借助于相位旋转的包络曲线计算的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及物位测量，并且本发明尤其涉及一种用于在物位测量时通过物位传感 器来计算包络曲线值的方法和一种用于在物位测量时计算包络曲线值的脉冲传送时间物 位传感器。
【背景技术】
[0002] 为了连续地在例如包含液体或者粒状材料的容器中进行物位确定，通常使用下述 传感器，所述传感器根据脉冲传送时间法来测量电磁波或者声波从传感器到物料表面并且 返回的传送时间。在传感器相对于容器底部的安装地点已知的情况下，从根据脉冲传送时 间经由波传播速度所确定的在传感器和物料表面之间的距离直接计算出探寻的物料高度。
[0003] DE10 2006 006 572A1描述了一种用于形成脉冲传送时间物位传感器的时间扩 展的接收信号（所谓的中频信号或者ZF信号）的包络曲线的迭代计算。ZF信号在离散的 时间点被采样并且被采样的值被转换为数字的采样值。随后，从各刚好两个数字的采样值 计算出包络曲线值。因此，包络曲线是ZF信号的包络线或者是该包络线的近似。包络曲线 是下述曲线，所述曲线通过计算出的各个包络曲线值来绘制或者所述曲线近似拟合各个包 络曲线值。术语包络曲线和包络曲线值对于本领域技术人员而言从DE10 2006 006 572 A1中已知。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是，计算信号的并且特别是脉冲传送时间物位传感器的接收信号的 包络线（包络曲线）。
[0005] 该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的改进方案在从属权利要求和下 面的描述中得出。
[0006] 根据本发明的第一方面，提出一种用于在物位测量时通过物位传感器来计算包络 曲线值的方法。在所述方法中，将物位传感器的接收信号至少在离散的时间点的范围中采 样，并且接下来将被采样的接收信号的时间离散的（模拟的）采样值转换为数字的采样值。 接下来，通过将接收信号的被采样的区域的采样值的相位以预设的角度旋转来实现为数字 采样值的第一数字采样值计算新的值。新的值的这种计算例如利用多个数字采样值来进 行。接下来，从第一数字采样值和通过旋转相位计算出的新的值计算出包络曲线值。
[0007] 在这里将采样值的相位理解为接收信号在采样的时间点的相位位置。
[0008] 可以考虑用于执行在上文中和在下文中所描述的方法的传感器例如是用于测量 物位的脉冲传送时间物位传感器、雷达物位传感器或者超声波物位传感器。
[0009] 根据本发明的另一个方面，将接收信号在采样之前转换为时间扩展的中频信号。 因此，当在下文中提到"接收信号"时，在这里是时间扩展的或者非时间扩展的信号。当在 下文中提到"中频信号"或者"ZF信号"时，那么这也称为"接收信号"。
[0010] 根据本发明的另一个方面，包络曲线值作为各一个被采样的和计算出的值的平方 和的根来形成。对此，例如能够使用在下面的描述中提出的公式。
[0011] 根据本发明的另一个方面，通过欠采样（Unterabtastung)进行对被采样的接收 信号的采样值的转换。在欠采样的情况下，将模拟信号转化为数字值，其中不满足奈奎斯 特-香农采样定理。这表示，采样频率低于两倍的在待采样的信号中存在的最大频率。DE 10 2006 006 572A1特别是在87和88段中明确，什么情况能够理解为这类的欠采样。
[0012] 根据本发明的另一个方面，预设的角度具有不等于90度的值。
[0013] 根据本发明的另一个方面，预设的角度具有等于90度的值，其中相位旋转通过希 尔伯特滤波器来进行。
[0014] 根据本发明的另一个方面，相位旋转通过时域中的数字滤波器来进行。
[0015] 根据本发明的另一个方面，滤波器是FIR滤波器结构或者IIR滤波器结构。
[0016] 根据本发明的另一个方面，相位旋转通过频域中的数字滤波器来进行。
[0017] 根据本发明的另一个方面，数字滤波器执行傅里叶变换。
[0018] 根据本发明的另一个方面，在计算包络曲线值之前执行相干系综平均。在相干系 综平均中，并非将不同的包络曲线的包络曲线值平均，而是将不同的ZF信号的数字化的值 平均，由此得出改进的信噪比。
[0019] 根据本发明的另一个方面，计算多个包络曲线值，随后根据所述包络曲线值确定 包络曲线的整体分布。
[0020] 根据本发明的另一个方面，提出一种用于计算包络曲线的包络曲线值的并且用于 确定介质的物位的物位传感器，其例如是脉冲传送时间物位传感器。物位传感器具有采样 设备，以用于在离散的时间点对接收信号的至少一个区域进行采样并且将被采样的值转换 为数字的采样值。此外设有数字的信号处理设备，所述信号处理设备通过下述方式来执行 为数字采样值的第一数字采样值计算新的值：将对应于所述第一数字采样值的ZF信号的 相位以预设的角度旋转。接下来，根据第一数字采样值和通过旋转相位计算出的新的值来 进行包络曲线值的计算。
[0021] 根据本发明的另一个方面，物位传感器特别是设计为用于执行在上文中和在下文 中所描述的方法。
[0022] 根据本发明的另一个方面，提出一种具有采样设备和用于计算模拟信号的包络曲 线值的处理器的信号处理装置，所述信号处理装置设计为用于执行在上文中和在下文中所 描述的方法步骤。
[0023] 根据本发明的另一个方面，提出一种程序元件，所述程序元件在其在处理器上、并 且特别是在物位传感器的处理器上执行时指导数字信号处理设备：执行在上文中和在下文 中所描述的关于新的值和包络曲线值的计算步骤。
[0024] 在此，程序元件例如能够是存储在物位传感器的处理器上的软件的一部分。在此， 该处理器同样能够是本发明的主题。此外，本发明的该实施例包括本发明从一开始就使用 的程序元件以及下述程序元件，所述程序元件通过更新（update)来引起现有的程序应用 本发明。
[0025] 根据本发明的另一个方面，提出一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上 存储有上文中所描述的程序元件。
[0026] 能够视为本发明的核心方面的是，对接收信号或者接收信号的例如在一米中延伸 的区域必要时在时间扩展之后（由此从接收信号产生ZF信号）在离散的时间点进行采样， 并且将被采样的值转换为数字采样值。从数字采样值通过将相应的ZF信号的相位分别以 预设的角度旋转来计算新的值。接下来，能够分别根据相应的被转换的值和通过旋转相位 计算出的新的值来计算相应的包络曲线值。
[0027] 换言之，每个包络曲线值根据与所述包络曲线值相关的被转换的值和通过旋转接 收信号的被采样的区域的相应的值的相位而计算出的新的值来计算。
【附图说明】
[0028] 在下文中参照附图来描述本发明的实施例。
[0029] 图1示出接收信号的采样的示意图。
[0030] 图2示出接收信号的另一个采样的示意图。
[0031] 图3示出接收信号的又一个采样的示意图。
[0032] 图4A示出理想的相位旋转器的振幅响应（Amplitudengang)。
[0033] 图4B示出理想的相位旋转器的相位响应（Phasengang)。
[0034] 图5A示出用于带通信号的实际的相位旋转器的振幅响应。
[0035] 图5B示出用于带通信号的实际的相位旋转器的相位响应。
[0036] 图6示出根据本发明的一个实施例的方法的方框图。
[0037] 图7示出根据本发明的一个实施例的物位传感器，所述物位传感器安装到罐中。
[0038] 图8说明根据本发明的一个实施例的接收信号的相位的旋转。
[0039] 图9示出ZF1和ZF2的视图，其中ZF2相对于ZF1以90°进行相位旋转。
[0040] 图10A和图10B示出谐波振荡的各一个视图。
[0041] 附图中的视图是示意性的并且是不按比例的。在下面的附图描述中