使用电子水平仪标记箱障碍物的制作方法

公开的实施例涉及通过使用电子水平仪提供标记箱障碍物的方法和系统。

背景技术：

利用雷达的电子水平仪（elg）通常在工业中用作导波雷达（gwr）或非接触雷达（ncr）系统的部分，以便测量箱或存储箱内的材料（液体或散装固体（例如，粉末））的量（例如，水平）。elg以大体合理的价格提供高可靠性的连续水平（容量）测量。由于缺少移动部分以及测量值对于过程压力、温度和测量材料的密度的变化的不敏感性，从而获得可靠性。

用于gwr或ncr的elg被安装在箱的顶部上并且通过使用测量信号从产品材料的表面的反射来测量从参考点（通常是天线顶部处的安装凸缘）到箱内的产品材料的表面的距离。通过从箱的总高度减去测量的距离来获得产品水平值。

箱能够在elg和箱内的测量材料的表面之间的雷达路径中包括各种障碍或障碍物。例如，诸如梯子、管或泵的障碍物可以被安装在箱内侧。因为障碍物能够干扰从箱内的测量材料的表面反射的雷达信号，所以会导致不准确的水平测量值。障碍物是在箱内的任何内部非产品物品或在测量信号的路径中或者靠近测量信号的信号路径的其它目标。

技术实现要素：

本发明内容简要地指出了本公开的本质和实质内容。应理解的是，其将不被用来解释或限制权利要求的范围或意义。

公开的实施例认识到常规非接触雷达（ncr）且有时导波雷达（gwr）应用要求其上安装有电子水平仪（elg）仪器的箱被清空，以致在箱内的所有障碍物被暴露并且之后在elg的回波曲线（echocurve）中被标记为障碍物。这在本文中被认为特别在大型箱上是不实际的，并且充其量在调试/安装elg期间是不便利的。

代替清空箱以查找障碍物，能够在正常箱操作期间使用公开的障碍物查找方法。由于清空箱暴露当水平下落到其下方时不随产品水平移动的特征，公开的elg固件提供了一种基于雷达的障碍物探测算法（障碍物探测算法），其能够在这些特征显现时自动记录这些特征的位置。在未来随着箱内的产品水平上升，特征记录能够被用于证实当水平沿相反方向经过它们时，这些同样的特征点消失或褪去。一旦这种行为沿两个方向均被证实，则这些点能够经由正常过程操作在回波曲线中被示出为“已学习障碍物”，以致其不再需要在初始起动期间清空箱内的产品。当箱内的水平在未来的箱操作中接近这些障碍物时，被识别出的（多个）已知障碍物位置以及（存储在存储器中的）水平历史和实时正/负水平改变速率能够被用作至基于雷达的水平探测算法（水平探测算法）的输入，以便避免由于内部箱特征导致的错误的水平读数。

一种公开的实施例是包括ncr和gwr的用于基于雷达的水平查找的障碍物标记方法。方法包括使用联接到箱的elg由当箱内的材料处于第一水平时接收到的第一反射信号（回波信号）来生成第一回波曲线。elg包括收发器和处理器，该处理器实施被存储在联接到其的相关联的非暂时性存储器（存储器）中的雷达水平算法。

障碍物探测算法识别第一回波曲线中的至少第一特征以便提供至少一个被怀疑的障碍物及其位置（第一特征位置）。当材料处于经过第一特征位置的箱内的第二水平时，由第二反射信号生成第二回波曲线，以致第二反射信号在第一特征位置处的幅值高于其在第一反射信号中的幅值。当材料处于足够高于第一水平的箱内的第三水平时，由第三反射信号生成第三回波曲线，以致第三反射信号在第一特征位置处的幅值低于其在第一反射信号中的幅值。被怀疑的障碍物被识别为位于第一特征位置处的经证实的障碍物并且被存储在存储器中。

公开的实施例还包括通过使用基于雷达的水平查找用于标记箱内障碍物的系统。系统包括联接到箱的elg，包括收发器和处理器，该处理器实施被存储在联接到其的相关联的非暂时性存储器（存储器）中的障碍物探测算法和水平探测算法。障碍物探测算法由当箱内的材料处于第一水平时接收到的第一反射信号生成第一回波曲线，并且识别第一回波曲线中的至少第一特征，以便提供至少一个被怀疑的障碍物及其位置（第一特征位置）。当材料处于经过第一特征位置的箱内的第二水平时，由第二反射信号生成第二回波曲线，以致第二反射信号在第一特征位置处的幅值高于其在第一反射信号中的幅值。当材料处于足够高于第一水平的箱内的第三水平时，由第三反射信号生成第三回波曲线，以致第三反射信号在第一特征位置处的幅值低于其在第一反射信号中的幅值。被怀疑的障碍物被识别为位于第一特征位置处的经证实的障碍物并且被存储在存储器中。

在利用基于雷达的水平探测算法（水平探测算法）时，经证实的障碍物能够在箱操作期间被elg使用，其中水平探测算法自动地利用经证实的障碍物及其位置来计算材料水平。这与已知实践不同，已知实践涉及在起动期间用户手动输入障碍物信息（如果知道的话），或者清空箱并测量障碍物的（多个）位置。

用于障碍物探测和水平探测的公开的实施例方法、系统和计算机程序产品利用定时测量和计算，该定时测量和计算是在大约几皮（pico，10^-12）秒的持续时间内被执行，这对应于电磁脉冲行进几米的时间，其具有0.001米（=3.3皮秒）的时间分辨率。由于速度和时间要求，这些测量和计算明显不能由人来执行。

附图说明

图1是根据示例性实施例的示例性elg系统的框图，该系统被安装到箱以用于通过使用gwr测量箱内的材料的水平。

图2是根据示例性实施例的示例性elg系统的框图，该系统被安装到箱以用于通过使用ncr测量箱内的材料的水平。

图3是根据示例性实施例的被存储在存储器上的计算机可读存储介质的内容的示例性图释。

图4示出根据示例性实施例当箱内的材料的水平上升和下降时通过使用gwr由elg系统生成的回波曲线的绘图。

图5a示出根据示例性实施例当箱内的材料的水平下降时通过使用ncr由elg系统生成的回波曲线的绘图。

图5b示出根据示例性实施例当箱内的材料的水平上升时通过使用ncr由elg系统生成的回波曲线的绘图。

图6是示出根据示例性实施例标记箱内的箱障碍物的示例性方法中的步骤的流程图。

具体实施方式

参考附图来描述所公开的实施例，其中贯穿附图使用相似的附图标记来指示相似或等同的元件。附图并未按比例绘制，且其仅仅为了示出本文公开的方面而被提供。下面参考示例性应用来描述几个所公开的方面以用于说明。应该理解的是，大量特定细节、关系和方法被提出以便提供对本文公开的实施例的全面的理解。

然而，相关领域的一个普通技术人员将易于认识到，所公开的实施例能够在没有特定细节中的一个或更多个的情况下被实践或通过其它方法来实践。在其它情况下，未详细示出公知结构或操作以避免使本文公开的方面模糊。公开的实施例并不被动作或事件的所示的顺序所限制，因为一些动作可以以不同顺序和/或与其它动作或事件同时发生。另外，并不需要所有所示动作或事件以实施根据本公开的方法论（methodology）。

同样，在没有进一步限定条件的情况下，如本文所用的术语"联接到"或者"与。。。联接"（等）旨在描述间接的或直接的电连接两者之一。因此，如果第一装置"联接"到第二装置，则该连接能够是通过路线中仅存在寄生现象（parasitic）的直接电连接或者通过经由包括其它装置和连接的中间物品的间接电连接。对于间接联接，中间物品通常不修改信号的信息，不过可以调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。

图1示出示例性的基于箱的系统100，其包括实施gwr的示例性elg140。系统100能够被用于处理和加工有形材料的各种制造设施（plant）中。在一种实施例中，系统100能够被用于石油精练厂中。在另一实施例中，系统100能够被用于谷物加工和货运设备。系统100包括箱110，其装纳液体或其它材料120（液体或者散装固体（例如，粉末））。箱具有入口112和出口114。液体或其它材料120填充箱110至上水平或表面122。几种示例性障碍或障碍物被示出为位于箱110内，其包括加热器线圈132、梯子134和出口管136。例如雷达水平仪的elg140被安装到箱110的顶部116。

elg140以大体合理的价格提供高可靠性的用于液体或其它材料120的连续水平（容量）测量。由于缺少移动部分以及测量值对于过程压力、温度和测量材料的密度的变化的不敏感性，从而获得可靠性。elg140包括水平探测算法，该算法通过使用测量信号从液体或其它材料120的水平或表面122的反射来测量从参考点（通常是天线（或波导）的顶部处的安装凸缘）到箱内的产品材料的表面的距离。

如所示的elg140通过将elg140联接到波导150的同轴连接器144、馈送装置（feed-through）146和凸缘148被安装到箱110的顶部116，该波导150被插在箱110的顶部116内的箱孔（未示出）上。如所示，波导150良好地延伸到箱110内的液体或其它材料120内，例如以便实施gwr。elg140被示出为包括收发器145（本文中使用的收发器能够包括单独的发射器和接收器）、例如处理器141（例如，数字信号处理器（dsp）、微处理器或者微控制器单元（mcu））的计算装置，其具有关联的存储器142，该关联的存储器142将公开的障碍物探测算法143a和水平探测算法143b存储为固件。elg140包括本地显示器182。例如信号放大器、滤波器、模数转换器（在接收电路中的adc）和数模转换器（在发射电路中的dac）的其它的电子器件通常是elg140的部分，但是为了提供简化并未示出。

elg140被示出为经由线缆（例如，电线缆）152被联接到具有显示器180（例如处于设施的控制室内）的远程计算机160。在elg140和计算机160之间的联接也可以被无线地实现。对于gwr应用，波导150基本延伸到箱110的底部或者箱的一部分（如果仅需要测量箱的一部分）。测量信号沿着波导150传播到材料且之后被反射回到elg140。

elg140能够将代表从箱110的顶部116到箱110内的液体或其它材料120的水平的距离的电信号传输到处理器141。处理器141能够执行本文中描述的方法、过程、操作、应用或方法论中的任何一个或更多个。例如，处理器141能够由接收到的电信号的数字化的版本实施水平探测算法143b，该接收到的电信号源自被收发器145接收的反射电磁信号（回波信号），其代表从箱的顶部到液体或其它材料的水平的测量的距离，并且使用箱110的存储的总高度能够通过从箱110的总高度减去测量的距离来计算材料水平。

图2示出实施ncr的另一示例性基于箱的系统190。系统190类似于系统100，除了波导150已经被更换成了示出为喇叭天线192的天线并且同轴连接器144已经被更换成了波导194。为了实施障碍物探测算法143a和水平探测算法143b，喇叭天线192传输由收发器145生成的电磁脉冲，并且收发器145接收来自由水平或表面122反射的被喇叭天线192接收的反射电磁信号（回波信号）的反射信号。用于ncr的elg140通过使用测量信号从液体或其它材料120的水平或表面122的反射来测量从参考点（例如喇叭天线192）到箱110内的产品材料的表面的距离。

对于ncr应用，喇叭天线192延伸进入箱110内仅相对短的距离。测量信号从喇叭天线192传播通过自由空间（箱内的空气或其它气体）和箱内的液体或其它材料120。

参考图3，示出了存储在存储器142内的机器可读介质222的示例性内容。机器可读介质222能够存储用于被处理器141执行的指令224和/或算法225。

机器可读介质222进一步包括障碍物探测算法143a、水平探测算法143b、计时器324、当前水平326、水平变化速率328、水平历史329和回波曲线330。在处理器141上执行的水平探测算法143b能够确定在箱110内的材料的当前水平326。障碍物探测算法143a导致处理器141由当箱内的材料处于不同水平时接收到的反射信号生成回波曲线。处理器141识别回波曲线中的特征以便提供至少一个被怀疑的障碍物及其位置。

计时器324跟踪预定时间段以便生成回波曲线330。当前水平326是在箱110内的液体或其它材料120的当前水平122。水平变化速率328是在箱110被填充和清空时被处理器141跟踪的水平122的正和负的变化速率。水平历史329是在一定时间段上被处理器141跟踪的水平122。回波曲线330是接收到的反射电磁脉冲与箱110内的位置或高度之间的关系图。回波曲线330包括回波曲线1332、回波曲线2334和回波曲线3336。

障碍物数据340包括被怀疑的障碍物342和在箱110内的障碍物位置344。如果处理器141证实被怀疑的障碍物是经证实的障碍物，则被怀疑的障碍物被标记为经证实的障碍物346。

图4示出当箱110内的材料的水平122上升和下降时通过使用gwr由elg140生成的回波曲线400的绘图。回波曲线是处理被接收到的反射电磁脉冲的结果。当水平122在障碍物410之上时，生成初始回波曲线420。回波曲线420具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值422。当水平122在箱110中下降并且接近障碍物410时，生成回波曲线430。回波曲线430具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值432和对应于障碍物410的位置的幅值峰值434。

当水平122继续在箱110中下降并且处于与障碍物410相同的位置时，生成回波曲线440。回波曲线440源自来自水平122和障碍物410二者的反射的相长干涉，从而导致更高且更宽的幅值峰值。回波曲线440具有对应于在箱110内的材料的水平122和障碍物410的位置二者的幅值峰值442。

当水平122继续在箱110中下降并且在障碍物410的位置之下时，生成回波曲线450。回波曲线450具有对应于障碍物410的位置的幅值峰值452和对应于箱110内的材料的水平122的幅值峰值454。注意到在回波曲线上的障碍物410的竖直位置456不变。当材料的水平122下降和上升经过箱110内的障碍物410时，执行障碍物探测算法143a的处理器141能够确定并记录障碍物410的竖直位置456。

在一种实施例中，执行障碍物探测算法143a的处理器141能够合计或添加回波曲线420、430、440和450以生成最终合计的回波曲线460。合计的回波曲线460具有对应于障碍物410的位置的幅值峰值462和对应于箱110内的材料的水平122的幅值峰值464。幅值峰值462具有源自幅值峰值434、442和452的和的大幅值。执行障碍物探测算法143a的处理器141能够通过使用幅值峰值462证实障碍物410的竖直位置456。

在另一实施例中，执行障碍物探测算法143a的处理器141能够减去回波曲线420、430、440和450以生成最终减去的回波曲线470。减去的回波曲线470具有对应于障碍物410的位置的幅值峰值472和对应于箱110内的材料的水平122的幅值峰值474。幅值峰值474具有源自幅值峰值434、452和442的减除的最小幅值。执行障碍物探测算法143a的处理器141能够通过使用幅值峰值472证实障碍物410的竖直位置456。

图5a示出当箱110内的材料的水平122下降时通过使用ncr由elg140生成的回波曲线500的绘图。回波曲线是被接收到的反射电磁脉冲的结果。当水平122在障碍物410之上时，生成初始回波曲线510。回波曲线510具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值512。当水平122在箱110中下降并且接近障碍物410时，生成回波曲线520。回波曲线520具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值522和对应于障碍物410的位置的幅值峰值524。

当水平122继续在箱110中下降并且处于与障碍物410相同的位置时，生成回波曲线530。回波曲线530源自来自水平122和障碍物410二者的反射的相长干涉，从而导致更高且更宽的幅值峰值。回波曲线530具有对应于在箱110内的材料的水平122和障碍物410的位置二者的幅值峰值532。

当水平122继续在箱110中下降并且在障碍物410的位置之下时，生成回波曲线540。回波曲线540具有对应于障碍物410的位置的幅值峰值542和对应于箱110内的材料的水平122的幅值峰值544。注意到在回波曲线上的障碍物410的竖直位置546不变。当材料的水平122下降路过或经过箱110内的障碍物410时，执行障碍物探测算法143a的处理器141能够确定并记录障碍物410的竖直位置546。

图5b示出当箱110内的材料的水平122上升时通过使用ncr由elg140生成的回波曲线550的绘图。回波曲线是被接收到的反射电磁脉冲的结果。当水平122在障碍物410之下时，生成回波曲线560。回波曲线560具有对应于障碍物410的幅值峰值562和对应于箱110内的材料的水平122的幅值峰值564。

当水平122在箱110中上升并且处于与障碍物410相同的位置时，生成回波曲线570。回波曲线570源自来自水平122和障碍物410二者的反射的相长干涉，从而导致更高且更宽的幅值峰值。回波曲线570具有对应于在箱110内的材料的水平122和障碍物410的位置二者的幅值峰值572。

当水平122继续在箱110中上升并且在障碍物410的位置之上时，生成回波曲线580。回波曲线580具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值582和对应于障碍物410的竖直位置546的幅值峰值584。当材料的水平122进一步上升到在箱110内的障碍物410之上时，生成回波曲线590。回波曲线590具有对应于在箱110内的材料的水平122的幅值峰值592。对应于障碍物410的竖直位置546的幅值峰值已经从回波曲线590消失。当材料的水平122上升到在箱110内的障碍物410之上并且竖直位置546处的幅值峰值消失时，执行障碍物探测算法143a的处理器141能够确定并记录作为经证实的障碍物的障碍物410的竖直位置546。

图6是标记箱障碍物（例如箱110内的障碍物410）的示例性方法600的流程图。方法600通过处理器141经由执行指令224和/或算法225来实施。更具体地，方法600能够通过处理器141经由执行障碍物探测算法143a来实施。方法600开始于开始框并且前进到框602，在此处理器141触发elg140以便传输来自波导150（图1）或者喇叭天线192（图2）两者之一的电磁脉冲。elg140的收发器145接收源自首先由波导或天线接收的反射电磁脉冲的反射信号（框604）并且在数字化之后将接收到的反射信号传输到处理器141（框606）。

在框608处，处理器141由当箱内的材料处于第一水平时接收到的第一反射信号生成第一回波曲线（例如回波曲线510）。处理器141识别回波曲线540中的至少第一特征以便提供至少一个被怀疑的障碍物410及其竖直位置546（第一特征位置）（框610）。当材料处于经过竖直位置546（第一特征位置）的箱内的第二水平时，处理器141由第二反射信号生成第二回波曲线540，以致第二反射信号在第一特征位置处的幅值峰值542高于其在第一反射信号中的幅值峰值544（框612）。

当材料处于足够高于第一水平的箱内的第三水平时，处理器141由第三反射信号生成第三回波曲线530，以致第三反射信号在竖直位置546（第一特征位置）处的幅值峰值532低于其在第一反射信号中的幅值（框614）。处理器141将竖直位置546（第一特征位置）处的被怀疑的障碍物410存储到存储器142作为位于竖直位置546（第一特征位置）处的经证实的障碍物346（框616）。在一种实施例中，当前水平326、水平变化速率328和在一个时间段上的水平历史329用作为至障碍物探测算法143a的输入，以便确定经证实的障碍物346。（多个）经证实的障碍物346及其特征位置546被存储在存储器142中。

如上所指出的，当使用水平探测算法时，被存储在存储器142内的（多个）经证实的障碍物346及其特征位置546能够在箱操作期间被elg使用，其中水平探测算法自动地利用经证实的障碍物346及其特征位置546以及水平历史329和实时正/负的水平变化速率328，（框617）来计算材料水平，以便避免当计算箱110内的材料的水平122时由于内部箱特征导致的错误的水平读数。这与已知实践不同，已知实践涉及在起动期间用户手动输入障碍物信息（如果知道的话），或者清空箱并测量（多个）障碍物的（多个）位置。计算机160或处理器141能够生成箱110的图像，包括位于特征位置处的经证实的障碍物和箱内的材料的当前水平326（框618），并且计算机160或处理器141能够在显示器180和/或182上显示该图像（框620）。方法600之后结束。

如上所述，代替常规清空箱110内的所有产品材料以查找其内的障碍物，公开的方法600能够在正常的箱操作期间被使用。由于清空箱暴露当水平下落到其下方时不随水平122移动的特征410，其被识别出并且在处理器141上执行的障碍物探测算法143a能够在这些特征显现时在存储器142内记录或存储这些特征的竖直位置（546、456），以致在未来随着箱内的产品水平上升，特征记录能够被用于证实当水平沿相反方向经过它们时，这些同样的特征点消失或褪去，并且一旦这种行为沿两个方向均被证实，则这些点能够在回波曲线中被示作经证实的障碍物346。方法600因此避免了在初始起动期间清空箱110内的液体或其它材料120的需要。

虽然上面已经描述了各种公开实施例，但是应该理解的是，它们已经仅以示例的方式被呈现，并且不作为限制。在不偏离本公开的精神或范围的情况下，能够根据本文的公开对公开的实施例做出许多改变。因此，本公开的广度和范围不应该被任意上述实施例所限制。而是，本公开的范围应该根据所附权利要求及其等价方案来限定。

虽然公开的实施例已经相对于一个或更多个实施方式被图释和描述，不过在阅读和理解本说明书和附图时本领域技术人员将想到等价的改变和修改。虽然特定特征可能已经相对于多个实施方式中的仅一个被公开，不过这样的特征可以与其它实施方式的一个或更多个其它特征组合，这对于任何给定或特定应用而言可能是期望的和有利的。