WO2018127356A1 - Verfahren zur detektion eines fehlerzustandes an einem fmcw-basierten füllstandsmessgerät - Google Patents

Verfahren zur detektion eines fehlerzustandes an einem fmcw-basierten füllstandsmessgerät Download PDF

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WO2018127356A1
WO2018127356A1 PCT/EP2017/082038 EP2017082038W WO2018127356A1 WO 2018127356 A1 WO2018127356 A1 WO 2018127356A1 EP 2017082038 W EP2017082038 W EP 2017082038W WO 2018127356 A1 WO2018127356 A1 WO 2018127356A1
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signal
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frequency
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Manuel Sautermeister
Winfried Mayer
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
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    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes
    • G01S7/4056—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes specially adapted to FMCW

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a fault condition on a FMCW-based level measuring device, as well as a suitable for carrying out this method level gauge.
  • field devices are often used which serve for detecting and / or influencing process variables.
  • sensors are used, for example, in level gauges, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices,
  • Conductivity meters etc. are used. They record the corresponding process variables, such as level, flow, pressure, temperature, pH, redox potential or conductivity. A large number of these field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.
  • container in the context of the invention also includes non-closed containers, such as basins, lakes or flowing waters.
  • non-contact measuring methods Another advantage of non-contact measuring methods is their ability to control the level Quasi-continuous, that is, to be able to measure with a very high resolution, which is why primarily radar-based measuring methods are used, an established measuring principle being the FMCW measuring principle (Frequency Modulated Continuos
  • Frequency bands used in the 6 GHz band, the 26 GHz, or the 79 GHz band are used in the 6 GHz band, the 26 GHz, or the 79 GHz band.
  • Characteristic of the FMCW method here is that the transmission frequency is not constant, but changes periodically within a frequency band.
  • the change may in this case be linear and have a sawtooth or triangular shape, however, a sine-shaped change can also be used depending on the application.
  • device-internal interference signals can also occur if the error source is, for example, a feedback in the antenna unit.
  • Calibration of FMCW-based level measuring devices in which a unique reference measuring signal can be generated by means of an oscillating reference reflector, which is positioned between the measuring device and the product, even during normal measuring operation.
  • German patent application DE 10 2008 050 1 17 A1 describes a method for correcting internal interference signals of the fill level measuring device. The method described there is based on measuring a reference measurement signal in a largely absorbing test environment, and then creating a correction curve based on the reference signal.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method with which a fault condition can be detected on FMCW-based level gauges.
  • the invention solves this problem by a method for detecting a
  • Error condition on an FMCW-based level gauge comprises at least the following process steps:
  • Level Meter Determination of at least one characteristic characteristic value (A pea k, AHÜII, feak, fmean, ⁇ ) of the reference measurement signal (s re fi, SZFI),
  • Afpeak, Afmean, ⁇ based on at least the first reference measurement signal (s re fi, SZFI) and the second reference measurement signal (s re f2, SZF2), and
  • Level gauge determined a correct level L
  • the reference measurement signal (s re fi, SZFI, S ref 2, SZF 2) is understood to mean any signal which is transmitted, received and processed by the fill level measuring device L under at least one defined reference condition.
  • Level gauge results. Accordingly, in the context of the invention, it is useful, as a characteristic parameter, in particular an amplitude (A pea k) and / or a frequency (f pea k) of a signal maximum (s pea k) of the respective reference measurement signal (s re fi, Srerc), and / or an envelope of the amplitude (AHÜII), a phase position ( ⁇ ) or a frequency of a low-frequency disturbance (fmean) of the respective one
  • a known minimum fill level (L m in) (or its reaching) can be defined.
  • L m in a known minimum fill level
  • a comparable, also conceivable reference measurement condition is that the reference measurement signal is determined as part of a calibration or calibration at a defined remote reference object. Alternatively, it could be at the
  • Reference measurement condition but also act around a completely empty container, so that the reference measurement signal does not reflect a level reading, but only mainly external interference signals from outside the level gauge
  • Level gauge are absorbed.
  • a development of the invention provides that, at least on the basis of the at least one characteristic value (A pea k, AHÜII, fpeak, fmean, ⁇ ) and its change (AA pea k, AAHÜII, Af pea k, Af mea n, ⁇ ) an at least temporal Change function (eg dA pea k / dt) is created.
  • the temporal change function eg dA pea k / dt
  • This development is therefore based on the idea by determining the change of at least approximate a certain characteristic parameter of at least two or more reference measurements across a remaining operating time period At r, up to which the respective maximum characteristic value change is expected to be exceeded and thus the fault condition will occur at the level gauge.
  • the prerequisite for this is that the change of the corresponding characteristic parameter at the time of the last reference measurement has not yet exceeded the maximum characteristic change.
  • an error state can thus be predicted in advance in accordance with the principle of "predictive maintenance.”
  • the change function eg, dA pea k / dt
  • the choice of a suitable regression type ie also exponential, logarithmic, etc.
  • the least squares method can be used accordingly.
  • a change function eg dA pea k / dt
  • a further reference measurement signal s re f3 -s re fn
  • s refi, SZFI first reference measurement signal
  • Sref2, SZF2 second reference measurement signal
  • the measurement signal on the basis of which the fill level L is determined in the regular measuring operation could be corrected by the disturbing influences which are mapped in the reference signals (s re fi, SZFI, S ref 2, SZF 2).
  • the invention also possible to change the at least one characteristic value (AA pea k, AAHÜII, Af pea k, Af me an, ⁇ ) is not (only) (based on the reference measurement signals s re fi, s re f2 SzFi , SZF2), but (possibly additionally) on the basis of the first correction curve and the second correction curve to determine.
  • a level gauge which is suitable for carrying out the method described above in at least one of these variants. Accordingly, it at least includes:
  • a mixer (1 7) for generating an intermediate frequency signal (SZFI, SZF2) by mixing the transmission signal (SHF) with the received signal (EHF), and an evaluation unit (19) for determining a measurement signal and / or reference measurement signals (s re fi s re f2) by means of the intermediate frequency signal (SZFI, SZF2), and / or for determining a filling level (L) on the basis of the measuring signal, and / or for determining an error state on the basis of the reference measuring signals (Srefi, Sref2 SzF1, SZF2).
  • FIG. 2 shows a typical circuit structure of an FMCW-based level measuring device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 1 initially shows a typical arrangement of one operating according to the FMCW measuring principle
  • Level gauge 1 shown on a container 2.
  • the level gauge 1 in a known installation height h above the
  • the container 2 can be up to more than 30 m high.
  • the level gauge 1 is arranged on the container 2 such that it emits a typical for FMCW radar transmission signal SHF in the direction of the surface of the filling material 3. After reflection of the radar transmission signal SHF on the product surface (or undesirably, a disruptive body in the container 2, such as an inlet 21 projecting into the container), the fill level measuring device 1 receives a radar received signal EHF.
  • the level measuring device 1 is connected via a bus system, such as "PROFIBUS", “HART” or “Wireless HART", to a higher-order unit 4, for example a process control system
  • Information about the fill level L can also be transmitted in order to control any inflows 21 and / or outflows 22 that may be present on the container 2.
  • Fig. 2 is a suitable circuit structure of an FMCW-based
  • Level measuring device 1 shown, with the inventive method for detecting a possible error condition can be implemented: To generate a typical in FMCW measurement high-frequency signal SHF includes
  • the high-frequency signal SHF SO is designed so that it has a frequency in the microwave range (standard at 6 GHz, 26 GHz or 79 GHz, but is also possible to over 100 GHz).
  • the frequency is not constant, but varies periodically within a predetermined frequency difference (in the case of 79 GHz, the
  • Frequency difference for example, 2 GHz, so that sets a corresponding frequency between 78 GHz and 80 GHz).
  • the periodic change it is customary for the periodic change to be a sawtooth-shaped (ie, temporally constant within this period) change in the frequency of the high-frequency signal SHF is.
  • any other form would also be conceivable, for example a sinusoidal change in the frequency within the respective frequency difference.
  • the periodicity of the (sawtooth) change can be, as typical in the FMCW method, of the order of magnitude of up to a few hundred MHz.
  • the frequency difference of the high-frequency signal SHF is preferably to be as large as possible, since the resolution of the level measurement can be increased by increasing the bandwidth.
  • a generally higher frequency of the high-frequency signal SHF with respect to the resolution is advantageous because at higher
  • the high-frequency signal SHF via a signal divider 12 (and optionally a transmission amplifier
  • a radar receive signal EHF is generated by the reflection of the radar transmission signal SHF on the surface of the filling material 3 (and / or on a disturbing body in the container 2, such as an inlet 21 projecting into the container 2, see FIG .
  • the radar received signal EHF results from reflection of the radar transmission signal SHF by a
  • predefined reference condition eg. By a arranged in a measuring section reference object with a known distance d.
  • Another reference condition could also be represented by a well-known level L in the container 2 itself (for example, a known minimum level L m in which, for example due to a correspondingly arranged drain 22 can not continue to decrease, see again Fig. 1).
  • a largely reflection-free measuring environment for example a corresponding absorption chamber
  • optimally no radar received signal EHF is produced.
  • the radar received signal EHF is received and converted back into an electrical signal (which in turn can be optionally amplified by a receiving amplifier 16). This is subsequently mixed by means of a receiving mixer 17 with the high-frequency signal SHF, wherein the high-frequency signal SHF is branched off from a signal divider 12 for this purpose.
  • This is a typical in the FMCW process
  • Horn antenna realized. Towards higher frequencies, or if the transmitting and receiving antenna 14, 15 are realized separately, however, a design as a planar antenna, in particular as a patch or fractal antenna is advantageous.
  • the frequency spectra respectively represent the signal strength or amplitude A of a corresponding (reference) measuring signal s re fi, s re f2 function of the frequency f.
  • the two in Fig. 3a shown frequency spectra result from two reference measurements that are consecutive in time under at least one and the same
  • Reference condition for example, a well-known minimum level L m in the container 2, are performed.
  • two different characteristic values which are contained in all two frequency spectra, can be determined on the basis of the two spectra of the corresponding reference measuring signals s re fi re .
  • a characteristic characteristic for example, a signal maximum Speak, or its amplitude A pea k and / or its frequency f pea k can be determined.
  • the occurrence of the respective signal maximum s ea k is dependent on the individual reference conditions and could thus result, for example, from the known minimum fill level L m in the reference measurement.
  • a frequency change Af pea k could be traced back to an internal source of error of the level measuring device 1, for example a detuning of the mixer 17.
  • the at least one characteristic characteristic value for example the frequency f pea k or the amplitude A pea k of the signal maximum S eak
  • the at least one characteristic characteristic value for example the frequency f pea k or the amplitude A pea k of the signal maximum S eak
  • the invention By performing at least two times a reference measurement at a corresponding time interval, not only the at least one characteristic characteristic value (for example the frequency f pea k or the amplitude A pea k of the signal maximum S eak), but also over the time span, becomes according to the invention between the reference measurements it also detects any change (s) AA pea k, Af pea k.
  • the core of the invention is that the change in characteristic value, for example that of the amplitude AApeak, with at least one predefined maximum characteristic value change
  • AApeak.max, Af pe ak, max which is assigned to the respective characteristic value.
  • the maximum characteristic value change AA pe ak, max, Af pe ak, max represents a threshold value beyond which reliable level measurement is no longer possible and thus a
  • Measurement signal as far as a minimum amplitude A pe ak, min has dropped, from which the signal maximum Speak can no longer be recognized beyond doubt due to the signal-to-noise ratio.
  • the maximum change in the characteristic value is defined as a maximum frequency change Afpeak.max, then this could be a maximum permitted change in frequency, up to which a defined minimum resolution of the level measurement is guaranteed and accordingly no fault condition is triggered.
  • Envelope AHÜII ie the amplitude curve
  • a low-frequency disturbance f me on or a phase ⁇ of the intermediate frequency signal SZFI, SZF2 in relation to the high-frequency signal SHF
  • SZFI intermediate frequency signal
  • SZF2 in relation to the high-frequency signal SHF
  • Amplitude change AA pea k be performed.
  • a linear regression is used for this, since the amplitude decrease AA pea k is approximately constant over time.
  • a temporally constant decreasing amplitude A pea k can be caused for example by a steady increase of the approach on the transmitting antenna 14 and / or the receiving antenna 15.
  • a suitable regression type ie also exponential, logarithmic, etc.
  • the choice of a suitable regression type is not limited to linear regression, but rather to the individual course of the change of a respective characteristic characteristic dependent (to find a suitable regression types and / or, for example, the "least squares method" could be used to perform the actual regression.)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät. Hierzu werden in mindestens zwei zeitlich nacheinander stattfindenden Referenz-Messungen jeweils ein erstes Referenz- Messsignal (Sref1, SZF1) und mindestens ein zweites Referenz-Messsignal (Sref2, SZF2) ermittelt, wobei die Referenz-Messungen durch das Füllstandsmessgerät (1) unter ein und dergleichen vordefinierten Referenzmessbedingung durchgeführt werden. I n den zumindest zwei Referenz-Messsignalen (Sref1, SZF1 Sref2, SZF2) wird jeweils zumindest ein charakteristischer Kennwert (Apeak, AHüII, fpeak, fmean, Φ) ermittelt, wobei durch Vergleich der mindestens zwei Referenz-Messsignale (Sref1, SZF1 Sref2, SZF2) eine zeitliche Änderung des charakteristischen Kennwertes (ΔApeak, ΔAHüII, Δfpeak, Δfmean, Δφ) ermittelt wird. Ein Fehlerzustand wird erfindungsgemäß dann detektiert, wenn die Änderung des Kennwertes (ΔApeak, ΔAHüII, Δfpeak , Δfmean, Δφ) eine vordefinierten Maximal- Kennwertwertänderung (bspw. ΔApeak,max) überschreitet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann also ein etwaiger Fehlerzustand am Füllstandsmessgerät (1 ) detektiert werden. Somit wird erreicht, dass das Füllstandsmessgerät (1 ) auch in kritischen Anwendungen mit hoher erforderlicher Zuverlässigkeit eingesetzt werden kann.

Description

Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten
Füllstandsmessgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät, sowie ein zur Ausführung dieses Verfahrens geeignetes Füllstandsmessgerät.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisie-rungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen werden Sensoren eingesetzt, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotential-Messgeräten,
Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. zum Einsatz kommen. Sie erfassen die entsprechenden Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit. Eine Vielzahl dieser Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich berührungslose
Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind (unter dem Begriff „Behälter" werden im Rahmen der Erfindung auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden). Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in ihrer Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich, also mit einer sehr hohen Auflösung messen zu können. Dementsprechend werden hierzu vorwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt. Ein etabliertes Messprinzip bildet hierbei das FMCW-Messprinzip („Frequency Modulated Continuos
Wafe"). Es beruht darauf, dass ein kontinuierliches Radar-Sendesignal ausgesendet wird und das reflektierte Radar-Empfangssignal, das an der Oberfläche des Füllgutes reflektiert wird, mit der momentanen Frequenz des Sendesignals verglichen wird. Dabei liegt die Frequenz des Radar-Sendesignals in einem festgelegten Frequenzband im Bereich einer standarisierten Mittenfrequenz (fo). Standardmäßig werden hier
Frequenzbänder im 6 GHz-Band, dem 26 GHz, oder dem 79 GHz-Band verwendet.
Kennzeichnend für das FMCW Verfahren ist hierbei, dass die Sende-Frequenz nicht konstant ist, sondern sich periodisch innerhalb eines Frequenzbandes ändert. Die Änderung kann hierbei linear sein und eine Sägezahn- beziehungsweise Dreiecks-Form aufweisen, eine Sinus-Förmige Änderung kann je nach Anwendung jedoch auch verwendet werden.
Beim FMCW-basierten Füllstands-Messverfahren besteht eine besondere
Herausforderung darin, das Messsignal zweifelsfrei gegenüber Störsignalen zu erkennen. Durch Störsignale entsprechender Fehlerquellen können fehlerhafte Messwerte generiert werden, anhand derer die Funktionsfähigkeit des Füllstandsmessgeräts beeinträchtigt wird. Eine wesentliche Ursache ist hierbei der Empfang von Störsignalen, die durch Reflektion des Sende-Signals an Störkörpern, wie Rührwerken oder Einbauten im
Behälter hervorgerufen werden. Es können jedoch auch Geräte-interne Störsignale auftreten, wenn es sich bei der Fehlerquelle beispielsweise um eine Rückkopplung in der Antenneneinheit handelt.
Mittlerweile existieren viele technische Ansätze zur Filterung von Störsignalen bei FMCW- basierter Füllstandsmessung, um das Empfangssignal korrigieren zu können. So ist aus der internationalen Veröffentlichungsschrift WO 2012/139852 A1 ein Verfahren zur
Kalibration von FMCW-basierten Füllstandsmessgeräten bekannt, bei dem mittels eines schwingenden Referenzreflektors, der zwischen Messgerät und Füllgut positioniert ist, selbst während des normalen Messbetriebs ein eindeutiges Referenz-Messsignal generiert werden kann.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 050 1 17 A1 wird ein Verfahren zur Korrektur interner Störsignale des Füllstandsmessgerätes beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren basiert auf Messung eines Referenz-Messsignals in einer weitestgehend absorbierenden Test-Umgebung, und anschließender Erstellung einer Korrekturkurve auf Basis des Referenz-Signals.
Mittels der genannten Verfahren können Störsignale zwar gegebenenfalls kompensiert werden, eine Alterung oder Verschmutzung des Füllstandsmessgerätes verändert jedoch die Störsignale über die Zeit. Daher ist es interessant die Korrektur im laufenden Betrieb durchzuführen und bei Veränderung der Kompensationswerte auf einen Fehlerzustand zu schließen. Die Detektion eines solchen Fehlerzustandes ist gerade bei
Füllstandsmessgeräten erstrebenswert, die in kritischen Prozessanlagen mit hoher erforderlicher Zuverlässigkeit eingesetzt werden. Die notwendigen Vorrausetzungen für solch einen Einsatz werden beispielsweise in der Norm IEC/EN 61508 zur funktionalen Sicherheit beschrieben (auch bekannt unter dem Begriff„Safety Integrity Level, SIL").
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Fehlerzustand an FMCW-basierten Füllstandsmessgeräten detektiert werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Detektion eines
Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät. Es umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
Referenz-Messung eines ersten Referenz-Messsignals (srefi , SZFI) unter zumindest einer vordefinierten Referenzmessbedingung durch das
Füllstandsmessgerät, Ermittlung von zumindest einem charakteristischen Kennwert (Apeak, AHÜII, f eak , fmean, Φ) des Referenz-Messsignals (srefi , SZFI ),
Referenz-Messung von zumindest einem zweiten Referenz-Messsignal (sref2, SZF2) unter zumindest der einen vordefinierten Referenzmessbedingung,
- Ermittlung einer Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, Δ AHÜII,
Afpeak , Afmean, Δφ) anhand zumindest des ersten Referenz-Messsignals (srefi , SZFI ) und des zweiten Referenz-Messsignals (sref2, SZF2), und
Detektion des Fehlerzustandes, wenn die Änderung des Kennwertes (AApeak, Δ AHÜII, Afpeak , Afmean, Δφ) eine vordefinierten Maximal-Kennwertwertänderung (bspw. AApeak.max) überschreitet.
Dabei ist ein Fehlerzustand im Rahmen der Erfindung als ein Zustand des
Füllstandsmessgerätes definiert, bei dem nicht sichergestellt ist, dass das
Füllstandsmessgerät einen korrekten Füllstand L ermittelt. Als Referenz-Messsignal (srefi , SZFI ,Sref2, SZF2) ist im Kontext der Erfindung prinzipiell jedes Signal zu verstehen, welches unter zumindest einer definierten Referenzbedingung vom Füllstandsmessgerät zur Ermittlung des Füllstandes L ausgesendet, empfangen und verarbeitet wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann also ein etwaiger Fehlerzustand am Füllstandsmessgerät detektiert werden. Somit wird erreicht, dass das
Füllstandsmessgerät auch in kritischen Prozessanlagen mit hoher erforderlicher
Zuverlässigkeit eingesetzt werden kann.
Je nachdem, wie der charakteristische Kennwert definiert ist, können erfindungsgemäß verschiedene Störsignale potentieller Fehlerquellen, die zum Fehlerzustand führen können, erfasst werden. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung nicht relevant, ob der charakteristische Kennwert aus einem internen oder externen (Stör-) Signal des
Füllstandsmessgerätes resultiert. Dementsprechend bietet es sich im Rahmen der Erfindung an, als charakteristischen Kennwert insbesondere eine Amplitude (Apeak) und/oder eine Frequenz (fpeak) eines Signal-Maximums (speak) des jeweiligen Referenz- Messsignals (srefi , Srerc), und/oder eine Einhüllende der Amplitude (AHÜII), eine Phasenlage (Φ) oder eine Frequenz einer niederfrequenten Störung (fmean) des jeweiligen
Zwischenfrequenz-Referenz-Messsignals (SZFI , SZF2) ZU ermitteln.
Als Referenzmessbedingung kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein bekannter Mindestfüllstand (Lmin) (bzw. dessen Erreichen) definiert werden. Eine vergleichbare, ebenfalls denkbare Referenzmessbedingung besteht darin, dass das Referenz-Messsignal im Rahmen einer Kalibration oder Eichung an einem definiert entfernten Referenzobjekt ermittelt wird . Alternativ könnte es sich bei der
Referenzmessbedingung aber auch um einen vollständig entleerten Behälter handeln, so dass das Referenz-Messsignal keinen Füllstands-Messwert wiedergibt, sondern lediglich vorwiegend externe Störsignale von außerhalb des Füllstandsmessgerätes
wiederspeigelt. Eine weitere denkbare Referenzmessbedingung, bei der ausschließlich interne Fehlerquellen des Füllstandsmessgerätes abgebildet werden, besteht darin, in einer Test-Umgebung zu messen, in der jegliche elektromagnetische Wellen des
Füllstandsmessgerätes absorbiert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest anhand des zumindest einen Kennwertes (Apeak, AHÜII, fpeak, fmean, Φ) und dessen Änderung (AApeak, AAHÜII, Afpeak, Afmean, Αφ) eine zumindest zeitliche Änderungsfunktion (bspw. dApeak/dt) erstellt wird . Hierbei wird für den Fall, dass die Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, AAHÜII, Afpeak, Afmean, Αφ) die vordefinierten Maximal-Kennwertwertänderung (bspw. AApeak,max) nicht überschreitet, anhand der zeitlichen Änderungsfunktion (bspw. dApeak/dt) eine
Restbetriebszeitdauer (Atr) bis zum Überschreiten der vordefinierten Maximal- Kennwertwertänderung (bspw. AApeak,max) berechnet.
Dieser Weiterbildung liegt also die Idee zugrunde, durch Ermittlung der Änderung von zumindest einer bestimmten charakteristischen Kenngröße über zumindest zwei oder mehrere Referenz-Messungen hinweg eine Restbetriebszeitdauer Atr zu approximieren, bis zu der die jeweilige Maximal-Kennwertänderung voraussichtlich überschritten werden wird und somit der Fehlerzustand am Füllstandsmessgerät eintreten wird. Voraussetzung hierfür ist, dass die Änderung der entsprechenden charakteristischen Kenngröße zum Zeitpunkt der jeweils letzten Referenz-Messung die Maximal-Kennwertänderung noch nicht überschritten hat. Mittels dieser Weiterbildung der Erfindung kann somit ein Fehlerzustand gemäß dem Prinzip der„Predictive Maintenance" bereits im Voraus prognostiziert werden. Hierbei besteht eine Möglichkeit zur Ermittlung der Änderungsfunktion (bspw. dApeak/dt) in der Verwendung einer Regression, im einfachsten Fall einer linearen Regression. Allgemein ist die Wahl eines geeigneten Regressionstypen (also auch exponentiell, logarithmisch, etc.) im Sinne der Erfindung jedoch nicht auf lineare Regression beschränkt, sondern vielmehr vom individuellen Verlauf der Änderung eines jeweiligen charakteristischen Kennwertes abhängig. Zur Durchführung der Regression und/oder zur Ermittlung eines geeigneten Regressionstyps kann dementsprechend die Methode der kleinsten Quadrate angewendet wird.
Insbesondere, um eine Änderungsfunktion (bspw. dApeak/dt) exakter ermitteln zu können, ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn jeweils nicht nur ein zweites, sondern zusätzlich ein weiteres Referenz-Messsignal (sref3 - srefn) ermittelt wird, sobald die zumindest eine vordefinierte Referenzmessbedingung erneut vorherrscht. Im Rahmen der Erfindung ist es außerdem möglich, mittels des ersten Referenz- Messsignals (Srefi , SZFI ) eine erste Korrekturkurve, und mittels des zweiten Referenz- Messsignals (Sref2, SZF2) eine zweite Korrekturkurve zu erstellen. Mittels der jeweiligen Korrekturkurve könnte das Mess-Signal, auf dessen Basis im regulären Messbetrieb der Füllstand L ermittelt wird, um die Störeinflüsse, die in den Referenz-Signalen (srefi , SZFI , Sref2, SZF2) abgebildet sind , korrigiert werden.
In diesem Fall ist es erfindungsgemäß zudem möglich, die Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, AAHÜII, Afpeak , Afmean, Δ ) nicht (ausschließlich) anhand der Referenz-Messsignale (srefi , sref2 SzFi , SZF2), sondern (ggf. zusätzlich) anhand der ersten Korrekturkurve und der zweiten Korrekturkurve zu ermitteln.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, wird analog zum erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Füllstandsmessgerät gelöst, welches zur Durchführung des vorhergehend beschriebenen Verfahrens in zumindest einem dieser Varianten geeignet ist. Dementsprechend umfasst es zumindest:
Eine Signalerzeugungs-Einheit (1 1 ) zur Erzeugung eines Radar-Sendesignals
(SHF)
eine Sendeantenne (14) und/oder eine Empfangsantenne (15) zum Aussenden des Sendesignals (SHF) und/oder zum Empfang eines Radar-Empfangssignals (EHF),
einen Mischer (1 7) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (SZFI , SZF2) mittels Mischen des Sendesignals (SHF) mit dem Empfangssignal (EHF), und eine Auswerte-Einheit (19) zur Ermittlung eines Messsignals und/oder von Referenz-Messsignalen (srefi , sref2) mittels des Zwischenfrequenzsignals (SZFI , SZF2), und/oder zur Bestimmung eines Füllstandes (L) anhand des Messsignals, und oder zur Bestimmung eines Fehlerzustandes anhand der Referenz- Messsignale (Srefi , Sref2 SzF1 , SZF2).
Nachfolgend wird die Erfindung anhand folgender Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : Eine standardmäßige Anordnung eines FMCW basierten Füllstandsmessgerätes an einem Behälter,
Fig. 2: ein typischer Schaltungsaufbau eines FMCW-basierten Füllstandsmessgerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 3: schematische Darstellungen zur Ermittlung von charakteristischen Kenngrößen an Empfangssignalen eines FMCW-basierten Füllstandsmessgerätes, und Fig. 4: eine Regression einer charakteristischen Kenngröße zur Bestimmung der voraussichtlichen Restbetriebszeitdauer eines FMCW-basierten Füllstandsmessgerätes.
Zum Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Fig. 1 zunächst eine typische Anordnung eines nach dem FMCW-Messprinzip arbeitenden
Füllstandsmessgerätes 1 an einem Behälter 2 gezeigt. In dem Behälter 2 befindet sich ein Füllgut 3, dessen Füllstand L durch das Füllstandsmessgerät 1 zu bestimmen ist. Hierzu ist das Füllstandsmessgerät 1 in einer vorbekannten Einbauhöhe h oberhalb des
Füllgutes 3 am Behälter 2 angebracht. Der Behälter 2 kann hierbei je nach Anwendung bis zu mehr als 30 m hoch sein.
Das Füllstandsmessgerät 1 ist derart am Behälter 2 angeordnet, dass es ein für FMCW typisches Radar-Sendesignal SHF in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 3 aussendet. Nach Reflektion des Radar-Sendesignals SHF an der Füllgut-Oberfläche (oder unerwünschter Weise einem Störkörper im Behälter 2, wie zum Beispiel einem in den Behälter hineinragenden Zufluss 21 ) empfängt das Füllstandsmessgerät 1 ein Radar- Empfangssignal EHF. Dabei ist, wie bei FMCW charakteristisch, der Frequenzunterschied zwischen dem momentan ausgesendeten Radar-Sendesignal SHF und dem Radar- Empfangssignal EHF abhängig vom Abstand d = h - L zur Füllgut-Oberfläche.
In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 1 über ein Bussystem, etwa„PROFIBUS", „HART" oder„Wireless HART" mit einer übergeordneten Einheit 4, beispielsweise einem Prozessleitsystem, verbunden. Hierüber können zum einen Informationen über einen etwaigen Fehlerzustand des Füllstandsmessgerätes 1 kommuniziert werden. Es können auch Informationen über den Füllstand L übermittelt werden, um gegebenenfalls am Behälter 2 vorhandene Zuflüsse 21 und/oder Abflüsse 22 zu steuern.
In Fig. 2 ist ein geeigneter Schaltungsaufbau eines FMCW-basierten
Füllstandsmessgerätes 1 gezeigt, mit das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion eines etwaigen Fehlerzustandes umgesetzt werden kann: Zur Erzeugung eines beim FMCW-Messverfahren typischen Hochfrequenz-Signals SHF umfasst das
Füllstandsmessgerät 1 eine entsprechende Signalerzeugungs-Einheit 1 1. Dabei ist das Hochfrequenz-Signal SHF SO konzipiert, dass es eine Frequenz im Mikrowellenbereich (standardmäßig bei 6 GHz, 26 GHz oder 79 GHz, möglich ist aber auch bis über 100 GHz) aufweist. Dabei ist die Frequenz nicht konstant, sondern sie variiert periodisch innerhalb eine vorbestimmte Frequenzdifferenz (im Fall von 79 GHz könnte die
Frequenzdifferenz beispielsweise 2 GHz betragen, so dass sich eine entsprechende Frequenz zwischen 78 GHz und 80 GHz einstellt). Üblich ist beim FMCW-Verfahren, dass es sich bei der periodischen Änderung um eine sägezahnförmige (also innerhalb dieser Periode zeitlich konstante) Änderung der Frequenz des Hochfrequenz-Signals SHF handelt. Denkbar wäre jedoch auch jegliche andere Form, bspw. eine sinusförmige Änderung der Frequenz innerhalb der jeweiligen Frequenzdifferenz.
Die Periodizität der (sägezahnförmigen) Änderung kann dabei, wie beim FMCW- Verfahren typisch, in einer Größenordnung von bis zu einigen 100 MHz liegen. Die Frequenzdifferenz des Hochfrequenz-Signals SHF ist in diesem Fall vorzugsweise größtmöglich zu bemessen, da durch Erhöhung der Bandbreite die Auflösung der Füllstandsmessung erhöht werden kann. Somit ist eine generell höhere Frequenz des Hochfrequenz-Signals SHF bezüglich der Auflösung vorteilhaft, weil bei höheren
Frequenzen eine absolut gesehen höhere Frequenzdifferenz implementiert werden kann.
Nach dessen Erzeugung wird das Hochfrequenz-Signal SHF über einen Signalteiler 12 (und gegebenenfalls einen Sendeverstärker
13) einer Sende-Antenne 14 zugeführt. Dort wird das elektrische Hochfrequenz-Signal SHF in das eigentliche Radar-Sendesignal SHF umgewandelt und entsprechend abgestrahlt.
Im Messbetrieb wird durch die Reflektion des Radar-Sendesignals SHF an der Oberfläche des Füllgutes 3 (und/oder an einem Störkörper im Behälter 2, wie beispielsweise einen in den Behälter 2 hineinragenden Zufluss 21 , siehe Fig. 1 ) ein Radar-Empfangssignal EHF erzeugt. Im Falle einer Kalibration oder Referenz-Messung ergibt sich das Radar- Empfangssignal EHF aus Reflektion des Radar-Sendesignals SHF durch einer
vordefinierten Referenzbedingung, bspw. durch ein in einer Messstrecke angeordneten Referenzobjekt mit bekanntem Abstand d. Eine weitere Referenzbedingung könnte auch durch einen genau bekannten Füllstand L im Behälter 2 selbst dargestellt werden (beispielsweise einen bekannten Mindestfüllstand Lmin, der zum Beispiel aufgrund eines entsprechend angeordneten Abflusses 22 nicht weiter absinken kann, siehe wiederum Fig. 1 ). Darüber hinaus wäre als Referenzbedingung auch eine weitestgehend reflexionsfreie Messumgebung (bspw. eine entsprechende Absorptionskammer) denkbar. In diesem Fall entsteht optimaler Weise gar kein Radar-Empfangssignal EHF.
An einer Empfangs-Antenne 15 des Füllstandsmessgerätes 1 wird das Radar- Empfangssignal EHF empfangen und in ein elektrisches Signal zurückgewandelt (welches wiederum gegebenenfalls durch einen Empfangsverstärker 16 verstärkt werden kann). Dieses wird im Anschluss mittels eines Empfangsmischers 17 mit dem Hochfrequenz- Signal SHF gemischt, wobei das Hochfrequenz-Signal SHF hierfür aus einem Signalteiler 12 abgezweigt wird. Hierdurch wird jeweils ein beim FMCW-Verfahren typisches
Zwischenfrequenz-Signal SZFI ,SZF2 erzeugt, dessen Frequenz fpeak vom Abstand d abhängig ist und somit die Messung des Füllstandes L ermöglicht. Anstelle einer separaten Sende-Antenne 14 und einer Empfangs-Antenne 15 wäre unter Verwendung einer geeigneten Sende-/Empfangsweiche alternativ natürlich auch der Einsatz einer einzigen Sende-/Empfangsantenne möglich. Diese könnte klassischerweise als
Hornantenne realisiert sein. Hin zu höheren Frequenzen, oder wenn die Sende- und Empfangsantenne 14, 15 jeweils separat realisiert sind, ist jedoch eine Auslegung als Planar-Antenne, insbesondere als Patch- oder Fraktal-Antenne vorteilhaft.
Zur Ermittlung seiner Frequenz fpeak (oder, sofern das Radar-Sendesignal ggf. auch an Störkörpern reflektiert wird, einer Mehrzahl an Frequenzen fpeak) wird das
Zwischenfrequenzsignal SZFI , SZF2 üblicherweise durch eine Digitalisierungs-Einheit 18 einer (Fast-) Fourier-Transformation unterzogen und somit in einfach auswertbare (Referenz-) Messsignale srefi , sref2 überführt. Dabei erfolgt gegebenenfalls auch eine A/D- Wandlung. Die hierbei resultierenden Frequenz-Spektren sind schematisch in Fig. 3a dargestellt:
Die Frequenz-Spektren stellen jeweils die Signalstärke bzw. die Amplitude A eines dazugehörigen (Referenz-) Messsignals srefi , sref2 in Abhängigkeit der Frequenz f dar. Die zwei in Fig. 3a dargestellten Frequenz-Spektren resultieren aus zwei Referenz- Messungen, die zeitlich nacheinander unter zumindest ein und der gleichen
Referenzbedingung, beispielsweise einem genau bekannten Mindestfüllstand Lmin im Behälter 2, durchgeführt sind. Abhängig von der jeweiligen Referenzbedingung können anhand der zwei Spektren der entsprechenden Referenz-Messsignale srefi sref2 verschiedene charakteristische Kennwerte, die in allen zwei Frequenz-Spektren enthalten sind, ermittelt werden. Als charakteristischer Kennwert kann beispielsweise ein Signal- Maximum Speak, bzw. dessen Amplitude Apeak und/oder dessen Frequenz fpeak ermittelt werden. Das Auftreten des jeweiligen Signal-Maximums s eak ist von den einzelnen Referenzbedingungen abhängig und könnte somit beispielsweise von dem bekannten Mindestfüllstand Lmin der Referenz-Messung herrühren.
Aus dem Vergleich der zwei Referenz-Messsignale srefi , sref2 in Fig. 3a wird ersichtlich, dass sich die Kennwerte, also die Frequenz fpeak oder die Amplitude Apeak des Signal- Maximums s eak über die Zeitspanne, die zwischen den zwei Referenz-Messungen liegt, nicht zwangsweise konstant bleibt. Vielmehr kann beispielsweise eine Frequenzänderung AfPeak oder eine Amplitudenänderung AApeak des Signal-Maximums speak auftreten.
Ein Grund für eine Abschwächung AApeak der Amplitude Apeak über die Zeitspanne zwischen den zwei Referenz-Messungen könnte beispielsweise eine allmähliche Ansatz- Bildung auf der Sende-Antenne 14 und/oder der Empfangs-Antenne 15 durch staubhaltiges Füllgut 3 sein. Eine Frequenzänderung Afpeak könnte hingegen auf eine interne Fehlerquelle des Füllstandsmessgerätes 1 , beispielsweise ein Verstimmen des Mischers 17 zurückgeführt werden. Durch das mindestens zweimalige Durchführen einer Referenz-Messung in zeitlich entsprechendem Abstand wird erfindungsgemäß also nicht nur der zumindest eine charakteristische Kennwert (bspw. die Frequenz fpeak oder die Amplitude Apeak des Signal- Maximums S eak) selbst, sondern über die Zeitspanne zwischen den Referenz-Messungen hinweg auch dessen/deren etwaige Änderung(en) AApeak , Afpeak erfasst.
Kern der Erfindung ist, dass die Kennwert-Änderung, beispielsweise die der Amplitude AApeak, mit zumindest einer vorher festgelegten Maximal-Kennwertwertänderung
AApeak.max, Afpeak,max verglichen wird, die dem jeweiligen Kennwert zugeordnet ist. Hierbei stellt die Maximal-Kennwertwertänderung AApeak,max, Afpeak,max einen Schwellwert dar, ab dem eine zuverlässige Füllstandsmessung nicht mehr möglich ist und somit ein
Fehlerzustand des Füllstandsmessgerätes 1 eingetreten ist.
Im Fall einer Maximal-Amplitudenänderung AApeak,max könnte dies derjenige Amplituden- Wert sein, ab dem die Amplitude Apeak des Signal-Maximums speak in einem (Referenz-)
Messsignal soweit auf eine Minimal-Amplitude Apeak,min abgesunken ist, ab der das Signal- Maximum Speak aufgrund des Signal- zu Rausch-Verhältnisses nicht mehr zweifelsfrei erkannt werden kann. Wird als Maximal-Kennwertänderung hingegen eine Maximai- Frequenzänderung Afpeak.max definiert, so könnte es sich hierbei um eine maximal erlaubte Frequenzänderung handeln, bis zu der noch eine definierte Mindest-Auflösung der Füllstandsmessung gewährleistet ist und dementsprechend noch kein Fehlerzustand ausgelöst wird.
Wird die Maximal-Kennwertänderung AApeak,max, Afpeak,max überschritten, so wird dies durch eine entsprechende Auswerte-Einheit 19 (siehe Fig. 2) detektiert und
gegebenenfalls an die übergeordnete Einheit 4 weitergegeben.
Dass im Sinne der Erfindung zur Ermittlung des charakteristischen Kennwertes Apeak, fpeak bei der Referenz-Messung nicht nur die zu Frequenz-Spektren transformierten
Zwischenfrequenz-Signale SZFI SZF2 herangezogen werden können, sondern auch
„rohe" Zwischenfrequenz-Signale SZFI , SZF2 selbst, wird aus Fig. 3b ersichtlich. Es geht zudem hervor, dass es sich bei dem charakteristischen Kennwert hier um eine
Einhüllende AHÜII (also dem Amplitudenverlauf), eine niederfrequente Störung fmean oder eine Phase φ des Zwischenfrequenz-Signals SZFI , SZF2 (in Bezug zum Hochfrequenz- Signal SHF) handeln kann. Diese können durch Alterung der Bauteile ihre Werte ändern. So wirkt sich beispielsweise eine Alterung auf die Dämpfung bei unterschiedlichen Frequenzen aus und ändert so die Einhüllende AHÜII. In Fig.4 wird eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Dieser Weiterbildung liegt die Idee zugrunde, durch Ermittlung der Änderung von zumindest einer bestimmten charakteristischen Kenngröße über zumindest zwei oder mehrere Referenz-Messungen hinweg eine Restbetriebszeitdauer Atr zu approximieren, bis zu der voraussichtlich die jeweilige Maximal-Kennwertänderung überschritten werden wird und somit der Fehlerzustand am Füllstandsmessgerät 1 eintreten wird.
Voraussetzung hierfür ist, dass die Änderung der entsprechenden charakteristischen Kenngröße zum Zeitpunkt der jeweils aktuell letzten Referenz-Messung die Maximal- Kennwertänderung noch nicht überschritten hat.
In Fig. 4 wird diese Weiterbildung exemplarisch anhand der Amplitudenänderung AApeak des Signal-Maximums s eak illustriert: Auf Basis der Amplitudenänderung AApeak, die über den Zeitraum zwischen zumindest zwei Referenz-Messungen anhand der
entsprechenden Referenz-Messsignale srefi , sref2, , srefn detektiert wurde, wird eine Änderungsfunktion dApeak/dt erstellt. Hierzu kann eine Regression der
Amplitudenänderung AApeak durchgeführt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist hierfür eine lineare Regression eingesetzt, da hier die Amplituden-Abnahme AApeak in etwa zeitlich konstant ist. Eine zeitlich konstant abnehmende Amplitude Apeak kann beispielsweise durch eine stetige Zunahme des Ansatzes auf der Sende-Antenne 14 und/oder der Empfangs-Antenne 15 hervorgerufen werden.
Allgemein ist die Wahl eines geeigneten Regressionstypen (also auch exponentiell, logarithmisch, etc.) im Sinne der Erfindung jedoch nicht auf lineare Regression beschränkt, sondern vielmehr vom individuellen Verlauf der Änderung eines jeweiligen charakteristischen Kennwertes abhängig zu machen (zur Findung eines geeigneten Regressionstypen und/oder zur Durchführung der eigentlichen Regression könnte beispielsweise die„Least Square Methode", also die Methode der kleinsten Quadrate angewendet werden). Im Anschluss an die Erstellung der Änderungsfunktion dApeak/dt wird mittels dieser
(ausgehend von der Amplitude Apeak zum Zeitpunkt der letzten Referenz-Messung) die voraussichtliche Restbetriebszeitdauer Atr approximiert, bis zu der die
Amplitudenänderung AApeak so groß sein wird, dass die Amplitude Apeak die Minimai- Amplitude Apeak,min unterschritten haben wird. Mittels dieser Weiterbildung der Erfindung kann also ein Fehlerzustand gemäß dem Prinzip der„Predictive Maintenance" bereits vorrausschauend detektiert werden. Bezugszeichenliste
1 Füllstandsmessgerät
2 Behälter
3 Füllgut
4 Übergeordnete Einheit
1 1 Signalerzeugungs-Einheit
12 Signalteiler
13 Sendeverstärker
14 Sende- Antenne
15 Empfangs- Antenne
16 Empfangsverstärker
17 Mischer
18 Digitalisierungs-Einheit
19 Auswerte-Einheit
21 Zufluss
22 Abfluss
A Amplitude
AHÜII Einhüllende des Zwischenfrequenzsignals
Apeak Amplitude des Signal-Maximums
Apeak.min Minimal-Amplitude
d Abstand
dApeak/dt Zeitliche Änderungsfunktion
EHF Radar-Empfangssignal
f Frequenz
fmean Frequenz einer niederfrequenten Störung fpeak Frequenz des Signal-Maximums
h Einbauhöhe des Füllstandsmessgerätes
L Füllstand
Lmin Mindestfüllstand
SHF Radar-Sendesignal
SHF Hochfrequenz-Signal
Sref1,2 Referenz-Messsignale
Speak Signal-Maximum
SZF1.2 Zwischenfrequenzsignale
AApeak Amplitudenänderung
AApeak.max Maximal-Amplitudenänderung
Afpeak Frequenzänderung
Atr Restbetriebszeitdauer

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes an einem FMCW-basierten
Füllstandsmessgerät (1 ), folgende Verfahrensschritte umfassend:
- Referenz-Messung eines ersten Referenz-Messsignals (srefi , SZFI) unter
zumindest einer vordefinierten Referenzmessbedingung durch das
Füllstandsmessgerät (1 ),
Ermittlung von zumindest einem charakteristischen Kennwert (Apeak, AHÜII, f eak , fmean, Φ) des Referenz-Messsignals (srefi , SZFI ),
- Referenz-Messung von zumindest einem zweiten Referenz-Messsignal (sref2, SZF2) unter zumindest der einen vordefinierten Referenzmessbedingung,
Ermittlung einer Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, AAHÜII, Afpeak ,
Afmean, Δφ) anhand zumindest des ersten Referenz-Messsignals (srefi , SZFI) und des zweiten Referenz-Messsignals (sref2, SZF2), und
- Detektion des Fehlerzustandes, wenn die Änderung des Kennwertes (AApeak,
AAHÜII, AfPeak, Afmean, Δφ) eine vordefinierten Maximal-Kennwertwertänderung
(AApeak.max) überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als charakteristischer Kennwert eine Amplitude (Apeak), eine Frequenz (fpeak) eines Signal-Maximums (speak) des jeweiligen Referenz- Messsignals (Srefi , Srerc), eine Einhüllende der Amplitude (AHÜII), eine Phasenlage (φ) und/oder eine Frequenz einer niederfrequenten Störung (fmean) des jeweiligen
Zwischenfrequenz-Referenz-Messsignals (SZFI , SZF2) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Referenzmessbedingung ein
Unterschreiten eines Mindestfüllstandes (Lmin) verwendet wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest anhand des zumindest einen Kennwertes (Apeak, AHÜII, fpeak, fmean, Φ) und dessen Änderung (AApeak, AAHÜII, Afpeak, Afmean, Δφ) eine zumindest zeitliche Änderungsfunktion (dApeak/dt) erstellt wird, und
wobei für den Fall, dass die Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, AAHÜII, Afpeak, Afmean, Δφ) die vordefinierten Maximal-Kennwertwertänderung (AApeak,max) nicht überschreitet, anhand der zeitlichen Änderungsfunktion (dAapeak/dt) eine
Restbetriebszeitdauer (Atr) bis zum Überschreiten der vordefinierten Maximal- Kennwertwertänderung (AApeak.max) berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Änderungsfunktion (dApeak/dt) mittels einer Regression, insbesondere einer linearen Regression, ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Durchführung der Regression und/oder zur Ermittlung eines geeigneten Regressionstyps die Methode der kleinsten Quadrate angewendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei jeweils ein weiteres Referenz-Messsignal (Sreo - Srefn, SZF3 - szFn) ermittelt wird, sobald die zumindest eine vordefinierte
Referenzmessbedingung erneut vorherrscht.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des ersten Referenz-Messsignals (srefi , SZFI ) eine erste Korrekturkurve erstellt wird, wobei mittels des zweiten Referenz-Messsignals (sref2, SZF2) eine zweite Korrekturkurve erstellt wird, und
wobei die Änderung des zumindest einen Kennwertes (AApeak, AAHÜII, Afpeak, Afmean, Δ ) anhand der ersten Korrekturkurve und der zweiten Korrekturkurve ermittelt wird.
9. Füllstandsmessgerät zur Durchführung des in zumindest einem der vorhergehend beschriebenen Ansprüche beschriebenen Verfahrens, umfassend:
Eine Signalerzeugungs-Einheit (1 1 ) zur Erzeugung eines Radar-Sendesignals (SHF)
- eine Sendeantenne (14) und/oder eine Empfangsantenne (15) zum Aussenden des Sendesignals (SHF) und/oder zum Empfang eines Radar-Empfangssignals
(EHF),
einen Mischer (17) zur Erzeugung eines Zwischenfrequenzsignals (SZFI , SZF2) mittels Mischen des Sendesignals (SHF) mit dem Empfangssignal (EHF), - eine Auswerte-Einheit (19) zur Ermittlung eines Messsignals und/oder von
Referenz-Messsignalen (srefi , sref2) mittels des Zwischenfrequenzsignals (SZFI , SZF2), und/oder zur Bestimmung eines Füllstandes (L) anhand des Messsignals, und/oder zur Bestimmung eines Fehlerzustandes anhand der Referenz- Messsignale (Srefi , Sref2 SzF1 , SZF2).
PCT/EP2017/082038 2017-01-09 2017-12-08 Verfahren zur detektion eines fehlerzustandes an einem fmcw-basierten füllstandsmessgerät WO2018127356A1 (de)

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