regeln; im einfachsten Fall sucht der Algorithmus lediglich das globale Maximum der Hüllkurve.
Bei dieser Art der Auswertung wird der Informationsgehalt des Antwortsignals vor dem Schritt der Füllstandechosuche stark reduziert und im Wesentlichen auf die Amplitudeninformation begrenzt.
Es gibt eine Vielzahl verschiedener Verfahren zur Bestimmung des Nutzechos in einer Hüllkurve, die sich in zwei grundlegend Methoden einteilen lassen. Entweder die statischen Ermittlungsmethoden mit statischen Echosuchalgorithmen und/oder die dynamischen Ermittlungsmethoden mit dynamischen Echosuchalgorithmen, beispielsweise unter Verwendung von Historieninformationen.
Gemäß einem ersten Verfahren nach einer statischen Echosuchmethode wird durch einen statischen Echosuchalgorithmus das Nutzecho, das eine größere Amplitude als die übrigen Echos aufweist, ausgewählt. Es wird somit das Echo in der Hüllkurve mit der größten Amplitude als Nutzecho ermittelt.
Gemäß einem zweiten Verfahren nach einer statischen Echosuchmethode wird durch einen statischen Echosuchalgorithmus angenommen, dass das Nutzecho das nach dem Sendeimpuls das erste eintreffende Echo in der Hüllkurve ist. Es wird somit das erste Echo in der Hüllkurve als Nutzecho ausgewählt.
Es ist möglich, beide Verfahren in einem statischen Echosuchalgorithmus miteinander zu kombinieren, indem z.B. ein so genannter Erstechofaktor definiert wird. Der Erstechofaktor ist ein vorgegebener Faktor, um den ein Echo eine bestimmte Amplitude übersteigen muss, um als Nutzecho erkannt zu werden. Alternativ kann eine laufzeit-abhängige Echoschwelle definiert werden, die ein Echo übersteigen muss, um als Nutzecho erkannt zu werden.
Gemäß einem dritten Verfahren wird dem Füllstandsmessgerät einmalig der aktuelle Füllstand mitgeteilt. Das Füllstandsmessgerät kann anhand des vorgegebenen Füllstandes das zugehörige Echo als Nutzecho identifizieren und z.B. durch einen geeigneten dynamischer
Echosuchalgorithmus verfolgen. Derartige Verfahren werden als Echoverfolgung bezeichnet. Dabei werden z.B. in jedem Messzyklus Maxima des Echosignals oder der Echofunktion bestimmt und aufgrund der Kenntnis des im vorangegangenen Messzyklus ermittelten Füllstandes und einer anwendungsspezifischen maximal zu erwartenden Änderungsgeschwindigkeit des Füllstandes das Nutzecho ermittelt. Aus einer Laufzeit des so ermittelten aktuellen Nutzechos ergibt sich dann der neue Füllstand.
Ein viertes Verfahren ist in der DE 102 60 962 A1 beschrieben. Dort wird das Nutzecho anhand von zuvor in einem Speicher abgelegten Daten ermittelt. Dabei werden aus empfangenen Echosignalen Echofunktionen abgeleitet, die die Amplituden der Echosignale in Abhängigkeit von deren Laufzeit wiedergeben. Die Echofunktionen sind in einer Tabelle abgelegt, wobei jede Spalten zur Aufnahme jeweils einer Echofunktion dient. Die Echofunktionen sind in den Spalten in einer Reihenfolge abgelegt, die den jeweiligen Echofunktionen zugehörigen Füllstände entsprechen. Im Betrieb werden das Nutzecho und der zugehörige Füllstand anhand der Echofunktion des aktuellen
Sendesignals mit Hilfe der Tabelle bestimmt.
In der DE 103 60 710 A1 ist ein fünftes Verfahren beschrieben, bei dem periodisch Sendesignale in Richtung des Füllgutes gesendet werden, deren Echosignale aufgenommen und in eine
Echofunktion umgewandelt werden, mindestens eine Echoeigenschaft der Echofunktion bestimmt wird, und anhand der Echoeigenschaften mindestens einer vorherigen Messung eine Vorhersage für die bei der aktuellen Messung zu erwartenden Echoeigenschaften abgeleitet wird. Es werden die Echoeigenschaften der aktuellen Messung unter Einbeziehung der Vorhersage bestimmt, und anhand der Echoeigenschaften der aktuelle Füllstand ermittelt. Dieses Verfahren kommt im weitesten Sinne einer Echoverfolgung nahe.
In der DE 10 2004 052 1 10 A1 ist ein sechstes Verfahren beschrieben, das Verbesserung der Nutzechoerkennung durch eine Echobewertung und Klassifizierung der Echos in der Hüllkurve erreicht.
In der WO 02065066 A1 wird ein Verfahren zur hochgenauen Messung des Füllstandes
beschrieben, indem das Zwischenfrequenzsignal digital abgespeichert und somit sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformation verfügbar gehalten wird. Unter Verwendung des digitalisierten Zwischenfrequenzsignals kann der Füllstand millimetergenau ermittelt werden.
In der DE4308373C2 wird ein Verfahren beschrieben, das aus der Hüllkurve die Echos und deren Echo-Merkmale extrahiert. Als Echo-Merkmale dienen Formfaktor, Position bzw. Zeitpunkt und Amplitude des Echos. Das Formfaktor-Merkmal wird hierbei als Verhältnis zwischen einer 6dB- Vorderkanntenbreite zu 6dB-Gesamt breite der jeweiligen Echos bestimmt. Beispielsweise ist für ein symmetrische s Echo dieser Wert gleich 1/2. Mit Hilfe von Fuzzy-Logik wird die Wahrscheinlichkeit für jedes Echo berechnet ein Störecho, Mehrfachecho oder Nutzecho zu sein. Das mit der größten Nutzechowahrscheinlichkeit wird als Nutzecho ausgewählt. Aus der EP 0 459 336 ist außerdem ein Verfahren zur Verarbeitung von Ultraschall-Echosignalen bekannt, bei dem das Empfangssignal digital abgetastet und in einem Speicher abgelegt wird, wobei das Empfangssignal die Hüllkurve der Echos ist. Nach der Aufzeichnung des Empfangssignals werden durch die Signalverarbeitung die Echos mittels eines geeigneten Verfahrens, z. B.
Optimalfilter und eine Schwellwertdetektion extrahiert und alle innerhalb einer Messung auftretenden Echos detektiert.
Bekannt sind weiterhin Verfahren zur Unterdrückung von unerwünschten im Empfangssignal enthaltenen Echos, beispielsweise aufgrund störender Objekte, die sich zusätzlich zum Messobjekt im Erfassungsbereich des Sensors befinden. Wenn die Störobjekte räumlich feststehen und gleichzeitig der Bewegungsbereich des Messobjektes eingeschränkt ist, so kann eine hinreichende Unterdrückung von Störechos durch geeignete Wahl des Auswertezeitfensters erreicht werden.
Aus der DE 33 37 690 ist ein Verfahren bekannt, indem Störobjektechos dadurch unterdrückt werden können, dass in einer Einlernphase, bei der sich das Messobjekt nicht im Erfassungsbereich des Sensors befindet, zunächst alle Störobjektechos detektiert und in einem Speicher abgelegt werden. Während des Messbetriebes werden die aktuell detektierten Echos mit den eingelernten Echos verglichen. Bei einer hinreichenden Übereinstimmung wird das Echo als Störobjektecho klassifiziert und entsprechend unterdrückt, während die übrigen Echos Messobjekten zugeordnet werden.
In den Schriften DE 33 37 690 und EP 0 459 336 werden außerdem Verfahren beschrieben, welche durch Mehrfachreflexionen zwischen dem Sensor und einem Objekt verursachte Störechos dadurch ausblenden, dass die maximale auszuwertende Laufzeit begrenzt wird, so dass außerhalb dieser Laufzeit auftretende Echos ignoriert werden. Bei der in EP 0 459 336 dargestellten Lösung kann zusätzlich auch die Echoamplitude als Kriterium für die Mehrfachechounterdrückung ausgewertet werden.
Aus der DE 38 21 577 ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Störechos auf der Basis von
Plausibilitätsprüfungen bekannt. Da der Gradient, mit welchem sich die Messsituation ändern kann, aufgrund der endlichen Bewegungsgeschwindigkeit von Objekten begrenzt ist, werden Echos nur dann ausgewertet, wenn ihre zeitliche Lage und Amplitude aufgrund vorheriger Messsituationen hinreichend plausibel sind. Auf diese Weise können vor allem stochastisch auftretende Störsignale sicher unterdrückt werden.
Diese oben beschriebenen Verfahren arbeiten für sich genommen jeweils bei einer Vielzahl von Anwendungen einwandfrei. Probleme treten jedoch immer dann auf, wenn das vom Füllstand stammende Echo anhand des Verfahrens nicht zweifelsfrei identifiziert werden kann und das Nutzechosignal aufgrund von Prozessbedingungen springt. Wird versehentlich ein anderes Echo als das Füllstandsecho als Nutzecho klassifiziert, besteht die Gefahr, dass ein falscher Füllstand ausgegeben wird, ohne dass dies bemerkt wird. Dies kann je nach Anwendung zu einer Überfüllung von Behältern, zum Leerbetrieb von Pumpen oder anderen zum Teil mit erheblichen Gefahren verbundenen Ereignissen führen.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Mess prob lerne werden kann es zu einer falschen oder unruhigen Messwertermittlung des Füllstands des Mediums im Behälter kommen. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem so genannten Echoverlust, bei dem das Nutzechosignal nicht mehr identifiziert bzw. gefunden werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässigeres und schnelles Verfahren zur
Identifizierung von Nutzechosignalen in Antwortsignalen der nach dem Laufzeitmessprinzip arbeitenden Füllstandsmessgeräte aufzuzeigen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im Anspruch 1 angeführten Verfahrensmerkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen des Verfahrens angegeben.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die
Elemente, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Messgeräts zur Ermittlung des Füllstands mit einer
entsprechenden Hüllkurve,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Messgeräts zur Ermittlung des
Füllstands mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifikation des Nutzechosignals in den Antwortsignalen,
Fig. 3 ein Beispiel von Zwischenfrequenzsignale einer ebenen Füllstandsoberfläche und von einem Störelemente, und
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Verfahren, das zur Unterscheidung von Störechos und
Nutzechos des ebenen Füllstandsoberfläche verwendet werden kann. In Fig. 1 ist ein nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeitendes Messgerät 1 zur Ermittlung des Füllstand F eines Mediums 7 gezeigt. Das Messgerät 1 ist über einem Stutzen auf einem Behälter 5 montiert. Bei dem gezeigten Messgerät 1 handelt es sich um eine frei in den Prozessraum abstrahlendes Sende-/Empfangselement 6 mit einem Messumformer 9. Der Messumformer 9 weist zumindest eine Sende-/Empfangseinheit 3, die die Erzeugung und den Empfang der Messsignale ausführt, eine Regel-/Auswerteeinheit 2, die zur signaltechnische Verarbeitung der Messsignale und zur Steuerung des Messgeräts 1 befähigt, und außerdem eine Kommunikationseinheit 4, die die Kommunikation über ein Bussystem sowie die Energieversorgung des Messgeräts 1 steuert und regelt, auf. In der Regel-/Auswerteeinheit 2 ist beispielsweise ein Speicherelement integriert, in dem die Messparameter und Echoparameter abgelegt sind und in dem Messfaktoren und Echofaktoren abgespeichert werden. Das Sende-/Empfangselement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise als eine Hornantenne ausgeführt, jedoch kann als Sende-/Empfangselement 6 jede bekannte Antennenform, wie z.B. Stab- oder Planarantenne ausgestaltet sein. In der Sende- /Empfangseinheit 3 wird ein Messsignal beispielsweise in Form eines hochfrequenten Sendesignals S erzeugt und über das Sende-/Empfangselement 6 in einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik in Richtung Medium 7 abgestrahlt. Nach einer von der zurückgelegten Strecke x abhängigen Laufzeit t werden die an der Grenzfläche 8 des Mediums 7 reflektierten Sendesignale S als Reflexionssignal R wieder von der Sende-/Empfangselement 6 und der Sende-/Empfangseinheit 3 empfangen. Die nachgeschaltete Regel-/Auswerteeinheit 2 ermittelt aus den Reflexionssignalen R eine Echofunktion 10, die die Amplituden der Echosignale dieser Reflexionssignale R in Abhängigkeit der
zurückgelegten Strecke x oder der entsprechenden Laufzeit t darstellt. Durch eine
Analog/Digitalwandlung und Filterung der analogen Echofunktion bzw. der Echokurve 10 wird eine digitalisierte Hüllkurve 1 1 erzeugt.
Eine die Messsituation im Behälter 5 abbildende Hüllkurve 11 ist proportional zur Laufstrecke x des Sendesignals S dargestellt. Zum besseren Verständnis sind Bezugslinien den entsprechenden Echosignalen in der Hüllkurve 1 1 zugeordnet, so dass das Ursache-Wirkungs-Prinzip auf einen Blick erfasst werden kann. Im Anfangsbereich der Hüllkurve 1 1 ist das Abklingverhalten bzw. das so genannten Klingeln zu sehen, das aufgrund von Mehrfachreflexionen oder auch durch
Ansatzbildung in dem Sende-/Empfangselement 6 oder dem Stutzen entstehen kann. Desweiteren ist im Anfangsbereich der Hüllkurve 1 1 ist ein Echosignal 14 dargestellt, das durch das Störecho K des Zuflusses In bzw. Befüllstrom des Mediums 7 verursacht wird. Es gibt in Feststoffanwendungen auch Störechos K die durch Bildung von Hohlräumen verursacht wird, wobei die Hohlräume in dieser Figur jedoch nicht explizit gezeigt sind.
Nach heutigem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, die exakte Position des
Nutzechosignal in der ermittelten Echofunktion 10 oder der digitalen Hüllkurve 11 zu bestimmen. Von der exakten Bestimmung der Messposition des Füllstands F in der Hüllkurve 1 1 hängt ab, welche Messgenauigkeit mit diesem Echomessprinzip unter den gegebenen Messbedingungen erreicht werden kann.
In Fig. 2 ist ein Pulsradar-Füllstandmessgeräte 1 gezeigt, welches die Distanz durch direkte
Messung der Laufzeit des Mikrowellenpulses als Sendesignal S, abgestrahlt vom Sendelement 6 und reflektiert von der Oberfläche 8 des zu messenden Mediums 7, bestimmt. Pulsradar- Füllstandsmessgeräte 1 arbeiten im Zeitbereich und benötigen deswegen keine Fast Fourier Analyse, die für einfrequenzmoduliertes Dauerstrich-Radar (FMCW) charakteristisch ist. Die Laufzeit t der Mikrowellen-Impulse liegt für eine Entfernung von einpaar Metern im Nanosekundenbereich. Aus diesem Grund benötigt man, wie schon erwähnt, ein besonderes Zeittransformationsverfahren, um die sehr kurzen Differenzzeiten zwischen zwei Impulsen genau messen kann. Es wird eine Zeitlupenaufnahme der Mikrowellenpulse mit einer gedehnten Zeitachse benötigt. Das Pulsradar- Füllstandsmessgerät 1 verwendet ein gleichförmiges periodisch wiederkehrendes Sendesignal S mit einer hohen Pulswiederholfrequenz. Durch ein sequenzielles Samplingverfahren zur Zeitdehnung der Zeitachse der Empfangssignale bzw. Antwortsignal A können die äußerst schnellen und gleichförmigen Signale in ein verwertbares, gedehntes Zeitsignal, das so genannte
Zwischenfrequenzsignal ZF transformiert werden. Dieses periodische Antwortsignal A besteht aus dem eigentlichen Sendesignal S, zumindest einem Nutzecho R und zumindest einem Störecho bzw. Mehrfachechos K. Das Zwischenfrequenzsignal ZF ähnelt hierbei einem Ultraschallsignal. Der Mikrowellenpuls, von beispielsweise 6,3 GHz, wird mittels des sequentiellen Abtast- /Samplingverfahrens in eine Zwischenfrequenz ZF von beispielsweise 76 kHz herunter transformiert und die Pulswiederholfrequenz von beispielsweise 3,5 MHz reduziert sich somit auf eine Frequenz von 40 Hz.
Die Echos eines Pulsradars sind einzeln separiert und zeitlich von einander getrennt. Dies bedeutet, dass das Pulsradar besser zur Handhabung von Vielfachechos und Störechos geeignet ist, die oft in Prozess- und Schüttgutbehältern vorkommen.
Die bei Radar-Füllstandmessgeräte 1 verwendeten Frequenzen wurden von den Herstellern aus den Gründen der Lizenzüberlegungen, Zulassungsmöglichkeiten, der Verfügbarkeit von
Mikrowellenbauteilen und aufgrund zu erwartende technische Vorteile ausgewählt. Die
unterschiedlichen Sendefrequenzen der Antennen 6 von Füllstandsmessgeräten 1 werden auf die Anwendung und auf die Messsituation abgestimmt eingesetzt. Die erreichbare Genauigkeit eines Pulsradar-Füllstandmessgeräts 1 ist abhängig von der Anwendung, von dem Antennendesign, von den Qualitäten der HF-Elektronik bzw. Auswerteelektronik sowie von der verwendeten
Signalverarbeitungssoftware.
Der erfindungsgemäße Ansatz, den Füllstand F zu bestimmen, ist in der Fig. 2 gezeigt. Der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag nutzt den Ansatz einer hüllkurvenlosen Auswertung aus, indem direkt das Zwischenfrequenzsignal ZF zur Suche nach dem Nutzechoecho R verwendet wird. Die Verwendung des Zwischenfrequenzsignals ZF zur Suche des Nutzechos R des
Füllstandes F hat die Vorteile, dass die Messsignal-Informationen nicht nur, wie bei der
Verwendung der Hüllkurve 1 1 , auf die Amplituden-Informationen eingeschränkt werden.
Um möglichst alle Informationen des Antwortsignals A nutzen zu können, muss dieses zunächst unverarbeitet aufgenommen werden. Für die anschließende direkte Auswertung wählt man den allgemeingütigen Ansatz, dass sich für jedes Sensorprinzip das analoge Antwortsignal A mittels eines Modellparameter MP aus dem zuvor gesendeten Testsignal T ergibt.
Daraus lässt sich die folgende Gleichung ableiten:
R = MP * T
Für die Aufgabenstellung der Füllstandmesstechnik kann der Modellparameter MP in quasi statischer Umgebung als lineares zeitinvariantes System ausgedrückt werden.
Der Modellparameter MP ist jedoch von allen Reflexionen des Testsignals T bzw. Sendesignals im Behälter 5 abhängig, die sich im Sichtbereich des Sensors 6 befinden. Die empfangenen
Antwortsignale A ergeben sich aus der Geometrie des Behälters 5, dem Füllstand F und
verschiedenen parasitären Effekten. Desweiteren unterscheiden sich die Antwortsignale A in Größe und in Form. Die Füllstandoberfläche stellt z. B. im Idealfall eine unendlich ausgedehnte Fläche dar. Demgegenüber bilden sich Ansatz am Rand, ein Rührflügel oder allgemein Einbauten als punkt- oder bogenförmige Reflektoren als Störsignal K aus.
Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 dargestellt. Eine eben Fläche liefert als Antwortsignal A ein
Nutzecho R das eine gleichförmiges, sinusförmiges Impulspaket. Demgegenüber liefert ein
Störecho K als Antwortsignal A ein ungleichförmiges Impulspaket.
Beispielsweise stellte ein Stutzenrand 18 einen ringförmigen Reflektor dar. Also müsste anhand der unterschiedlichen Antwortsignale A unterschieden werden können, ob es sich um das von der ebenen Füllstandsoberfläche 8 reflektierte Reflexionssignal bzw. Nutzechos R oder um
Störechosignale bzw. Störechos K eines Störelements 12, 13,14,15,16, 18 handelt. Diese prinzipielle Unterscheidungsmöglichkeit soll hier zur Selektion und Identifikation des Nutzechos R des Füllstands F vorgeschlagen werden.
Das Verfahren zur Ermittlung des Nutzechosignals R ist in Fig. 4 dargestellt und wird
beispielsweise, wie in den folgenden Verfahrensschritten beschreiben, umgesetzt: Abtastung und Aufzeichnung des Antwortsignals A für in ausgewähltes Testsignal S oder davon abgeleitete Vergleichsparameter MP.
Vergleich des Antwortsignals A oder den davon abgeleiteten Vergleichsparametern AMP mit einer Serie von Vergleichssignalen V oder den davon abgeleiteten Vergleichsparametern VMP. Die Vergleichssignale V sind erwartete Antwortsignale R auf das gewählte Testsignal S für ein von Füllstandoberflächen erzeugte Nutzechos R.
Bestimmen der Übereinstimmungswahrscheinlichkeiten W des aufgezeichneten
Antwortsignals A mit den Testsignalen anhand der Signale selbst oder den davon abgeleiteten Vergleichsparametern AMP.
Bei Überschreiten eines festgelegten Wahrscheinlichkeitswerts W wird der zugehörigen Füllstand F ermittelt und als Messwert ausgegeben.
Wird der gesetzte Wahrscheinlichkeitswert W für kein Vergleichssignal V erreicht, so wird die Messung wiederholt.
Die Testsignale S können beliebig amplituden- und winkelmodulierte Basisband- oder
Bandpasssignale sein. Vorzugsweise kommen rampenförmig Frequenzmodulierte Signale, so genannte Chips, Basisbandpulse oder pulsförmig modulierte, monofrequente Hochfrequenzsignale zum Einsatz.
Als Vergleichssignale V können durch automatisierte parametrische Analysen z. B. mittels EM- Simulationen oder durch systematisierte Testmessungen und ggf. deren Interpolation gewonnen werden. Sie können z. B. in einer großen Datenbank mit den zugehörigen Testsignalen gespeichert und nach Anwendungen katalogisiert werden.
Die Einlernmöglichkeit ist nicht nur auf die Einlernphase E beschränkt sondern kann mittels einer stetigen, systematischen Erweiterung und Verbesserung des Datenbankinhalts durch neue Erkenntnisse aus Testmessungen und Simulationen führen.
Die Übereinstimmungswahrscheinlichkeit W gibt an mit welcher Wahrscheinlichkeit das
Antwortsignals A als Impulspaket im Zwischenfrequenzbereich ZF von einem flächigen Reflektor bzw. der Oberfläche 8 des Mediums 7 stammt. In Fig. 2 hat hierzu der Vergleichsalgorithmus die Wahrscheinlichkeitswerte von 97% für das Impulspaket des Nutzechos R im obigen Bild und 6% für das Impulspaket des Störechos K des Rührflügels 15 im unteren Bild berechnet.
Ein direkter Vergleich des Antwortsignals A einer Messung mit einer Serie von Vergleichssignalen V kann je nach Sensorausführung 6 sehr aufwendig und ineffizient sein. Lange Antwortsignale A mit vielen Abtastwerten würden viel Speicherplatz für Vergleichssignale V und Antwortsignals A sowie rechenintensive Vergleichsalgorithmen benötigen. Durch Modellierung der Testsignale S bzw. Vergleichssignale V kann deren wesentlicher Inhalt in wenigen Vergleichs-Modellparameter VMP zusammengefasst werden, die im Sensor 6 deutlich weniger Speicherplatz erfordern. Wird nach jeder Messung die Modellierung für das Antwortsignal A wiederholt, so können anstelle der Störsignale K und Reflexionssignale R deren Antwort-Modellparameter AMP mit den gespeicherten Vergleichs-Modellparameter VMP verglichen werden. Es ist zu erwarten, dass sich die recht einfache Geometrie einer unendlich Oberfläche 8 des Füllstands F eines Mediums 7 mit einfachen Modellen beschreiben lässt und somit für Modellierung und ein Vergleich der Modellparameter MP, VMP, AMP insgesamt weniger Rechenleistung notwendig ist, wie für den Vergleich längerer Antwortsignale A und Vergleichssignale V.
Die Modellierung entspricht einer Schätzung des Antwortoperators. Hierzu werden beispielsweise die Modellierungsverfahren verwendet oder können entsprechend abgeleitet werden von:
- Parametrische Verfahren
- Neuronale Netze
- Unterraumverfahren z B MUSIC
- Verfahren der adaptiven Strahlformung
Die Parametrische Verfahren legen eine bestimmte Form der Verteilungsfunktion der
Wahrscheinlichkeitsdichte zugrunde und optimieren dann deren Parameter.
Der Unterraum-Algorithmus MUSIC (Multiple Signal Classification) nutzt die im idealen Fall auftretende Orthogonalität zwischen den Eigenvektoren des Rauschunterraumes und der räumlichen Gruppenantwort, welche gesuchten Einfallsrichtungen zugeordnet ist. Der MUSIC- Algorithmus stellt keine besonderen Anforderungen an die Form der räumlichen Impulsantwort der Gruppe. In speziellen Fällen, z.B. einer linearen Antennengruppe, kann auf die Berechnung des vollständigen Spektrums verzichtet werden.
Bei den Unterraummethoden erfolgt zuerst eine Ordnungsschätzung, d.h. eine Schätzung über die Anzahl der Ziele. Im Idealfall lassen sich die Eigenwerte, die den Reflexionssignalen R zugeordnet werden können, eindeutig von den Eigenwerten trennen, die zum Rauschen gehören: die
Rauscheigenwerte sind alle gleich groß, während die Eigenwerte des Reflexionssignals größer sind. Dieser Sachverhalt kann zur Schätzung der Anzahl empfangener Reflexionssignale genutzt werden. Mit Hilfe der so getrennten Unterräume können die Ziele trotz geringer Differenzen von Störechos K und von Nutzechos R aufgelöst werden. Im Vergleich zu Maximum-Likelihood- Verfahren erfordern die Unterraummethoden eine geringere Rechenleistung, was für den Einsatz in der Prozessautomation, dessen Feldgräte 1 aufgrund der geforderten Eigensicherheit mit niedriger Verbrauchsleistung betriebenen werden und denen somit wenig Energie zur Verfügung steht, besonders günstig ist. Durch die Echotrennfähigkeit lässt sich auch eine höhere Robustheit gegenüber Störungen zum Beispiel durch Behältereinbauten 12 , Materialablagerungen 13 und/oder Rührwerke 14 im Behälter 5 erzielen, da die Reflektionen der Störechos K von den Nutzechos R stammenden Reflektionen getrennt werden können. Der große Dynamikumfang der Radarsignale und der Ultraschallsignale und die Sensorungenauigkeiten erschweren zusätzlich eine genaue Unterraumtrennung. Dies führt dazu, dass weitere Signalverarbeitungsverfahren zur Steigerung der Robustheit der Winkeltrennung wie Kalibrierung und Dekorrelation untersucht werden müssen.
Bei den neuronalen Netzen als Modellierungsverfahren wird die kausalen Beziehungen zwischen dem Eingangssignal bzw. Testsignal und den entsprechenden, ermittelten Antwortsignalen A bzw. Ausgangsgrößen in Form zumindest einer Übertragungsfunktion bzw. Modellparameter abgespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteile, dass das Basiswissen über die Messprozedur in der Firma bleibt und nicht bekannt gegeben wird, da die in der Einlernphase mitgelieferten Vergleichssignale immer nur einen kleinen Teil des Datenbankinhalts darstellen. Desweiteren sind Updates und damit Maßnahmen zur Leistungssteigerung bereits im Betrieb befindlicher Geräte 1 durch einen Austausch oder eine Ergänzung der lokal gespeicherten Vergleichssignale V und Modellierungsverfahren bzw. deren Modellparameter MP durchführbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur alleine, wie explizit in Fig. 1 und 2 dargestellt, in frei abstrahlenden Mikrowellen-Messgeräten 1 umsetzbar, sondern ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in weiteren Laufzeitmesssystemen, wie beispielsweise TDR-Messgeräten oder Ultraschall-Messgeräten ausführbar. Bei Verwendung von Ultraschall-Messgeräten kann auf die Erzeugung des Zwischenfrequenzsignals verzichtet werden, da die Frequenzen des
Ultraschallsignals in einem Frequenzarbeitsbereich der Elektronik der Signalverarbeitung liegt.
Bezugszeichenliste
1 Feldgerät, Messgerät
2 Regel-/Auswerteeinheit
3 Sende-/Empfangseinheit
4 Kommunikationseinheit
5 Behälter
6 Sende-/Empfangselement, Sensor
7 Medium
8 Grenzschicht, Oberfläche
9 Messumformer
10 Echofunktion, Echokurve
1 1 Hüllkurve
12 Behältereinbauten
13 Materialablagerung
14 Rührwerk
15 Materialzuflüsse
16 Unruhige Oberfläche
7 Kommunikations-/Versorgungsleitung
18 Stutzenrand
Amp Amplitudenwert
S Sendesignal, Testsignal
A Antwortsignal
R Reflexionssignal, Nutzecho
K Störsignal, Störecho
N Rauschen
V Vergleichssignale
ZF Zwischenfrequenzsignal
AZF Antwort-Zwischenfrequenzsignal
VZF Vergleichs-Zwischenfrequenzsignal
W Übereinstimmungswahrscheinlichkeit,
Wahrscheinlichkeitswert
G vorgegebener Grenzwert
x Weg, Laufweg
t Zeit, Laufzeit
F Füllstand
B Betriebsphase
E Einlernphase MP Modellparameter, Vergleichsparameter
VMP Vergleich-Modellparameter
MPS Modellparametersatz
RMP Antwort-Modellparameter

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands (F) eines Mediums (7) in einem Behälter (5) mittels eines Feldgeräts (1 ) nach einem Laufzeitmessverfahren,
- wobei in einer Einlernphase (E) entsprechende anwendungs- und gerätebezogene Testsignale (S) und von einer Füllstandsoberfläche zu erwartende Antwortsignale (R) bestimmt werden,
- wobei aus den anwendungs- und gerätebezogene Testsignalen (S) und den von
Füllstandsoberfläche zu erwartende Antwortsignale (R) in der Einlernphase (E) anwendungs- und gerätebezogene Vergleichssignale (V) ermittelt werden,
- wobei in einer Betriebsphase (B) Testsignale (S) in Richtung des Mediums (7) ausgesendet werden und anwendungs- und gerätebezogenes Antwortsignale (A) empfangen werden,
- wobei in einer Betriebsphase (B) mittels eines Vergleichalgorithmus die anwendungs- und gerätebezogene Vergleichssignale (V) mit den anwendungs- und gerätebezogenen
Antwortsignalen (A) verglichen werden und ein Wert für eine
Übereinstimmungswahrscheinlichkeit (w) ermittelt wird,
- wobei in der Betriebsphase (B) beim Überschreiten des ermittelten Werts der
Übereinstimmungswahrscheinlichkeit (w) über einen vorgegebenen Grenzwert (G) der Füllstand (F) ermittelt und als Messwert ausgegeben wird und/oder beim Unterschreiten des vorgegebenen Grenzwerts (G) zur erneuten Ermittlung eines anwendungs- und gerätebezogenen
Antwortsignals (A) ein neues Testsignal (S) ausgesendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei in der Einlernphase (E) aus den anwendungs- und gerätebezogene Vergleichssignale (V) mittels einem Modellierungsverfahren entsprechende Vergleich-Modellparameter (VMP) abgeleitet und im Füllstandsmessgerät (1 ) als Modellparametersatz (MPS) abgespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
wobei in der Betriebsphase (E) aus den anwendungs- und gerätebezogenen Antwortsignalen (A) mittels des Modellierungsverfahren entsprechende aktuelle Antwort-Modellparameter (RMP) abgeleitet werden und die Übereinstimmungswahrscheinlichkeit (W) mittels einem
Vergleichsalgorithmus, der die aktuellen Antwort-Modellparameter (RMP) mit den im
Modellparametersatz (MPS) abgespeicherten Vergleich-Modellparameter (VMP) vergleicht, ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei die Antwortsignale und/oder Vergleichssignale (V) mittels einer sequentiellen Abtastung in niederfrequente Antwort-Zwischenfrequenzsignale (AZF) und/oder Vergleichs- Zwischenfrequenzsignale (VZF) umgesetzt werden und wobei diese Zwischenfrequenzsignale (AZF.VZF) mittels einer Analog-Digital-Umwandlung digitalisiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 ,
wobei als Modellierungsverfahren parametrische Analysen, z. B. mittels EM-Simulationen, oder systematisierte Testmessungen in der Einlernphase (E) durchgeführt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 5,
wobei als Modellierungsverfahren parametrische Analysen, z. B. mittels EM-Simulationen, oder systematisierte Testmessungen in der Einlernphase (E) stetig und systematisch in der
Betriebsphase (B) durchgeführt werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 , 5 oder 6,
wobei zur Ableitung der Modellparameter mittels Modellierungsverfahren parametrische Verfahren, Neuronale Netze, Unterraumverfahren und/oder adaptive Strahlformungsverfahren verwendet werden.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 , 2, 5 oder 6,
wobei die ermittelten Vergleichssignale (V) in einer Datenbank anwendungsspezifisch und/oder gerätespezifisch katalogisiert und den zugehörigen Testsignalen (S) zugeordnet abgespeichert werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 8,
wobei amplituden- und/oder winkelmodulierte Basisbandsignale, rampenformige, frequenzmoduliert Signale, Basisbandpulse oder pulsförmig modulierte monofrequente Hochfrequenzsignale als Testsignale (S) eingesetzt werden.
PCT/EP2010/067254 2009-12-23 2010-11-11 Verfahren zur ermittlung und überwachung des füllstands eines mediums in einem behälter nach einem laufzeitmessverfahren WO2011076478A2 (de)

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