用于测量到对象的距离的装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量到对象的距离的装置，包括用于发出电磁的测量信号的至少两个自由放射的发送单元、用于接收在对象处反射的反射信号的至少一个接收单元以及至少一个评估单元，其中所述至少一个接收单元将接收的反射信号传递到至少一个评估单元处，发送单元和所述至少一个接收单元布置在测量环境之内并且发送单元和所述至少一个接收单元具有至少一个共同的测量频率范围。

本发明尤其涉及测量发送单元或接收单元到在容器中的填料表面的距离。

背景技术：

原则上已知的是，基于在对象处反射的测量信号的行进时间(laufzeit，有时称为传播时间)确定到对象例如在容器中的填料的表面的距离。对此例如以脉冲形的雷达信号的形式的测量信号由发送单元在朝向对象的方向上发出并且在在对象处反射后由接收单元检测。接收的信号紧接着为了评估传递到评估单元处。从测量信号的行进时间能够确定发送单元到对象的距离。在填充水平测量的情况中能够从发送单元到填料表面的间距确定在容器中的填充水平(füllstand，有时称为填充高度)。发送单元经常同时设计为接收单元。

此外已知的是，在先前描述的方法中应用线性的频率调制的雷达信号作为测量信号。为了评估接收的反射信号并且为了确定到对象的距离从当前的发送频率和接收的频率中确定频率差。频率差与对象的间距直接成比例。

为了提高运行和失效安全性在这种类型的装置中存在至少一个另外的功能上等效的或相当的发送单元。通过使用至少两个发送单元即使在一个发送单元失效时也能够确保装置的运行不中断。如果发送单元同时设计为接收单元，使用至少两个发送和接收单元(该至少两个发送单元和接收单元分别单独地确定到对象的距离)确保了特别高的失效安全性。

这种类型的装置的发送单元和所述至少一个接收单元具有测量频率范围，发送单元和所述至少一个接收单元在该测量频率范围之内运行。也就是说，由发送单元发出的测量信号的频率处于接收单元的灵敏度范围之内。当反射信号的频率处于接收单元的测量频率范围之内时，由接收单元接收的反射信号或由此推导的测量信号此后传递到评估单元处。处于仪器特定的测量频率范围之外的频率例如通过相应的高通滤波器和/或低通滤波器滤出。

当提及发送单元和接收单元具有共同的测量频率范围时，那么意味着，发送单元和接收单元具有共同的频率范围，每个发送单元和每个接收单元在该频率范围中运行，也就是说发送单元在该频率范围中发射电磁的信号并且接收单元在该频率范围中接收电磁的射束作为有关的测量信号。特别优选地，发送单元和所述至少一个接收单元的测量频率范围是一致的。如果发送单元和接收单元具有一致的测量频率范围，当发送单元中的一个失效时，测量的质量维持。

此外这种类型的装置的发送单元和接收单元布置在测量环境之内。当接收单元至少部分地从每个发送单元接收测量信号或反射信号时则刚好是这样的情况。如果存在多于一个接收单元，当每个接收单元从至少两个发送单元接收测量信号或反射信号尤其从每个发送单元接收测量信号或反射信号时，发送和接收单元则刚好布置在测量环境之内。此外在本发明的范围内只有当距离测量涉及同样的对象时，多个发送单元或接收单元也才布置在测量环境之内。因为附加地存在的发送和接收单元通过以下方式改善了装置的功能上的安全性，即当一个发送单元失效时附加地存在的发送和接收单元维持装置的运行。在该情况中附加地存在的发送单元代替失效的发送单元。如果发送单元同时设计为接收单元，附加地存在的发送和接收单元代替失效的发送和接收单元。

例如发送单元和所述至少一个接收单元布置在相同的容器中，其中到填料的表面的间距被测量。

然而如果多个发送和接收单元同时在测量频率范围之内运行，能够导致发送单元或接收单元彼此影响，这在测量的距离的测量误差中反映。

技术实现要素：

以此为出发点本发明的任务在于，给出一种用于测量到对象的距离的装置，该装置具有特别高的运行安全性以及特别高的可靠性。

该任务根据本发明通过以下方式解决，即发送单元的运行互相协调，从而由发送单元发出的测量信号或由测量信号产生的反射信号可彼此区分并且可通过接收单元或通过与接收单元处于连接的评估单元不依赖于发送单元的布置实现每个测量信号或反射信号分别与发送单元的明确的关联。

为了避免测量误差(该测量误差由以下方式产生，即由接收单元接收的测量信号或反射信号不能明确地关联于发送单元中的一个)发出的测量信号可彼此区分，更确切地说不依赖于发送单元的布置。如果两个测量信号能够仅仅由于其空间上的传播明确地关联于发送单元，这两个测量信号在根据本发明的意义中不是可区分的。

最终根据本发明的装置因此具有这样的优点，即能够通过使用至少两个发送单元确保特别高的运行安全性，其中保证了发送单元在至少两个发送单元同时运行的情况中无干扰地工作。

根据第一优选的设计方案装置包括用于测量在容器中的填充水平的填充水平测量仪器。相应的填充水平测量借助于根据本发明的装置特别可靠地并且在满足特别高的安全性要求的情况下发生。

根据另一优选的设计方案每个发送单元同时是接收单元。该设计方案在下面通过以下方式说明，即发送单元和接收单元是一致的。根据本发明的装置的相应的设计方案具有这样的优点，即装置特别简单地设计。

优选地测量信号是脉冲形的或频率调制的雷达信号。

根据本发明的装置能够通过以下方式进一步改善，即发送单元的运行如此协调，即使得在一个时间点分别仅仅唯一的发送单元是起作用的。优选地发送单元在对象的方向上交替地发出测量信号。如果测量信号由接收单元接收，该测量信号可通过以下方式明确地关联于各个发送单元，即该测量信号时间上错开地被接收。如果发送单元同时设计为接收单元，特别优选的是，每个接收单元分别同时地连同一致的发送单元是起作用的。由此保证了，接收单元不接收与其不一致的发送单元的测量信号。此外该设计方案具有这样的优点，即每个发送单元能够在完整的测量带宽上运行，由此提供了特别高的分辨率。

为了实现发送单元的间歇性的运行实现了上一级的控制器。控制器通过通讯连接与每个发送单元连接。

在根据本发明的装置的一种设计方案中上一级的控制器在一个发送单元中实现，从而足够的是，其他发送单元与上一级的控制器在其中实现的该发送单元处于通讯连接中。到具有上一级的控制器的发送单的通讯连接在一个设计方案中实现成星形的，在备选的设计方案中该通讯连接实现为环。共同的是这样的方案，即通过每个发送单元的传输的数据以利用信号的方式指示出该发送单元是否是起作用的。

根据一种优选的设计方案存在通讯线缆，该通讯线缆将发送单元彼此连接，其中发送单元能够通过通讯线缆交换数据尤其同步信号。发送单元的运行的协调能够因此通过通讯线缆发生。根据该设计方案确保了发送单元的特别简单且安全的通讯。通讯线缆能够是总线布线系统(busverkabelssystem)的一部分或将发送单元直接地彼此连接。

备选地在发送单元之间能够存在无线的接口，其中发送单元能够通过无线的接口交换数据尤其同步信号。优选地发送单元的运行的协调能够通过无线的接口发生。如此设计的装置具有这样的优点，即使得该装置特别地简单地设计。特别地优选地存在无线的通讯接口。当装置具有至少三个或更多发送单元时，应用无线的接口是尤其有利的。

如果发送单元同时设计为接收单元并且发送单元的运行如此协调，即使得在一个时间点分别仅仅唯一的发送和接收单元是起作用的，此外特别地优选的是，在规则的或不规则的时间间隔中除了从属的发送单元仅仅一个接收单元是起作用的。如果当从属的发送单元是不起作用的时起作用的接收单元测量反射信号，这样这是对另外的发送和接收单元的故障的提示。根据该设计方案能够因此确保特别可靠的运行。

这样的故障能够例如由以下方式产生，即用于时间测量的布置在发送和接收单元中的元件(例如振荡石英)能够具有不同的精确性或随着时间进展漂移。

同样优选的是，发送单元在其上运行的测量频率范围具有至少两个测量子带，并且发送单元的运行如此协调，即使得发送单元利用布置在不同的测量子带中的频率运行。如果仅仅存在一个接收单元，这样该接收单元根据先前描述的设计方案如此设计，即使得该接收单元接收在至少两个测量子带的频率中的信号并且将该信号或由此推导的数值传递到评估单元处。根据相应的频率测量信号能够明确地关联于发送单元。如果发送单元同时设计为接收单元，优选的是，接收单元仅仅接收和传递处于与该接收单元一致的发送单元相关联的测量子带中的频率。

先前描述的设计方案具有这样的优点，即发送单元能够同时运行，由此能够提供特别高的测量率。当至少两个测量子带不具有共同的频率时，这尤其适用。

根据另一优选的设计方案用于每个测量子带的装置具有专用的校准器(kalibriersatz)。

同样有利的是，测量信号或反射信号可通过以下方式区分，即该测量信号或反射信号不仅时间上错开地发出，而且具有可关联于不同的测量子带的频率。根据该设计方案能够实现测量信号或反射信号与发送单元的特别地可靠的关联。

此外有利的是，每个发送单元同时是接收单元并且测量频率范围具有至少一个通讯子带，其中每个发送单元和每个接收单元至少在至少一个通讯子带中运行。通过发出和接收带有处于通讯子带之内的频率的测量信号，发送单元能够关于其运行通知其余的接收单元，其中能够省略在发送单元之间的另外的连接(例如以线缆连接或无线的连接的形式)。该设计方案尤其在以下情况中是有利的，即当测量信号或反射信号的区分通过发出的测量信号的时间上的错开发生时。

备选地发送单元彼此的通讯的不同的类型也能够彼此组合。如果频率带(发送单元在该频率带中运行)同时具有至少两个测量子带，有利的是，通讯子带和测量子带不具有共同的频率。

附图说明

详细地现在存在设计用于测量到对象的距离的根据本发明的装置的大量可能性。对此不仅参考排在独立权利要求后面的权利要求而且参考下文结合图纸对优选的实施例进行的描述。在图纸中

图1示出了根据本发明的装置的第一实施例，

图2示出了根据本发明的装置的第二实施例，并且

图3示出了频率带划分成测量子带和通讯子带的示例性的示图。

参考符号列表

1用于测量到对象的距离的装置

2发送单元

3发送单元

4测量信号

5测量信号

6接收单元

7接收单元

8反射信号

9反射信号

10评估单元

11评估单元

12容器

13测量信号

14通讯线缆

15发送单元

16接收单元

17评估单元

18测量信号

19反射信号

20对象

21测量频率范围

22测量子带

23测量子带

24通讯带。

具体实施方式

在图1中呈现了用于测量到在容器12中的填料表面的距离的根据本发明的装置1的第一实施例。装置1包括用于发出电磁的测量信号4,5(以频率调制的雷达信号的形式)的两个自由放射的发送单元2,3，用于接收在填料表面处反射的反射信号8,9的两个接收单元6,7，其中每个发送单元2,3设计为接收单元6,7并且其中每个接收单元6,7至少部分地也接收与其不一致的发送单元2,3的反射，这当前例如通过接收反射信号13呈现。此外装置1包括两个评估单元10,11，这两个评估单元10,11从接收的反射信号10,11的行进时间和在接收的反射信号8,9和发出的测量信号4,5之间的频率差确定到填料表面的距离。

此外发送单元2,3以及因此接收单元10,11也布置在测量环境之内。在呈现的实施例中发送单元2,3和接收单元10,11布置在同样的容器12内部并且测量到同样的填料表面的间距。此外发送单元2,3和接收单元6,7具有一致的测量频率范围。为了避免发送单元2,3和接收单元10,11的相互的影响(该影响通过以下方式引起，即接收单元10,11接收与其不一致的发送单元2,3的反射信号13)，发送单元2,3的运行互相协调。测量信号4,5可彼此区分并且可不依赖于发送单元的布置实现每个测量信号与发送单元2,3的明确的关联。

发送单元2,3彼此的通讯以及就此而言发送单元2,3的运行的协调通过通讯线缆14发生，该通讯线缆14将发送单元2,3彼此连接。在呈现的实施例中发送单元2,3的运行如此互相协调，即使得发送单元2,3在测量频率范围的不同的测量子带的频率上运行。就此而言测量信号4,5在其频率方面不同。接收单元6,7如此设计，即使得该接收单元6,7仅仅接收由与相应的接收单元一致的发送单元2,3发出的频率并且将该频率传递到评估单元10,11处。发送单元和接收单元6,7的相互的影响由此被排除。

根据另一实施例在先前描述的布置中放弃通讯线缆14。

就此而言在图1中呈现的实施例提供了装置1，该装置1首先通过使用多个发送和接收单元6,7具有特别高的测量精确性和特别高的运行安全性，其中能够确保发送单元6,7无干扰地工作。

图2示出了根据本发明的装置1的第二实施例。呈现的装置1具有同时设计为接收单元6,7,16的三个自由放射的发送单元2,3,15，以及三个评估单元10,11,17。发送单元2,3,15如此设计并且布置，即使得该发送单元2,3,15分别在对象20的方向上发送以脉冲形的雷达信号的形式的电磁的测量信号4,5,18，该对象20到发送单元2,3,15的间距被确定，该测量信号4,5,18在在对象20处反射后由相应的接收单元6,7,16接收并且传递到评估单元10,11,17处。接收单元6,7如此设计并且布置，即使得该接收单元6,7至少部分地接收所有的发送单元2,3,15的测量信号或反射信号。这以例如通过测量信号13的走向呈现的方式示出。此外发送和接收单元6,7具有一致的测量频率范围。为了避免发送和接收单元6,7,16的相互的影响，发送单元2,3,15的运行当前互相协调，从而可实现每个测量信号或反射信号8,9,19与发送单元2,3,15中的一个的明确的关联。当前发送单元2,3,15通过无线的接口彼此通讯，通过该无线的接口结果是也发生发送单元2,3,15的运行的协调。

在呈现的实施例中各个发送单元2,3,15的运行的协调如此发生，即使得在一个时间点分别仅仅唯一的发送单元2,3,15是起作用的。当与相应的接收单元6,7,16一致的发送单元2,3,15是起作用的时，那么相应的接收单元6,7,16同时刚好是起作用的。结果是保证了，接收单元6,7,16不记录由与该接收单元不一致的其他的发送单元2,3,15发出的测量信号13。

最终在图2中呈现的实施例也提供了用于测量到对象20的距离的装置1，该装置1通过使用三个发送单元2,3,15和三个接收单元6,7,16具有特别高的测量精确性和运行安全性，其中能够确保发送和接收单元的无干扰的运行。

在图3中例如在线图中呈现了测量频率范围的划分，发送和接收单元在该测量频率范围的频率上运行。在线图的x轴上绘出频率f。范围21相应于测量频率范围。该范围划分成两个测量子带22,23，这两个测量子带22,23分别关联于发送单元2,3,15。此外呈现的测量频率范围具有通讯子带24，该通讯子带24的频率由所有的发送单元和接收单元6,7,16发出或接收。在装置1的运行中通过发出和接收在通讯子带24内部的频率接收器6,7,16能够单独在信号层(signalebene)上被通知发送单元2,3,15是起作用的。