本發(fā)明涉及例如根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于基于傳播時(shí)間原理測量容器中的物位的具有雷達(dá)物位計(jì)的測量裝置、根據(jù)權(quán)利要求11和14的前序部分的用于減少由壁(優(yōu)選為合成材料壁)的表面反射的測量裝置的電磁輻射的方法以及根據(jù)權(quán)利要求15的測量裝置的用于確定容器中的填充物的物位的用途。

本發(fā)明說明了一種使用雷達(dá)物位計(jì)來測量容器中的物位的測量裝置，測量裝置包括用于減少由容器的壁表面反射的電磁輻射的匹配裝置，還涉及一種用于優(yōu)化匹配裝置并減少雜散輻射(例如由容器壁反射的輻射)的方法，其中，顯示裝置指示干擾輻射是否已被充分對(duì)減少。

背景技術(shù)：

已知的是，用于確定和/或監(jiān)測容器中物位的物位測量裝置具有多種實(shí)施方式。例如，根據(jù)傳播時(shí)間原理操作的雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射特定波長的電磁輻射脈沖，并接著檢測被反射的電磁輻射的作為回波曲線的時(shí)間分布(temporalprogression)。這里，不僅檢測到待被測量液體的表面處的反射，而且還檢測到多種雜散反射，例如存儲(chǔ)有待被檢測的液體的容器的壁處的反射、容器底部的反射或者容器蓋處的反射。反射的總和產(chǎn)生了作為時(shí)間函數(shù)被測量的信號(hào)，并且該信號(hào)作為回波曲線通常檢測到多個(gè)最大值并且基于時(shí)間來顯示它們。然后，根據(jù)回波曲線的分布來確定容器中液體的物位。

在調(diào)頻連續(xù)波(fmcw，frequencymodulatedcontinuouswave)雷達(dá)中，使用了具有在測量過程中發(fā)生變化(例如，線性地傾斜)的傳輸頻率的高頻信號(hào)。這里，頻率變化的量通常高達(dá)高頻信號(hào)的傳輸頻率的大約10％。信號(hào)被發(fā)射，在填充物的表面處被反射，并且以一定的時(shí)間延遲被接收。根據(jù)當(dāng)前傳輸頻率和接收頻率，形成差值δf以用于進(jìn)一步的信號(hào)處理。差值與距離成正比，即所檢測到的較大頻率差表示較大的距離，反之亦然。然后，將頻率差通過傅立葉變換轉(zhuǎn)換成頻譜，并然后計(jì)算乘積距離(productdistance)。根據(jù)填充量和距離的差值得到物位。

特別地，雷達(dá)物位計(jì)裝置中的干擾通常是容器蓋處的反射，如果容器蓋布置在物位計(jì)和填充物之間，則其必須允許入射電磁輻射能夠穿透，并因此其必須由可透射入射電磁輻射脈沖的材料制成(例如由合成材料制成)，或者其必須包括至少一個(gè)窗口，以允許由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖可以穿過窗口而進(jìn)入容器的內(nèi)部。

在此，雜散反射(特別是在容器蓋處的雜散反射)導(dǎo)致如下后果：由于雜散反射的原因，不能精確地確定位于容器中的待被確定的液體或散裝物料的物位，這會(huì)導(dǎo)致測量錯(cuò)誤。因此，必須使雜散反射最小化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有匹配裝置的測量裝置，通過匹配裝置可減少由容器蓋的表面和/或被布置在填充物和雷達(dá)物位計(jì)之間的壁的表面反射的電磁波，從而可以更精確地確定容器中的液體或容器中的散裝物料的待被確定的物位。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于減少由容器蓋和/或壁的表面反射的電磁輻射的方法。

通過根據(jù)權(quán)利要求1的測量裝置以及根據(jù)權(quán)利要求11和14的方法來實(shí)現(xiàn)上述目的。在從屬權(quán)利要求中公開了有利的實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明的測量裝置包括：容器，其內(nèi)部空間可以被填充有填充物；雷達(dá)測量裝置，其被布置在容器的外部并且面向容器的內(nèi)部空間，雷達(dá)測量裝置被構(gòu)造為特別地基于傳播時(shí)間原理的雷達(dá)物位計(jì)，雷達(dá)物位計(jì)能夠發(fā)射至少一個(gè)波長的電磁輻射脈沖和/或電磁波，并且能夠檢測至少一個(gè)波長的反射的電磁輻射的分布(特別是時(shí)間分布)作為回波曲線；壁，其被布置在容器的內(nèi)部空間和雷達(dá)測量裝置之間，例如壁為塑料蓋的形式，壁對(duì)于至少一個(gè)波長的電磁波來說是可至少部分地穿透的；檢測單元，檢測單元優(yōu)選基于時(shí)間檢測回波曲線；以及匹配裝置，匹配裝置用于減少由壁的表面反射的電磁輻射。根據(jù)本發(fā)明，匹配裝置具有至少一個(gè)優(yōu)選地是自粘合的和/或粘接到壁的合成材料膜或合成材料板，且對(duì)于至少一個(gè)波長的電磁波來說是可至少部分地穿透的，匹配裝置粘接至壁和/或被膠合至壁和/或被放置在壁上，使得由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖穿透至少一個(gè)合成材料膜或合成材料板。合成材料膜或合成材料板也可以被簡單地放置在壁上。優(yōu)選地，壁為合成材料壁。在本申請(qǐng)中，合成材料板也可被稱為合成材料膜。

由于匹配裝置具有至少一個(gè)自粘合的和/或粘接到壁的合成材料膜，且合成材料膜對(duì)于至少一個(gè)波長的電磁輻射來說是可至少部分地穿透的，因此，在至少一個(gè)合成材料膜的合適厚度和適合介電常數(shù)的情況下，在壁和/或合成材料膜的表面處可使雜散反射至少部分地互相抵消，從而減少雜散反射。

匹配裝置還可以具有多個(gè)(優(yōu)選地，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或五個(gè))以層的形式被粘接和/或被膠合的合成材料膜。

在優(yōu)選實(shí)施例中，合成材料膜具有大致相同的厚度。它們可以由例如與壁的材料相同的相同材料制成。材料優(yōu)選地匹配于壁的介電常數(shù)。通過使用具有相同厚度、被彼此粘接和/或被彼此膠合和具有相同介電常數(shù)的多個(gè)合成材料膜，在逐步執(zhí)行的用于最小化從合成材料膜的表面和壁的表面反射的電磁輻射的方法中，更容易實(shí)現(xiàn)最佳層厚度。

容器優(yōu)選由合成材料材料制成和/或包括至少由合成材料制成的容器蓋，并且可通過蓋確定容器中的物位。

因此，通過厚度逐漸變化或分階段變化的減反射層減少了來自被由雷達(dá)測量裝置發(fā)射的電磁輻射穿透的容器蓋的窗口材料的表面或容器蓋的表面的雜散反射或來自在自身內(nèi)使用于雷達(dá)傳感器測量物位的合成材料容器的雜散反射。這些減反射層優(yōu)選地由與待被穿透的介質(zhì)相同的材料制成和/或它們具有類似的介電常數(shù)。通過使待被穿透材料的整體厚度等于半個(gè)波長或波長的倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)了相消干涉，從而抵消入射信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的反射。雖然因?yàn)閷?duì)于測量來說需要傳輸頻率具有一定帶寬，所以在實(shí)踐中可以大致地調(diào)整厚度，但是通過這種類型的匹配裝置可以顯著地減少反射。

在顯示器(優(yōu)選地，傳感器)中可視化這些雜散反射的選項(xiàng)是本發(fā)明的重要特征。這種可視化可以通過回波曲線的曲線表示及其可視化評(píng)估來實(shí)現(xiàn)，或者可以通過雜散反射強(qiáng)度的有關(guān)的模擬或數(shù)字信息來實(shí)現(xiàn)。然后，能夠基于顯示來匹配減反射層。這里，為了顯示雜散反射的強(qiáng)度，例如可以使用模擬或數(shù)字顯示器。然而，也可以適用簡單的多色顯示器來顯現(xiàn)匹配程度如何。例如，紅燈顯示可能表示匹配性差，黃燈表示匹配性適中，綠色顯示匹配性良好。

例如，檢測單元可具有存儲(chǔ)單元，在存儲(chǔ)單元中，回波曲線的至少一部分作為時(shí)間函數(shù)被存儲(chǔ)，回波曲線的所述至少一部分包括在匹配裝置和壁的表面處反射的電磁輻射。

為了確定要被最小化的雜散反射，優(yōu)選地確定如下的時(shí)間段，回波曲線在該時(shí)間段中包括由壁的表面反射的電磁輻射的至少一部分。

檢測單元可以具有比較器，比較器比較回波曲線在特定時(shí)間段中的測量值與預(yù)定參考曲線的相應(yīng)值。如果例如回波曲線在相應(yīng)時(shí)間段中的所有測量值均低于預(yù)定參考曲線的相應(yīng)值，則比較器可以向顯示裝置發(fā)送例如ok信號(hào)。然后，顯示裝置指示雜散反射已經(jīng)被充分最小化。

檢測單元還可以具有評(píng)估單元，評(píng)估單元根據(jù)回波曲線在相應(yīng)時(shí)間段中的分布(例如通過將在該時(shí)間段內(nèi)檢測的各個(gè)值相加)來確定能量值，并且將該能量值饋送到用于將能量值與預(yù)定參考值進(jìn)行比較的比較器。在這種情況下，當(dāng)參考值例如大于或等于由評(píng)估單元確定的值時(shí)，比較器還可以向顯示裝置發(fā)送例如ok信號(hào)。

顯示裝置可以是光學(xué)和/或聲學(xué)顯示元件，其中，顯示裝置優(yōu)選地被構(gòu)造為led或電子顯示裝置。

利用這種測量裝置，可以實(shí)現(xiàn)用于減少由壁的表面或由粘接在壁的表面和/或被膠合至壁的匹配裝置的表面處反射的電磁輻射的方法。

在該方法中，首先將合成材料膜放置和/或粘接在與雷達(dá)物位計(jì)對(duì)準(zhǔn)的壁上。然后，利用由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖通過合成材料膜和壁來輻射容器的內(nèi)部空間，并且將被反射到雷達(dá)物位計(jì)中的電磁輻射的強(qiáng)度記錄為回波曲線。

現(xiàn)在，確定回波曲線的時(shí)間段，回波曲線在該時(shí)間段中包括在壁和合成材料膜的表面處反射的電磁輻射的至少一部分，并且根據(jù)在時(shí)間段內(nèi)反射和記錄的電磁輻射的強(qiáng)度來確定在該時(shí)間段中檢測的輻射脈沖的能量值。優(yōu)選地，存儲(chǔ)該能量值。

隨后，將另一合成材料膜放置和/或粘接在已被放置和/或粘接的合成材料膜上，并且利用由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖通過合成材料膜來再次輻射容器的內(nèi)部空間。還檢測并記錄由輻射脈沖產(chǎn)生的回波曲線。然后，根據(jù)在所確定的時(shí)間段中再次檢測的輻射脈沖來確定能量值，并且優(yōu)選地存儲(chǔ)該能量值。

如果最近確定的能量值小于先前確定的能量值，則將另一合成材料膜放置和/或粘接在最上面的合成材料膜的表面上，在由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖通過附加的合成材料膜對(duì)容器的內(nèi)部空間進(jìn)行另一次輻射之后，記錄回波曲線，并且確定在相應(yīng)時(shí)間段中檢測的輻射脈沖的能量值。

然而，如果最近確定的能量值大于或等于先前確定的能量值，則可以例如通過顯示裝置來信號(hào)通知操作者最近確定的能量值大于或等于先前確定的能量值，向操作者指示已經(jīng)達(dá)到或超過了彼此粘接和/或被彼此膠合的合成材料膜的最佳數(shù)量。在存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)最近確定的能量值。

借助于該方法，可以逐漸地最小化雜散反射并逐漸地優(yōu)化測量裝置的粘接至壁和/或被膠合到壁上的匹配裝置。

通過比較，可以基于最小的被確定的能量值來確定預(yù)定參考值并且將預(yù)定參考值存儲(chǔ)在測量裝置的另一個(gè)存儲(chǔ)單元中，其中優(yōu)選地在最小的被確定的能量值和次最小的被確定的能量值之間選擇參考值，使得比較器可以將在相應(yīng)時(shí)間段中確定的能量值與預(yù)定參考值進(jìn)行比較，并且當(dāng)預(yù)定參考值高于在相應(yīng)時(shí)間段中確定的能量值時(shí)，可以向顯示裝置發(fā)送ok信號(hào)。

以此方式，因?yàn)榕c物位相對(duì)應(yīng)的最大值(該最大值形成回波曲線中的與物位最大值相鄰的最大值)在容器蓋上存在較低雜散反射的情況下在回波曲線中偏移較小，所以可以更精確地確定被填充在容器的內(nèi)部空間中的散裝物料的物位或被填充在容器的內(nèi)部空間中的液體的物位。

在該方法的優(yōu)選實(shí)施例中，在最后的處理步驟之后，去除最近放置和/或粘接的合成材料膜。

上述測量裝置可以用于確定容器中填充物的物位。這里，匹配裝置優(yōu)選地具有由相同厚度和相同材料組成的多個(gè)合成材料膜，這些合成材料膜布置彼此堆疊，使得由壁和合成材料膜的表面反射的能量具有最小值。

當(dāng)然，也可以相應(yīng)地改變上述方法，并且作為根據(jù)回波曲線確定特定時(shí)間段中的能量值，直接使用回波曲線的值，并將它們分別與相應(yīng)參考曲線的值進(jìn)行比較。如果在這種情況下在特定時(shí)間段內(nèi)回波曲線的最近記錄的強(qiáng)度值小于或等于相應(yīng)參考曲線的強(qiáng)度值，則可以將ok信號(hào)發(fā)送至顯示裝置。

一種用于減少由壁表面或者由被粘接或被膠合到壁表面的匹配裝置的表面反射的測量裝置的電磁輻射的優(yōu)選方法連續(xù)地執(zhí)行以下步驟。

首先，將合成材料膜放置在壁上和/或粘接至其上。然后，利用由雷達(dá)物位計(jì)發(fā)射的電磁輻射脈沖通過合成材料膜來輻射容器的內(nèi)部空間。

基于時(shí)間將被反射到雷達(dá)物位計(jì)中的電磁輻射的強(qiáng)度記錄為回波曲線，并確定回波曲線的時(shí)間段，回波曲線在該時(shí)間段中包括在壁和合成材料膜的表面處反射的電磁輻射的至少一部分。

然后，根據(jù)在時(shí)間段內(nèi)檢測和記錄的反射電磁輻射的強(qiáng)度來確定在相應(yīng)時(shí)間段中檢測到的輻射脈沖的能量值，并且將能量值與預(yù)定參考值進(jìn)行比較。

如果最近確定的能量值大于參考值，則將另一合成材料膜放置和/或粘接在合成材料膜上，并根據(jù)在時(shí)間段中反射和記錄的電磁輻射的強(qiáng)度來再次確定在相應(yīng)時(shí)間段中檢測到的輻射脈沖的能量值，并再次將能量值與預(yù)定參考值進(jìn)行比較。

然而，如果預(yù)定參考值大于在相應(yīng)時(shí)間段確定的能量值，則將ok信號(hào)發(fā)送到顯示裝置，由此指示現(xiàn)在可將測量裝置用于確定容器中填充物的物位。

在以下說明中使用的諸如“頂部”、“底部”、“左”和“右”等標(biāo)記是指示例性實(shí)施例，并且即使當(dāng)它們涉及優(yōu)選實(shí)施例時(shí)也不應(yīng)當(dāng)視為具有限制性。

附圖說明

在下文中，參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中，

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的示意圖；

圖2示出了具有和不具有優(yōu)化匹配裝置的回波曲線；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的檢測單元的第一示例；并且

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置的檢測單元的第二示例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置1的示意實(shí)施例。在容器4的內(nèi)部空間2中，填充物6被填充至物位8。壁10在容器4上被作為蓋布置，利用雷達(dá)物位計(jì)12通過壁來測量填充物6的物位8。匹配裝置14被膠合至壁10的外表面，并由彼此堆疊的多層的合成材料膜16制成，并且對(duì)于由雷達(dá)物位計(jì)12和/或雷達(dá)測量裝置12發(fā)射的輻射脈沖的波長來說是可至少部分地穿透的。由雷達(dá)測量裝置12發(fā)射的穿透匹配裝置14和壁10而進(jìn)入容器4的內(nèi)部空間2的脈沖輻射的一部分被填充物6的表面8反射，并被反射至雷達(dá)物位計(jì)12。由壁10的表面和匹配裝置14的表面反射的電磁輻射的一部分也到達(dá)雷達(dá)測量裝置12，并且在此被檢測為雜散反射18。

圖2在時(shí)間軸22上示出了由雷達(dá)物位計(jì)12檢測到的回波曲線20，回波曲線是強(qiáng)度軸24上的強(qiáng)度的函數(shù)。圖2示出了兩條回波曲線20，其中，點(diǎn)劃線曲線表示沒有任何匹配裝置的回波曲線20(因此沒有任何合成材料膜16)，并且實(shí)線曲線表示具有匹配裝置的回波曲線20。這些回波曲線20的雜散反射18均表現(xiàn)為時(shí)間窗口26中的最大值。另一最大值28表示填充物6的物位8的大小。

圖3示出了檢測單元30的第一示例，檢測單元用于進(jìn)一步處理由雷達(dá)物位計(jì)12的檢測器32檢測的輻射信號(hào)。在存儲(chǔ)單元34中以回波曲線20的形式存儲(chǔ)有由檢測器32檢測的作為時(shí)間函數(shù)的信號(hào)。在檢測單元30的另一存儲(chǔ)單元36中存儲(chǔ)有相應(yīng)的參考曲線，其中通過使用比較器38各別地將參考曲線的值與存儲(chǔ)單元34中的回波曲線的相應(yīng)值進(jìn)行比較。

如果存儲(chǔ)單元34中的回波曲線20在時(shí)間窗口26中的各個(gè)值低于存儲(chǔ)單元36中的參考曲線的相應(yīng)值，則比較器38向顯示裝置42發(fā)送ok信號(hào)40，從而使測量裝置1的操作者知曉現(xiàn)在充分地減少了雜散反射18并且測量裝置1能夠用于測量容器4中的物位8。

如果回波曲線20在選定的時(shí)間窗口26中的值的至少一部分超過參考曲線的相應(yīng)值，則不向顯示裝置42發(fā)送ok信號(hào)40，從而操作者將知曉還沒有充分地使測量裝置1的雜散反射18最小化，并且可以通過合成材料膜16的進(jìn)一步應(yīng)用或粘接來進(jìn)一步優(yōu)化測量裝置。

圖4示出了測量裝置1的檢測單元的第二示例性實(shí)施例。在存儲(chǔ)單元34中存儲(chǔ)有作為回波曲線20的由檢測器32確定的電磁輻射的反射值。根據(jù)在時(shí)間窗口26中測量的回波曲線20的值，例如在評(píng)估單元46中通過將在特定時(shí)間段(時(shí)間窗口)26內(nèi)確定的回波曲線20的測量值相加來確定能量值44，并且在比較器38中比較能量值44和參考值48。

如果參考值48小于能量值44，則比較器38向顯示裝置42發(fā)送ok信號(hào)40，從而測量裝置1的操作者知曉現(xiàn)在充分地減少了雜散反射18并且測量裝置1能夠用于足夠精確地測量物位8。如果在物位8的測量期間，未向顯示裝置42發(fā)送ok信號(hào)40，則測量裝置1的操作者知曉匹配裝置14還沒有被優(yōu)化，并且可通過例如將合成材料膜16粘接至匹配裝置14來進(jìn)一步優(yōu)化測量裝置。

已經(jīng)通過使用示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。在本發(fā)明的構(gòu)思保持不變的情況下，各個(gè)示例性實(shí)施例的特征可以與其它示例性實(shí)施例的功能等同特征進(jìn)行自由組合或者任意地更換。例如，可以以如下方式將圖3的第一示例性實(shí)施例的元件與圖4的第二示例性實(shí)施例的元件進(jìn)行組合：當(dāng)所評(píng)估的能量值低于參考值且在時(shí)間窗口26中確定的回波曲線20的各個(gè)值也低于存儲(chǔ)單元36中存儲(chǔ)的參考曲線的相應(yīng)值時(shí)，比較器38才向顯示裝置42發(fā)出ok信號(hào)40。還可以利用第一顯示裝置來顯示所評(píng)估的能量值低于參考值并且利用第二顯示單元來顯示選定的時(shí)間窗口26中的回波曲線20的值的至少一部分低于參考曲線的相應(yīng)值。另一顯示裝置可以例如指示選定的時(shí)間窗口26中的回波曲線20的所有值均低于參考曲線的相應(yīng)值。例如可借助簡單的多色顯示器使匹配裝置的性能可視化，在多色顯示器中，與參考曲線的相應(yīng)強(qiáng)度相比，紅光表示僅少量或沒有良好匹配標(biāo)準(zhǔn)得到滿足，黃光指示至少一些良好匹配標(biāo)準(zhǔn)得到滿足，綠燈指示滿足所有或幾乎所有良好匹配標(biāo)準(zhǔn)得到滿足，其中，這里，這些標(biāo)準(zhǔn)可能包括例如在時(shí)間窗口26中確定的能量值44或在時(shí)間窗口26中檢測到的與參考曲線的相應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行比較的各個(gè)強(qiáng)度值。

附圖標(biāo)記列表

1測量裝置

2內(nèi)部空間

4容器

6填充物

8物位

10壁、容器蓋、合成材料窗、合成材料壁

12雷達(dá)測量裝置、雷達(dá)物位計(jì)

14匹配裝置

16合成材料膜

18雜散反射

20回波曲線

22時(shí)間軸

24強(qiáng)度軸

26時(shí)間窗口、時(shí)間段

28反射最大物位

30檢測單元

32檢測器

34儲(chǔ)存回波曲線

36儲(chǔ)存參考曲線

38比較器

40ok信號(hào)

42顯示裝置

44能量值

46評(píng)估單元

48參考值