WO2012139852A1 - Kalibrations- und/oder überwachungsverfahren für fmcw-radar füllstandsmessgerät - Google Patents

Kalibrations- und/oder überwachungsverfahren für fmcw-radar füllstandsmessgerät Download PDF

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WO2012139852A1
WO2012139852A1 PCT/EP2012/054742 EP2012054742W WO2012139852A1 WO 2012139852 A1 WO2012139852 A1 WO 2012139852A1 EP 2012054742 W EP2012054742 W EP 2012054742W WO 2012139852 A1 WO2012139852 A1 WO 2012139852A1
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reference reflector
frequency
level gauge
reflector
echo
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PCT/EP2012/054742
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Winfried Mayer
Manfred Eckert
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level
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    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level
    • G01F25/24—Testing proper functioning of electronic circuits

Definitions

  • the invention relates to a calibration and / or monitoring method for a coherent
  • Frequency modulation continuous wave radar level measuring device in which the level measuring device with a predetermined repetition frequency by means of a predetermined linear modulation sends frequency-modulated transmission signals in the direction of the medium, and their located in the beam path of the transmission signals reflectors for
  • Level gauge returns reflected portions as received signal
  • Reference reflector is inserted above the medium in a known distance from the level gauge in the beam path of the transmission signals, based on the received signals and their temporal correlation to each associated transmission signal for each received signal
  • Echo function is recorded, which reproduces the amplitudes of the received signal as a function of their frequency difference with respect to a present at the reception instantaneous transmission frequency of the transmission signal, a frequency difference over the time dependence of the modulation associated signal propagation time or a signal propagation time corresponding distance to the respective reflector, and on the basis of the echo functions for the reference reflector a frequency difference, signal propagation time or distance to be assigned thereto is identified and determined as an associated reference reflector position, and the calibration and / or monitoring of the level measuring device is based on the reference reflector position and the known distance of the reference reflector from the level gauge.
  • FMCW radar level gauges are used in a variety of industries, e.g. used in the processing industry, in chemistry or in the food industry, for measuring fill levels.
  • a useful echo is determined which corresponds to the reflection of the transmission signal at the product surface. Due to the time dependence of the modulation results from the position of this useful echo within the echo function directly the associated for the way to Gugutober Assembly and back required signal transit time. In the case of a known propagation velocity of the microwaves, the signal propagation time can be converted directly into the distance covered, from which the fill level sought is obtained directly from the height of the filling level measuring device above the container.
  • Temperature effects e.g. a temperature dependence of the propagation speed or the signal processing in the device, aging effects, damage to the device or extreme environmental conditions such. Dust, special gases in the beam, or high pressure in the tank.
  • a prerequisite for these monitoring and calibration procedures is that the position of the reference reflector in the echo function can be clearly identified by the level gauge, since its distance from the level gauge can not otherwise be measured. Since the reflection at the reference reflector in the recorded echo functions is reflected regularly only in the form of a relative maximum, the identification of the reference reflector is always problematic or even impossible if there are other reflectors in the vicinity of the reference reflector. The latter also cause relative maxima in the echo function, which due to their spatial proximity to the maximum of the reference reflector not from the maximum of
  • Reference reflectors can be distinguished.
  • Attributable relative maximum echo function of other on reflections on other microwave present in the container structures such as fixtures, devices or instruments introduced into the container, to distinguish attributable relative maxima.
  • the invention consists in a method for the calibration and / or monitoring of a coherent frequency modulation continuous wave radar level gauge for measuring a level of a filling material in a container, in which
  • Echo function is recorded, showing the amplitudes of the received signal
  • a development of this invention comprises a method according to the invention, in which
  • Echo functions are in a fixed phase relation to each other
  • That movement spectrum is determined whose real and / or
  • Echo functions is determined as the reference reflector position. According to one embodiment of the invention is based on the temporal changes of
  • Reference reflector position determines its actual oscillation frequency
  • the actual oscillation frequency is equal to that change frequency at which the movement spectrum of the reference reflector has its maximum lying in the range of the oscillation frequency.
  • the reference reflector is in the container
  • the function of the reference reflector is monitored on the basis of its oscillation frequency and its actual oscillation frequency determined by the level measuring device.
  • the calibration and / or monitoring is based on at least one of these
  • the reference reflectors have oscillation frequencies of comparable magnitude, and the determined reference reflector positions are assigned to the individual reference reflectors on the basis of their different distances from the level gauge.
  • the reference reflectors have oscillation frequencies of different sizes, and the determined reference reflector positions are assigned to the individual reference reflectors on the basis of their different oscillation frequencies and / or their different distances from the level gauge.
  • the width and amplitude of the maxima lying in the region of the oscillation frequency are determined and monitored by motion spectra of the reference reflector derived at different times.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an FMCW radar level gauge in FIG. 1
  • Fig. 2 shows a time course of a plurality of sequentially recorded
  • FIG. 3 shows a pointer representation of a modulation circuit in FIG.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a coherent frequency modulation continuous wave radar
  • FMCW radar level gauge in conjunction with a
  • the measuring arrangement comprises a filled with a product 1 container 3.
  • Level gauge is used in measuring operation to measure a level L of the product 1 in the container 3, and is mounted above the product 1 on the container 3 for this purpose.
  • It comprises an antenna 5, which is aligned with the product 1 and via which the level meter transmits frequency-modulated transmission signals S of a predetermined transmission signal duration in the direction of the product 1, at a predetermined repetition frequency f R, by means of a predetermined linear modulation.
  • the generation of the transmission signals S takes place - as in conventional FMCW radar
  • a ramp generator is suitable, which imposes on a derived from a reference oscillator 9 local oscillator signal the predetermined linear modulation.
  • Coherent FMCW radar level gauges have a fixed phase reference between successive ones
  • a high quality oscillator e.g. a quartz oscillator, used as a reference oscillator 9.
  • the linear modulation is given in the illustrated example by a sawtooth function, according to which the frequency f s (t) of the transmission signal S within the predetermined transmission signal duration T s increases continuously by a predetermined frequency deviation Af H.
  • the linear frequency-modulated transmission signals S are fed via a divider network 1 1 and a transmitting and receiving switch 13 of the antenna 5, and sent via this into the container 3.
  • the transmission signals S are reflected in the container 3 at located in the beam path reflectors. Accordingly, a receive signal E is received via the antenna 5, the one
  • the reflectors also include container installations, measuring instruments, agitators or other microwaves in the container 3 or projecting into the container 3.
  • Level gauge a reference reflector 15 is inserted into the beam path of the transmission signals S.
  • the reference reflector 15 executes mechanical oscillations directed in the direction of the filling level measuring device with an oscillating frequency f 0 s, which is less than half the repetition frequency f R , with which successive transmitted signals S are transmitted.
  • reference reflectors 15 are basically all projecting into the beam in microwave reflecting mechanical vibration structures that perform oscillations with an approximately constant compared to the duration of several successive measurement cycles of the level gauge at least approximately known oscillation frequency f 0 s, which is less than half of the repetition frequency f R of the transmission signals S is.
  • the vibration structure may be formed, for example, as an edge or corner reflector.
  • the reference reflector 15 is a
  • Level limit switch with a projecting into the container 3 in the mechanically oscillatable structure.
  • Level limit switches are used to determine and / or monitoring overshoot or undershoot a predetermined by the installation height in the container 3 level L H. They are marketed for example by the applicant under the product name Liquiphant and Soliphant and are in any case in a variety of applications of FMCW radar level gauges, esp. As overfill protection, in the container 3 available.
  • the mechanically oscillatory structure has two oscillating forks coupled via a membrane, which are offset by means of an electromechanical transducer mounted on the rear side of the membrane remote from the oscillating rods in opposite oscillations perpendicular to their longitudinal axis.
  • devices are known whose oscillatory structure has only one vibrating rod. In operation, the vibration structure is excited to resonant vibrations whose frequency is significantly dependent on whether the structure freely oscillates, or is covered by the product 1.
  • Free-swinging oscillations of level limit switches have an oscillation frequency f 0 s in the range from 100 Hz to a maximum of 2000 Hz, depending on the design and contents
  • Frequency difference Af on the time dependence of the modulation associated signal delay time t L or one of the signal delay t L at a known propagation speed of the microwave signals corresponding distance R to the respective reflector reflects. All three variants are equivalent. Accordingly, a certain frequency difference Af, signal propagation time t L or
  • the echo functions EF are derived, for example, in that the received signals E are fed via the transmitting and receiving diplexers 13 to a mixer 17, in which they are superimposed on the instantaneous transmission signal S which is likewise fed to the mixer 15 via the divider network 11.
  • the frequencies f E (t) of the individual components of the received signals E have a relation to the instantaneous transmission frequency f s (t) of the transmission signal S at the time t of reception
  • Frequency difference Af which depends on the time dependence of the modulation used and on the required for the path to the respective reflector and back signal delay time t L.
  • the output signal is filtered in a signal conditioning device 19 via a low-pass filter and preferably also amplified.
  • the low-pass filter filters out from the output signal of the mixer 17 its low-frequency content, and hence the information about the frequency differences ⁇ f, and supplies the filtered and amplified signal to an analog-to-digital converter AD, which performs a sampling and digitization of the filtered signal.
  • a scan is required, which ensures a unique, preferably linear, and stable over time allocation of the individual sampling times t to the generated via the microwave generator 7 instantaneous transmission frequency f s (t) of the transmission signal S. This is preferably done by sampling times based on the
  • Local oscillator signal of the reference oscillator 9 can be specified.
  • an intermediate frequency signal IF (t) is stored for each successively received signal Ei, .., E n representing the amplitude A of the associated low-frequency component of the output signal of the mixer 17 as a function of time t .
  • IF (t) the intermediate frequency signal
  • a Fourier transformer 21 a Fourier transformation of the intermediate frequency signals ZT (t) of the received signals .., E n is carried out, which reproduces the complex-valued amplitudes of the intermediate frequency signals ZF (t) as a function of the frequency difference Af.
  • echo functions EF (Af) are available at the output of the Fourier transformer 21, which are the complex-valued amplitudes A of the received signals Ei, .., E n as a function of their
  • the frequency differences Af based on the known time dependence of the modulation can be in the associated signal propagation time t L converted and the echo functions EF than the complex amplitude A of the received signals Ei, .., E n as a function of the signal propagation time t L reproducing echo functions EF (t L ) and for their further evaluation and
  • the Fourier-transformed intermediate frequency signals of the received signals Ei, .., E n are - as shown here - given by the time dependence of the modulation and the propagation speed of the microwave signals relationship between the frequency difference Af and distance R of the level gauge, or its antenna 5, converted to the respective reflector, and as the complex-valued amplitudes A of the received signals Ei, .., E n as a function of the distance R to the associated reflector reproducing
  • Echo functions EF (R) determined and stored for their further evaluation and processing.
  • the level L to be measured can now be determined.
  • that maximum of the respective echo function EF (R) is determined via appropriate algorithms, which is to lead back to a reflection of the respective transmission signal S on the product surface.
  • this is the absolute maximum of the respective echo function EF (R).
  • the position of the filling level L in the echo function EF (R) is therefore generally identifiable directly on the basis of the amplitude spectrum of the respective echo function EF (R).
  • usable methods are known from the prior art and therefore not described in detail here.
  • Reference reflectors 15 on the basis of the echo functions EF (R) usually not readily possible. The reason for this is that the reference reflector 15 in the echo function EF (R) is usually reflected only as a relative maximum that can not always be clearly distinguished from other other relative maxima contained in the same echo function EF (R). There is another reflector with one of the reflectivity of the reference reflector 15th
  • the reference reflector 15 executes oscillations whose oscillation frequency f 0 s is less than half the repetition frequency f R , are emitted with the successive transmission signals S.
  • the reference reflector 15 is thus a with its oscillation frequency f 0 s moving target whose movements are reflected in the time course of the echo functions EF ⁇ R), EF n (R) after each other incoming received signals E n .
  • the distances are subdivided into individual range gates with a width given by the distance resolution .DELTA. ⁇ of the level measuring device, in which the complex amplitude of the echo function EF (R) is represented by a sampling point, this is due to the reflection at Reference reflector 15 leading back maximum of the respective Echo function EF (R), in the echo functions EF (R) consecutively incoming received signals Ei, E n always in the same distance gate.
  • FIG. 2 shows an example of the time profile of the real part of the amplitudes Re (A (R)) of a plurality of sequentially recorded echo functions EF (R).
  • a Ref apparent time-oscillating amplitude A Ref (t; R1) of the echo functions EF (R) at the position R1 corresponding to the distance D of the reference reflector 15 in the echo functions EF (R) is shown as a function of the time t.
  • the constant amplitude A L (t; R2) of the absolute maxima at the position R2 of the echo functions EF (R) to be led back to the reflection on the product surface is shown in the same diagram.
  • phase position of the amplitudes A (t, R1) causes the mechanical
  • Oscillations of the reference oscillator 15 caused phase modulation a temporal change of the imaginary part (a in Fig. 3), the real part (b in Fig. 3), or a temporal change of real and imaginary part (c in Fig. 3). Since the microwave signals pass through the path to the reference reflector 15 and back again, one revolution of the modulation circuit here corresponds to half the wavelength of the microwave signal. Accordingly, both real and imaginary part of the complex amplitudes are used to identify the reference reflector 15 based on this phase modulation.
  • f s is the average microwave frequency of the transmission signals S
  • Vibration amplitude of the reference reflector 15 of 100 ⁇ results in a modulation of 3 °.
  • the maximums M of the echo functions EF (R) of a predetermined number n of consecutive received signals Ei, .., E n are determined in a signal processing device 23 and their complex-valued amplitudes A together with their position, here the distance R ,, recorded within the echo function EF in a list of reflectors.
  • Receiving signals .., E n corresponds to a reflection of a portion of the associated transmission signal S at a located in the respective distance R, from the level gauge reflector.
  • Oscillation frequency f 0 s of the reference reflector 15 change frequency f ARef changes.
  • Echo functions EF (R) of the n consecutive received signals Ei, E n executed. This results in one of the number of detected maxima M, corresponding number of
  • Movement spectra B Ri each of the real and imaginary part of the associated distance R, measured amplitudes A Ri as a function of their change frequencies f A play .
  • the motion spectra B Ri appear static reflectors as a maximum at a
  • R2 derived motion spectrum B shows the R2 for the removal of the material surface to be assigned only a pronounced maximum at a frequency f A change of zero.
  • motion spectra B Ri of moving reflectors have a nonzero amplitude, even if the change frequencies f A are dependent on the nature and time dependence of the motion and are not different from zero. Accordingly, the movement spectrum B R1 of the reference reflector 15 in the real and / or imaginary part has a pronounced maximum at a change frequency f ARef lying in the range of the oscillation frequency f 0 s of the reference reflector 15. Accordingly, the reference reflector 15 is identified by determining that movement spectrum B, which has a pronounced maximum in the range of the oscillation frequency f 0 s of the reference reflector 15 in the real and / or imaginary part. On the basis of this movement spectrum B R1 associated distance Ri results from this immediately the sought
  • the identification probability and the accuracy of the determination of the reference position R ref of the reference reflector 15 increases with sufficiently high vibration quality of the reference reflector 15, as is the case with level limit switches regularly, with increasing number n of the included consecutive reception signals E n .
  • movement spectra of other - inherently static reflectors - can have measurable amplitudes due to vibrations or external vibrations at the point of use at non-zero change frequencies f A.
  • the movement spectra can be regularly distinguished from the movement spectrum B R2 of the reference reflector 15 on the basis of the oscillation frequency f 0 s characteristic of the reference reflector 15.
  • Reference reflector position is determined. Based on the reference reflector position R ref measured with the fill level measuring device and its known distance D from the fill level measuring device, an optionally existing deviation between measured reference reflector position R ref and actual can now be determined
  • Reference reflector position can be determined, and used to perform calibration and / or monitoring procedures.
  • Reference reflectors 15 according to the invention are provided.
  • all reference reflectors 15 located above the filling material 1 are here correspondingly oscillated in the direction of the oscillation frequency f 0 s with reference to their respective oscillation frequency f 0 s Fill level gauge can be clearly identified.
  • first all reference reflector positions R ref are determined by the method described above, and then assigned to the respective reference reflector 15. If a plurality of reference reflectors 15 with oscillation frequencies f 0 s of identical or comparable size are used, the assignment of the ascertained takes place
  • the calibration and / or monitoring is done here optionally on the basis of the above
  • the function of the reference reflectors 15 situated above the filling material 1 is preferably also monitored.
  • a reference reflector 15 If a reference reflector 15 is missing or, for example because of a defect, no periodic oscillations with frequencies in the range of the oscillation frequency f 0 s performs more, its reference reflector position can not be determined by the method described above. If this is the case, this is automatically detected by the level gauge and preferably a
  • Referenzreflektors 15 a self-monitoring of the level gauge executable.
  • the width and amplitude of the maxima lying in the range of the oscillation frequency f 0 s of movement spectra B R1 derived at different times are determined and monitored.
  • a widening of the maxima that occurs suddenly or over a longer period of use and / or a decrease in the amplitude thereof is a clear indication of a change in the measuring properties of the level gauge.
  • Cause this can be For example, be a change in dynamics in the field of signal recording and / or signal processing, or occurring in the generation of the transmission signals S error.
  • the actual oscillation frequency allows qualified monitoring of the function of the respective reference reflector 15. Changes and / or deviations of the actual oscillation frequency f ARef from the level measuring device stored oscillation frequency f 0 s of this reference reflector 15 can be automatically detected by the level gauge and even determined quantitatively. Thereby the smaller changes or
  • Deviations are determined, the greater the associated measuring time interval, or the number n of the included consecutive received signals Ei, E n , over which the actual vibration frequencies are determined. In this way, for example, formations on the reference reflector 15, the one measurable
  • Formation occurs due to deposits on the reference reflector 15. They can be caused for example by Gugutspritzer that adhere to the reference reflector 15 or dry. For reference reflectors 15, which are not always above the product 1, they can of course also be caused by the direct Browngutrome.
  • level limit switches as reference reflectors 15, their functionality can be monitored on the basis of the actual oscillation frequency by recognizing and / or measuring deviations of the actual oscillation frequency f ARef of the limit switch from the oscillation frequency f 0 s specified for this purpose.
  • Oscillation frequency of the reference reflector 15 in the free or covered by the medium 1 state corresponds.
  • the level gauge automatically detects whether or the level L is above the installation height of this reference reflector 15. This additional information can be used, for example, for the identification of the echo returned to the reflection on the product surface to be described above.

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Abstract

Es ist ein auf einer Messung einer Entfernung zu einem in einer vorbekannten Entfernung (D) angeordneten Referenzreflektors (15) basierendes Verfahren zur Kalibration und/oder Überwachung eines kohärenten Frequenzmodulations-Dauerstrichradar Füllstandsmessgeräts beschrieben, bei dem der Referenzreflektor (15) zuverlässig identifiziert werden kann. Hierzu wird ein mit einer Schwingfrequenz (f0s) Oszillationen in Richtung des Füllstandsmessgeräts ausführender Referenzreflektor (15) verwendet, der in den Strahlengang von periodisch vom Füllstandsmessgerät ausgesendeten linear frequenz-modulierten Sendesignalen (S) eingesetzt wird. Das Füllstandsmessgerät empfängt an Reflektoren im Behälter (3) zurückreflektierte Anteile der Sendesignale (S) und zeichnet anhand dieser Empfangssignale (E) und deren zeitlicher Korrelation zum jeweils zugehörigen Sendesignal (S) für jedes Empfangssignal (E) eine Echofunktion (EF) auf, die die Amplituden (A) des Empfangssignals (E) als Funktion der zugehörigen Position des zugehörigen Reflektors wiedergibt. Erfindungsgemäß wird anhand der zeitlichen Veränderung mehrer nacheinander aufgezeichneter Echofunktionen (EF) und der Schwingfrequenz (f0s) des Referenzreflektors (15) die Position des Referenzreflektors (15) in den Echofunktionen identifiziert und dessen Referenzreflektorposition (Rref) bestimmt.

Description

Kalibrations- und/oder Überwachungsverfahren für FMCW-Radar
Füllstandsmessgeräte
Die Erfindung betrifft ein Kalibrations- und/oder Überwachungsverfahren für ein kohärentes
Frequenzmodulations-Dauerstrichradar Füllstandsmessgerät (FMCW-Radar Füllstandsmessgerät), bei dem das Füllstandsmessgerät mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz mittels einer vorgegebenen linearen Modulation frequenz-modulierte Sendesignale in Richtung des Füllguts sendet, und deren an im Strahlengang der Sendesignale befindlichen Reflektoren zum
Füllstandsmessgerät zurück reflektierten Anteile als Empfangssignal empfängt, ein
Referenzreflektor oberhalb des Füllguts in einer vorbekannten Entfernung vom Füllstandsmessgerät in den Strahlengang der Sendesignale eingesetzt ist, anhand der Empfangsignale und deren zeitlicher Korrelation zum jeweils zugehörigen Sendesignal für jedes Empfangssignal eine
Echofunktion aufgezeichnet wird, die die Amplituden des Empfangssignals als Funktion von deren Frequenzdifferenz gegenüber einer bei deren Empfang vorliegenden momentanen Sendefrequenz des Sendesignals, einer der Frequenzdifferenz über die Zeitabhängigkeit der Modulation zugeordneten Signallaufzeit oder einer der Signallaufzeit entsprechenden Entfernung zum jeweiligen Reflektor wiedergibt, und anhand der Echofunktionen für den Referenzreflektor eine diesem zuzuordnende Frequenzdifferenz, Signallaufzeit oder Entfernung identifiziert und als zugehörige Referenzreflektorposition bestimmt wird, und die Kalibration und/oder Überwachung des Füllstandsmessgeräts anhand der Referenzreflektorposition und der vorbekannten Entfernung des Referenzreflektors vom Füllstandsmessgerät erfolgt.
FMCW-Radar Füllstandsmessgeräte werden in einer Vielzahl von Industriezweigen, z.B. in der verarbeitenden Industrie, in der Chemie oder in der Lebensmittelindustrie, zur Messung von Füllständen eingesetzt.
Sie werden üblicher Weise auf einem das Füllgut enthaltenden Behälter montiert und weisen regelmäßig eine auf das Füllgut ausgerichtete Antenne auf, über die sie mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz mittels einer vorgegebenen Modulation frequenz-modulierte Sendesignale in Richtung des Füllguts senden, und deren zum Füllstandsmessgerät zurück reflektierten Anteile empfangen. Typischer Weise wird anhand der Empfangssignale und deren zeitlicher Korrelation zum jeweils zugehörigen Sendesignal für jedes Empfangssignal eine Echofunktion aufgezeichnet, die die Amplituden von an Reflektoren im Behälter, insb. am Füllgut, reflektierten Anteilen des Empfangssignale als Funktion von deren Frequenzdifferenz gegenüber der bei deren Eintreffen vorliegenden momentanen Sendefrequenz des Sendesignals, einer der Frequenzdifferenz über die Zeitabhängigkeit der Modulation zugeordneten Signallaufzeit oder einer der Signallaufzeit entsprechenden Entfernung zum jeweiligen Reflektor wiedergibt. Aus der Echofunktion wird ein Nutzecho bestimmt, das der Reflexion des Sendesignals an der Füllgutoberfläche entspricht. Aufgrund der Zeitabhängigkeit der Modulation ergibt sich aus der Position dieses Nutzechos innerhalb der Echofunktion unmittelbar die zugehörige für den Weg zur Füllgutoberfläche und zurück benötigt Signallaufzeit. Bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen ist die Signallaufzeit unmittelbar in die zurückgelegte Wegstrecke umrechenbar, aus der sich anhand der Einhauhöhe des Füllstandsmessgeräts über dem Behälter unmittelbar der gesuchte Füllstand ergibt.
Es gibt jedoch eine Vielzahl von Ereignissen, Faktoren und/oder Umgebungsbedingungen, die zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit dieser Füllstandsmessgeräte führen können. Beispiele hierfür sind Veränderungen der Messeigenschaften durch Ansatzbildung an der Antenne,
Temperatureffekte, wie z.B. eine Temperaturabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit oder der Signalverarbeitung im Gerät, Alterungseffekte, Beschädigungen des Geräts oder extreme Umgebungsbedingungen wie z.B. Staub, spezielle im Strahlengang befindliche Gase, oder ein hoher Druck im Behälter.
Um Beeinträchtigungen der Messgenauigkeit erkennen und nach Möglichkeit kompensieren zu können werden heute bereits Verfahren verwendet, bei denen Referenzreflektoren in einer vorbekannten Entfernung vom Füllstandsmessgerät oberhalb des Füllguts platziert werden, und deren Positionen mit dem Füllstandsmessgerät gemessen werden. Weicht die vom
Füllstandsmessgerät gemessene Entfernung zum Referenzreflektor von dessen tatsächlicher Entfernung ab, so wird eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit erkannt, und soweit möglich durch eine auf der Basis der gemessenen Abweichung ausgeführte Kalibration des
Füllstandsmessgeräts kompensiert.
Vorraussetzung für diese Überwachungs- und Kalibrationsverfahren ist, dass die Position des Referenzreflektors in der Echofunktion vom Füllstandsmessgerät eindeutig identifiziert werden kann, da dessen Entfernung vom Füllstandsmessgerät sonst nicht gemessen werden kann. Da sich die Reflektion am Referenzreflektor in den aufgezeichneten Echofunktionen regelmäßig nur in Form eines relativen Maximums wieder spiegelt, ist die Identifizierung des Referenzreflektors immer dann problematisch oder sogar unmöglich, wenn sich in der Umgebung des Referenzreflektors weitere Reflektoren befinden. Letztere bewirken ebenfalls relative Maxima in der Echofunktion, die aufgrund ihrer räumlichen Nähe zum Maximum des Referenzreflektors nicht vom Maximum des
Referenzreflektors unterschieden werden können.
Entsprechend ist es häufig nicht möglich, das auf die Reflektion am Referenzreflektor
zurückzuführende relative Maximum der Echofunktion von anderen auf Reflektionen an anderen im Behälter vorhandenen Mikrowellen reflektierenden Strukturen, wie z.B. Einbauten, Vorrichtungen oder in den Behälter eingeführte Messgeräte, zurückzuführenden relativen Maxima zu unterscheiden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Kalibration und/oder Überwachung eines FMCW-Radar Füllstandsmessgeräts mit Hilfe von Referenzreflektoren anzugeben, mit dem die Position des Referenzreflektors zuverlässig identifiziert werden kann.
Hierzu besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Kalibration und/oder Überwachung eines kohärenten Frequenzmodulations-Dauerstrichradar Füllstandsmessgeräts zur Messung eines Füllstandes eines Füllguts in einem Behälter, bei dem
- das Füllstandsmessgerät mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz
mittels einer vorgegebenen Modulation linear frequenz-modulierte
Sendesignale in Richtung des Füllguts sendet, und deren an im Strahlengang
der Sendesignale befindlichen Reflektoren zum Füllstandsmessgerät zurück
reflektierten Anteile als Empfangssignale empfängt,
- ein mit einer Schwingfrequenz Oszillationen in Richtung des
Füllstandsmessgeräts ausführender Referenzreflektor oberhalb des
Füllguts in einer vorbekannten Entfernung vom Füllstandsmessgerät in
den Strahlengang der Sendesignale eingesetzt ist, dessen Schwingfrequenz
weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz beträgt,
- anhand der Empfangssignale und deren zeitlicher Korrelation zum
jeweils zugehörigen Sendesignal für jedes Empfangssignal eine
Echofunktion aufgezeichnet wird, die die Amplituden des Empfangssignals
als Funktion von deren Frequenzdifferenz gegenüber
einer bei deren Empfang vorliegenden momentanen Sendefrequenz des
Sendesignals, einer der Frequenzdifferenz über die Zeitabhängigkeit der
Modulation zugeordneten Signallaufzeit oder einer der Signallaufzeit
entsprechenden Entfernung zum jeweiligen Reflektor wiedergibt, und
- anhand der zeitlichen Veränderung mehrer nacheinander aufgezeichneter
Echofunktionen und der Schwingfrequenz des Referenzreflektors eine
diesem zuzuordnende Frequenzdifferenz, Signallaufzeit oder Entfernung
identifiziert und als zugehörige Referenzreflektorposition bestimmt wird, und
- die Kalibration und/oder Überwachung des Füllstandsmessgeräts anhand
der Referenzreflektorposition und der vorbekannten Entfernung des
Referenzreflektors vom Füllstandsmessgerät erfolgt.
Eine Weiterbildung dieser Erfindung umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem
- die Oszillationen des Referenzreflektors eine Schwingungsamplitude
aufweisen, die unterhalb einer Entfernungsauflösung des Füllstandsmessgeräts liegt,
- die Echofunktionen die komplexwertigen Amplituden der
Empfangssignale wiedergeben und nacheinander aufgezeichnete
Echofunktionen in einem festen Phasenbezug zueinander stehen,
- die Maxima der Echofunktionen bestimmt und deren
komplexwertigen Amplitude zusammen mit deren Position in der
jeweiligen Echofunktion festgehalten werden,
- für jedes Maximum anhand der komplexwertigen Amplituden einer
vorgegebenen Anzahl von aufeinander folgenden Echofunktionen an der
Position des jeweiligen Maximums ein Bewegungsspektrum abgeleitet
wird, das die komplexwertigen Amplituden der Echofunktionen an der
jeweiligen Position als Funktion von deren Änderungsfrequenz wiedergibt,
- dasjenige Bewegungsspektrum ermittelt wird, dessen Real- und/oder
Imaginärteil ein Maximum bei einer im Bereich der
Schwingfrequenz des Referenzreflektors liegenden Änderungsfrequenz
aufweist, und
- die diesem Bewegungsspektrums zugehörige Position in den
Echofunktionen als Referenzreflektorposition bestimmt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird anhand der zeitlichen Veränderungen der
Amplituden mehrerer nacheinander aufgezeichneter Echofunktionen an der
Referenzreflektorposition dessen tatsächliche Schwingfrequenz bestimmt.
Gemäß einer Ausgestaltung der beiden Weiterbildungen ist die tatsächliche Schwingfrequenz gleich derjenigen Änderungsfrequenz, bei der das Bewegungsspektrum des Referenzreflektors sein im Bereich der Schwingfrequenz liegendes Maximum aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Referenzreflektor ein in den Behälter
hineinragendes mechanisch schwingfähiges Gebilde eines Füllstandsgrenzschalters.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung und der bevorzugten Ausgestaltung wird die Funktion des Referenzreflektors anhand von dessen Schwingfrequenz und dessen vom Füllstandsmessgerät bestimmten tatsächlichen Schwingfrequenz überwacht. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
- sind mehrere jeweils mit einer Schwingfrequenz in Richtung des
Füllstandsmessgeräts oszillierende Referenzreflektoren in unterschiedlichen
Entfernungen vom Füllstandsmessgerät vorgesehen, deren Schwingfrequenzen weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz betragen,
- werden die Referenzpositionen der über dem Füllgut befindlichen
Referenzreflektoren bestimmt, und
- erfolgt die Kalibration und/oder Überwachung anhand mindestens einer dieser
Referenzreflektorpositionen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung hierzu weisen die Referenzreflektoren Schwingfrequenzen vergleichbarer Größe auf, und die ermittelten Referenzreflektorpositionen werden den einzelnen Referenzreflektoren anhand von deren unterschiedlichen Entfernungen vom Füllstandsmessgerät zugeordnet.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung hierzu weisen die Referenzreflektoren Schwingfrequenzen unterschiedlicher Größe auf, und die ermittelten Referenzreflektorpositionen werden den einzelnen Referenzreflektoren anhand von deren unterschiedlichen Schwingfrequenzen und/oder von deren unterschiedlichen Entfernungen vom Füllstandsmessgerät zugeordnet.
Gemäß einer Ausgestaltung der erstgenannten Weiterbildung werden Breite und Amplitude der im Bereich der Schwingfrequenz liegenden Maxima von zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteten Bewegungsspektren des Referenzreflektors bestimmt und überwacht.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt: ein Blockschaltbild eines FMCW-Radar Füllstandsmessgeräts in
Verbindung mit einer mit einem Referenzreflektor ausgestatteten
Füllstandsmessanordnung;
Fig. 2 zeigt: einen zeitlichen Verlauf mehrerer nacheinander aufgezeichneter
Echofunktionen, sowie die daraus ersichtliche Zeitabhängigkeit
der Amplituden der Echofunktionen an der Position des
Referenzreflektors und an der Position des Füllstands; und
Fig. 3 zeigt: eine Zeigerdargestellung eines Modulationskreises in der
komplexen Ebene. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines kohärenten Frequenzmodulations-Dauerstrichradar
Füllstandsmessgeräts (FMCW-Radar Füllstandsmessgerät) in Verbindung mit einer
Füllstandsmessanordnung. Die Messanordnung umfasst einen mit einem Füllgut 1 gefüllten Behälter 3. Das
Füllstandsmessgerät dient im Messbetrieb dazu einen Füllstand L des Füllguts 1 in dem Behälter 3 zu messen, und ist hierzu oberhalb des Füllguts 1 auf dem Behälter 3 montiert.
Es umfasst eine auf das Füllgut 1 ausgerichtete Antenne 5 über die das Füllstandsmessgerät mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz fR aufeinander folgende mittels einer vorgegebenen linearen Modulation frequenz-modulierte Sendesignale S einer vorgegebenen Sendesignaldauer in Richtung des Füllguts 1 sendet.
Die Erzeugung der Sendesignale S erfolgt - wie bei herkömmlichen FMCW-Radar
Füllstandsmessgeräten auch- mittels eines entsprechenden Mikrowellengenerators 7. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Rampengenerator, der einem von einem Referenzoszillator 9 abgeleiteten Lokaloszillatorsignal die vorgegebene lineare Modulation aufprägt. Bei kohärenten FMCW-Radar Füllstandsmessgeräten besteht ein fester Phasenbezug zwischen aufeinander folgenden
Sendesignalen S. Zur Gewährleistung der Stabilität der Kohärenz, wird heute regelmäßig ein Oszillator mit hoher Güte, z.B. ein Quarzoszillator, als Referenzoszillator 9 eingesetzt.
Die lineare Modulation ist in dem dargestellten Beispiel durch eine Sägezahnfunktion gegeben, gemäß der die Frequenz fs(t) des Sendesignals S innerhalb der vorgegebenen Sendesignaldauer Ts kontinuierlich um einen vorgegebenen Frequenzhub AfH ansteigt. Die linear frequenz-modulierten Sendesignale S werden über ein Teilernetzwerk 1 1 und eine Sende- und Empfangsweiche 13 der Antenne 5 zugeführt, und über diese in den Behälter 3 gesendet.
Die Sendesignale S werden im Behälter 3 an in deren Strahlengang befindlichen Reflektoren reflektiert. Entsprechend wird über die Antenne 5 ein Empfangssignal E empfangen, das einer
Überlagerung aus den einzelnen an den im Strahlengang befindlichen Reflektoren zur Antenne 5 zurück reflektierten Anteilen des Sendesignals S entspricht. Zu den Reflektoren zählen neben der Füllgutoberfläche, auch Behältereinbauten, Messgeräte, Rührwerke, oder andere im Behälter 3 befindliche oder in den Behälter 3 hinein ragende Mikrowellen reflektierende Elemente.
Darüber hinaus ist oberhalb des Füllguts 1 in einer vorbekannten Entfernung D vom
Füllstandsmessgerät ein Referenzreflektor 15 in den Strahlengang der Sendesignale S eingesetzt. Erfindungsgemäß führt der Referenzreflektor 15 in Richtung des Füllstandsmessgeräts gerichtete mechanische Oszillationen mit einer Schwingfrequenz f0s aus, die weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz fR beträgt, mit der aufeinander folgende Sendesignale S gesendet werden. Als Referenzreflektoren 15 eignen sich grundsätzlich alle in den Strahlengang hinein ragenden Mikrowellen reflektierenden mechanischen Schwingungsgebilde, die Schwingungen mit einer im Vergleich zur Dauer mehrerer aufeinander folgender Messzyklen des Füllstandsmessgeräts annähernd konstanten zumindest näherungsweise bekannten Schwingfrequenz f0s ausführen, die weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz fR der Sendesignale S beträgt.
Hierzu werden bevorzugt mechanische Schwingungsgebilde mit einer möglichst hohen Reflektivität eingesetzt. Dabei kann das Schwingungsgebilde beispielsweise als Kanten- oder Eckreflektor ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Referenzreflektor 15 ein
Füllstandsgrenzschalter mit einem in den Behälter 3 hinein ragenden mechanisch schwingfähigen Gebilde. Füllstandsgrenzschalter dienen der Feststellung und/oder Überwachung eines Über- oder Unterschreitens eines durch deren Einbauhöhe im Behälter 3 vorbestimmten Füllstands LH. Sie werden beispielsweise von der Anmelderin unter den Produktnamen Liquiphant und Soliphant vertrieben und sind in einer Vielzahl von Anwendungen von FMCW-Radar Füllstandsmessgeräten ohnehin, insb. als Überfüllsicherung, im Behälter 3 vorhanden.
Bei den wohl bekanntesten Vorrichtungen dieser Art weist das mechanisch schwingungsfähige Gebilde zwei über eine Membran gekoppelte Schwinggabeln auf, die über einen auf der von den Schwingstäben abgewandten Rückseite der Membran angebrachten elektromechanischen Wandler in gegenläufige Schwingungen senkrecht zu deren Längsachse versetzt werden. Daneben sind auch Vorrichtungen bekannt, deren schwingfähiges Gebilde nur einen Schwingstab aufweist. Im Betrieb wird das Schwingungsgebilde zu Resonanzschwingungen angeregt deren Frequenz maßgeblich davon abhängig ist, ob das Gebilde frei schwingt, oder vom Füllgut 1 überdeckt ist. Frei schwingende Schwingungsgebilde von Füllstandsgrenzschaltern weisen je nach Bauform und Füllgut eine Schwingfrequenz f0s im Bereich von 100 Hz bis maximal 2000 Hz und eine
Schwingungsamplitude in der Größenordnung von 100 μηη auf. So liegen typische Werte der Schwingfrequenz f0s bei Schwinggabeln für den Einsatz in Schüttgütern z.B. im Bereich von 100 Hz oder 350 Hz, während typische Werte bei Schwinggabeln für den Einsatz in Flüssigkeiten z.B. im Bereich von 300 Hz bis 400 Hz oder 900 Hz bis 1200 Hz liegen.
Wie auch bei herkömmlichen FMCW-Radar Füllstandsmessgeräten wird anhand der
Empfangssignale E und deren zeitlicher Korrelation zum jeweils zugehörigen Sendesignal S für jedes Empfangssignal E eine Echofunktion EF aufgezeichnet, die die Amplituden A des
Empfangssignals E als Funktion von deren Frequenzdifferenz Af gegenüber der bei deren
Eintreffen vorliegenden momentanen Sendefrequenz fs(t) des Sendesignals S, einer der
Frequenzdifferenz Af über die Zeitabhängigkeit der Modulation zugeordneten Signallaufzeit tL oder einer der Signallaufzeit tL bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellensignale entsprechenden Entfernung R zum jeweiligen Reflektor wiedergibt. Alle drei Varianten sind äquivalent. Entsprechend wird eine bestimmte Frequenzdifferenz Af, Signallaufzeit tL oder
Entfernung R nachfolgend auch als Position innerhalb der Echofunktion EF bezeichnet. Die Echofunktionen EF werden beispielsweise abgeleitet, indem die Empfangssignale E über die Sende- und Empfangsweiche 13 einem Mischer 17 zugeführt werden, in dem sie dem über das Teilernetzwerk 1 1 ebenfalls dem Mischer 15 zugeführten momentanen Sendesignal S überlagert werden. Die Frequenzen fE(t) der einzelnen Anteile der Empfangssignale E weisen gegenüber der momentanen Sendefrequenz fs(t) des Sendesignals S zum Zeitpunkt t des Empfangs eine
Frequenzdifferenz Af auf, die von der Zeitabhängigkeit der verwendeten Modulation und von der für den Weg zum jeweiligen Reflektor und zurück benötigten Signallaufzeit tL abhängt. Zur Gewinnung dieser im Ausgangssignal des Mischers 17 enthaltenen Informationen wird das Ausgangssignal in einer Signalaufbereitungseinrichtung 19 über einen Tiefpassfilter gefiltert und vorzugsweise auch verstärkt. Der Tiefpassfilter filtert aus dem Ausgangssignal des Mischers 17 dessen niederfrequenten, und damit die Information über die Frequenzdifferenzen Af enthaltenden Anteil heraus, und führt das gefilterte und verstärkte Signal einem Analog-Digital Wandler A D zu, der eine Abtastung und Digitalisierung des gefilterten Signals ausführt. Zur Wahrung der Kohärenz des Füllstandsmessgeräts ist hier eine Abtastung erforderlich, die eine eindeutige, vorzugsweise lineare, und über die Zeit stabile Zuordnung der einzelnen Abtastzeitpunkte t zu der über den Mikrowellengenerator 7 generierten momentanen Sendefrequenz fs(t) des Sendesignals S gewährleistet. Dies geschieht vorzugsweise, indem die Abtastzeitpunkte auf der Basis des
Lokaloszillatorsignals des Referenzoszillators 9 vorgegeben werden.
Anhand des Ausgangssignals des Analog-Digital Wandlers A D wird für jedes der nacheinander empfangenen Empfangssignale Ei , .., En ein Zwischenfrequenzsignal ZF(t) gespeichert, das die Amplitude A des zugehörigen niederfrequenten Anteils des Ausgangssignals des Mischers 17 als Funktion der Zeit t wiedergibt. Dabei besteht bei kohärenten FMCW-Radar Füllstandsmessgeräten ein fester Phasenbezug zwischen den Zwischenfrequenzsignalen ZF(t) aufeinander folgender Empfangssignale Ei , .., En. Anschließend wird mittels eines Fourier-Transformators 21 eine Fourier-Transformation der Zwischenfrequenzsignale ZT(t) der Empfangssignale .., En ausgeführt, die die komplexwertigen Amplituden der Zwischenfrequenzsignale ZF(t) als Funktion der Frequenzdifferenz Af wiedergibt. Am Ausgang des Fourier-Transformators 21 stehen damit Echofunktionen EF(Af) zur Verfügung, die die komplexwertigen Amplituden A der Empfangssignale Ei , .., En als Funktion von deren
Frequenzdifferenzen Af gegenüber den momentanen Sendefrequenzen fs(t) der Sendesignale S wiedergeben.
Alternativ hierzu können die Frequenzdifferenzen Af anhand der bekannten Zeitabhängigkeit der Modulation in die zugeordneten Signallaufzeit tL umgerechnet und die Echofunktionen EF als die komplexwertigen Amplituden A der Empfangssignale Ei , .., En als Funktion von deren Signallaufzeit tL wiedergebende Echofunktionen EF(tL) bestimmt und für deren weitere Auswertung und
Verarbeitung abgespeichert werden Vorzugsweise werden die fourier-transformierten Zwischenfrequenzsignale der Empfangssignale Ei , .., En jedoch - wie hier dargestellt- über den durch die Zeitabhängigkeit der Modulation und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellensignale gegebenen Zusammenhang zwischen der Frequenzdifferenz Af und Entfernung R des Füllstandsmessgerät, bzw. dessen Antenne 5, zum jeweiligen Reflektor umgerechnet, und als die komplexwertigen Amplituden A der Empfangssignale Ei , .., En als Funktion von der Entfernung R zum zugehörigen Reflektor wiedergebende
Echofunktionen EF(R) bestimmt und für deren weitere Auswertung und Verarbeitung abgespeichert.
Anhand der Echofunktionen EF(R) kann nun der zu messende Füllstand L bestimmt werden. Dabei wird über entsprechende Algorithmen dasjenige Maximum der jeweiligen Echofunktion EF(R) bestimmt, das auf eine Reflektion des jeweiligen Sendesignals S an der Füllgutoberfläche zurück zu führen ist. In der Regel ist dies das absolute Maximum der jeweiligen Echofunktion EF(R). Die Position des Füllstands L in der Echofunktion EF(R) ist folglich in der Regel unmittelbar anhand des Amplitudenspektrums der jeweiligen Echofunktion EF(R) identifizierbar. Hierzu verwendbare Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und daher hier nicht im Detail beschrieben.
Demgegenüber ist eine eindeutig Identifizierung der Position des Referenzreflektors 15 in den Echofunktionen EF(R) insb. in Anwesenheit weiterer Reflektoren in der Umgebung des
Referenzreflektors 15 anhand der Echofunktionen EF(R) in der Regel nicht ohne weiteres möglich. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich der Referenzreflektor 15 in der Echofunktion EF(R) in der Regel nur als relatives Maximum widerspiegelt, dass nicht immer zweifelsfrei von anderen in derselben Echofunktion EF(R) enthaltenen weiteren relativen Maxima unterschieden werden kann. Befindet sich ein weiterer Reflektor mit einer der Reflektivität des Referenzreflektors 15
vergleichbaren Reflektivität in der Nähe des Referenzreflektors 15, so kann der Referenzreflektor 15 weder anhand der zugehörigen Amplitude A der Echofunktion EF(R) noch anhand der zugehörigen Entfernung R eindeutig identifiziert werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Referenzreflektor 15 Oszillationen ausführt, deren Schwingfrequenz f0s weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz fR beträgt, mit der aufeinander folgende Sendesignale S ausgesendet werden.
Der erfindungsgemäße Referenzreflektor 15 ist somit ein mit seiner Schwingfrequenz f0s bewegtes Ziel, dessen Bewegungen sich im zeitlichen Verlauf der Echofunktionen EF^R), EFn(R) nach einander eingehender Empfangssignale En niederschlagen.
Erfindungsgemäß wird dementsprechend anhand der zeitlichen Veränderung mehrer nacheinander aufgezeichneter aufgrund der Kohärenz in einem festen Phasenbezug zueinander stehenden Echofunktionen EF^R), EFn(R) und der Schwingfrequenz f0s des Referenzreflektors 15 die diesem zuzuordnende Entfernung R identifiziert und als zugehörige Referenzreflektorposition Rref bestimmt.
Bei Referenzreflektoren 15 deren mechanische Schwingungsamplitude größer als die
Entfernungsauflösung des FMCW-Radar Füllstandsmessgeräts ist, müssten hierzu aufwendige Doppler-Effekte berücksichtigende Verfahren zur Erkennung bewegter Ziele eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der Militärtechnik verwendet werden.
Diese aufwendigen Verfahren lassen sich vermeiden, indem Referenzreflektoren 15, wie z.B. die oben genannten Füllstandsgrenzschalter, eingesetzt werden, deren Oszillationen
Entfernungsänderungen gegenüber dem Füllstandsmessgerät bewirken, die unterhalb der Entfernungsauflösung Δχ des Füllstandsmessgeräts liegen. Letztere entspricht in etwa dem Quotienten aus der Lichtgeschwindigkeit c0 und dem zweifachen des Frequenzhubs AfH,
und liegt bei FMCW -Radar Füllstandsmessgeräten mit Sendefrequenzen fs oberhalb von 50 GHz im Zentimeterbereich. Sie liegt damit deutlich oberhalb der mechanischen Schwingungsamplitude von Füllstandsgrenzschaltern.
Unterteilt man in der Echofunktionen EF(R) die Entfernungen in einzelne Entfernungstore mit einer durch die Entfernungsauflösung Δχ des Füllstandsmessgeräts vorgegeben Breite, in denen die komplexe Amplitude der Echofunktion EF(R) jeweils durch einen Abtastpunkt wiedergegeben ist, so liegt das auf die Reflektion am Referenzreflektor 15 zurück zu führende Maximum der jeweiligen Echofunktion EF(R), in den Echofunktionen EF(R) nacheinander eingehender Empfangssignale Ei , En immer im gleichen Entfernungstor.
Fig. 2 zeigt hierzu ein Beispiel des zeitlichen Verlaufs des Realteils der Amplituden Re(A(R)) mehrerer nacheinander aufgezeichneter Echofunktionen EF(R). Rechts daneben ist die daraus ersichtliche zeitlich oszillierende Amplitude ARef(t; R1 ) der Echofunktionen EF(R) an der der Entfernung D des Referenzreflektors 15 entsprechenden Position R1 in der Echofunktionen EF(R) als Funktion der Zeit t dargestellt. Im Vergleich dazu ist im gleichen Diagramm die konstante Amplitude AL(t; R2) der auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurück zu führenden absoluten Maxima an der Position R2 der Echofunktionen EF(R) dargestellt.
Die im Vergleich zur Wellenlänge der Mikrowellensignale kleinen schwingungs-bedingten
Entfernungsänderungen des Referenzreflektors 15 gegenüber dem Füllstandsmessgerät bewirken eine Phasenmodulation der an der Position R1 des Referenzreflektors 15 in den Echofunktionen EF(R) auftretenden komplexen Amplitude A(t, R1 ). Dieser Zusammenhang ist in Fig. 3 in einer Zeigerdarstellung eines Modulationskreises in der komplexen Ebene veranschaulicht. Abhängig von der absoluten, durch den Abstand des Referenzreflektors 15 vom Füllstandsmessgerät
vorgegebenen, Phasenlage der Amplituden A(t, R1 ) bewirkt die durch die mechanischen
Schwingungen des Referenzoszillators 15 bedingte Phasenmodulation eine zeitliche Änderung des Imaginärteils (a in Fig. 3), des Realteils (b in Fig. 3), oder eine zeitliche Änderung von Real- und Imaginärteil (c in Fig. 3). Da die Mikrowellensignale den Weg zum Referenzreflektor 15 und wieder zurück durchlaufen entspricht ein Umlauf des Modulationskreises hier einer halben Wellenlänge des Mikrowellensignals. Entsprechend werden zur Identifizierung des Referenzreflektors 15 anhand dieser Phasenmodulation sowohl Real- als auch Imaginärteil der komplexen Amplituden herangezogen.
Dabei gilt für den Modulationshub Δφ dieser Phasenmodulation:
wobei fs die mittlere Mikrowellenfrequenz der Sendesignale S,
a die Schwingungsamplitude des Referenzreflektors 15, und
c0 die Lichtgeschwindigkeit bezeichnen.
Bei einer mittleren Mikrowellenfrequenz der Sendesignale S von 79 GHz und einer
Schwingungsamplitude des Referenzreflektors 15 von 100 μηη ergibt sich ein Modulationshub von 3°. Zur Identifizierung und Bestimmung der Referenzreflektorposition Rref werden in einer Signalverarbeitungseinrichtung 23 mittels entsprechender Software DET die Maxima M, der Echofunktionen EF(R) einer vorgegebenen Anzahl n aufeinander folgender Empfangssignale Ei , .., En bestimmt und deren komplexwertigen Amplituden A, zusammen mit deren Position, hier der Entfernung R,, innerhalb der Echofunktion EF in einer Reflektorenliste festgehalten.
Jedes Maximum Mi(Rj) einer der Echofunktionen EF(R) der aufeinander folgenden
Empfangssignale .., En entspricht einer Reflektion eines Anteils des zugehörigen Sendesignals S an einem in der jeweiligen Entfernung R, vom Füllstandsmessgerät befindlichen Reflektor. Zur Erleichterung der Übersicht sind in der zugehörigen Grafik G hier nur die Absolutbeträge der
Amplituden A des auf die Reflektion am Referenzreflektor 15 zurück zu führenden Maximums M1 und des auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurück zu führenden Maximums M2 dargestellt.
Anschließend wird für jede der Entfernungen Rh in der in der Echofunktion EF(R) des ersten Empfangssignals Ei der Serie ein Maximum M, detektiert wurde, anhand des zeitlichen Verlaufs der in der entsprechenden Entfernung R, in den Echofunktionen EF(R) der n aufeinander folgenden Empfangssignale Ei , En auftretenden Amplituden A(t, R,) diejenige Entfernung Rref ermittelt, in der sich Real- und/oder Imaginärteil der Amplitude A(t, R,) mit einer im Bereich der
Schwingfrequenz f0s des Referenzreflektors 15 liegenden Änderungsfrequenz fARef ändert.
Hierzu wird vorzugsweise mittels eines weiteren Fourier-Transformators 25 für jede der
Entfernungen R, eine Fouriertransformation über die komplexen Amplituden A(t; R,) der
Echofunktionen EF(R) der n aufeinander folgenden Empfangssignale Ei , En ausgeführt. Hieraus ergibt sich eine der Anzahl der detektierten Maxima M, entsprechende Anzahl an
Bewegungsspektren BRi, die jeweils Real- und Imaginärteil der in der zugehörigen Entfernung R, gemessenen Amplituden ARi als Funktion von deren Änderungsfrequenzen fA wiedergeben. In den Bewegungsspektren BRi erscheinen statische Reflektoren als Maximum bei einer
Änderungsfrequenz fA von Null. Entsprechend zeigt das für die der Füllgutoberfläche zuzuordnende Entfernung R2 abgeleitete Bewegungsspektrum BR2 lediglich ein ausgeprägtes Maximum bei einer Änderungsfrequenz fA von Null.
Demgegenüber weisen Bewegungsspektren BRi bewegter Reflektoren auch bei von Null verschiedenen von Art und Zeitabhängigkeit der Bewegung abhängigen Änderungsfrequenzen fA eine von Null verschiedene Amplitude auf. Entsprechend weist das Bewegungsspektrum BR1 des Referenzreflektors 15 im Real- und/oder Imaginärteil ein ausgeprägtes Maximum bei einer im Bereich der Schwingfrequenz f0s des Referenzreflektors 15 liegenden Änderungsfrequenz fARef auf. Entsprechend wird der Referenzreflektor 15 identifiziert, indem dasjenige Bewegungsspektrum B, ermittelt wird, das im Real- und/oder Imaginärteil ein ausgeprägtes Maximum im Bereich der Schwingfrequenz f0s des Referenzreflektors 15 aufweist. Anhand der diesem Bewegungsspektrum BR1 zugeordneten Entfernung Ri ergibt sich hieraus unmittelbar die gesuchte
Referenzreflektorposition Rref.
Dabei steigt die Identifizierungswahrscheinlichkeit und die Genauigkeit der Bestimmung der Referenzposition Rref des Referenzreflektors 15 bei hinreichend hoher Schwingungsgüte des Referenzreflektors 15, wie sie bei Füllstandsgrenzschaltern regelmäßig vorliegt, mit zunehmender Anzahl n der einbezogenen aufeinander folgenden Empfangsignale En an.
Neben dem Bewegungsspektrum BR1 des Referenzreflektors 15 können auch Bewegungspektren anderer - an sich statischer- Reflektoren aufgrund von Erschütterungen oder Fremdvibrationen am Einsatzort bei von Null verschiedenen Änderungsfrequenzen fA messbare Amplituden aufweisen. Die Bewegungsspektren können jedoch regelmäßig anhand der für den Referenzreflektor 15 charakteristischen Schwingfrequenz f0s von dem Bewegungsspektrum BR2 des Referenzreflektors 15 unterschieden werden.
In Füllstandsmessgeräten in denen die Echofunktionen EF nicht als Funktion der Entfernung R, sondern als Funktion der Frequenzdifferenz Af oder der Signallaufzeit tL aufgezeichnet werden, kann das Verfahren natürlich völlig analog ausgeführt werden, wobei in dem Fall entsprechend die diesem zuzuordnende Frequenzdifferenz Afref oder der Signallaufzeit tLref als zugehörige
Referenzreflektorposition bestimmt wird. Anhand der mit dem Füllstandsmessgerät gemessenen Referenzreflektorposition Rref und dessen vorbekannter Entfernung D vom Füllstandsmessgerät kann nun eine gegebenenfalls bestehende Abweichung zwischen gemessener Referenzreflektorposition Rref und tatsächlicher
Referenzreflektorposition bestimmt werden, und zur Ausführung von Kalibrations- und/oder Überwachungsverfahren eingesetzt werden.
Dabei können alle bekannten auf Referenzmessungen mit statischen Referenzreflektoren basierenden Kalibrations- und/oder Überwachungsverfahren völlig analog eingesetzt und verwendet werden.
Anstelle eines einzigen Referenzreflektors 15 können im Behälter 3 auch zwei oder mehr jeweils in unterschiedlichen vorbekannten Entfernungen D vom Füllstandsmessgerät angeordnete
erfindungsgemäße Referenzreflektoren 15 vorgesehen werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind hier entsprechend alle oberhalb des Füllguts 1 befindlichen Referenzreflektoren 15 anhand ihrer jeweiligen Schwingfrequenz f0s mit der sie Oszillationen in Richtung des Füllstandsmessgeräts ausführen eindeutig identifizierbar. Dabei werden zunächst mit dem oben beschriebenen Verfahren alle Referenzreflektorpositionen Rref bestimmt, und anschließend dem jeweiligen Referenzreflektor 15 zugeordnet. Werden mehrere Referenzreflektoren 15 mit Schwingfrequenzen f0s von identischer oder vergleichbarer Größe eingesetzt, so erfolgt die Zuordnung der ermittelten
Referenzreflektorpositionen Rref zu den einzelnen Referenzreflektoren 15 anhand von deren bekannten unterschiedlichen Entfernungen D vom Füllstandsmessgerät. Werden hierzu
Referenzreflektoren 15 mit Schwingfrequenzen f0s unterschiedlicher Größe eingesetzt, so kann die Zuordnung sowohl anhand von deren unterschiedlichen Schwingfrequenzen f0s als auch anhand von deren unterschiedlichen bekannten Entfernungen D vom Füllstandsmessgerät erfolgen.
Die Kalibration und/oder Überwachung erfolgt hier wahlweise anhand der auf die oben
beschriebene Weise bestimmten Referenzreflektorpositionen eines bestimmten, mehrerer ausgewählter oder aller oberhalb des Füllguts 1 befindlichen Referenzreflektoren 15. Dabei kann anhand der Positionen mehrerer oberhalb des Füllguts 1 befindlicher Referenzreflektoren 15 z.B. durch Interpolation eine von der Messentfernung abhängige Kalibration ausgeführt werden.
Neben der Kalibration und/oder Überwachung des Füllstandsmessgeräts wird vorzugsweise auch die Funktion der oberhalb des Füllguts 1 befindlichen Referenzreflektoren 15 überwacht.
Wenn ein Referenzreflektor 15 fehlt oder, z.B. aufgrund eines Defektes, keine periodischen Schwingungen mit Frequenzen im Bereich der Schwingfrequenz f0s mehr ausführt, kann seine Referenzreflektorposition mit dem oben beschriebenen Verfahren nicht bestimmt werden. Ist dies der Fall, wird dies vom Füllstandsmessgerät selbsttätig erkannt und vorzugsweise eine
entsprechende Fehlermeldung ausgegeben und/oder ein Alarm ausgelöst.
In Verbindung mit als Referenzreflektoren 15 eingesetzten Füllstandsgrenzschaltern ist damit zugleich eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des Füllstandsgrenzschalters gegeben.
Umgekehrt ist anhand der Bewegungsspektren BR1 des einwandfrei funktionierenden
Referenzreflektors 15 eine Selbstüberwachung des Füllstandsmessgeräts ausführbar. Hierzu werden vorzugsweise Breite und Amplitude der im Bereich der Schwingfrequenz f0s liegenden Maxima von zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteten Bewegungsspektren BR1 bestimmt und überwacht. Eine plötzlich auftretende oder sich über einen längeren Einsatzzeitraum hinweg zeigende Verbreiterung der Maxima und/oder ein Absinken von deren Amplitude ist ein eindeutiges Indiz für eine Veränderung der Messeigenschaften des Füllstandsmessgeräts. Ursache hierfür kann beispielsweise eine Veränderung der Dynamik im Bereich der Signalaufnahme und/oder der Signalverarbeitung oder ein bei der Erzeugung der Sendesignale S auftretender Fehler sein.
Darüber hinaus kann anhand der zeitlichen Veränderungen der Amplituden A(t, Rref) mehrerer nacheinander aufgezeichneter Echofunktionen EF(R) an der Referenzreflektorposition Rref des jeweiligen Referenzreflektors 15, für den jeweiligen Referenzreflektor 15 dessen tatsächliche Schwingfrequenz bestimmt werden. Diese entspricht der Änderungsfrequenz fARef, des im Bereich der Schwingfrequenz f0s liegenden Maximums des Bewegungsspektrums BR1 des jeweiligen Referenzreflektors 15.
Die tatsächliche Schwingfrequenz ermöglicht eine qualifizierte Überwachung der Funktion des jeweiligen Referenzreflektors 15. Dabei können Veränderungen und/oder Abweichungen der tatsächlichen Schwingfrequenz fARef gegenüber der im Füllstandsmessgerät abgespeicherten Schwingfrequenz f0s dieses Referenzreflektors 15 vom Füllstandsmessgerät selbsttätig erkannt und sogar quantitativ bestimmt werden. Dabei können umso kleinere Veränderungen oder
Abweichungen bestimmt werden, je größer das zugehörige Messzeitintervall, bzw. die Anzahl n der einbezognen aufeinander folgenden Empfangssignale Ei , En ist, über das die tatsächlichen Schwingfrequenzen bestimmt werden. Auf diese Weise können z.B. Ansatzbildungen am Referenzreflektor 15, die eine messbare
Reduktion von dessen Schwingfrequenz bewirken, frühzeitig erkannt und angezeigt werden.
Ansatzbildung entsteht durch Ablagerungen am Referenzreflektor 15. Sie können beispielsweise durch Füllgutspritzer verursacht werden, die am Referenzreflektor 15 anhaften bzw. antrocknen. Bei Referenzreflektoren 15, die sich nicht immer oberhalb des Füllguts 1 befinden, können sie natürlich auch durch den unmittelbaren Füllgutkontakt entstehen.
Die frühzeitige Erkennung von Ansatzbildungen am Referenzreflektor 15 ist insb. dann von besonderem Vorteil, wenn der Ansatz eine Reduktion der Reflektivität des Referenzreflektors 15 bewirkt, die dessen Identifizierung unnötig erschweren würde.
In Verbindung mit Füllstandsgrenzschaltern als Referenzreflektoren 15 kann anhand der tatsächlichen Schwingfrequenz darüber hinaus deren Funktionsfähigkeit überwacht werden, indem Abweichungen der tatsächlichen Schwingfrequenz fARef des Grenzschalters von der hierfür vorgegebenen Schwingfrequenz f0s erkannt und/oder gemessen werden.
Bei Füllgütern 1 , die nur eine geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen, dringt zumindest ein geringer Anteil der Sendesignale S in das Füllgut 1 ein und wird an unterhalb der Füllgutoberfläche befindlichen Reflektoren zum Füllstandsmessgerät zurück reflektiert. Ist dies der Fall, können mit dem oben beschriebenen Verfahren auch unterhalb der Füllgutoberfläche befindliche erfindungsgemäße Referenzreflektoren 15 identifiziert und deren tatsächliche Schwingfrequenz fARef gemessen werden. Bei ausreichend langer Messdauer und damit entsprechend genauer Messung der tatsächlichen Schwingfrequenz fARef kann das Füllstandsmessgerät anhand von
entsprechenden Referenzwerten feststellen, ob die gemessene Schwingfrequenz fA ef der
Schwingfrequenz des Referenzreflektors 15 im freien oder im vom Füllgut 1 bedeckten Zustand entspricht. Hieran erkennt das Füllstandsmessgerät selbsttätig ob bzw. das der Füllstand L oberhalb der Einbauhöhe dieses Referenzreflektors 15 liegt. Diese Zusatzinformation kann beispielsweise zur eingangs beschriebenen Identifizierung des auf die Reflektion an der Füllgutoberfläche zurück zu führenden Nutzechos herangezogen werden.
Füllgut
Behälter
Antenne
Mikrowellengenerator
Referenzoszillator
Teilernetzwerk
Sende- und Empfangsweiche
Referenzreflektor
Mischer
Signalaufbereitungseinrichtung
Fouriertransformator
Signalverarbeitungseinrichtung
Fouriertransformator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibration und/oder Überwachung eines kohärenten
Frequenzmodulations-Dauerstrichradar Füllstandsmessgeräts zur Messung eines Füllstandes eines Füllguts (1) in einem Behälter (3), bei dem
- das Füllstandsmessgerät mit einer vorgegebenen Wiederholfrequenz (fR)
mittels einer vorgegebenen Modulation linear frequenz-modulierte
Sendesignale (S) in Richtung des Füllguts (1) sendet, und deren an im
Strahlengang der Sendesignale (S) befindlichen Reflektoren zum
Füllstandsmessgerät zurück reflektierten Anteile als Empfangssignale (E)
empfängt,
- ein mit einer Schwingfrequenz (f0s) Oszillationen in Richtung des
Füllstandsmessgeräts ausführender Referenzreflektor (15) oberhalb des
Füllguts (1) in einer vorbekannten Entfernung (D) vom Füllstandsmessgerät
in den Strahlengang der Sendesignale (S) eingesetzt ist, dessen
Schwingfrequenz (f0s) weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz (fR)
beträgt,
- anhand der Empfangssignale (E) und deren zeitlicher Korrelation zum
jeweils zugehörigen Sendesignal (S) für jedes Empfangssignal (E) eine
Echofunktion (EF) aufgezeichnet wird, die die Amplituden (A) des
Empfangssignals (E) als Funktion von deren Frequenzdifferenz (Af)
gegenüber einer bei deren Empfang vorliegenden momentanen
Sendefrequenz (fs) des Sendesignals (S), einer der Frequenzdifferenz (Af)
über die Zeitabhängigkeit der Modulation zugeordneten Signallaufzeit (tL)
oder einer der Signallaufzeit (tL) entsprechenden Entfernung (R) zum
jeweiligen Reflektor wiedergibt, und
- anhand der zeitlichen Veränderung mehrer nacheinander aufgezeichneter
Echofunktionen (EF) und der Schwingfrequenz (f0s) des
Referenzreflektors (15) eine diesem zuzuordnende Frequenzdifferenz
(Af), Signallaufzeit (tL) oder Entfernung (R) identifiziert und als zugehörige
Referenzreflektorposition (Rref) bestimmt wird, und
- die Kalibration und/oder Überwachung des Füllstandsmessgeräts anhand
der Referenzreflektorposition (Rref) und der vorbekannten Entfernung (D)
des Referenzreflektors (15) vom Füllstandsmessgerät erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem
- die Oszillationen des Referenzreflektors (15) eine Schwingungsamplitude
(a) aufweisen, die unterhalb einer Entfernungsauflösung (Ax) des Füllstandsmessgeräts liegt,
die Echofunktionen (EF) die komplexwertigen Amplituden (A) der
Empfangssignale (E) wiedergeben und nacheinander aufgezeichnete
Echofunktionen (EF) in einem festen Phasenbezug zueinander stehen,
die Maxima (M,) der Echofunktionen (EF) bestimmt und deren
komplexwertigen Amplitude (A) zusammen mit deren Position in der
jeweiligen Echofunktion (EF) festgehalten werden,
für jedes Maximum (M,) anhand der komplexwertigen Amplituden
(A) einer vorgegebenen Anzahl (n) von aufeinander folgenden
Echofunktionen (EF) an der Position (R,) des jeweiligen Maximums (M,) ein
Bewegungsspektrum (BRi) abgeleitet wird, das die komplexwertigen
Amplituden (A(fA)) der Echofunktionen (EF) an der jeweiligen Position (R,)
als Funktion von deren Änderungsfrequenz (fA) wiedergibt,
dasjenige Bewegungsspektrum (BR1) ermittelt wird, dessen Real- und/oder Imaginärteil ein Maximum bei einer im Bereich der
Schwingfrequenz (f0s) des Referenzreflektors (15) liegenden
Änderungsfrequenz (fARef) aufweist, und
die diesem Bewegungsspektrum (BR1) zugehörige Position (R1) in den
Echofunktionen (EF) als Referenzreflektorposition (Rref) bestimmt
wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem anhand der zeitlichen Veränderungen
der Amplituden (A(t, R1 )) mehrerer nacheinander aufgezeichneter Echofunktionen (EF(R)) an der Referenzreflektorposition (Rref = R^ dessen tatsächliche Schwingfrequenz bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 und 3, bei dem
die tatsächliche Schwingfrequenz gleich derjenigen Änderungsfrequenz (fARef) ist, bei der das Bewegungsspektrum (BR1) des Referenzreflektors (15) sein im Bereich der Schwingfrequenz (fos) liegendes Maximum aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem
der Referenzreflektor (15) ein in den Behälter (3) hineinragendes mechanisch schwingfähiges Gebilde eines Füllstandsgrenzschalters ist.
Verfahren nach Anspruch 3 und 5, bei dem
die Funktion des Referenzreflektors (15) anhand von dessen
Schwingfrequenz (f0s) und dessen vom Füllstandsmessgerät bestimmten tatsächlichen Schwingfrequenz (fARef) überwacht wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem
- mehrere jeweils mit einer weniger als die Hälfte der Wiederholfrequenz (fR)
betragenden Schwingfrequenz (f0s) in Richtung des Füllstandsmessgeräts
oszillieren Referenzreflektoren (15) in unterschiedlichen Entfernungen (D)
vom Füllstandsmessgerät vorgesehen sind,
- die Referenzpositionen (Rref) der über dem Füllgut (1) befindlichen
Referenzreflektoren (15) bestimmt werden, und
- die Kalibration und/oder Überwachung anhand mindestens einer dieser
Referenzreflektorpositionen (Rref) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem
die Referenzreflektoren (15) Schwingfrequenzen (f0s) vergleichbarer Größe aufweisen, und die ermittelten Referenzreflektorpositionen (Rref) den einzelnen Referenzreflektoren (15) anhand von deren unterschiedlichen Entfernungen (D) vom Füllstandsmessgerät zugeordnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem
die Referenzreflektoren (15) Schwingfrequenzen (f0s) unterschiedlicher Größe aufweisen, und die ermittelten Referenzreflektorpositionen (Rref) den einzelnen Referenzreflektoren (15) anhand von deren unterschiedlichen Schwingfrequenzen (f0s) und/oder von deren unterschiedlichen Entfernungen (D) vom Füllstandsmessgerät zugeordnet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Breite und Amplitude der im
Bereich der Schwingfrequenz (f0s) liegenden Maxima von zu unterschiedlichen Zeiten abgeleiteten Bewegungsspektren (BR1) des Referenzreflektors (15) bestimmt und überwacht werden.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015106187A1 (de) 2015-04-22 2016-10-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Füllstands
DE102015109463A1 (de) 2015-06-15 2016-12-15 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Radar-basierten Füllstandsmessgeräts
DE102016105419A1 (de) 2016-03-23 2017-09-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung eines Rohr-Innendurchmessers eines Schwallrohres durch ein Füllstandsmessgerät
DE102016124982A1 (de) 2016-12-20 2018-06-21 Endress+Hauser SE+Co. KG Temperaturbeständiges Füllstandsmessgerät
DE102017100269A1 (de) 2017-01-09 2018-07-12 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät
DE102018102367A1 (de) 2018-02-02 2019-08-08 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Detektion von potentiellen Fehlerzuständen an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät
DE102018117164A1 (de) 2018-07-16 2020-01-16 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012003373B4 (de) * 2012-02-22 2018-11-22 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zur Überwachung und Verfahren zum Betreiben eines nach dem Radar-Prinzip arbeitenden Füllstandmesssystems und entsprechendes Füllstandmesssystem
DE102013214324A1 (de) * 2013-07-22 2015-01-22 Vega Grieshaber Kg Radarfüllstandmessgerät mit einer Sicherheitseinrichtung
EP2837950B1 (de) * 2013-08-14 2016-05-04 VEGA Grieshaber KG Radar-Strahlablenkungseinheit für ein Füllstandradar
US9304029B2 (en) * 2014-03-31 2016-04-05 Rosemount Tank Radar Ab Level gauging system for long narrow nozzles
DE102014112453A1 (de) * 2014-08-29 2016-03-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Radarfüllstandmessgerät
DE102016103740B3 (de) * 2016-03-02 2017-05-04 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Messung des Füllstands eines in einem Behälter befindlichen Füllgutes mittels Terahertz-Pulsen
CN105806446A (zh) * 2016-04-29 2016-07-27 大唐环境产业集团股份有限公司 一种组合式的料位测量装置
TWI580987B (zh) * 2016-04-29 2017-05-01 Metal Ind Res & Dev Ct A positioning algorithm for calculating the positioning distance
US10359507B2 (en) * 2016-12-30 2019-07-23 Panosense Inc. Lidar sensor assembly calibration based on reference surface
DE102017123185A1 (de) * 2017-10-05 2019-04-11 Krohne S. A. S. Verfahren und Füllstandmessgerät zur Bestimmung des Füllstandes eines Mediums mittels Dauerstrich-Radarmessung
CN108195443B (zh) * 2017-12-29 2020-10-02 北京奥特美克科技股份有限公司 水位测量方法、系统及设备
CN108344473B (zh) * 2018-03-07 2019-10-11 许昌学院 一种雷达液位计标定装置
EP3575817A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-04 VEGA Grieshaber KG Verfahren zur füllstandmessung
CN108981832B (zh) * 2018-07-27 2020-04-21 南方科技大学 一种废水流量测量电路及装置
DE102018130186A1 (de) 2018-11-28 2020-05-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zu Füllstandsmessung
EP3748313A1 (de) 2019-06-05 2020-12-09 Rosemount Tank Radar AB Radarpegelmessung mit winkelreflektor aus produktoberfläche und behälterwand
CN110716195B (zh) * 2019-09-12 2023-12-08 南京理工大学 用于起伏平面矿产品自动装卸的测距装置及方法
GB201916592D0 (en) * 2019-11-14 2020-01-01 Rosemount Measurement Ltd Improvements in or relating to field devices
DE102019132149A1 (de) * 2019-11-27 2021-05-27 Endress+Hauser SE+Co. KG FMCW-basiertes Abstandsmessgerät
CN111579023B (zh) * 2020-07-07 2022-02-01 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种线性调频连续波系统高炉料面距离的测量方法
EP4160163A1 (de) * 2021-09-30 2023-04-05 Rosemount Tank Radar AB Radarfüllstandsmesssystem und verfahren mit verbesserter füllstandsbestimmung
CN116500609B (zh) * 2023-05-16 2023-11-21 北京锐达仪表有限公司 落料状态及物位波动状态检测用复合微波雷达测量系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5774091A (en) * 1993-04-12 1998-06-30 The Regents Of The University Of California Short range micro-power impulse radar with high resolution swept range gate with damped transmit and receive cavities
JP2007333539A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Fujitsu Ltd レーダ装置および反射装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4332071C2 (de) * 1993-09-21 1995-09-07 Endress Hauser Gmbh Co Verfahren zur Füllstandsmessung nach dem Radarprinzip
DE29522252U1 (de) 1994-02-18 2001-04-05 Endress Hauser Gmbh Co Anordnung zur Messung des Füllstands in einem Behälter
GB9502087D0 (en) * 1995-02-02 1995-03-22 Croma Dev Ltd Improvements relating to pulse echo distance measurement
DE19728653A1 (de) 1997-07-04 1999-01-07 Micas Elektronik Gmbh U Co Kg Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenschwingungen von Körpern
US6734819B2 (en) * 2001-02-14 2004-05-11 Endress + Hauser Gmbh + Co. Level measuring device operating with microwaves
AU2003294323A1 (en) * 2002-11-19 2004-06-15 Radatec, Inc. Method and system for calibration of a phase-based sensing system
WO2004077668A2 (en) * 2003-02-21 2004-09-10 Inesa Inc. An apparatus and method for distance measurement with controlled modulation of emitted pulses
DE102004055551A1 (de) * 2004-11-17 2006-05-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Auswertung und Korrektur von Gesamtmesssignalen
CN1282866C (zh) * 2004-12-23 2006-11-01 太原理工大学 数字化雷达物位计
CN1295486C (zh) * 2004-12-23 2007-01-17 太原理工大学 线性调频雷达物位计非线性进化校正方法
DE102005021358A1 (de) * 2005-05-04 2006-11-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Laufzeitmessverfahren zur Ermittelung der Distanz
DE102005044724A1 (de) * 2005-09-19 2007-03-22 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Laufzeitmessverfahren zur Ermittlung der Distanz
US7412337B2 (en) * 2005-10-13 2008-08-12 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for determining fill level on the basis of travel time of a high-frequency measuring signal
DE102006019191A1 (de) * 2006-04-21 2007-10-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter
DE602007009523D1 (de) * 2007-08-10 2010-11-11 Siemens Milltronics Proc Instr Kalibriersystem für Flugzeitradar
NL1034327C2 (nl) 2007-09-04 2009-03-05 Enraf Bv Werkwijze en inrichting voor het binnen een bepaald meetbereik vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen.
US7551122B1 (en) * 2007-12-06 2009-06-23 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauge system and method providing a signal indicative of process reliability
US8018373B2 (en) * 2008-12-19 2011-09-13 Rosemount Tank Radar Ab System and method for filling level determination
CN101614574A (zh) * 2009-08-07 2009-12-30 曹磊 调频雷达物位仪
EP2309235A1 (de) * 2009-10-12 2011-04-13 VEGA Grieshaber KG Segmentbasierte Signalverarbeitung
DE102009055262A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Endress + Hauser GmbH + Co. KG, 79689 Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Mediums in einem Behälter nach einem Laufzeitmessverfahren
EP2372318B1 (de) * 2010-03-26 2020-03-18 VEGA Grieshaber KG Störechospeicherung bei Behälterrauschen
US8830118B2 (en) * 2010-09-07 2014-09-09 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauge system with operation monitoring functionality

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5774091A (en) * 1993-04-12 1998-06-30 The Regents Of The University Of California Short range micro-power impulse radar with high resolution swept range gate with damped transmit and receive cavities
JP2007333539A (ja) * 2006-06-14 2007-12-27 Fujitsu Ltd レーダ装置および反射装置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015106187B4 (de) 2015-04-22 2022-01-13 Endress+Hauser SE+Co. KG Vorrichtung zur Messung des Füllstands
DE102015106187A1 (de) 2015-04-22 2016-10-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Füllstands
DE102015109463A1 (de) 2015-06-15 2016-12-15 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Radar-basierten Füllstandsmessgeräts
DE102016105419A1 (de) 2016-03-23 2017-09-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung eines Rohr-Innendurchmessers eines Schwallrohres durch ein Füllstandsmessgerät
DE102016105419B4 (de) * 2016-03-23 2017-11-02 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung eines Rohr-Innendurchmessers eines Schwallrohres durch ein Füllstandsmessgerät
DE102016124982A1 (de) 2016-12-20 2018-06-21 Endress+Hauser SE+Co. KG Temperaturbeständiges Füllstandsmessgerät
WO2018114186A1 (de) 2016-12-20 2018-06-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Temperaturbeständiges füllstandsmessgerät
DE102017100269A1 (de) 2017-01-09 2018-07-12 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät
WO2018127356A1 (de) 2017-01-09 2018-07-12 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur detektion eines fehlerzustandes an einem fmcw-basierten füllstandsmessgerät
DE102018102367A1 (de) 2018-02-02 2019-08-08 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Detektion von potentiellen Fehlerzuständen an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät
WO2019149513A1 (de) 2018-02-02 2019-08-08 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur detektion von potentiellen fehlerzuständen an einem fmcw-basierten füllstandsmessgerät
US11650302B2 (en) 2018-02-02 2023-05-16 Endress+Hauser SE+Co. KG Method for detecting potential faulty states on an FMCW-based filling level measuring apparatus
DE102018117164A1 (de) 2018-07-16 2020-01-16 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät
WO2020015934A1 (de) 2018-07-16 2020-01-23 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät

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