用于确定散装材料的表面的拓扑结构的测量装置控制系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的参考 本申请主张2013年5月17日提交的欧洲专利申请案第13 168 360. 9号的权益，并且 将该申请案的全文以引用的方式并入本文。
技术领域 本发明涉及水平位测量（levelmeasurement)。特别地，本发明涉及用于确定储存于容 器中的散装材料（bulkmaterial)的表面的拓扑结构的测量装置，涉及用于确定散装材料 的体积流量的测量装置的使用，涉及用于确定散装材料的质量的测量装置的使用，涉及用 于确定散装材料的表面的所述拓扑结构（topology)的方法，涉及程序元件且涉及计算机 可读媒介。
【背景技术】
[0002] 储存于容器中或位于传送带上的散装材料大体上具有不规则的粗糙表面。特别 地，当该容器被填满或被排空时可以形成大的尖端或中空凹陷。
[0003] 在此情况中，若仅确定距填充材料表面上的单一点的距离，物位测量装置经常不 准确地判定水平位。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是缩减用于确定散装材料表面的拓朴结构的时间。
[0005] 此目的是由独立权利要求的特征实现的。可从其余权利要求及以下说明获得本发 明的发展。
[0006] 本发明的第一方面指定用于确定储存于容器中的散装材料的表面的拓朴结构的 测量装置，该装置包括天线配置、回波曲线产生单元及定位装置。
[0007] 天线配置用于在天线配置的主要辐射方向上发射传输信号及用于接收至少在散 装材料的表面上被反射的传输信号。被反射并被天线配置接收的传输信号亦可称为接收信 号。
[0008]回波曲线产生单元被构造用来从被反射并被天线配置接收的传输信号产生回波 曲线。在本文中，回波曲线反映（即，对应于）被反射的传输信号在测量装置的距离测量 范围上的信号强度或振幅。换言之，回波曲线使接收到的反射传输信号的振幅对路径长度 (其被从天线发射传输信号到接收该传输信号的对应信号部分所覆盖）的相依性成像。
[0009] 此类型的回波曲线通常具有源于传输信号在填充材料表面上的反射的最大值 (峰值）。在回波曲线中亦可存在源于容器或其它反射器中的干涉点上的反射的进一步的 最大值。
[0010] 以天线配置的主要辐射方向能够凭借定位装置（以能够在不同的主要辐射方向 上产生一系列回波曲线的方式）而被改变的方式，能够凭借定位装置控制测量装置或测量 装置的部分或至少其天线。特别地，可提供单个的、机械或电子地"可枢轴转动"的天线。在 天线的机械枢轴转动的情况中，不需要使用天线阵列。
[0011] 枢轴转动天线可以改变由测量装置产生的传输信号的主要辐射方向。在本文中， 天线的枢轴转动亦可凭借如下配置实施：所述由至少一个辐射单元（例如，喇叭式天线）及 位于传输信号的射路径上的用于改变传输信号的传播方向的至少一个偏向元件（例如，金 属板或镜子或别的反射器）构成。
[0012] 散装材料表面的拓朴结构能够凭借评估单元而被确定。在本文中，散装材料 表面或散装材料的"拓朴结构"是指表面轮廓，换言之，是指散装材料表面的表面进展 (progression)。可沿着线通过在表面上的一维扫描（在此情况下确定的表面轮廓是穿过 散装材料的表面的平坦垂直剖面）或通过在表面上的二维扫描（与上述在该表面上的一维 扫描相对照）而确定所述表面进展。因此在此情况中，三维地确定散装材料表面的拓朴结 构。
[0013] 现在为了二维地或三维地确定散装材料表面的拓朴结构，评估单元可（例如）被 构造为执行以下步骤：
[0014]首先，建立第一距离单元（distancecell)，其是回波曲线中的特定的距离间隔， 即，回波曲线的区段。在下一步骤中，在该系列回波曲线的每一回波曲线中分析此距离单 元，使得能够通过与在第一距离单元内的其余回波曲线的比较而确定具有最大信号强度 的回波曲线。由于在特定的主要辐射方向上接收各回波曲线，故可由主要辐射方向的定向 清楚无误地识别每一回波曲线。亦可确定在距离单元中的最大信号强度的值及（视情况） 精确位置。
[0015] 下文中，此类型的测量点的坐标意味着表示生成对应的回波曲线的主要辐射方向 的特征的角度及最大信号强度在回波曲线中的位置（"定位"）。信号强度值代表着回波曲 线在最大信号强度的位置处的振幅。此"位置"等同于与最大信号强度相对应的距离。
[0016]其后可针对回波曲线的其它距离单元执行上文说明的步骤。
[0017] 因此，能够进行上述的步骤将回波曲线细分为连续布置的多个距离单元或至少将 回波曲线的特定部分细分为多个距离单元。
[0018]换言之，多个回波曲线分别以不同的角度（换言之，以天线配置的不同的主要辐 射方向）被接收。可通过适当地调整天线配置及/或反射器（所述反射器在传输信号从天 线至散装材料表面的路径上反射传输信号）而机械地提供天线配置的主要辐射方向。例 如，还能够通过提供相应受控的天线阵列而电子地调整主要辐射方向。
[0019] 在接收到所述一系列回波曲线之后，限定回波曲线的第一距离单元，且随后，针对 各个回波曲线确定在此距离单元中的回波曲线的最大值。接着，确定各种回波曲线中哪一 个最大值是最大的最大值，且确定其坐标。随后针对其它距离单元执行这些步骤。根据天 线的主要辐射方向是在空间中的一个方向上还是两个方向上改变，能够由此计算散装材料 表面的剖面线或三维表示。
[0020] 评估单元可以被构造为使用在上文说明的步骤中获得的数据确定位于容器中的 散装材料的水平位及/或散装材料的体积。
[0021 ] 亦可自然地通过执行不同的方法确定散装材料表面的拓朴结构。
[0022] 在本发明的一个方面中，所述定位装置包括控制系统，其被构造用来以能够使用 所述一系列回波曲线的产生的回波曲线尽可能大的比例确定拓朴结构的方式来改变所述 天线配置的所述主要辐射方向。
[0023] 换言之，控制系统经组态以确保仅实际上为判定拓朴结构所必要且期望之散装材 料表面之区域由天线配置扫描（主要辐射方向偏向至此等区域上）。例如，控制系统可以防 止天线配置的主要辐射方向超出散装材料表面。
[0024]总体而言，这意味着能够大幅减少在用于确定散装材料表面的测量循环中取样的 测量曲线的数目。这能够导致更快速确定散装材料表面拓朴结构且因此更快速确定储存于 容器中的散装材料的料位或更快速判定在传送带上的散装材料的质量流量，其涉及尽可能 少的测量时间。
[0025] 如果例如在待确定的拓朴结构的合适的最小分辨率下，在两个空间方向上的主要 辐射方向在180度的范围上变化，则为此目的取样的回波曲线的数目超过30000个（假定 一网格1度的级距）。假定每秒检测两个曲线，如在4-20mA电流环路用于测量值传输而不 为测量装置提供电源时通常设置地那样，确定拓朴结构所需的所有测量曲线的取样将花费 超过15, 000秒。
[0026] 若现在缩减为此所需的测量时间，则可（例如）增大测量装置之电源供应。然而， 在此情况中，4-20mA测量环路将无法供应足够电源。
[0027] 然而，根据本发明，（至少大部分）仅检测实际上用于确定拓朴结构的回波曲线。 换言之，并不检测测量装置假定不适用于确定拓朴结构的回波曲线，这是因为其能够以较 高的确定程度假定这些回波曲线不能有助于确定拓朴结构，例如，因为相关的主要辐射方 向超出该散装材料表面。
[0028]因此，可大幅减少取样的回波曲线的数目。
[0029] 例如，用于改变天线配置的主要辐射方向的控制系统以这样的方式构造：由定位 装置设定的所有主要辐射方向处于不触及或不相交于容器中的由测量装置最新确定的料 位上方的容器壁（或仅稍微触及或相交）的三维空间内。换言之，设定的不同主要辐射方 向始终朝向填充材