借助于相位旋轉的包絡曲線計算的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及物位測量，并且本發(fā)明尤其涉及一種用于在物位測量時通過物位傳感 器來計算包絡曲線值的方法和一種用于在物位測量時計算包絡曲線值的脈沖傳送時間物 位傳感器。
【背景技術】
[0002] 為了連續(xù)地在例如包含液體或者粒狀材料的容器中進行物位確定，通常使用下述 傳感器，所述傳感器根據脈沖傳送時間法來測量電磁波或者聲波從傳感器到物料表面并且 返回的傳送時間。在傳感器相對于容器底部的安裝地點已知的情況下，從根據脈沖傳送時 間經由波傳播速度所確定的在傳感器和物料表面之間的距離直接計算出探尋的物料高度。
[0003] DE10 2006 006 572A1描述了一種用于形成脈沖傳送時間物位傳感器的時間擴 展的接收信號（所謂的中頻信號或者ZF信號）的包絡曲線的迭代計算。ZF信號在離散的 時間點被采樣并且被采樣的值被轉換為數字的采樣值。隨后，從各剛好兩個數字的采樣值 計算出包絡曲線值。因此，包絡曲線是ZF信號的包絡線或者是該包絡線的近似。包絡曲線 是下述曲線，所述曲線通過計算出的各個包絡曲線值來繪制或者所述曲線近似擬合各個包 絡曲線值。術語包絡曲線和包絡曲線值對于本領域技術人員而言從DE10 2006 006 572 A1中已知。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，計算信號的并且特別是脈沖傳送時間物位傳感器的接收信號的 包絡線（包絡曲線）。
[0005] 該目的通過獨立權利要求的特征來實現。本發(fā)明的改進方案在從屬權利要求和下 面的描述中得出。
[0006] 根據本發(fā)明的第一方面，提出一種用于在物位測量時通過物位傳感器來計算包絡 曲線值的方法。在所述方法中，將物位傳感器的接收信號至少在離散的時間點的范圍中采 樣，并且接下來將被采樣的接收信號的時間離散的（模擬的）采樣值轉換為數字的采樣值。 接下來，通過將接收信號的被采樣的區(qū)域的采樣值的相位以預設的角度旋轉來實現為數字 采樣值的第一數字采樣值計算新的值。新的值的這種計算例如利用多個數字采樣值來進 行。接下來，從第一數字采樣值和通過旋轉相位計算出的新的值計算出包絡曲線值。
[0007] 在這里將采樣值的相位理解為接收信號在采樣的時間點的相位位置。
[0008] 可以考慮用于執(zhí)行在上文中和在下文中所描述的方法的傳感器例如是用于測量 物位的脈沖傳送時間物位傳感器、雷達物位傳感器或者超聲波物位傳感器。
[0009] 根據本發(fā)明的另一個方面，將接收信號在采樣之前轉換為時間擴展的中頻信號。 因此，當在下文中提到"接收信號"時，在這里是時間擴展的或者非時間擴展的信號。當在 下文中提到"中頻信號"或者"ZF信號"時，那么這也稱為"接收信號"。
[0010] 根據本發(fā)明的另一個方面，包絡曲線值作為各一個被采樣的和計算出的值的平方 和的根來形成。對此，例如能夠使用在下面的描述中提出的公式。
[0011] 根據本發(fā)明的另一個方面，通過欠采樣（Unterabtastung)進行對被采樣的接收 信號的采樣值的轉換。在欠采樣的情況下，將模擬信號轉化為數字值，其中不滿足奈奎斯 特-香農采樣定理。這表示，采樣頻率低于兩倍的在待采樣的信號中存在的最大頻率。DE 10 2006 006 572A1特別是在87和88段中明確，什么情況能夠理解為這類的欠采樣。
[0012] 根據本發(fā)明的另一個方面，預設的角度具有不等于90度的值。
[0013] 根據本發(fā)明的另一個方面，預設的角度具有等于90度的值，其中相位旋轉通過希 爾伯特濾波器來進行。
[0014] 根據本發(fā)明的另一個方面，相位旋轉通過時域中的數字濾波器來進行。
[0015] 根據本發(fā)明的另一個方面，濾波器是FIR濾波器結構或者IIR濾波器結構。
[0016] 根據本發(fā)明的另一個方面，相位旋轉通過頻域中的數字濾波器來進行。
[0017] 根據本發(fā)明的另一個方面，數字濾波器執(zhí)行傅里葉變換。
[0018] 根據本發(fā)明的另一個方面，在計算包絡曲線值之前執(zhí)行相干系綜平均。在相干系 綜平均中，并非將不同的包絡曲線的包絡曲線值平均，而是將不同的ZF信號的數字化的值 平均，由此得出改進的信噪比。
[0019] 根據本發(fā)明的另一個方面，計算多個包絡曲線值，隨后根據所述包絡曲線值確定 包絡曲線的整體分布。
[0020] 根據本發(fā)明的另一個方面，提出一種用于計算包絡曲線的包絡曲線值的并且用于 確定介質的物位的物位傳感器，其例如是脈沖傳送時間物位傳感器。物位傳感器具有采樣 設備，以用于在離散的時間點對接收信號的至少一個區(qū)域進行采樣并且將被采樣的值轉換 為數字的采樣值。此外設有數字的信號處理設備，所述信號處理設備通過下述方式來執(zhí)行 為數字采樣值的第一數字采樣值計算新的值：將對應于所述第一數字采樣值的ZF信號的 相位以預設的角度旋轉。接下來，根據第一數字采樣值和通過旋轉相位計算出的新的值來 進行包絡曲線值的計算。
[0021] 根據本發(fā)明的另一個方面，物位傳感器特別是設計為用于執(zhí)行在上文中和在下文 中所描述的方法。
[0022] 根據本發(fā)明的另一個方面，提出一種具有采樣設備和用于計算模擬信號的包絡曲 線值的處理器的信號處理裝置，所述信號處理裝置設計為用于執(zhí)行在上文中和在下文中所 描述的方法步驟。
[0023] 根據本發(fā)明的另一個方面，提出一種程序元件，所述程序元件在其在處理器上、并 且特別是在物位傳感器的處理器上執(zhí)行時指導數字信號處理設備：執(zhí)行在上文中和在下文 中所描述的關于新的值和包絡曲線值的計算步驟。
[0024] 在此，程序元件例如能夠是存儲在物位傳感器的處理器上的軟件的一部分。在此， 該處理器同樣能夠是本發(fā)明的主題。此外，本發(fā)明的該實施例包括本發(fā)明從一開始就使用 的程序元件以及下述程序元件，所述程序元件通過更新（update)來引起現有的程序應用 本發(fā)明。
[0025] 根據本發(fā)明的另一個方面，提出一種計算機可讀介質，在所述計算機可讀介質上 存儲有上文中所描述的程序元件。
[0026] 能夠視為本發(fā)明的核心方面的是，對接收信號或者接收信號的例如在一米中延伸 的區(qū)域必要時在時間擴展之后（由此從接收信號產生ZF信號）在離散的時間點進行采樣， 并且將被采樣的值轉換為數字采樣值。從數字采樣值通過將相應的ZF信號的相位分別以 預設的角度旋轉來計算新的值。接下來，能夠分別根據相應的被轉換的值和通過旋轉相位 計算出的新的值來計算相應的包絡曲線值。
[0027] 換言之，每個包絡曲線值根據與所述包絡曲線值相關的被轉換的值和通過旋轉接 收信號的被采樣的區(qū)域的相應的值的相位而計算出的新的值來計算。
【附圖說明】
[0028] 在下文中參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。
[0029] 圖1示出接收信號的采樣的示意圖。
[0030] 圖2示出接收信號的另一個采樣的示意圖。
[0031] 圖3示出接收信號的又一個采樣的示意圖。
[0032] 圖4A示出理想的相位旋轉器的振幅響應（Amplitudengang)。
[0033] 圖4B示出理想的相位旋轉器的相位響應（Phasengang)。
[0034] 圖5A示出用于帶通信號的實際的相位旋轉器的振幅響應。
[0035] 圖5B示出用于帶通信號的實際的相位旋轉器的相位響應。
[0036] 圖6示出根據本發(fā)明的一個實施例的方法的方框圖。
[0037] 圖7示出根據本發(fā)明的一個實施例的物位傳感器，所述物位傳感器安裝到罐中。
[0038] 圖8說明根據本發(fā)明的一個實施例的接收信號的相位的旋轉。
[0039] 圖9示出ZF1和ZF2的視圖，其中ZF2相對于ZF1以90°進行相位旋轉。
[0040] 圖10A和圖10B示出諧波振蕩的各一個視圖。
[0041] 附圖中的視圖是示意性的并且是不按比例的。在下面的附圖描述中