料位測量設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及根據脈沖雷達原理工作的用于測量容器中的填充物質的料位的料位 測量設備，并且包括：發射系統，具有連接到控制單元的脈沖生成系統，脈沖生成系統以下 述方式實現：對每一測量，產生由預確定中心頻率的微波脈沖構成的發射信號；連接到發 射系統的天線，該天線將發射信號發送到容器，并且在取決于離料位測量設備的相關反射 器的距離的傳播時間后，將它們在天線的方向上在容器內反射回的信號部分接收為接收信 號；以及連接到發射系統和天線信號的評估接收信號的處理系統。
【背景技術】
[0002] 在大量工業分支，特別是加工行業、化學和食品行業中，應用這種根據脈沖雷達原 理工作的無接觸料位測量設備。
[0003] 常見的脈沖雷達料位測量設備通常具有發射系統，發射系統具有連接到控制單元 的脈沖生成系統，脈沖生成系統以下述方式實現：對每一測量，生成由按預確定脈沖重復率 產生并且具有固定的預確定中心頻率的微波脈沖構成的發射信號，其對所有測量均是相同 的。微波脈沖具有例如固定的預確定中心頻率26GHz或78GHz。天線被安裝在容器上在待 測量的最高料位上方，朝向填充物質，并且將發射信號發送到容器中。接著，在取決于離各 個反射器的距離的傳播時間后，將在位于容器中的反射器上朝料位測量設備反射回的信號 部分接收為接收信號。將接收信號供應到與發射系統和天線相連的信號處理系統。然后， 信號處理系統基于接收信號，確定料位。在這種情況下，根據到各個反射器并返回的路徑所 需的傳播時間，通常得出提供接收信號的振幅的測量曲線。從這些測量曲線的最大值的傳 播時間，然后，基于微波脈沖的傳播速度，能由料位測量設備確定離各個反射器的距離。
[0004] 對料位測量，目前應用大量不同的評估方法。這些方法通常稱作回波識別法。使 用它們來確定包含在測量曲線中的哪一最大值能歸因于填充物質的表面的反射。在這種情 況下，例如，將首次出現的最大值或具有最大振幅的最大值確定為歸因于的填充物質的表 面的反射的各個測量曲線的最大值。從該最大值的傳播時間，基于微波脈沖的傳播速度，得 出填充物質的表面離料位測量設備的距離，然后，基于天線的安裝高度，可轉換成料位一一 由此，轉換成容器中的填充物質的料位。
[0005] 這些料位測量設備得出大量不同應用中的可靠測量結果。
[0006] 然而，對粒狀材料的料位測量，通常它們不是最適合的，因為粒狀材料通常形成山 形或谷形粒狀材料錐形，不能通過這些料位測量設備記錄其表面輪廓，由此，不能考慮用于 料位確定。
[0007] 在這些應用中，因此，通常應用能繪制填充物質的表面的表面輪廓的目前明顯更 復雜的測繪雷達測量系統。然而，測繪雷達系統要求由多個空間相鄰天線構成的天線系統， 多個空間相鄰天線經電子控制單元相互連接，并且取決于實施例，基于時間表，用作發射天 線、接收天線或發射和接收天線。在這種情況下，通過電子控制激活作為發射或接收天線的 不同天線，改變發射和接收信號R的光束路徑，使得：基于對于用于歸因于填充物質的表面 的反射的接收信號的最大值在不同光束路徑上測量的信號傳播時間以及各自使用的發射 和接收天線的位置，能計算填充物質的表面的輪廓。
[0008] 替代地，能由具有在填充物質上可機械擺動安置的單個天線的料位測量設備繪制 料位上表面的空間輪廓。同時，以這種方式，通過逐漸改變天線取向，連續地執行測量，能確 定填充物質上表面的表面輪廓。然而，機械擺動的天線很顯然制造復雜、機械精密且維護密 集。另一替代方案是使用相繼操作的多個相互獨立的、相鄰的料位測量設備，結合它們各自 的位置，考慮測量結果，用于確定表面輪廓。
[0009] 同樣地，在指定情況下，在容器內存在橫向伸出到發射信號的光束路徑中的諸如 測量設備或填充噴嘴的安裝對象（在此稱為干擾）的應用中，使用具有單一、嚴格安裝的天 線的常見料位測量設備用會成問題。
[0010] 因此，當能識別歸因于填充物質的表面的測量曲線的最大值時，可靠測量僅是可 能的。為此，有必要能將填充物質的表面產生的最大值與由干擾產生的測量曲線的最大值 可靠地區分開來。
[0011] 如果預先已知干擾的位置，那么能例如屏蔽測量曲線中的相關傳播時間范圍。替 代地，當在該區域中出現的測量曲線振幅超出預確定閾值時，能僅考慮這些振幅。然而，在 此稱為干擾回波屏蔽法的這些方法假設預先，或能以一些其他方式可靠地確定已知干擾的 位置。
[0012] 替代或對此的補充，應用當前所謂的回波跟蹤法，在該情況下，在順序測量中，繪 制測量曲線，并且基于這些測量曲線，確定與某些反射器的傳播時間，尤其是填充物質的表 面、容器底部或干擾相關的測量曲線的最大值的時間發展（time development)。基于該回 波跟蹤，然后，能產生用于歸因于某些反射器的測量曲線的最大值的預期傳播時間的預測， 其接著被應用于提高可靠性或用于檢查在下一測量曲線中真正確立的最大值與各個反射 器的關聯。然而，在這種情況下，有必要在開始時，在能跟蹤它們的時間發展，或預測它們的 未來開發前，至少一次預確定或者確定最大值與相關反射器的可靠關聯。
【發明內容】
[0013] 本發明的目的是提供根據脈沖雷達原工作的機械簡單并且魯棒構成的料位測量 設備，該料位測量設備可靠地應用在大量不同應用中，特別是應用在具有粒狀材料狀填充 物質和/或橫向伸入到容器中的干擾的應用中。
[0014] 為實現該目的，本發明涉及一種根據脈沖雷達原理工作的料位測量設備，用于測 量容器中的填充物質的料位，包括：
[0015] -發射系統，具有連接到控制單元的脈沖生成系統，
[0016] 一所述脈沖生成系統以下述方式實現：在在每一情況下包括至少兩次測量的預 確定測量周期中，產生由為特定測量預確定的中心頻率的微波脈沖構成的發射信號，其中， 所述至少兩次測量的發射信號的中心頻率相互不同；
[0017] -連接到所述發射系統的天線，
[0018] --所述天線將所述發射信號發送到容器中，并且接收在取決于與所述料位測量設 備的相關反射器的距離的傳播時間后，在所述天線的方向上在所述容器中反射回的信號部 分作為接收信號，以及
[0019] -所述天線對不同的中心頻率，具有取決于所述發射信號的中心頻率的不同空間 輻射特性，以及
[0020] -連接到所述發射系統和所述天線的信號處理系統，
[0021] 一所述信號處理系統接收所述接收信號并且基于相關發射信號的微波脈沖的中 心頻率并取決于所述天線的空間輻射特性的中心頻率相關性評估這些接收信號。
[0022] 在本發明的第一變形中，所述天線是具有如下輻射特性的天線：包括指向主發射 方向并且具有隨發射信號的中心頻率減小而增加的孔徑角的的主波束，尤其是喇叭、棒形 或反射器天線。
[0023] 在本發明的第二變形中，所述天線是空心導體縫隙天線，尤其是具有棒形、矩形空 心導體的空心導體縫隙天線，
[0024] -具有由所述發射系統饋送的輸入，
[0025] -與所述輸入相對放置的末端被末端短路、被端接有無反射端，或被開路，以及
[0026] -具有空心導體壁，所述空心導體壁具有切口，尤其是槽形、槽類或不規則碎片形 切口，經所述切口，取決于所述切口的定位和尺寸以及所供應到的發射信號的中心頻率，所 述天線發送具有對不同中心頻率不同的空間輻射特性的發射信號。
[0027] 在第二變形的實施例中，所述天線包括
[0028] 聚焦裝置，所述聚焦裝置用于聚焦從所述天線產生的發射信號，尤其
[0029] -向外布置在所述空心導體壁上并且包圍所有切口的漏斗形或矩形空心導體段，
[0030] -向外布置在所述空心導體壁上的透鏡，尤其是電介質透鏡或磁透鏡，
[0031] -向外施加在所述切口上的電介質材料的一個或多個平面層的板，或
[0032] -其他矩形空心導體，實現為與所述矩形空心導體相同并且與所述矩形空心導體 連接來形成相互平行、直接相鄰并且垂直于所述矩形空心導體的縱軸地布置在一起的一組 平行地相等振幅和相位輸送的矩形空心導體。
[0033] 在第二變形的另外的實施例中，
[0034] -定位和尺寸化所述切口使得：所述天線的輻射特性在通過無反射端接閉合末端 的情況下具有主發射波束，以及在短路或開路端的情況下具有關于所述空心導體壁的表面 法線對稱延伸的兩個主發射波束，以及
[0035] -所述主發射波束相對于所述空心導體壁的表面法線延伸的角度隨所述發射信號 的中心頻率而改變。
[0036] 另外，本發明涉及一種通過根據第一變形所述的脈沖雷達原理工作的料位測量設 備，測量在容器中具有平表面的填充物質的料位的第一方法，包括以下步驟：
[0037] -在測量周期中，執行利用不同中心頻率的多個發射信號的多次測量，其中，在每 一情況下，
[0038] 一發送具有對特定測量預確定的中心頻率的微波脈沖的發射信號，
[0039] -接收其相關接收信號，以及
[0040] 一基于接收信號，在每一情況下，得出測量曲線，該測量曲線示出作為相關信號傳 播時間的函數的各個接收信號的振幅，
[0041]-對每一測量曲線，確定所述測量曲線的最大值的傳播時間和最大振幅，在每一情 況下，它們分別歸因于位于所述容器中的反射器，尤其是所述填充物質、所述容器底部或橫 向伸入到所述發射信號的光束路徑中的干擾的反射，
[0042] -基于所記錄的測量曲線的最大值的傳播時間，確定歸因于同一反射器的包含在 不同測量曲線中的那些最大值，
[0043] -基于歸因于同一反射器的測量曲線的最大值的最大振幅及相關輻射特性，得出 與間距有關的信息，通過該間距，在垂直于所述天線的主發射方向延伸的平面中，離所述主 發射方向的軸，定位特定反射器，其中，歸因于同一反射器的最大值在該反射器的較大間距 下，與較低中心頻率相比，在較高中心頻率下，具有較低最大振幅；并且在較小間距下，與較 低中心頻率相比，在較高中心頻率具有較大最大振幅。
[0044] 在第一方法的進一步開發中，基于與所述反射器的間距有關的信息，區別歸因于 橫向伸入到所述容器中的干擾的反射的最大值和歸因于所述填充物質的表面或所述容器 底部的反射的測量曲線的最大值。
[0045] 在后者進一步開發的進一步開發中，在測量周期中發現的歸因于橫向伸入到所述 容器中的干擾的反射的最大值和歸因于所述填充物質的表面或所述容器底部的反射的測 量曲線的最大值之間的區別被應用于后續料位的確定中，尤其是在用于屏蔽歸因于干擾的 反射的各個測量曲線的振幅部分的方法，或在對至少一個反射器，基于從后續執行的測量 周期得出的測量曲線，確定歸因于各個反射器的反射的最大值的時間發展的方法的執行或 檢查中。
[0046] 另外，本發明涉及一種在填充物質形成基本上與主發射方向的軸旋轉對稱延伸的 表面的應用中，通過根據第一變形所述的脈沖雷達原理工作的料位測量設備，測量在容器 中的所述填充物質的料位的第二方法，包括以下步驟：
[0047] -在測量周期中，執行利用不同中心頻率的多個發射信號的多次測量，其中，在每 一情況下，
[0048] 一發送具有對特定測量預確定的中心頻率的微波脈沖的發射信號，
[0049] -接收其相關接收信號，以及
[0050] 一基于接收信號，在每一情況下，得出測量曲線，測量曲線示出示出作為相關信號 傳播時間的函數各個接收信號的振幅，
[0051] -根據不同中心頻率下的主波束的不同孔徑角，在單獨測量中，發射信號照射容器 中的不同大的同心寬度，以及
[0052] -基于同心寬度和傳播時間范圍中的測量曲線的振幅屬性，得出容器中的填充物 質的表面的輪廓，在該傳播時間范圍中，在測量曲線中出現歸因于填充物質的反射的最大 值。
[0053] 第二方法的進一步開發包括一種方法，其中，
[0054] -所述容器中的填充物質形成粒狀材料錐形，其錐形縱軸與所述天線的主發射方 向的軸重合，
[0055] -基于對通過最高