料位测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据脉冲雷达原理工作的用于测量容器中的填充物质的料位的料位 测量设备，并且包括：发射系统，具有连接到控制单元的脉冲生成系统，脉冲生成系统以下 述方式实现：对每一测量，产生由预确定中心频率的微波脉冲构成的发射信号；连接到发 射系统的天线，该天线将发射信号发送到容器，并且在取决于离料位测量设备的相关反射 器的距离的传播时间后，将它们在天线的方向上在容器内反射回的信号部分接收为接收信 号；以及连接到发射系统和天线信号的评估接收信号的处理系统。
【背景技术】
[0002] 在大量工业分支，特别是加工行业、化学和食品行业中，应用这种根据脉冲雷达原 理工作的无接触料位测量设备。
[0003] 常见的脉冲雷达料位测量设备通常具有发射系统，发射系统具有连接到控制单元 的脉冲生成系统，脉冲生成系统以下述方式实现：对每一测量，生成由按预确定脉冲重复率 产生并且具有固定的预确定中心频率的微波脉冲构成的发射信号，其对所有测量均是相同 的。微波脉冲具有例如固定的预确定中心频率26GHz或78GHz。天线被安装在容器上在待 测量的最高料位上方，朝向填充物质，并且将发射信号发送到容器中。接着，在取决于离各 个反射器的距离的传播时间后，将在位于容器中的反射器上朝料位测量设备反射回的信号 部分接收为接收信号。将接收信号供应到与发射系统和天线相连的信号处理系统。然后， 信号处理系统基于接收信号，确定料位。在这种情况下，根据到各个反射器并返回的路径所 需的传播时间，通常得出提供接收信号的振幅的测量曲线。从这些测量曲线的最大值的传 播时间，然后，基于微波脉冲的传播速度，能由料位测量设备确定离各个反射器的距离。
[0004] 对料位测量，目前应用大量不同的评估方法。这些方法通常称作回波识别法。使 用它们来确定包含在测量曲线中的哪一最大值能归因于填充物质的表面的反射。在这种情 况下，例如，将首次出现的最大值或具有最大振幅的最大值确定为归因于的填充物质的表 面的反射的各个测量曲线的最大值。从该最大值的传播时间，基于微波脉冲的传播速度，得 出填充物质的表面离料位测量设备的距离，然后，基于天线的安装高度，可转换成料位一一 由此，转换成容器中的填充物质的料位。
[0005] 这些料位测量设备得出大量不同应用中的可靠测量结果。
[0006] 然而，对粒状材料的料位测量，通常它们不是最适合的，因为粒状材料通常形成山 形或谷形粒状材料锥形，不能通过这些料位测量设备记录其表面轮廓，由此，不能考虑用于 料位确定。
[0007] 在这些应用中，因此，通常应用能绘制填充物质的表面的表面轮廓的目前明显更 复杂的测绘雷达测量系统。然而，测绘雷达系统要求由多个空间相邻天线构成的天线系统， 多个空间相邻天线经电子控制单元相互连接，并且取决于实施例，基于时间表，用作发射天 线、接收天线或发射和接收天线。在这种情况下，通过电子控制激活作为发射或接收天线的 不同天线，改变发射和接收信号R的光束路径，使得：基于对于用于归因于填充物质的表面 的反射的接收信号的最大值在不同光束路径上测量的信号传播时间以及各自使用的发射 和接收天线的位置，能计算填充物质的表面的轮廓。
[0008] 替代地，能由具有在填充物质上可机械摆动安置的单个天线的料位测量设备绘制 料位上表面的空间轮廓。同时，以这种方式，通过逐渐改变天线取向，连续地执行测量，能确 定填充物质上表面的表面轮廓。然而，机械摆动的天线很显然制造复杂、机械精密且维护密 集。另一替代方案是使用相继操作的多个相互独立的、相邻的料位测量设备，结合它们各自 的位置，考虑测量结果，用于确定表面轮廓。
[0009] 同样地，在指定情况下，在容器内存在横向伸出到发射信号的光束路径中的诸如 测量设备或填充喷嘴的安装对象（在此称为干扰）的应用中，使用具有单一、严格安装的天 线的常见料位测量设备用会成问题。
[0010] 因此，当能识别归因于填充物质的表面的测量曲线的最大值时，可靠测量仅是可 能的。为此，有必要能将填充物质的表面产生的最大值与由干扰产生的测量曲线的最大值 可靠地区分开来。
[0011] 如果预先已知干扰的位置，那么能例如屏蔽测量曲线中的相关传播时间范围。替 代地，当在该区域中出现的测量曲线振幅超出预确定阈值时，能仅考虑这些振幅。然而，在 此称为干扰回波屏蔽法的这些方法假设预先，或能以一些其他方式可靠地确定已知干扰的 位置。
[0012] 替代或对此的补充，应用当前所谓的回波跟踪法，在该情况下，在顺序测量中，绘 制测量曲线，并且基于这些测量曲线，确定与某些反射器的传播时间，尤其是填充物质的表 面、容器底部或干扰相关的测量曲线的最大值的时间发展（time development)。基于该回 波跟踪，然后，能产生用于归因于某些反射器的测量曲线的最大值的预期传播时间的预测， 其接着被应用于提高可靠性或用于检查在下一测量曲线中真正确立的最大值与各个反射 器的关联。然而，在这种情况下，有必要在开始时，在能跟踪它们的时间发展，或预测它们的 未来开发前，至少一次预确定或者确定最大值与相关反射器的可靠关联。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的是提供根据脉冲雷达原工作的机械简单并且鲁棒构成的料位测量 设备，该料位测量设备可靠地应用在大量不同应用中，特别是应用在具有粒状材料状填充 物质和/或横向伸入到容器中的干扰的应用中。
[0014] 为实现该目的，本发明涉及一种根据脉冲雷达原理工作的料位测量设备，用于测 量容器中的填充物质的料位，包括：
[0015] -发射系统，具有连接到控制单元的脉冲生成系统，
[0016] 一所述脉冲生成系统以下述方式实现：在在每一情况下包括至少两次测量的预 确定测量周期中，产生由为特定测量预确定的中心频率的微波脉冲构成的发射信号，其中， 所述至少两次测量的发射信号的中心频率相互不同；
[0017] -连接到所述发射系统的天线，
[0018] --所述天线将所述发射信号发送到容器中，并且接收在取决于与所述料位测量设 备的相关反射器的距离的传播时间后，在所述天线的方向上在所述容器中反射回的信号部 分作为接收信号，以及
[0019] -所述天线对不同的中心频率，具有取决于所述发射信号的中心频率的不同空间 辐射特性，以及
[0020] -连接到所述发射系统和所述天线的信号处理系统，
[0021] 一所述信号处理系统接收所述接收信号并且基于相关发射信号的微波脉冲的中 心频率并取决于所述天线的空间辐射特性的中心频率相关性评估这些接收信号。
[0022] 在本发明的第一变形中，所述天线是具有如下辐射特性的天线：包括指向主发射 方向并且具有随发射信号的中心频率减小而增加的孔径角的的主波束，尤其是喇叭、棒形 或反射器天线。
[0023] 在本发明的第二变形中，所述天线是空心导体缝隙天线，尤其是具有棒形、矩形空 心导体的空心导体缝隙天线，
[0024] -具有由所述发射系统馈送的输入，
[0025] -与所述输入相对放置的末端被末端短路、被端接有无反射端，或被开路，以及
[0026] -具有空心导体壁，所述空心导体壁具有切口，尤其是槽形、槽类或不规则碎片形 切口，经所述切口，取决于所述切口的定位和尺寸以及所供应到的发射信号的中心频率，所 述天线发送具有对不同中心频率不同的空间辐射特性的发射信号。
[0027] 在第二变形的实施例中，所述天线包括
[0028] 聚焦装置，所述聚焦装置用于聚焦从所述天线产生的发射信号，尤其
[0029] -向外布置在所述空心导体壁上并且包围所有切口的漏斗形或矩形空心导体段，
[0030] -向外布置在所述空心导体壁上的透镜，尤其是电介质透镜或磁透镜，
[0031] -向外施加在所述切口上的电介质材料的一个或多个平面层的板，或
[0032] -其他矩形空心导体，实现为与所述矩形空心导体相同并且与所述矩形空心导体 连接来形成相互平行、直接相邻并且垂直于所述矩形空心导体的纵轴地布置在一起的一组 平行地相等振幅和相位输送的矩形空心导体。
[0033] 在第二变形的另外的实施例中，
[0034] -定位和尺寸化所述切口使得：所述天线的辐射特性在通过无反射端接闭合末端 的情况下具有主发射波束，以及在短路或开路端的情况下具有关于所述空心导体壁的表面 法线对称延伸的两个主发射波束，以及
[0035] -所述主发射波束相对于所述空心导体壁的表面法线延伸的角度随所述发射信号 的中心频率而改变。
[0036] 另外，本发明涉及一种通过根据第一变形所述的脉冲雷达原理工作的料位测量设 备，测量在容器中具有平表面的填充物质的料位的第一方法，包括以下步骤：
[0037] -在测量周期中，执行利用不同中心频率的多个发射信号的多次测量，其中，在每 一情况下，
[0038] 一发送具有对特定测量预确定的中心频率的微波脉冲的发射信号，
[0039] -接收其相关接收信号，以及
[0040] 一基于接收信号，在每一情况下，得出测量曲线，该测量曲线示出作为相关信号传 播时间的函数的各个接收信号的振幅，
[0041]-对每一测量曲线，确定所述测量曲线的最大值的传播时间和最大振幅，在每一情 况下，它们分别归因于位于所述容器中的反射器，尤其是所述填充物质、所述容器底部或横 向伸入到所述发射信号的光束路径中的干扰的反射，
[0042] -基于所记录的测量曲线的最大值的传播时间，确定归因于同一反射器的包含在 不同测量曲线中的那些最大值，
[0043] -基于归因于同一反射器的测量曲线的最大值的最大振幅及相关辐射特性，得出 与间距有关的信息，通过该间距，在垂直于所述天线的主发射方向延伸的平面中，离所述主 发射方向的轴，定位特定反射器，其中，归因于同一反射器的最大值在该反射器的较大间距 下，与较低中心频率相比，在较高中心频率下，具有较低最大振幅；并且在较小间距下，与较 低中心频率相比，在较高中心频率具有较大最大振幅。
[0044] 在第一方法的进一步开发中，基于与所述反射器的间距有关的信息，区别归因于 横向伸入到所述容器中的干扰的反射的最大值和归因于所述填充物质的表面或所述容器 底部的反射的测量曲线的最大值。
[0045] 在后者进一步开发的进一步开发中，在测量周期中发现的归因于横向伸入到所述 容器中的干扰的反射的最大值和归因于所述填充物质的表面或所述容器底部的反射的测 量曲线的最大值之间的区别被应用于后续料位的确定中，尤其是在用于屏蔽归因于干扰的 反射的各个测量曲线的振幅部分的方法，或在对至少一个反射器，基于从后续执行的测量 周期得出的测量曲线，确定归因于各个反射器的反射的最大值的时间发展的方法的执行或 检查中。
[0046] 另外，本发明涉及一种在填充物质形成基本上与主发射方向的轴旋转对称延伸的 表面的应用中，通过根据第一变形所述的脉冲雷达原理工作的料位测量设备，测量在容器 中的所述填充物质的料位的第二方法，包括以下步骤：
[0047] -在测量周期中，执行利用不同中心频率的多个发射信号的多次测量，其中，在每 一情况下，
[0048] 一发送具有对特定测量预确定的中心频率的微波脉冲的发射信号，
[0049] -接收其相关接收信号，以及
[0050] 一基于接收信号，在每一情况下，得出测量曲线，测量曲线示出示出作为相关信号 传播时间的函数各个接收信号的振幅，
[0051] -根据不同中心频率下的主波束的不同孔径角，在单独测量中，发射信号照射容器 中的不同大的同心宽度，以及
[0052] -基于同心宽度和传播时间范围中的测量曲线的振幅属性，得出容器中的填充物 质的表面的轮廓，在该传播时间范围中，在测量曲线中出现归因于填充物质的反射的最大 值。
[0053] 第二方法的进一步开发包括一种方法，其中，
[0054] -所述容器中的填充物质形成粒状材料锥形，其锥形纵轴与所述天线的主发射方 向的轴重合，
[0055] -基于对通过最高