无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪及其运行方法

摘要

本发明涉及运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪及其运行方法，具体而言，描述和示出用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法，超声或雷达填充情况测量仪带有至少一个自由发射的发送器、至少一个接收器和至少一个分析单元，方法包括下列步骤：通过发送器发出发送信号；通过接收器接收在反射体处反射的反射信号；通过分析单元分析发送信号和/或反射信号。所述任务如下来解决，即分析单元求得在所述发送信号和所述反射信号之间的频率偏移并且通过分析所求得的频率偏移或由所求得的频率偏移推导的变量来探测充填过程，在所述充填过程中填充流至少部分穿过所述发送信号。此外描述无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪。

说明书

技术领域

本发明涉及用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法，所述超声或雷达填充情况测量仪带有至少一个自由发射的（freistrahlenden）发送器、至少一个接收器和至少一个分析单元，所述方法包括下列步骤：通过所述发送器发出发送信号；通过所述接收器接收在反射体处反射的反射信号；通过所述分析单元分析所述发送信号和/或所述反射信号。此外，本发明涉及无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪，包括至少一个自由发射的发送器用于发出发送信号、至少一个接收器用于接收在反射体处反射的反射信号和至少一个分析单元，其中，所述分析单元设计用于分析所述发送信号和/或反射信号。

背景技术

用于测量布置在容器中的填充物的填充情况的无接触地工作的填充情况测量仪以及用于运行这种仪器的方法由现有技术已知。已知的测量原理（所述填充情况的确定基于所述测量原理）为传输时间方法（Laufzeitverfahren）。在此，在测量循环期间由发送器朝所述填充物的方向发出超声或雷达信号并且在填充物表面处反射之后作为反射信号由接收器来接收。所述反射信号的传输时间取决于经过的路程。就此而言能够由所述传输时间确定相对于所述填充物表面的间距并且由此确定在所述容器中的填充情况。

对于所述测量原理成问题的是，所述发送信号不是仅仅在所述填充物表面处被反射，而是常常也在所谓的静态的干扰物、如容器内件（Behältereinbauten）、焊缝处或在容器底部处被反射。由所述接收器探测的反射信号由此为在不同的反射体处的各个反射的叠加。基于其不同的传输时间能够区分所述各个反射信号。通过接收空的容器的反射信号尤其可行的是，使得通过在静态的干扰源处的反射所引起的份额在所述填充情况测量期间从所述反射信号中过滤出来。

但除了静态的干扰物之外，动态的干扰源也会影响测量过程。

例如当在所述容器的充填过程期间所述填充物穿过所述发送信号时出现动态的干扰。虽然可能的是，所述发送信号至少部分渗透穿过流入的介质，然而所述填充情况的可靠的测量没有给出。为了保证可靠的填充情况测量，由此在分析所述反射信号时必须同样考虑动态的干扰。

如今，在填充情况测量时动态的干扰源尤其通过以下方式被考虑，即在输出填充情况测量值之前，所求得的填充情况测量值经受可信性检查。为此例如以当前的填充情况为出发点取决于填充情况高度的待期望的变化来确定如下窗口，填充情况测量值在所述窗口之内是可信的。如果求得的填充情况测量值处于所述窗口之外，则所述填充情况测量值以不可信不被采纳。

文件DE 10 2013 103 532 A1公开了用于测量在容器中的填充物的填充情况的方法，其中，依据历史的和当前的测量点进行可信性检查并且基于所述可信性检查来删除被识别为不可信的历史的和/或当前的测量点。所删除的测量值不进行继续分析。尤其不进行将归入为不可信的测量值与相应的干扰源的配属。

在所述方法方面不利的是，一方面不进行错误信号与干扰源的配属，从而没有实现排除和/或考虑在输出所述填充情况时的干扰。另一方面相对于所述填充物表面具有小的间距的填充流（其尤其在可信性窗口之内延伸）不被识别为测量错误。

发明内容

以这种现有技术为出发点，本发明基于如下的任务，说明用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法和无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪，其提供所述填充情况测量的特别高的可靠性。

根据本发明的第一教导，所述任务在开头提及的方法的情况下通过以下方式解决，即所述分析单元求得在所述发送信号和所述反射信号之间的频率偏移并且通过分析所求得的频率偏移或通过分析由所求得的频率偏移推导的变量来探测充填过程，在所述充填过程中填充流至少部分穿过所述发送信号。

看出的是，实现鉴别甚至动态的干扰源、在此所述充填过程，从而在所述填充情况测量时实现考虑所述干扰源。根据本发明，为此利用反射信号在运动的反射体和所述接收器之间的频率偏移的效果。假如所述填充流至少部分穿过所述发送信号，则所述发送信号至少部分在所述填充流处被反射，由此识别和探测出所述充填过程。

根据本发明地基于在所述发送信号和所述反射信号之间的频率偏移来探测所述充填过程具有另外的优点，即：即使当所述填充流仅仅部分穿过所述发送信号或也靠近所述填充物表面地穿过所述发送信号，也识别出所述充填过程，因为所求得的频率偏移无关于所述反射体相对于所述填充物表面的间距。如果在所述填充情况测量时、尤其在分析和/或输出所测量的填充情况时考虑充填过程的探测，则能够避免给出有错误的和/或不可靠的填充情况测量值并且就此而言提高这种填充情况测量的可靠性。

根据按本发明的方法的第一设计方案，所述分析单元由所求得的频率偏移来确定反射体速度并且通过比较所述反射体速度与确定的速度界限值来探测所述充填过程。在此看出，所述填充流的微粒以与所述填充物表面的微粒不同的速度、尤其以比所述填充物表面的微粒高的速度来运动。所述填充流的微粒的平行于所述发送信号的传播方向的速度分量越大，则所求得的频率偏移越高。通过与速度界限值的比较来看出，所述反射体是否属于（angehört）快速运动的填充流。在此，如果所述反射体速度大于所述速度界限值，则探测出充填流。通过基于所述反射体的速度与所述填充流进行配属能够保证明确的配属直到如下的时间点，在此时所述反射体碰上到所述填充物表面上。因为此后所述反射体的速度才减小到所述填充物表面的速度。

基于所述反射体的速度、也就是说尤其基于平行于所述发送信号的传播方向的速度分量与所述充填过程进行配属尤其在运动的表面的填充情况测量方面是有利的。虽然运动的表面的微粒相比于静止的填充物具有提高的速度。然而沿所述发送信号的传播方向的速度分量相比于布置在所述填充流中的微粒的速度一如既往地是小的。就此而言之前阐述的设计方案尤其在运动的表面的情况中提供特别可靠的用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法。

所述速度界限值能够为在所述填充情况测量仪投入运行之前确定的值。但备选地，所述速度界限值也能够取决于所述填充物表面的最大的速度地并且就此而言取决于填充物地来确定。在此，所述填充物表面的速度尤其取决于所述填充物的微粒大小和类型。

根据另一特别优选的设计方案，所述分析单元在探测所述充填过程之后、之前或在探测所述充填过程期间求得所述反射信号的传输时间并且由所求得的传输时间来确定所述填充情况。以有利的方式能够根据所述设计方案提供如下的方法，所述方法允许基本上同时确定所述填充情况和探测所述充填过程。特别有利的是，确定所述填充情况和探测所述充填过程通过分析相同的反射信号来进行。那么所述充填过程的探测能够在填充情况测量期间以特别简单的和快速的方式来进行。

同样优选的是，所述分析单元输出所探测的充填过程和填充情况测量值，其中，如果所述分析单元探测到充填过程，则所述填充情况测量值被确认为不可靠的。通过根据所述设计方案的方法为使用者提供特别高的程度的信息。一方面告知：探测出充填过程，由此同样告知：所述填充情况测量仪在当前布置在所述充填流之上。尤其当所述容器备选地或同时充填有不同的填充物时，那么这是关联的。因为此后所述填充物在所述充填过程期间的行为、尤其所述填充流在所述填充物表面之上的空间上的传播是不同的，从而如下情况会出现，即第一填充物在所述充填过程期间穿过所述发送信号，而第二填充物在所述充填过程期间没有穿过所述发送信号。另一方面所输出的填充情况测量值确认为不可靠的具有如下优点，即避免输出错的和/或未确认的不可靠的填充情况测量值。就此而言通过根据本发明的方法的之前描述的设计方案来进一步提高所述填充情况测量的可靠性。

根据另一设计方案，如果所述分析单元探测到充填过程，则中断所述填充情况测量。以这种方式同样能够避免输出错的或至少不可靠的测量值，由此使得所述填充情况测量的可靠性进一步提高。优选地，如果所述分析单元没有探测出充填过程，则自动地开始和/或继续进行所述填充情况测量。

根据本发明的第二教导，所述任务通过开头提及的无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪如下解决，即所述分析单元在运行状态中适用于求得在所述发送信号和所述反射信号之间的频率偏移并且通过分析所求得的频率偏移或通过分析由所求得的频率偏移推导的变量来探测充填过程，在所述充填过程中填充流至少部分穿过所述发送信号。借助于根据本发明的填充情况测量仪以有利的方式，在当所述填充流至少部分穿过所述发送信号时识别出动态的干扰源、即所述充填过程。

所述分析单元优选地同样适用于求得所述填充情况。如果所述分析单元在所述填充情况测量时、尤其在分析和/或输出所述填充情况时考虑充填过程的探测，则测量过程的可靠性明显提高。

特别优选的是，所述分析单元在所述运行状态中适用于由所求得的频率偏移来确定反射体速度并且通过比较所述反射体速度与确定的速度界限值来探测所述充填过程。优选地，如果所述反射体速度大于所述速度界限值，则探测出充填过程。如已经阐述的那样，能够通过基于所述反射体的速度对所述填充流进行配属来保证明确的配属直到如下的时间点，在此时所述反射体碰上到所述填充物表面上。所述速度界限值能够为在所述填充情况测量仪投入运行之前确定的值。以优选的方式，所述速度界限值取决于所述填充物表面的最大的速度地并且就此而言取决于所述填充物地确定。

此外有利的是，所述分析单元在所述运行状态中适用于在探测所述充填过程之后、之前或在探测所述充填过程期间求得所述反射信号的传输时间并且由所求得的传输时间确定填充情况。特别优选的是，所述填充情况的确定和所述充填过程的探测通过分析相同的反射信号来进行。那么使得可靠的识别和考虑所述充填过程的填充情况测量仪特别简单地设计。

在此有利的是，所述分析单元在所述运行状态中适用于输出所探测的充填过程和所述填充情况测量值，其中，如果所述分析单元探测出充填过程，则所述填充情况测量值被确认为不可靠的。

那么以有利的方式，所述填充情况测量仪在所述容器处的布置能够取决于如下的信息进行，所述信息为填充物在所述充填过程期间是否至少部分穿过所述发送信号。因为根据之前描述的设计方案，填充情况测量仪识别并且也考虑所述充填过程，故尤其可行的是，所述填充情况测量仪定位在所述填充流之上，而不必忍受有错误的填充情况测量值。

备选于或除了之前描述的设计方案之外还有利的是，所述分析单元在所述运行状态中适用于中断所述填充情况测量。以这种方式同样避免了输出错的或不可靠的填充情况测量值。优选地，所述分析单元如下设计，使得如果所述分析单元没有探测出充填过程，则自动地开始和/或继续进行所述填充情况测量。

根据之前描述的设计方案的填充情况测量仪能够就此而言以有利的方式将用于测量所述填充情况的测量运行与充填区分开。

附图说明

详细地此时存在有大量可行方案，用于设计根据本发明的用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法和根据本发明的无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪。为此不仅参阅后置于独立权利要求的权利要求而且参阅下面的结合附图的优选的实施例的描述。在所述附图中

图1示出容器的充填过程的情况，其中，根据本发明的填充情况测量仪（其实现根据本发明的方法的第一实施例）的实施例布置在容器处，以及

图2示出根据本发明的方法的第二实施例。

具体实施方式

在图1中示出用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪2的方法1以及在运行中的无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪2。所述方法1和所述填充情况测量仪2的突出之处分别在于，设置有自由发射的发送器3，其发出发送信号4；设置有接收器5，其接收在反射体6处反射的反射信号7；以及设置有分析单元8，其分析所述发送信号4和/或所述反射信号7，其中，所述分析单元8求得在所述发送信号4和所述反射信号7之间的频率偏移并且通过分析所求得的频率偏移或通过分析由所述所求得的频率偏移推导的变量来探测充填过程，在所述充填过程中填充流9至少部分穿过所述发送信号4。

图1详细地示出容器10的充填过程的情况，其中，填充物以填充流9的形式侧向地填充到所述容器10中。所述填充流9穿过由所述填充情况测量仪2的发送器3发出的发送信号4，由此所述充填过程由所述分析单元8探测到。

通过借助于所示出的方法1和所述填充情况测量仪2探测所述充填过程来提供特别可靠的填充情况测量。

下面的实施方案不仅基于用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪2的方法1的实施例以及基于所示出的填充情况测量仪2。

所述填充情况测量仪2的分析单元8在所示出的实施例中由所求得的频率偏移来确定所述反射体速度并且通过比较所述反射体速度与确定的速度界限值来探测所述充填过程。在此，所述速度界限值为在所述填充情况测量仪2投入运行之前确定的值。但备选地所述速度界限值也能够取决于填充物表面的最大的速度地并且就此而言取决于所述填充物地来确定。通过依据所述反射体6的速度来探测所述充填过程能够在即使当所述反射体6相对于所述填充物表面具有小的间距时也识别出所述充填过程。就此而言所述充填过程能够以特别可靠的方式来识别。

此外，所述分析单元8在此在探测所述充填过程之后来求得所述反射信号7的传输时间并且由所求得的传输时间来确定在所述容器10之内的填充情况。因此利用所示出的方法1和所述填充情况测量仪2能够由所述反射信号7不仅获得关于充填状态的和/或关于所述填充情况测量仪2在所述填充流9之上的布置的信息而且也获得关于所述容器10的填充情况的信息。所述方法1和所述填充情况测量仪2就此而言特别简单地来设计。

此外，所述分析单元8输出所探测的充填情况和填充情况测量值，其中，如果所述分析单元8探测出充填过程，则所述填充情况测量值确认为不可靠的。在此，设置有显示单元11，通过所述显示单元来输出探测的充填状态和所述填充情况测量值。所述显示单元11为使用者可见地呈现出交给所述显示单元的值。备选地，相应的显示单元能够集成在所述分析单元中。可选地，如果探测到充填过程，则中断所述填充情况测量。因此避免输出有错误的或未确认的不可靠的测量值。

最后示出如下的方法1和填充情况测量仪2，其由于在所述填充情况测量时识别和考虑所述充填过程的动态的干扰源而具有所输出的填充情况测量值的特别高程度的可靠性。

图2示出根据本发明的用于运行无接触地工作的超声或雷达填充情况测量仪的方法的第二实施例，所述超声或雷达填充情况测量仪带有至少一个自由发射的发送器、至少一个接收器和至少一个分析单元，其提供特别可靠的填充情况测量值。

在第一步骤100中，所述发送器发出发送信号，所述发送信号在反射体处被反射并且接下来通过所述接收器接收101。所述发送信号和/或反射信号在下一个步骤中被分析102，其中，求得103在所述发送信号和所述反射信号之间的频率偏移，由所述频率偏移又确定105所述反射体速度。

通过比较106所述反射体速度与速度界限值（所述速度界限值取决于所述填充物表面的最大的速度来确定107）探测104所述充填过程。

所述方法以有利的方式使用所述反射体的速度信息，以便识别出，充填流是否穿过所述发送信号并且这就此而言在继续分析或输出所述填充情况测量值方面要被考虑。

在探测104充填情况之后，在下一个步骤中求得108所述反射信号的传输时间并且由所述传输时间确定所述填充情况。接着输出109所探测的充填情况和填充情况测量值，其中，如果所述分析单元探测出充填过程，则所述填充情况测量值被确认为不可靠的。在示出的实施例中，只要所述分析单元探测到充填过程，则中断110所述填充情况测量。

通过在输出所述填充情况测量值时考虑所述充填情况并且尤其通过只要所述分析单元探测出充填过程就中断所述填充情况测量，避免输出未确认的不可靠的或有错误的填充情况测量值，从而根据所述方法输出的测量值具有特别高的可靠性。