专利名称：通过评估回波曲线测量料位的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术的技术领域。特别地，本发明涉及测量料位，涉及用于料位测 量的方法，涉及程序单元，涉及测量装置和用于碰撞监测的测量装置的使用。
背景技术：
在通过传播时间方法进行的料位测量中，周期地生成回波图(echoprofile)、图 标函数或回波曲线以便据此在也称为“有用回波识别”的评估算法中识别从馈给料(feed material)表面发出的“正确”回波，从而在也可称为“回波测量”的另一算法中随后测量该 回波的传播时间。用于这样的料位测量的传播时间传感器可完全地和互相交替地处理回波 评估和回波测量的任务，作为其结果可产生严格的串行序列。评估回波可涉及通过整个测 量跨度的回波图来确定来自馈给料表面的反射，且测量可涉及确定填充料反射的回波图的 距离值和/或料位值。从DE 102006006572A1可知通过采样中频(IF)信号的相对较少的值，在每个情况 下根据仅两个采样点来计算IF信号的包络还有相位角。DE 19925216C1可公开对不需要的信号的参考测量并从所采样的测量信号到差动 信号中减去由干扰频率导致的频谱的分量。而且，在DE 4407369中，可描述根据载波频率的由相位角确定的部分确定校正值。US 5，457，990可公开一种用于通过分析窗来记录罐中的液位的方法。此外，US 5，207，101可描述向换能器周期性地提供能量以便发送由要被测量的材 料的表面反射的能量脉冲。在EP 1562051A2中描述了脉冲测量处理，其在第一阶段生成回波图，且中断第一 阶段以便对能量存储装置充电至少一次。DE 4327333A1可描述用于根据雷达原理测量容器中液体的料位的方法，其中通过 对测得的第一不需要的信号的强度来校正在测量频谱中出现的与液体的料位高度无关的 不需要的信号。EP 1225455A2可描述减去不需要的无线电频率干扰。而且，US 6，972，712B1可描述在预安装校准期间在ROM中存储脉冲形状。DE 3107444可描述用于高分辨率脉冲雷达的方法。
发明内容
需要有一种用于料位测量的更有效的方法。根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于料位测量的方法、程序单元、测量装 置和测量装置用于碰撞监测的用法。根据本发明的又一示例实施例，用于料位测量的方法可包括生成回波曲线。而且， 在可通过至少一个分析方法分析所生成的回波曲线的方法中，该分析方法可从分析方法组 中选择，该组包括在中频(intermediatefrequency，IF)水平通过至少两个并行任务来分 析回波曲线和通过与干扰回波曲线(即不表示料位的错误回波曲线)比较来分析回波曲 线。例如，干扰回波曲线可以是标准(即参考)回波曲线。换句话说，干扰回波曲线可 以是在排除馈给料容器中的馈给料的情况下确定和存储的回波曲线。因此，干扰回波曲线 可包含除馈给料的干扰影响之外的所有干扰。标准回波曲线或干扰回波曲线一般可以是可 与所记录的回波曲线进行比较的所存储的回波曲线。所存储的回波曲线可用作参考。在该设置中，一个任务可以是在有限时段或时间间隔内要由装置或设备、特别地 由控制装置执行的任务。该分析可在时域或频域进行，换句话说在时间轴或频率轴上和/ 或沿着时间轴或频率轴。而且，在IF(中频)水平分析可涉及使回波曲线乘以采样信号。根据本发明的又一示例实施例，可提供程序单元，该程序单元可包括软件代码，该 软件代码当在处理器上执行时涉及生成回波曲线和分析回波曲线。对于分析回波曲线，可 使用从分析方法组选择的分析方法或分析处理，该分析方法组包括在IF水平通过至少两 个并行任务来分析和通过比较标准回波曲线来分析回波曲线。根据本发明的又一示例实施例，可提供一种测量装置，该测量装置包括回波曲线 生成装置和分析装置。回波曲线生成装置可被设计成生成回波曲线，分析装置可被设计成 通过分析方法来分析回波曲线。在该设置中分析方法可以是从分析方法组中选择的分析方 法，该分析方法组可包括在IF水平通过至少两个并行任务来分析和通过比较回波曲线与 标准回波曲线来分析。根据本发明的又一示例实施例，可提供根据本发明的方法和/或根据本发明的测 量装置用于碰撞监测。在该设置中，这种用法可包括提供方法和/或测量装置以及使用碰 撞监测的结果来执行用于料位测量的方法。执行测量任务可包括生成并评估回波，且在生成回波之后测量回波。在测量回波 时，可确定到参考回波的距离。所确定的距离能够被转换成料位。为了确定料位，可使用串 行处理或顺序处理。在顺序处理期间，任务可等待某些其它任务充分完成。这可意味着实 质上可仅在评估回波之后测量回波，或测量回波的任务可等待评估回波进行。为了能够在料位测量期间确定容器中主要是当前(即实时地)的料位，可周期性 地重复该严格序列。因此，在单独的测量处理的周期期间，每次可进行评估和测量处理。因 此可通过用于评估的持续时间和用于测量的持续时间来确定周期期间或测量速率，由于这 个原因，在根据该串行序列操作的对应传感器可用功率较少的情况下，或者降低测量速率， 或者回波评估的质量或回波图评估的质量可以较低。回波评估或回波图评估可涉及通过整个测量跨度内的回波图来确定来自馈给料 表面的反射。术语“测量跨度”可以指从天线测量的感兴趣的距离范围。测量跨度的大小可根据如下范围确定在该范围内料位并且因此回波被猜测，因此研究该范围。例如，测量跨度可涉及从Om到40m的范围。在一个例子中，测量回波可涉及通过馈给料反射的回波图 来确定距离值。该距离值可被转换成料位值。通过将评估和测量的处理划分成例如两个或若干个任务，严格的串行序列可分 开。评估和测量因此可涉及两个任务，这两个任务在时间上的处理可大部分或完全彼此无 关地执行。评估可涉及确定回波位置。测量可涉及确定回波位置和参考脉冲或参考回波之间 的距离。在该上下文中，术语“无关”可意味着虽然各个任务或处理的结果被各个其它任务 考虑，但各个任务的执行时段可基本上与其它任务独立地执行。换句话说，只要任务可具有 使得任务具有可以执行任务的任其处理的信息，则该任务实际上将执行任务。因此任务在 成为有效之前不需要等待其它任务被处理完。例如，这两个任务可被相同的处理器或微处理器处理，然而就其时间上的处理而 言很大程度上彼此无关。在该设置中可通过处理器或执行装置使得所谓的时间片或多任务 处理可用于各个任务。对应的控制算法或调度算法可确保执行装置的计算时间的分布。分 配给处理器的时间段可能不描述任务的互相依赖性，这是因为该分配可与任务的完成或结 果无关地进行。换句话说，在每个情况下对于任务而言所允许的计算时间可相应地分配给 该任务。当将计算时间分配给任务时，可使用优先化，其中可通过各个任务的相应需要的测 量速率或执行速率来支配优先化。评估回波曲线或回波曲线的评估可涉及整个测量范围的较慢但确定的检查。所谓 “正确”回波的选择可以是该检查的结果。“正确”回波可以是所需的回波或有用的回波，其 在反射图中时间上的位置可实质上对应于馈给料表面的局部位置。为了执行正确回波的选 择或评估，可存在高能量需求，这是因为可能必须评估整个回波范围。整个回波范围可包括 大量单独反射或回波。测量找到的正确回波能够以节能的方式快速执行。因此忙于评估的任务可对于计算时间而言具有高需求且因此具有高能量消耗，然 而能够不需要高重复速度而进行。评估可得到回波的近似或粗略的位置。虽然可能还未精 确地确定位置，但其就是所需的有用回波的概率应该相当高。因此评估任务能够将回波的 近似位置或回波的近似坐标传送到测量任务。测量任务然后可通过回波测量算法来检查所 传送的回波并且根据近似坐标可确定回波的精确位置。该方法能够用于确定参考回波的位置和确定有用回波的位置。在该设置中可通过 其它并行任务来确定有用回波的位置和/或参考回波的位置。因为回波的位置可实质上缓慢地变化，所以评估任务的速度需求可以是适中的。 然而，例如作为馈给料表面上的振动的结果，回波的精确位置或实质上精确的位置可以快 速变化，且为此测量算法的测量速率可能必须满足相当多的需求。评估和测量可涉及不同 的能量需求，这是因为评估的长计算时间可以与较高能量需求相关联，而测量的短计算时 间可以与较低能量需求相关联。例如，在可以评估整个回波曲线的时间期间中，可通过测量任务提供大量当前值。 测量值的这种快速提供也可使得能够记录回波的短期时间波动。这意味着几乎与并行处理在同一时间，可以规定生成整个回波图和在回波图的部分内或窗内生成回波图。换句话说，可通过窗来描述回波的位置的适当坐标，其中具有相 当大概率的有用回波可位于该窗内。该窗可指示以下范围或部分在该范围或部分中应更 仔细地检查回波曲线。特别地，坐标可指示回波或回波范围的位置。通过其它回波图评估 (然而其可限于窗的内部中的范围)，可针对有用回波和/或参考回波来检查回波图；换句 话说，可以在有限的时间范围和/或空间范围中检查回波曲线。划分成至少两个任务可使得能够可变地设置周期性(任务被按照该周期性处 理)。因此，触发各个任务的时间点可被单独和可变地设置。因此有可能在预定数目的评估 期间能够进行预定的大量测量处理。例如，大量的评估可少于大量的测量处理。在该设置 中，至少两个任务的组织可以是串行的。在串行组织的例子中可执行一次性评估，且随后或 在评估期间，可执行X次、即任何次数完整的评估，在此后可周期性地重复该处理。测量处 理的数目X可以是可预定的。在另一例子中，可进行任务的准并行处理，其可意味着可交织两个任务使得评估 任务可屡次被测量任务中断。例如，在呈现评估结果所需的时间间隔中，可重复地执行测量 回波的结果。交叉地执行两个任务可使得多任务操作成为可能，换句话说同一处理器可周 期性地执行各个任务。术语“各个任务”可指具有其自身上下文的任务，例如其自身的状态 或其自身的指令计数器。这样同一处理器可以以并行处理的任务的方式对待各个任务。在本发明的另一示例实施例中，每个任务可具有所分配的自己的处理器，并因此 可获得高度的独立性。各个任务在可考虑各个任务的结果方面可实质上仅依赖于彼此。
因此有可能实现用于生成回波图的循环序列，其中可覆盖串行处理的严格性。这 可意味着可循环地生成回波图，根据该回波图在评估算法中可通过馈给料表面来识别“正 确”回波，且然后可相对于传播时间测量该回波。对于测量算法或测量任务，实质上可仅生成部分回波图，而对于评估算法生成整 个回波图。评估算法可考虑位于预定测量跨度内的所有回波。因此评估算法可考虑位于离 天线的最小距离和最大距离之间的所有回波。评估算法可考虑所有回波，这是因为料位回 波可在测量跨度的范围内的任何期望位置处。关于回波测量任务，仅有用回波附近的范围(该范围由有用回波识别预先确定， 即通过评估算法预定)和参考回波的范围被关注，因为范围之间的相互距离会导致有用回 波的距离且因此导致料位的测量值。通过提供不同的任务，测量速率能够增加。术语“测量速率”可以指测量值可在传 感器输出处被更新的速度。测量速率可确定测量装置的时间分辨率。在可使用较小处理容器的例子中，可产生料位的快速变化，或剧烈波动的料位。因 此可能需要增加测量速率。而且，例如根据传播时间原理工作的传感器可用在对象监测中， 例如碰撞检测中。因此可满足针对高测量速率的甚至相当大的要求。而且，有可能保存能 量，这是因为可更不频繁地执行消耗能量的评估处理或评估任务。测量速率和性能需求之 间的关系可被优化，其中同时可改进选择正确回波的可靠性。如果评估处理提供测量窗或测量范围，则测量处理然后可实质上仅集中于回波图 的该部分。因此测量传感器或可用资源的可用性能能够更有效地用于确定料位。评估和回 波测量可涉及生成回波曲线或回波图。为了生成回波图，传感器可在馈给料表面的方向上 发送传输信号，根据其到馈给料又回到传感器的传播时间可确定馈给料和传感器之间的距离且从而可确定容器料位。传输信号可以是HF脉冲(高频脉冲)。为了生成传输信号或传 输脉冲，需要高功率，因而回波曲线的该高功率生成的数目或时间段的减小可导致测量传 感器的功率消耗或能量消耗的减小。术语“回波曲线”或“回波图” 一般可指以下信号该信号表示回波或反射相对于距离的幅度曲线。在模拟回波曲线中，时间轴可对应于距离轴，使得相对于时间的幅度曲线 反映了测量路径的回波。在该设置中，可直接或间接地通过载波信号的调制来见到幅度曲 线。直接表示为载波信号的调制的包络的幅度曲线可被称为“包络”。可通过载波信号的调 制间接表示的幅度曲线可称为“载波频率曲线”或“中频(IF)曲线”。如果包络直接作为信 号存在，则该信号是包络。在IF曲线的情况下，包络的幅度曲线不呈现为单独的信号，而是 仅可从载波信号的幅度的曲线读取。术语“数字回波曲线”可指模拟回波曲线的时间离散和幅度离散的对应物。因此， 数字回波曲线可以是一组数字值，其序列可表征反射在限定的距离范围上的幅度曲线。例 如，数字回波曲线可包括包络和/或IF曲线的数字幅度值。回波曲线、回波图或回波的分析可防止干扰。当测量回波时，可例如通过周期性采 样或与采样信号混合来根据脉冲串生成时间扩展的IF曲线或包络。有用回波的包络的位 置结合参考回波的包络的位置可确定可以决定料位的传播时间。然而，作为容器内的干扰 影响的结果，有用回波的位置可能不是可精确确定的。而且，包络可反映绝对值。包络可例如基于更高频率曲线或IF曲线。例如，可从回波函数的包络减去干扰函数的包络以屏蔽干扰。然而，由于回波函数 的包络和干扰曲线的包络可能已通过高频IF曲线的值形成而形成，尽管有所期望的相减， 还是会发生量的增加。物理上，包络可以是追踪或包围更高频脉冲串的形状的操作元。脉冲串可包括大 量正弦振荡，该正弦振荡在与其它脉冲串叠加期间可被加上或被消去。当仅在包络水平上 比较独立地传播的两个脉冲串时，由于交替的加上和消去可导致叠加的脉冲串的共有幅度 的脉冲化。反射器的位置的相对移位或时间的移位可能是脉冲化的原因。反射器可导致反 射。然而脉冲化可使得难以精确地确定回波的位置。术语“反射器”可以指反射电磁波、某 种其它波(例如声波或基本粒子)的组件或表面。例如，为了能够考虑进在馈给料容器中以固定方式存在的干扰如凸起或法兰，可 准备相应容器的标准图或干扰图。干扰图可以在容器的未填充状态被准备，且可使得作为 容器内的干扰位置(如凸起、引入线或梯状物)的结果出现的回波可见。在一个例子中，实质上也在测量处理期间存在的该干扰回波图可从确定的回波图 中被扣除，且因此应仅形成有用回波。然而，作为形成包络的基础的更高频脉冲或脉冲串的 叠加效果的结果，可导致已提到的不需要的脉冲。在IF水平从实际确定的回波图减去干扰回波图或使干扰回波图与实际确定的回 波图比较也可使得能够提供已通过移除干扰回波校正的回波的图像。术语“IF水平”可以 指使用载波频率幅度调制的IF曲线。由于取决于形成反射的一部分的两个载波振荡的相互相位角，载波频率脉冲或载 波频率突发的尽管来自不同位置但叠加的两个反射可相加以形成整体反射，所以一个反射 可干扰另一个。如果载波频率脉冲以及其包络形成相减的基�。蚣跞ジ扇欧瓷渲豢梢允抵噬现惶峁┝硪环瓷涞恼媸低枷�。这可意味着仅存储干扰反射的包络及其随后的相减会 导致第二反射的实质上不正确的图像，这是感兴趣的。然而，如果干扰反射的载波频率曲线已被存储了，即如果干扰反射在IF水平存储 了，并且然后可被从整体反射的载波频率曲线中减除，则精确地说所关注的第二反射可保 持实质上不失真。该实质上不失真的反射确定可通过采样和数字化IF干扰曲线以及采样IF回波曲线来实现。如果在其采样的形状中存在曲线，则对于各个相同的距离而言实质上可仅需从 回波曲线的值中减去干扰曲线的值。根据结果，即根据经采样和相减的IF曲线，然后可以 例如形成实质上反映通过干扰反射校正的未失真反射曲线的包络。为了使得可以执行比较，还可将干扰图记录为IF干扰图。然而，采样更高频率的 IF图可导致比存储包络更多数目的采样值。根据奈奎斯特采样准则，该更高数目将来自于 采样更高频率的IF频率。特别地在数字处理的情况下，可出现更大数目的要被处理的数 据。成对采样或成对偏移采样的方法可使得可以减少采样值。如DE 102006006572A1中所述，根据IF的采样值能够计算包络。可在回波函数的时间范围内进行在IF水平的相减。例如，IF振荡可以是恒定频率 的。时间范围可与频率范围不同，其中时间范围和频率范围可通过变换而变换到彼此。在 时间范围减去IF可考虑IF回波函数通过时间坐标的呈现。可通过在时间范围的计算来避 免确定频谱。在一个例子中可使用脉冲传播时间料位传感器，其中以脉冲或突发的形式，换句 话说以短信号串的形式在馈给料表面的方向上发送信号。因而，可使用严格设置的频率，其在频率范围中可具有实质上严格分配的位置。为了限定虚拟零点，可将每个传输脉冲划分成被引导到测量路径上的分量和被内 部地引导到接收器的分量。被内部地引导到接收器的分量可用作针对通过测量路径接收到 的反射的时间参考标记。在回波函数的时间图中，该所谓的参考回波对虚拟零点进行标记。 反射信号的传播时间可参考该虚拟零点。参考脉冲可用作用于测量回波的参考变量。作为提出的测量方法的功率减小的结果，测量方法能够与两个导体传感器一起使 用，可通过功率控制环路经由测量线对所述两个导体传感器提供能量。根据本发明的又一示例实施例，可提供一种计算机可读的存储介质，其可包括程 序单元，其中，当在处理器上执行该程序单元时，可生成回波曲线。而且，可通过可从分析方 法组中选择的至少一个分析方法来分析回波曲线，其中该组可包括通过至少两个并行任务 来分析和通过在IF水平与标准回波曲线比较来分析回波曲线。在一个例子中，可并行地处 理并行任务。术语“计算机可读存储介质”可指软盘或硬盘、USB存储介质(通用串行总线)、 RAM(随机存取存储器)、R0M(只读存储器)或EPR0M(可擦除可编程只读存储器)。然而， 计算机可读存储介质还可指数据网络，例如因特网，数据网络使得可以下载程序代码。根据本发明的又一示例实施例，可分析部分回波曲线。特别地在划分成两个任务的情况下，通过逐部分地分析，能够减小用于测量回波 曲线的花费。该部分可被称为“窗”。根据本发明的又一示例实施例，为了确定回波曲线，可使用从方法组中选择的至少一个方法，该方法组包括传播时间方法、脉冲传播时间方法、基于频率的方法、 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave，频率调制连续波)方法和频率调制方法。在FMCW方法中可使用大量不同的频率。根据本发明的另一示例实施例，用于料位测量的方法可涉及通过在IF水平成对采样回波曲线和/或在IF水平成对偏移采样回波曲线来存储回波曲线和/或干扰回波曲 线。根据本发明的又一示例实施例，可在触发的时间点启动至少两个并行任务。触发 至少两个任务的时间点可包括除50%以外的脉冲采样比(或脉冲占空比)。因此一个任务 能够比其它任务占据处理器更长的时间段。换句话说，触发的时间点可启动分配给持续时间或特定任务的时间片。在启动的 持续时间期间可执行特定任务且任务的持续时间可具有彼此相关的采样比。这可意味着处 理器的占据的持续时间以及任务包括彼此相关的采样比。因而，例如，采样比可代表针对处理器而言时间片的分配或到分配持续时间。例 如，评估方法或评估任务可具有比测量任务更短的处理器分配持续时间。因此能够在完 整的处理器分配时间期间完成全部测量任务，而可在若干中断的分配时间片中执行评估任 务。可通过测量任务中断评估处理或评估任务。通过中断，与评估任务相比能够设置测量 任务的更高测量速率。然而，通过划分成可并行执行的处理或任务，可以考虑如下情况回波的宏观位置 可比微观位置更慢地变化。这可意味着在短时间段上查看的回波的近似位置可实质上是恒 定的，而确切的微观位置可在短间隔内由于如下原因而改变作为馈给料容器被填充或清 空的结果导致的不稳定的馈给料表面。根据本发明的另一示例实施例，触发的时间点可确定至少两个并行任务到共享的 执行装置的分配。处理器、微处理器或微控制器可以是执行装置或控制装置的例子。根据本发明的又一示例实施例，用于料位测量的方法可包括第一任务，第一任务 可被配置成选择回波曲线的部分或窗。至少两个并行任务的第二任务可被配置成分析回波曲线的选定部分或测量相应 部分。根据本发明的又一示例实施例，为了选择回波曲线的部分，可形成窗区域，且实质 上可在窗区域内评估回波曲线。这可意味着为了确定回波的实质上精确的位置，可仅评估 回波曲线的如下部分该部分位于确定的窗区域的时间间隔内。根据本发明的又一示例实施例，分析或测量回波曲线的选定部分可包括应用回波 分析方法。回波分析方法可以是从回波分析方法组中选择的至少一个方法，其中该回波分 析方法组可包括斜率测量、内插、确定回波开始处的幅度增加、确定回波的最大幅度、提供 样本信号(即参考信号)以及相关。根据本发明的又一示例实施例，至少两个并行任务可包括实质上不同的重复速 率。可通过设置处理器的分配持续时间、采样率和分配算法来确定重复速率。根据本发明的又一示例实施例，在IF水平处的比较可涉及从IF回波曲线减去IF 干扰曲线。当然，还可从IF标准曲线减去IF回波曲线。术语“IF干扰曲线”或“IF干扰回 波曲线”可指还没有形成任何包络的标准回波曲线。
根据本发明的又一示例实施例，在IF曲线的IF水平处的比较可包括成对采样和/或成对偏移采样。通过成对采样IF信号，能够确定具有少量支持点的包络，且因此不仅可以将IF回 波曲线与例如IF标准回波曲线比较，而且相关联的包络还可彼此比较。根据本发明的又一示例实施例，可从测量装置组中选择测量装置，其中测量装置 组包括料位测量装置、限制水平测量装置、基于传播时间原理的测量装置、微波传播时间测 量装置、TDR(Time Domain Reflectometry，时域反射计)测量装置、基于引导微波的原理的 测量装置、雷达测量装置、超声传播时间测量装置、距离测量装置、碰撞测量装置和回波测 量装置。应该注意已参考不同的目的描述了本发明的不同方面。特别地，已参考与装置相 关的权利要求说明了一些方面，而参考与方法相关的权利要求说明了其它方面。然而，本领 域技术人员可从上述说明和以下说明理解，除非另有说明，除了形成目的的类别的一部分 的特征的每个组合之外，还覆盖和公开了与目的的不同种类有关的特征的任何组合。特别 地，还公开了与装置有关的权利要求和与方法有关的权利要求的特征的组合。以下参考
本发明的更多示例实施例。
图1示出了根据脉冲传播时间方法工作的雷达料位传感器的框图，以提供对本发 明的进一步的理解。图2示出了根据本发明示例实施例的在模拟信号处理中不具有直接包络形成的 雷达料位传感器的框图。图3示出了根据本发明示例实施例的理想化IF信号及其包络的形式。图4示出了根据本发明示例实施例的具有等距采样点的图3的IF信号的形式的 部分。图5示出了根据本发明示例实施例的具有成对采样和从成对采样计算出的包络 点的图3的IF信号的形式的部分。图6示出了根据本发明示例实施例的具有成对采样的采样值以及具有从该采样 值计算出的包络值和相位值的图3的IF信号的形式。图7示出了根据本发明示例实施例的具有成对IF采样和随后的数字回波信号处 理的框图。图8示出了根据本发明示例实施例的用于脉冲传播时间测量的成对IF采样的又 一框图，该框图包括两个A/D转换器。图9a示出了根据本发明示例实施例的具有包络形式的不同放大的回波曲线的各 个部分。图9b示出了根据本发明示例实施例的具有图9a的不同放大的回波曲线的各个部 分的又一图示。图10示出了根据本发明示例实施例的用于回波的并行评估和测量的测量装置的 框图。图11示出了根据本发明示例实施例的用于回波的并行评估和测量的又一框图。
图12示出了根据本发明示例实施例的用于回波的并行评估和测量的框图，对于回波测量的并行处理具有分离的存储区域。图13示出了根据本发明示例实施例的用于图12的测量装置的分离存储和处理的 时序图。图14示出了根据本发明示例实施例的以上游平均作为专门任务的回波的并行评 估和测量的框图。图15示出了根据本发明示例实施例的用于图14的测量装置的上游平均和处理的 时序图。图16示出了根据本发明示例实施例的用于图14的测量装置的上游平均和处理的 又一时序图。图17示出了根据本发明示例实施例的测量传感器的框图。图18示出了根据本发明示例实施例的用于料位测量的方法的流程图。
具体实施例方式图中的图示是示意的而并非按照比例绘制。在以下附图的说明中，对于相同或相似的单元使用相同的附图标记。图1示出根据脉冲传播时间方法工作的雷达料位传感器的框图，以提供对本发明 的更好理解。传播时间料位传感器，特别是雷达料位传感器，包括高频电路部分110，电源(也 称作电源组)120，模拟信号处理装置130，模/数(A/D)转换器140和具有外围设备的微控 制器150。图1所示的外围设备的例子是存储装置152、显示器154、时钟脉冲和复位电路 153。例如通过形成功率控制环路的一部分的双线线路121来供给传感器，通过双线线路 121，料位值也经由受控制的电流吸收器122和表示为4至20mA电流的控制器156输出为 模拟形式。在供应线121上可同时进行传感器和外界之间的数字通信。这是通过数字接口 155物理实现的。电源组包括直流/直流(DC/DC)转换器123 (DC/DC转换器或DC/DC换能 器)，上游存储电容器124用于为所有其它电路部分供电。高频电路110包括用于生成预定脉冲重复频率的高频传输脉冲的发送生成器 111。这些高频传输脉冲通过定向耦合器112或替代地通过循环器112被引至天线113，并 从所述天线113辐射。传输脉冲的预定分量通过定向耦合器112直接行进到接收放大器 114 ；其形成时间参考标记或更简单而言形成参考回波。在时间上接下来是来自发射到馈给 料表面上的传输脉冲的反射的回波和任何干扰回波，例如在微波的传播路径中可能存在的 其它障碍物的回波。干扰回波可例如来自在馈给料容器中附着的梯形物或来自搅动器。这 些回波被天线113接收，并经由定向耦合器112被引至接收放大器114。在放大后，参考回波和其它回波都到达采样器或混合器115。它们在采样器或混合 器115处被通过第二脉冲序列采样，该第二脉冲序列具有与传输脉冲111相同的载波振荡 (相同的频率)，但是具有稍微不同的脉冲重复频率。第二脉冲序列是在采样生成器116中 生成的。作为该采样的结果出现IF信号117 (中频信号)，IF信号117主要呈时间扩展的 形式，包括接收放大器114的高频信号的所有回波。这样，传输脉冲或采样脉冲的高频载波 信号被转换成具有较低频率的中频(IF)的信号，该信号以时间扩展的形式包括与接收放大器114的高频信号相同的幅度曲线。当IF信号的幅度曲线被相对于时间绘制时，IF信号的幅度曲线或其包络示出了 所监测的测量路径的反射条件。因而在料位测量装置中IF信号的幅度曲线或包络的幅度 曲线示出了来自馈给料容器的反射或回波。模拟信号通过以时间梯度的方式绘制幅度曲线 来示出所监测的测量路径的反射条件，一般被称为“模拟回波曲线”或“回波信号”。在该上下文中参考DE 3107444，其详细描述了该时间扩展方法的功能。图3示出了相当简化的理想化IF信号117。IF信号被包络117，包围。在该例子中，可选择24GHz 的雷达频率111和150，000的时间扩展因数。这导致160kHz的IF载波振荡117，与传输频 率相比减小了 150，000倍。约3. 33ns/m的微波传播常数(该常数是根据光速得到的)被 扩展了 150，000倍到0. 5ms/m。因为该来回，在IF水平这导致相互距离为Im的两个回波之 间的Ims的时间差。IF信号的回波被相对于该时间范围绘制。为了简单，在图3的理想化IF信号中仅绘制了两个回波560、561，相互间隔约 0.5ms，这对应于0.5m。回波560是参考回波，而回波561代表来自馈给料表面的反射。如 上所述，实际的IF信号通常包括可使信号评估更难的其它干扰回波。感兴趣的传感器测量范围支配IF信号的持续时间。在图3所示的IF信号曲线中， IF信号的持续时间从t = Oms到时间t = 0. 85ms的点，因此是0. 85ms。在图3中选择非 常短的测量范围以便更好地示出IF振荡。测量范围来自于0. 85ms的IF信号的持续时间。 因此该持续时间对应于0. 85m的测量范围。IF信号的每个回波包括IF频率的幅度调制载波振荡。可根据IF振荡117的幅度 曲线并且也可能从IF振荡117的相位曲线来确定所需的距离信息。为了获得该信息，根据图1所示的方法或者图1所示的电路，IF信号117被通过模 拟信号处理装置130处理，随后通过模数转换器140转换成离散数字值。这些数字值被保 存在存储装置152里，以便微控制器150能够访问模拟回波曲线的数字化的值。这些数字 值通常能够被指定一个数字回波曲线，其中包括IF振荡117的采样值，和IF振荡的幅度值 117'和/或相位值，其根据所述IF振荡117得出。得出的幅度值117'被称为包络117'。在示出的模拟信号处理130的示例性实施例中，模拟信号的准备主要分别根据幅 度信息和相位信息进行。对于幅度信息，使用硬件对数放大器133，其整流IF信号117并采 取对数。放大器131用来将IF信号117匹配到其水平范围，而带通滤波器132通过尽可能 把IF频率的该IF频带以外的所有不要的信号过滤掉来提高即便是对最小的回波的可检测 性。对数放大器下游的低通134通过去除IF频率成分来平滑所产生的包络。如果IF信号117幅度动态超过对数放大器133的动态，那么IF放大器131的放 大率可以改变。幅度动态表征在仍可探测的最低幅度和仍可由系统处理而不发生重大失真的最 高幅度之间的范围。在这个过程中时间因素是不重要的。HF电路110的回波信号的动态范 围可超过对数放大器133的动态范围。作为对数转换的结果，回波信号的动态被压缩，使得 下游的A/D转换器140能够处理该回波信号而基本上没有任何问题。在没有因对数变换而 导致的压缩的情况下，回波的动态范围可能会对A/D转换器造成问题。IF放大器放大率的变化，即IF放大器131放大率的改变，可以在IF信号持续期间 以步进方式或者连续地发生，也可以从一个IF信号步入到下一个。如果所应用的放大率变化已知，微控制器150能够以这样的方式校正并结合这样出现的数字化对数包络，使得展现所有回波的正确的幅度信息。为了获得相位信息，根据图1中的示范性实施例，使用具有IF放大器135和带通 滤波器136的信号路径。IF放大器135使得IF信号117的幅度适应A/D转换器140的电压 范围，同时带通滤波器136用来滤除噪声成分并作为抗混叠滤波器用于随后的模数转换。在从模拟到数字水平的转换中应该考虑到奈奎斯特采样定理，其指出，采样频率 应至少为信号最高频率的两倍。为满足这一要求，一方面可在采样前对IF信号117使用模 拟低通滤波或带通滤波，另一方面可以使用大量的过采样，这在上述示例中能够导致采样 频率大于500kHz。如前所述，因为IF信号117的幅度动态范围可以非常高，可能有必要选 择具有高幅度分辨率的A/D转换器，即具有高的位宽。但是，考虑到降低功耗和成本合理的 其它方面，这种高分辨率同时又转换较快的A/D转换器几乎是不可用的。就降低转换器所要求的幅度分辨率而言，如前面在形成模拟包络的部分所述的， 在这种设置下也可以提供具有STC功能(Sensitivity TimeControl，灵敏度时间控制)的 模拟IF放大器135或具有分级放大的放大器。使用分级放大，不同放大率的若干数字化IF信号能够被数学地结合以形成完整 的具有高动态范围的IF信号。这同样适用于IF信号117内的放大器的分级开关。当然， 也有可能替代使用放大率可变的IF放大器131、135，使用并行设计的具有不同放大率的若 干放大器，其信号由A/D转换器准同步地转换，或按顺序转换。然而，在每种情况下都应记 住，为了减小A/D转换器140的幅度分辨率，引起了关于采样频率、对存储装置的要求和/ 或用于数字回波信号处理的微控制器150的利用或处理速度的较高的要求。图2示出模拟信号处理中没有直接的包络形成的雷达料位传感器的框图。图2不同于图1之处在于模拟信号处理130'的区域以及其对数字回波信号处理 151的更详细的图解。该示例没有用分支131、132、133、134来形成模拟对数包络，因为能够 根据IF信号的采样数字值计算出该包络。将在图7中更详细地讨论这种对包络的计算。通过IF放大器135、带通滤波器136和A/D转换器(模数转换器)140，IF信号 117被馈送到数字回波信号处理151。数字回波信号处理151包括数字信号预处理201或 信号预处理装置201。此外，数字回波信号处理151包括测量值确定204或测量值确定装置 204。这依次包括有用回波识别202或有用回波识别装置202，以及回波测量203或回波测 量装置203。两个独立任务的形成发生在回波评估204或测量值确定装置204。第一任务 可以在有用回波识别装置202中运行，第二任务可以在回波测量装置203中运行。本文中的术语“功能块”201、202、203、204可以指一般的功能单元或执行相应功能 的装置。例如，功能块可以作为任务和/或集成开关电路实现，即以软件和/或硬件实现。 任务可以例如被处理器150或微控制器150执行。通过IF曲线的梯度的部分，图4和图5示出通过时间离散采样能够由模拟IF回 波曲线117产生数字回波曲线400或数字IF回波曲线400的方式。图4示出根据奈奎斯 特采样定理采样的IF信号400的一部分。该图示出图3的回波560的前半部分，其具有原 来的IF曲线117以及时间间隔为ta的等距采样点400，由该采样点形成数字值。此外，包 络117'用虚线显示。在此示例中示出的采样间隔ta是1.95ys(微秒)或1.95US，其对应于于512kHz的采样频率，这大约是160kHz的IF载波频率的3倍。与图4所示的IF信号117的同一时间段相关，图5示出所谓的成对采样的有利的采样网格。随着成对采样，以时间间隔tal周期性的进行两个采样过程500、501，其中第一 值500被分配给第一组，第二值501被分配给第二组。该成对采样500、501被以时间间隔 ta2重复。各自的采样值500、501被作为IF信号117上的点输入。根据计算规则由每个采 样对计算的包络值503在图5中显示为虚线的理想包络117'上的实心正方形。在此示例 中，对应于该IF频率循环持续时间的四分之一的时间段被选为时间间隔tal。在该时间tal期间，包络值503仅不显著地改变，因此与包络117'相关的计算误 差保持相对较小。当确定包络117'时，选择循环持续时间的四分之一可以简化值的计算， 从而只涉及取两个采样值500、501的平方和的平方根。然而，一对中的两个点之间以及各 个对之间的其它时间间隔也可以。在这方面，参考DE 102006006572A1。通过成对采样，如图4或图5所示，能够形成数字值400、500、501和503，其代表或 表征回波曲线117和/或包络117'。例如，根据被成对采样的值500、501能够计算出IF 信号117的近似包络503。此外或者作为计算包络503的替代选择，也能够从中计算回波的 相位。在这方面，参考DE 102006006572A1。图6的上部600在时间轴上示出理想化的IF信号117，其对应于图3中的信号 117，成对采样的采样值500、501被标明。下部601示出根据采样的数字值计算的包络503，以及相位角602的曲线，用单位 rad表示。这些数字值的整体或其中的部分形成数字回波曲线，其形成数字回波信号处理的 ■石出。图7示出根据本发明的一个示例性实施例的具有用于脉冲传播时间料位传感器 的模拟和数字信号处理的框图。根据图7的框图考虑到高信号动态范传感器灵敏度，其中IF信号117被分为两个 并行通道512，其中提供了具有不同的放大率Vl和v2的IF放大器135a和135b。被分开 的信号117同时在两个IF放大器135a、135b中被处理。通过开关将IF信号分成两个通道 512,511将是可以想象的。相应地，还存在两个模拟带通滤波器136a和136b以及两个A/D 转换器140a和140b。假设单个A/D转换器140a、140b本身的分辨率不足以数字化最大和 最小回波。然而，如果这是可能的，单通道的设计将足够。每个A/D转换器140a、140b根据图5所示的成对偏移采样的示意图或采样网格 tal、ta2将IF信号117的采样值转换为两组IFl和IF2，其被保存在存储装置152内以用 于数字信号处理装置15内的进一步数字处理。应当提及的是，两个的A/D转换器的任务也 能够由包括至少两个输入端的单个A/D转换器执行。图8示出根据本发明的一个示例性实施例的用于用两个A/D转换器成对IF采样 的框图。相对于图7中的并行模拟信号处理135a、135b、136a、136b和并行A/D转换140a、 140b，在根据图8的框图中，划分成两个不同的动态范围没有被同时或并行地执行，而是用 其间的切换来顺序地执行。在这种设置下，图8所示的两个A/D转换器140a、140b不是用 于划分成两个动态范围，而是，关于在每种情况下的IF曲线的成对采样，一对采样点中的 一个采样点由第一 A/D转换器140a转换，而一对采样点中的另一个采样点由第二 A/D转换器140b转换。图8示出用于此目的的模拟信号处理级130、130'、530、717，该信号处理级130、 130' ,530,717从HF�？�710延伸到存储装置711、712、711a、712a。模拟信号处理级130、 130'、530、717基于模拟信号处理方法。虽然图7的框图中通过单独的路径512、511实现 放大的切换，并且因此在IF级530或IF放大级530中发生，根据图8的框图中的切换通过 在HF�？�710内的切换而发生。
换句话说，图8示出另外的切换选择。图7中存在两个分开的通道511、512。在 图8中，作为切换装置703的结果，两个通道出现在HF模块内部(范围I和范围II)。图8 的不同之处在于，与图3中所图解的方式不同，参考回波560和来自被监测的测量路径的剩 余回波不作为统一的时间信号存在，而是作为在时间上彼此相关的两个单独的信号。发生 参考回波560或参考脉冲601从剩余回波603、607、608的分离，包括从有用回波607的分 离。该分离可以是位置相关的分离，即分离成不同的通道830、831，和/或时间上的分离。 换言之，可以执行局部多路复用和/或时间多路复用，或局部解多路复用和/或时间解多路 复用。图9a中的图解示出了信号的时间相关性，其中，时间相关性由共同的时间轴表
7J\ ο在图7中，假设参考回波和剩余回波存在于共同的信号中，并且放大率的“切换” 或放大率的“换向”不是真正的切换，而是划分到具有不同放大率的两个并行通道。与此形成对比，图8示出参考回波560、601和剩余回波彼此分开地存在于两个信 号中，该信号之间是可切换的。此外，放大率的切换发生在HF�？橹胁⑶沂钦嬲那谢唬� 被放大较少的信号(范围II)或被放大较多的信号(范围I)可在同一的输出831得到。通过HF切换装置703可以在模拟信号处理级130、130'、530、717的动态范围 701,702之间切换，并且特别是在A/D转换器240a、240b的动态范围701a、702a、701b、702b 之间切换。HF切换装置703能例如切换HF发送放大器或HF接收放大器的放大率。例如， 能进行两个不同大小的放大率之间的切换。此外，通过开关704可以在两个IF放大器705，706之间切换。在这种设置下，第一 IF放大器706放大目前已描述过的、具有测量路径的反射的IF信号。第二 IF放大器705 提供参考脉冲601 (在图9a中参考脉冲601只显示为包络，而不是作为IF信号)的经放大 的IF信号。该参考脉冲是，例如，作为与传输脉冲分离的回波在HF电路110内部产生的， 该回波作为内部产生的结果而被用作通过天线113接收到回波的位置参考或时间参考。开 关704能够例如被装备以便在接收到完整的参考脉冲后，开关704从第一 IF放大器705切 换到第二 IF放大器706。作为替选方案，切换还可以在已经接收到参考脉冲的一部分时发 生，即在下降斜率处。在各自的信号已通过开关704后，进一步放大和带通滤波IF信号，在每种情况下 其已经被开关704选择，能够发生在IF放大器708中。这里应当再次指出的是，在图9a、 9b中示出的各信号601、602、602'是IF信号而不是包络，这是为简单。存在于开关704的 输出处，特别是存在于信号路径708的输出处的IF信号在两个A/D转换器140a、140b之间 的路径718上被分开以便成对采样。第一 A/D转换器140a例如总是转换采样对中的第一 值500，而第二 A/D转换器140b总是转换第二值501。换句话说，这可以意味着的A/D转换器140a、140b得到相同的曲线。第一转换器可以采样第一值500，第二转换器可采样第二值501。因此每个转换器可以只产生采样值500、501的部分。第一 A/D转换器的时间上的采 样点和第二 A/D转换器的时间上的采样点可以偏移tal。由于一对的两个值之间的时间间隔tal比随后的对之间的时间间隔ta2小得多， 以这种设置，就有可能以相对较低的采样速率(例如l/ta2)使用A/D转换器。转换所有的点500、501或采样值500、501也是可能的，通过使用相应快的单个A/ D转换器。同样，不是强制地进行成对采样。考虑到奈奎斯特采样定理，等距离IF采样，换 句话说，例如160kHz的IF频率，在至少大于320kHz的采样频率下也导致能够通过数字回 波信号处理被评估的数字回波曲线。然而，要求与A/D转换器的性能有关的，从而有可能使 用快速A/D转换器的相关开支会相当高。如果在HF电路中，通过HF切换装置703预设较低的放大率，通过为此目的而预留 的存储区域711、712的两个A/D转换器将来自动态范围II 702的较大的回波被分配到两 个组IF12和IF22。参考脉冲和/或天线振铃(antenna ringing)可能落入动态范围II。如果在HF电路中通过HF切换装置703预设较低的放大率，通过为此目的而预留 的存储区域711a、712a的两个A/D转换器140a、140b将来自动态范围I 701的较小的回波 被分配到两个组IF 11和IF 21。有用回波可落入动态范围I。如图9所示的回波曲线用来清楚显示图8中的信号，其中为简化该图解仅示出图8 中所描述的IF信号的包络。因此该简化表示没有示出通道831、830的IF信号，而是示出 其作为包络的表示。于此形成对比的是根据图8的电路处理该IF信号，其包络被图9的包 络反映。在这种设置下，图9a示出三个不同的IF信号，其绘制在对应于特定反射和传感器 之间距离的公共的位置轴或时间轴上。与此形成对比，由于传播时间短，内部产生的参考脉 冲601显示出最短的距离。因此，图9a在共同的时间轴上示出三个信号601、602、602'，其基本上可并行地 得到。信号601、602、602'在Om处开始并最迟在80m之后结束。然而，不产生在整个Om至 80m范围内的所感兴趣的曲线的信号部分地也可以以较短的时间间隔被研究，并且因此能 够被更早地取消。就参考脉冲601而言，信号形式可以例如在3至5m的距离之后是不感兴 趣的。就大信号602的范围II而言，有可能例如仅有上至IOm的范围是感兴趣的，因为通 常预期其后没有大信号或大回波603。取消信号的评估可以被相应地控制开关703、704影 响。范围I和范围II两者都出现在HF�？榈南嗤涑�831，而该参考脉冲出现在输出 830。参考脉冲601可以由两个A/D转换器140a、140b采样，当开关704或IF转换开关 704被切换到放大器705。在此设置下通过HF切换装置703或HF�？榍谢蛔爸�703设置 的放大率基本上与参考脉冲601不相关，因为，例如，参考脉冲601并不通过HF电路110、 710的可切换的发送放大器和接收放大器(图8中未示出)，而是内部地以单独的路径从发 送脉冲发生器111传输到参考脉冲IF输出。也可以在该路径上为参考脉冲提供单独的采 样器(图8中未示出)。参考脉冲601已直接地传输(即没有被从馈给料表面反射)到HF�？�710的�？槭涑�830。因此，在该参考脉冲的情况下两个动态范围之间没有区别。在从馈给料表面反射之后，接收信号602已经通过定向耦合器112和放大器114到达HF�？槭涑�117。如果IF开关704切换到放大器706的输出，同时HF切换装置703切换到低放大 率，IF信号可以从动态范围II 702中被采样。这些大回波信号(即大振幅的回波信号)在 图9a中用实线602示出。在短的回波距离的范围内，也可以出现回波603的大反射振幅或大信号，仍可以 在动态范围II中处理而不失真。本示例假定在90分贝HF电路710的IF输出的动态范围。 这意味着在范围II中，比那些振幅刚好处于还没有失真或被限制的极限的大回波小90分 贝的信号(特别是回波信号)仍然可探测。动态范围I和动态范围II包括90分贝。由于参考脉冲601通过单独的通道达到通道830，不同的动态范围I、II 701、702 只影响IF通道831，而不影响参考脉冲通道830。为了能够检测更小的回波，例如回波608，其处于动态范围II之外，HF切换装置 703可以切换到高放大率。在图9a中，相应的包络信号显示为动态范围I中的虚线曲线 602'。就其幅度而言，大回波603被限制，但是最小的回波(如回波608)仍然可以在这 个范围内检测到。换句话说，作为额外连接的HF�？�710的放大的结果，大回波(如回波 603)超越出了动态范围I而被截断，因此出现曲线602'。所显示的两个动态范围I和II的结合，每个包括90分贝，因此使传感器可以处理 其总和，例如110分贝的总体动态范围。HF切换开关703连接另外的20分贝的放大，图9a 中由动态范围I的下限在动态范围II的下限之下的偏移示出。为此，包络602和602'可 以例如被合并以形成为单个曲线，其中基于距离和幅度从恰好更适合的范围选择包络值。在两个包络602、602'的重叠区域，可以使用两个范围的平均(可能是加权的)。 在重叠区域的值应该一致，除了两个范围的放大率差异(例如20分贝)。由于使用两个范 围的加权平均，轻微的差别或者可能存在的一些其它误差的影响可以被补偿。图9b显示出图9a所示的信号的时序的示例。图9b示出这种方式，其中作为IF 开关704和HF�？�710内的HF转换装置703的与时间相关的切换的结果，不同的动态范 围I、II被顺序地处理。由于回波曲线602、602'是周期性重复的信号，不同动态范围内的 不同信号602'、602可以被在时间上彼此分开地评估。可以通过相应开关的切换持续时间 来控制所要研究的范围的长度。信号602'显示在Om到80m的距离范围。于此形成对比， 信号602显示在Om到IOm的距离范围。也可以将曲线602显示至80m并在信号处理装置 中对其进行评估，但在此示例中，IOm到70m之间或IOm至80m之间的范围并没有考虑，因为 在这些范围内只预期有那些幅度不超过该范围I的回波。在死范围内，例如在范围II内的 IOm和80m之间，没有必要产生和采样回波信号，其导致节约能量。下面说明如图9b所示的信号的顺序。信号形式在时间上以参考脉冲601开始。当 参考脉冲出现下降斜率时，切换装置704从通道830切换到通道831。该切换显示为理想跳 跃。在切换时，信号602'已经出现在通道830。因此，切换发生在信号602'内，大约是在 大脉冲603的中间，如图9a所示。换句话说，图9b中所示的信号形式从切换开始就遵循曲 线602'的相应形式。这意味着，从参考脉冲601开始(即在参考脉冲601之后)，通过开 关704来完成切换到来自范围I的信号。如图9a所示，在时间上的这个点上，范围I的第一、大回波603的部分已经过去。保持开关704的开关位置不变，经过与80m的距离对应的持续时间后，发生到范围II的切换。这种切换可以例如通过HF�？榍谢蛔爸�703或HF�？榉段谢蛔爸�703进 行。随后出现的回波信号在较短的范围II内被研究，例如从Om至10m。由于范围I和范 围II基于相同的周期回波信号，信号形式基本上一致，除了不同的放大率。因此，信号形式 602'、602，特别是在大回波603的凹口区域具有相似的结构。由于回波曲线的周期性，范 围I和范围II能够被连续描绘。切换的各种持续时间被设计为使得它们能够根据应用设 置。在对动态范围II内的信号的研究之后，图9b的曲线可以周期性地继续(图9b没 有示出)。换句话说，这意味着回波的时间轴或距离轴在零值附近与参考脉冲601开始。在 参考脉冲601的最大值之后不久，IF开关704切换到放大器706，其中，当高放大率(动态 范围I)在HF电路710内被开启时，从测量路径为回波603提供高幅度，在切换时回波可非 常接近于0m。在此设置中，作为该高放大率的结果，近回波的幅度可被限制，或这该幅度可 被截断。在范围I内弱的和远的回波要被加强，而近回波仍然被成像，即使其被放大到该界 限。随后，动态范围I仍然有效，基本上从测量路径上直到感兴趣的最大距离的所有 反射被接收；在图％的示例中到80m的距离。由于动态范围I的高放大率，即使小回波608 也变得可见。在图9b中的回波宽度没有关于所指示的80m的测量范围按比例显示。随后，即在对开关703切换结束之后，通过HF切换装置703来降低放大率，并且来 自范围II的回波曲线然后从Om距离开始被采样。大回波603的幅度在动态范围II内基 本上不失真。如图％中所指示的，可能足以记录该基本上未经放大的信号仅仅到约IOm的 距离。在可能的随后的死区中，例如，可以节省能源或执行一些其它任务。可以假定，位于大于IOm距离的回波的幅度即使是在理想情况下也不会变大到足 以达到范围I的极限。为了能够处理一个区域的90分贝的动态，两个A/D转换器140a、140b应该例如具 有18位的幅度分辨率。如果使用较低分辨率的转换器，可由A/D转换器处理的两个区域I、 II的动态将减小。相应地，同样高的动态因此可以由两个区域I、II之间更大的放大率差 别和因此的更小的重叠来实现。如果HF电路的IF回波信号具有较小的整体动态范围，那么该两个范围I、II的切 换装置可以关掉，因为它是多余的。IF信号117的数字化采样值IF12、IF11、IF21、IF22构成数据库，其用于数字回波 信号处理151的功能块(如图7所示)，其从A/D转换和可能地从存储过程继续下去。数字回波信号处理151的随后的部分包括信号预处理201，其通过合适的算术运 算准备或操作现有的数据库，例如从存储装置711、711a、712、712a或存储装置521、522、 523,524,以使其以适合于随后的测量值确定204的形式存在。两组数字值，其中组IFll 521、711a和IF21 522、712a，例如代表小回波，而组 IF12 523、711和IF22 524、712代表大回波，对应于vl > v2的比率，要达到这种效果，例 如，(如果需要)分组进行数字滤波(FIR，有限脉冲响应；IIR，无限脉冲响应)576a、576b、577a,577b 并进行相干平均 578a、578b、579a、579b。术语“平均”是指对同一组的各连续IF信号的采样值取平均，其中采样值对应于相同的回波传播时间。如果平均是在形成包络之前进行的，这被称为“相干平均，，或“检波 前积分”；而平均包络值则被称为“非相干平均”或“检波后积分”。虽然这两种平均方法本 质上都抑制相对回波信号的噪声，相干平均在这方面能有效的多。根据所描述的方法，相干 平均可仅通过单独平均不同采样组来实施。与非相干平均相比，其当然可以作为替代或附 加来对计算的包络值进行，计算量只被加倍。在相干平均的方法中，对成对采样的所有采样 点进行平均。因为从精确的两个采样点可计算出精确的一个包络点，采样点的数量精确地 为包络点数量的两倍。因此相干平均的计算量是非相干平均的两倍。术语“小回波”可表示该IF包络的幅度可能较低。在任何情况下，滤波和/或平均 呈现在小回波512的组，因为这些组可部分被噪声覆盖。此后，根据采样IF值形成对571a、 57让，500、501，根据其计算包络值572&、57213、503。当需要时，在非相干平均580a、580b之后，大回波HK 2N 572b和小回波HK IN 572a的两个单独的包络(HK)相结合以形成总包络581。这仅仅要求知道vl和v2之间的 放大率差别以及通道512、511的两个动态范围之间的重叠。换句话说，图9a和图9b所描 述的方法能被类似用于相反的方向。由于这种划分成小的511和大的512回波，有可能节 省成本，因为例如A/D转换器140a、140b的部件可被使用而不必覆盖全部可能发生的信号 的整个动态范围。信号预处理20的另一部分(该部分没在图7中示出)可能会涉及一次性的干扰 回波的减去，例如在容器测量期间或继用户输入之后被储存的干扰回波。该干扰回波被基 于包络值或IF值存储，该干扰回波代表部分或完全空的馈给料容器中的反射条件，其被从 实际采样或者计算值中减去，以清除不源自馈给料的反射对实际回波的干扰影响。该减去可以基于所要数字化的IF值来进行，其中可以达到很精确的结果。因为该 IF级上的计算，真实回波曲线和干扰回波曲线都作为IF采样值被储存。以这种方式可以不 用考虑包络。在基于包络值的实际回波曲线和干扰回波曲线的减去过程中，可能发生这种情 况，在部分重叠的回波中，该重叠可不同地显示出其本身，这取决于两个回波相对彼此的相 位。该结果因此可能取决于回波相互之间的随机相位。相位同步时该两个成分相加，而在 相位相反时则两者相减。相应地，包括两个重叠回波的回波曲线的校正可能无法进行，除非 考虑基本的IF曲线的相位。然而，当在包络的水平看，相位可能实质上不可能，因为作为形 成包络的结果，只有幅度信息可仍然保留，而没有原始IF信号的相位信息。计算的总包络581、582构成有用回波识别202的基�。涓萸叩娜炕夭ǖ� 整体来识别馈给料回波或有用回波。有用回波可以是馈给料表面产生的回波。包络计算581 过程中的小幅度误差或者化整误差被容忍而不进一步处理，由于其在此评估步骤中降低时 间分辨率。为了识别202或者评估202所找到的回波，即确定回波曲线内的回波的位置，例如 可以使用下面介绍的处理步骤。首先，从IF信号的整体或从回波曲线就其特征而言分离和表征各个回波。回波的 检测是，例如，基于阈值曲线，其或者已针对该装置被预定义或者在操作过程中被动态地生成。就它们的幅度而言，将所存储的包络值与时间依赖的阈值进行比较。阈值以上的包络 指示在该点或该位置的回波。为了只检测IF信号中相对最大的回波，可以逐步降低该阈值 直到检测到足够多的回波。被检测的回波被其特征表征，例如最大幅度、信噪比、回波长度、回波形状、平均 值、焦点和斜率陡度。这些特性可使得有可能确定被研究的回波形状。根据回波特性，也可 以在一定程度上得出有关容器的类型、馈给料表面的性质和环境条件的结论。此外，根据相 互回波距离有可能获得容器内部的某些反射条件，例如倾斜块料表面或多重反射弯曲容器 顶部。该信息可有助于应用相关的软件参数的选择，以改善对采样回波值的处理，并且不仅 向用户提供纯料位信息，而且还提供容器内的环境条件的进一步的延伸指示、传感器的功 能可靠性和一般测量。根据IF信号的回波的整体，通过全部被收集的特性，该馈给料表面的回波最终被 识别，即有用回波被识别。参考回波的识别可能会比有用回波识别容易，因为相对于测量的开始，参考回波 基本上总是出现在同一位置，并且由于传播时间最短的回波基本上不会受到来自容器中的 反射造成的干扰的影响。测量值确定的第二部分关系到回波测量203。回波测量203使用有用回波识别202 的结果，但可以与有用回波识别并行进行。为了得出料位的测量值591，确定592参考回波与所识别的馈给料回波之间的间 隔。这种测量592首先基于两个回波(大回波和小回波)的数字包络值593。因此不是采 样IF值被研究。然而，由于这些能够包含小的计算误差，对于有限数量的包络点，可应用另 一种用于更精确计算包络点的方法。代替计算各自的包络点598，有可能例如更准确地直接 根据IF曲线的采样对571a、571b、593在要测量的两个回波(即参考回波和/或有用回波) 的时间范围内计算那些包络点，即参考回波和有用回波的所有包络点。在回波测量203中， 传递关于它们的时间上的位置的信息，从回波识别202的块到包络值校正594的块。关于 相同的点，也可以进行相位计算595以进一步提高测量精度。关于结合相位值以提高测量 精度的方式，参考DE 4407369。功能块202、203、581、594、595和592可以是执行该任务的任务或装置。当基于包络值测量参考回波和有用回波之间的回波距离592时，参考回波560和 有用回波561的各自的最大值之间的距离可以非常不准确地描述回波距离。因此，在一个 示例中，可以使用回波斜率上的两点之间测量，其幅度与回波各自的最大幅度成确定的比 例。在另一个示例中，可以向所确定的包络点的要测量回波斜率的区域内插中间点。根据 每个采样对(距离为tal)计算所确定的包络点，如图5中所示。对于中间点的内插，可以 使用例如线性内插、多项式内插或样条内插的内插方法。作为这之外的另外的选择，还有方法确定回波的位置，用预先定义的标准回波或 者这种标准回波的一部分与实际所要测量的回波的点以最可能的方式数学地符合。标准回 波是来自理想反射体的反射，例如液体表面，而标准回波或干扰回波是在没有液体存在情 况下确定的。根据标准回波的位置(该位置已经通过使标准回波符合来确定)，产生实际回波 所找到的时间上的位置。将IF回波或包络与该标准回波相关的方法的目的是达到相同结果。例如，进行IF水平的相关。在相关结果为最大的时间点上，标准回波最佳地符合相应 的曲线，因此该时间点同时也代表回波的时间点。在IF水平的减去测量回波和干扰回波曲线也可以支持参考回波560和有用回波 561的距离的确定。在测量592之后，对于每个测量周期，出现关于在馈给料回波561或有用 回波561 与参考回波560之间的距离的测量值596。当所确定的传感器参数和容器参数已知时，该测 定值596可被转换为料位高度。最后，能够这样提高测量精度，在各种连续测量周期内的这种测量值596被平均 597。平均的时间常数可以被设置以便在进行平均时固定或者可以动态地调整。如果新确 定的测量值只与先前确定的测量值差别很�。奔涑Ｊ谝欢ǔ潭壬显黾�。然而，如果一些 新的测量值次序不同，这表明馈给料的运动，时间常数应减小。同样，在某些情况下为输出 测定值提供滞后是有用的。在需要假定馈给料表面的运动方向很少反转的情况下这是合理 的，而且这种情况下输出测量值的轻微延迟是可接受的。以这种方式确定的测量值591最 终是被传感器作为料位输出(以模拟和/或数字的形式)的值。因此已经通过采样IF信号的少量值显示出在每种情况下都可以只根据两个采样 点计算出IF信号的包络和/或相位角。因此有可能降低对存储空间152和IF信号117的 数字化和评估的计算时间的要求，不需要在没有可以由主要地数字信号处理提供的优势的 情况下进行。数字信号处理使其成为可能，例如，没有元件公差(component tolerance)，容 易地调整对各种传感器参数的处理，通过数字滤波和相干或非相干平均来提高信噪比，以 及通过相位或者相位信息评估来提高测量精度。此外，还有一个选项，使采样频率适应各种传感器类型和各种传感器电源。在具有 4至20mA之间的输出电流被占据的形式的模拟测量值输出的双导体传感器中，可用于传感 器的功率相对较小。这可以通过调整采样频率被抵消。它甚至有可能改变IF曲线中的采 样频率，例如为了对参考回波和馈给料回波的所感兴趣的区域的采样比剩下的没有待测回 波的区域的采样更精细。具有信号预处理201和测量值确定204的部件的数字回波信号处理可以被连续地 处理，其中测量值确定被再次划分成有用回波识别202和回波测量203的功能块。在通过 信号预处理201数字化之后，由硬件提供的模拟回波曲线117成为数字回波曲线582。数字 回波曲线582被传递到有用回波识别的功能块，并被有用回波识别功能块关于有用回波的 位置进行分析。最后，这个位置(例如以距离范围的形式)被传递到回波测量203功能块， 其在被传递的区域内对有用回波进行准确测量。所传递的区域或者被分析的位置可以是回 波的近似位置。然而，串行序列也可以被分开以便通过有用回波识别功能块和回波测量功能块的 并行处理或交错处理不仅实现详细、深入和精细的有用回波识别，而且实现测量值的快速 更新。有用回波识别功能块可以识别有用回波，回波测量功能块可以测量回波。换句话说， 有用回波识别功能块执行有用回波识别的任务202，回波测量功能块可以执行回波测量的 任务203。并行的有用回波识别202和回波测量203使得测量任务203有可能基本上只需要 处理选择的IF曲线值。换句话说，与IF曲线值的数量相比，需要由测量任务203处理的参数或值的数量对于整个回波曲线被减小。图10示出根据本发明的一个示例性实施例的对回波进行并行评估和测量的数字 回波信号处理的测量装置的框图。图10的框图显示出两个任务1000、1003或两个功能块1000、1003，其访问共享存储装置1004。在存储装置1004中存储有采样IF值。特别地，已经成对采样的IF值被存储 在存储装置1004中。如果需要，用于回波曲线的有用回波识别的任务1000通过存储连接 1005访问共享存储装置1004。评估任务1000能够例如在具有专用或共享处理器的集成开 关电路上实现，然后实现分析装置的评估装置1000。评估任务1000包括信号预处理1001的功能块，其例如包括带通滤波以及对取自 存储装置1004的IF采样值进行平均。此外，有用回波识别1002的功能块指定用于确定 有用回波和参考回波的回波位置的装置。评估1000不包括测量值确定，即在单独的功能 块1003中确定料位高度的测量值。有用回波识别1002确定例如该有用回波位置和/或 参考回波位置的近似位置。相关的位置也可以是可被称为对应窗的区域。通过评估任务 1000，使得回波位置的被确定区域对于第二任务1003或回波测量任务1003可用(通过连 接1011)。连接1011可以是两个过程之间的通信连接、通信关系或线，通过该方式，两个开 关电路1000、1003可以互相通信。开关电路1000、1003可满足评估和测量回波曲线的功能。 因此，在每种情况下，测量任务1003都被给定针对有用回波位置和/或参考回波位置的窗 或窗区域。在这些窗内的值可以被回波测量任务1003在信号预处理1012中处理。用于该窗内的回波曲线的进一步处理的信号预处理1012也可以包括带通滤波和 /或平均或其它预处理功能。此外，为更精确的位置确定，可以在窗内执行若干回波曲线上 的回波跟踪。通过对回波跟踪(其限于窗的相对较短的距离范围内)，在窗内移动的有用回 波或参考回波可以被跟踪，从而随后的回波测量过程接收关于该窗内的位置信息，各自的 回波将在该位置被测量。最后，测量参考脉冲和/或有用回波也在预定窗区域内进行。可以为参考脉冲和 有用回波均产生独立的窗。然而，也可以将参考脉冲和有用回波保持在共享的窗内。在测 量参考脉冲和/或有用回波期间，因为对于回波曲线或者回波图的范围，其仅仅是需要考 虑的回波曲线或者回波图的部分(因此从回波曲线的所有采样的IF值的总数来看，其仅仅 是这些值的小部分)，因此可以进行详细的评估。该部分包括回波曲线的子区域，其中该子 区域通过窗的区域边界来预先确定。因此，换句话说，评估任务1000或者评估装置1000经由回波曲线，以使得很可能 有用回波和/或参考回波或者所关心的某种其它回波开始变得位于窗内的方式来控制评 估区域或者窗。由于窗的位置仅仅非常慢地改变，因此可以使用低测量速率或者重复速率 用于评估任务。换句话说，这就是说，用于评估的任务的处理(即用于在回波函数上滑动窗 的任务)在比在该窗区域内进行详细确定或者测量回波的间隔更长的间隔处进行。在窗内 研究回波，以便尽可能精确地确定实际回波的位置。根据这些位置，可以确定回波之间的距 离，其中，该距离可以被转换为料位。当通过测量任务1003或者利用执行测量任务的测量装置1003进行测量时，因为 执行这些操作跨越的区域不限于窗区域，因此也可能使用计算密集操作。将窗定位于回波曲线之上并且因此选择所关心的区域基本上可以独立于回波的实际测量而进行。因此，评估装置1000和测量装置1003可以基本上独立于彼此而动作。 评估装置1000和测量装置1003形成分析装置。经由通信连接1011仅仅交换必要的信息 (例如关于窗的定位细节、或者状态信息)。在一个示例中，存储装置1004也可以用于信息 交换。为了评估回波曲线或者回波函数，两个任务1000、1003访问具有采样的IF值的存 储装置1004。例如，因为IF值可以成对地并且可能以比奈奎斯特采样准则预先确定的间隔 更大的间隔进行采样，因此IF值的存储可能意味着要存储的数据的减少。成对采样因此不 仅可以减少数字化数据的数量，而且其也可以加速后处理。在存储装置1004中，存储了回波曲线或者回波图的数字表示。评估装置1000和 测量装置1003都可以经由访问连接1005、1006访问存储装置以及因此实际上存储的回波 函数。如果容许预定的小误差，则IF值使得可能从IF回波函数的IF值恢复回波函数的包 络。如果需要，例如在时间单元已经过去之后，经由存储更新连接1007，测量装置1003可 以启动回波函数的新采样或者处理(take-up)。采样的IF值位于窗内的部分被读取到测 量装置1003或者测量装置1003中，并且在完成测量或者回波位置确定之后，经由输出连接 1008将馈给料距离传送到用户或者进一步处理装置(在图10中未示出)。通过将块1003 中的回波测量与块1000中的有用回波识别分开并且对它们进行并行处理，可以提高传感 器测量速率。
在形成框图的部分的时间图1009中解释了提高传感器测量速率。沿着时间轴 1010示出了评估装置1000和测量装置1003对共享处理器的占用。在每种情况下，评估装置 1000在时间片(时间线1010上的间隔)期间占用该共享处理器，该时间片被指定为1000’。 评估周期包括例如至少两秒的周期时间。换句话说，评估装置1000跟踪窗所需要的时间可 以在2秒的数量级。换句话说，在2秒的持续时间后，评估装置1000提供了新的窗位置用 于有用回波和/或参考回波的评估。然而，在评估的周期时间期间，窗的位置保持不变。评估任务1012被划分为许多小的次时间片1000’，以使得可能通过测量任务 1003’中断评估任务。仅仅在用于有用回波识别的周期时间期满后，才完成有用回波识别任 务1012。与评估任务1012相反，每种情况下的测量任务1003’指定了完整测量周期。在每 个测量周期1003’的结尾，新的测量值产生。例如，测量周期可以是至少150ms。关于图10 所示的、两个软件块或者任务1000、1003或者评估装置100和测量装置1003的交织处理， 在2秒的评估周期期间，在窗移动到新的位置之前可以执行9次测量1003’。根据时间图1009的交织处理是周期操作；换句话说，在完成评估周期时间1012或 者有用回波识别周期时间1012后，随后是新的评估周期时间。两个任务1012、1003’的处 理时间的百分比分布的比率或者脉冲占空比是可以调整的。对应于中断的数量，可以延长 或者缩短用于评估的周期时间1012。与完全处理相反，也可以将测量任务划分为几个次时 间片。图11示出了根据本发明的示例性实施例的、用于并行评估和测量回波的另一框 图。被指定为变型A的框图包括评估装置1000a和回波测量1105。评估装置1000a或 者评估任务1000a不仅包括有用回波识别装置1002，而且还包括信号预处理1110。信号预 处理1110包含带通滤波、平均、包络形成和对数转换。确定测量值不形成评估任务的部分。
如图7所述，应当根据组对所有的点(换句话说，对所有的IF采样值)分别执行 带通滤波(FIR或者IIR)，而对于平均包络形成和对数转换，可以减少点的数量。例如，可以 仅仅在每第4点处，换句话说，对每第4个采样点或者每第4对采样点执行这些操作。因为对于有用回波识别1002，回波曲线的粗时间分辨率完全可接受，因此不必评 估每个采样点或者每个采样值。在具有粗时间分辨率和幅度分辨率的回波曲线中，为了实 现如在使用存储装置中所有可获得点的情况那样的有用回波确定，基本上也可以检测并且 研究回波。然而，另外，点的数量的减少有利地导致计算时间的节省。根据图11的实施例，在图10中被示出作为共享存储装置的、具有采样IF值的存 储装置1004被划分为评估存储装置IlOOa和测量存储装置1100b。评估存储装置IlOOa包 括对具有采样的IF值的测量存储装置的拷贝。测量存储装置IlOOb是具有针对回波曲线 的整个测量范围的采样的IF值的存储装置。经由存储通信连接1101，采样值的拷贝被提供到用于评估功能1000a的评估存储 装置1100a。在该过程中，功能有用回波识别1002经由触发连接1103触发复制IF值的过 程。经由A/D转换器240向具有采样的IF值的存储装置IlOOb提供相应的IF值。测量装 置1003a可以经由存储连接1102访问存储的IF值。利用从存储装置接收的值，测量装置 1003a可以在窗内执行信号预处理。换句话说，该信号预处理(例如，带通滤波、平均、包络 形成和对数转换(如果必要的话))可以限于由评估任务1000a预先确定的窗。相应地， 在一个示例中，经由存储连接1102仅传送整个测量范围的存储值，该存储值落在该窗区域 内。与评估任务1000a内的信号预处理相反，在测量装置1003a的信号预处理中，处理 窗内的所有可获得的采样点。因为在该设置中，所有回波点可以有助于回波位置的精确测 量，因此在该部分中，不存在通过去除部分点的数据减少，因此没有粗时间分辨率。在窗区域的评估之后，测量装置1003可以经由触发连接1110开始触发装置更新。 在已经触发存储装置更新后，相应回波函数或者回波曲线的新的A/D转换值经由A/D转换 器140存储在存储装置IlOOb中。根据处理器分配计划1009或者时间表1009，以与图10 相同的方式来进行过程计算时间的划分，作为利用评估功能或者评估装置1000a以及测量 功能1003a或者测量装置1003a的交织处理。术语“测量功能”或者“评估功能”可指的是用于控制评估装置1000a或者测量装 置1003a的功能或者软件。在图11中所示的、测量传感器的变型A中，通过在测量装置1003a上的软件块测 量1105来触发采样或者A/D转换，其中该测量传感器基于回波测量的分离和并行处理。在 变型A中，IF采样值的拷贝用于有用回波识别。可以比跨越回波函数的整个测量范围或者跨越整个回波曲线的情况更快地执行 在窗或者窗区域内的IF平均。采样值的拷贝提供了用于评估功能1002的回波数据库。采 样值的拷贝被存储在分配给评估装置1000a的存储装置IlOOa中。确定馈给料距离可以以高测量速率进行。回波图评估或者有用回波位置的速率可 以是中等速率。通过使用高平均因子进行平均，即根据多个采样值计算平均值，可以实现针 对窗区域的高信号灵敏度。与此相反，因为不频繁地执行形成评估任务1000a的部分的平 均，因此整个测量范围的信号灵敏度的增益不太显著，因此，平均因子需要相应较低。与变型B和C (图12或者14)的测量速率与功耗的比率相比较，该测量速率与功耗的比率是平衡的。由于存储装置IlOOb中的IF值的拷贝，对存储空间有提高的要求。图12示出了根据本发明的示例性实施例的、使用用于回波测量的并行处理的独 立存储区域来并行评估和测量回波的框图。在图12中所示的、测量传感器的变型B包括独 立的存储器和独立的处理以及两个HF�？榱槊舳确段Щ蛘叨段、II。另外，对于变 型B，利用回波测量的分离和并行处理，可以提高传感器测量速率。评估装置IOOOb直接连接到存储装置1200a。测量装置1003b直接连接到为其分 配的存储装置1200b。A/D转换器140按照需要并行地供给评估存储装置1200a和测量存 储装置1200b。根据示意图1201，存储装置1200a被划分为三个范围。第一范围被提供用 于参考脉冲；根据图8，范围I被提供用于具有相当小回波的动态范围；而范围II被提供用 于具有相当大回波的动态范围。评估存储装置1200a包括用于整个测量范围的采样的IF 值。在该设置中，根据在图9a和9b中所示的示意图存储所存储的IF值。有用回波识别任 务1002要求触发存储装置更新(换句话说，针对整个测量范围的A/D转换)。其后，完整回 波曲线的图像被保存在评估存储装置1200a中。该图像可以被划分为多个灵敏度区域。由于测量装置1003b基本上仅仅对有用回波和/或参考回波的详细区域或者窗区 域感兴趣，因此在评估存储装置1200b中，仅仅进行针对这两个窗的采样的IF值的存储。作 为替�。梢灾辽俅娲⒈蝗范ㄎ胝饬礁龃跋喙氐腎F值。根据在图9a和9b中更详细地说 明的示意图1201，这种存储也发生。然而，以不同于该示意图1201的方式，在有用回波的窗 区域1200b中，仅仅对两个动态范围之一进行采样。利用有用回波识别1002传送的、与有 用回波相关的信息，确定两个动态范围中的哪个更适合于采样有用回波。所传送的信息还 包括幅度信息。测量装置1003b可以形成线性或者对数包络，并且可以在该线性或者对数转换的 包络上执行参考脉冲和/或有用回波的测量。包络还可以以对数形式(例如硬件对数转 换)进行处理。对于有用回波识别1002，也可能继续使用该包络的对数观察。然而，对于回 波测量1003b，可能不用对数转换，并且以这种方式，可以防止在根据线性值形成对数包络 值中出现任何误差。测量装置1003b可以触发针对测量存储装置1200b的存储装置更新或者新的A/D 转换。通过测量装置1003b触发存储装置更新可以独立于触发针对评估装置IOOOb的存储 装置更新而进行。在一个示例中，评估装置IOOOb可以在完成评估的周期时间后触发存储更新。根据来自图12的变型B，用于评估或者用于有用回波识别的周期时间例如是至少 1秒，并且用于测量的周期时间例如是至少100ms。与来自图11的变型A相比较，在变型B 中，因为在该设置中，存储(1200b)用于回波测量的IF采样值限于窗的区域而不是整个测 量范围，因此对于回波测量仍然实现了较短的周期时间(例如100ms)，并且为此，可以更快 地完成存储。因此，成比例地，更多的处理时间可以分配给有用回波识别，以便在此也缩短 周期时间(例如从2s到Is)。图13示出了根据本发明的示例性实施例的、针对图12的框图示出的测量装置 (变型B)的独立存储和处理的更详细的时序图。在传感器的HF部分110中产生触发、定时脉冲或者时钟脉冲1300 ；其限定了用于单独的处理步骤的定时脉冲。在时钟1300之下的线示出了单独的任务或者装置的活动。第一条线示出了 A/D转换的任务1301。在其之下，示出了测量任务IOOOb的序列或者测量装置IOOOb的活动周 期，并且在其之下，示出了评估任务1003b或者评估装置的活动任务(有用回波识别)1003b 的时间图。在所示的示例中，评估周期的周期时间是1540ms。这基于用于回波测量的处理时 间是大约30ms的假设。对于80m的测量范围，用于评估的处理时间可以是大约1000ms。 根据图13的线1003b，评估周期(有用回波识别)的1540ms的处理时间包括持续时间为 20ms、15ms、15ms、20ms、15ms、15ms、20ms、15ms、50ms、20ms、75ms、20ms、75ms、20ms、75ms 的 时间片以及具有20ms和75ms的另外替选时间片，为了改善清楚性，未进一步详细地示出它 们。在线IOOOb中示出了用于回波测量的持续时间或者处理时间；每135ms其是 30ms。这意味着平均而言，每135ms可以获得新的测量值1308。在时钟脉冲内，可以在HF电路中产生对应于40m的测量距离范围的回波曲线，即， 仅仅在限定的时间范围处理反射。在该设置中，时钟周期或者触发周期内的测量距离可以 选择性地从Om上升到40m或者从40m上升到80m。同样，动态范围在范围I和范围II之间 是可选择的。在该设置中，周期持续时间是大约45ms。因此，在替选方式中，从Om到40m的 距离范围1303和从40m到80m的距离范围1304可以被数字化，两者都相对于动态范围I。 此外，在大约IOms中，动态范围II中的从Om到IOm的距离范围1305可以被数字化。因此， 在数字化三个距离范围1303、1304、1305后，如图9所示，对动态范围I中从Om到80m的距 离范围以及动态范围II中从Om到IOm的距离范围中的回波曲线数字化一次。根据在该位 置指示的示意图1201，这些数字值被存储在存储装置1200a中。对于2ms的第一持续时间1306，进行参考脉冲的数字化，并且对于2ms的第二持 续时间1307，在相应的窗中进行有用回波的数字化。用于在相应的窗中数字化回波的持续 时间1306、1307短于用于数字化整个回波曲线的持续时间1303、1304、1305。根据示意图 1201，在具有持续时间1306和1307的窗内数字化的值被存储在存储装置1200b中。换句话说，根据描述A/D转换的时间流逝的线1301，在动态范围I中进行参考脉 冲(持续时间2ms)的、有用回波(持续时间2ms)的、参考脉冲的以及距离范围Om到40m 的A/D转换。其后，也在范围I中进行参考脉冲(持续时间2ms)的、有用回波(持续时间 2ms)的以及距离范围40-80m的A/D转换。其后，在动态范围II中进行参考脉冲(持续时 间2ms)的、有用回波(2ms)的以及距离范围O-IOm的A/D转换。其后，重复总是伴随参考 脉冲的以及有用回波的A/D转换的相同序列。在限定窗宽度内(在该示例中因此在2ms内，对应于大约2m)，在数字化期间转换 的数据被存储在存储装置1200b中，并且用于回波测量。与上述相反，在有用回波识别周期开始时采样的范围从Om到40m的1303、从40m 到80m的1304和再次从Om到IOm的1305被存储在存储装置1200a中；它们提供了用于组 合以形成具有高的整体动态性的、从Om到80m的回波曲线的基础。由于三条线1301、1000b、1003b的时间片从不同时有效，因此这表明三个过程 1301、1000b、1003b或者三个任务共享公共处理器。但是，分开考虑，三个过程彼此独立，即使它们可以定期地被置于休眠模式中。变型B包括用于测量1306、1307和评估1303、1304、1305的独立采样(A/D转换)。 在有限的窗区域1306、1307内，可以比在整个测量范围1303、1304、1305中更快地执行IF 平均。评估存储装置1200a中的回波数据库包括使用独立平均的独立采样值，其中与用于 回波测量的值的平均相比较，该平均更低。变型B包括用于馈给料距离的高测量速率。仍然可以以可接受的速率执行有用回 波识别(换句话说，评估装置中的有用回波的位置的确定)。可以通过平均来提高针对整个 测量范围的信号灵敏度。由于仍然较高的平均，因此针对窗区域的信号灵敏度非常高。此 外，实现了测量速率与功耗的良好比率；换句话说，相对于测量速率最优地使用可用于传感 器的功率，该功率在某些情况下非常低。使用低传感器电压(例如12V)和低环路电流(例 如4mA)，功率的最佳使用可以产生每秒几次读取的测量速率。存储装置1200b中的附加采样值仅仅用于窗区域，因此，并行仅仅施加了非常适 度的附加存储要求。利用变型B，非常高的测量速率和针对测量值的高平均因子是可实现 的，因此，可产生非常高的测量精度。变型B因此可以用于以高测量速率进行的精确测量。图14示出了根据本发明的示例性实施例的、以上游平均(upstreamaveraging)作 为专用任务的回波并行评估和测量的框图。图14所示的、测量传感器的变型C包括上游平均和两个HF�？榱槊舳确段А８萃�14，不仅评估装置1000c和测量装置1003c被提供作为独立的并行装置或 者任务，而且信号预处理的部分也是如此。例如，带通滤波和平均被提供作为专用平均装置 1400，因此不再是评估装置1000c和测量装置1003c的部分。评估装置1000c继而包括剩 余信号预处理，该剩余信号处理在每第4点处进行，换句话说，在时间上在每第4个采样点 处。例如，信号预处理包括包络形成、对数转换和组合范围以及实际评估功能1002。此外， 评估装置1000c经由通信连接1004连接到测量装置1003c。测量装置1003c再次接收窗，特别是用于有用回波位置确定和用于参考回波位置 确定的窗位置；其包括在窗内的包络形成、在具有线性或者对数包络的窗内的可能回波跟 踪；并且，也可以在测量装置1003c中执行测量线性包络上的参考脉冲和/或有用回波。与 对数包络相反，在测量装置1003c中，使用线性包络，即还没有另外进行对数转换的包络。如在变型B中那样，评估装置1000c和测量装置1003c具有分配给它们的、它们自 己的独立专用存储装置1401a和1401b。此外，评估功能(有用回波识别)1002可以触发允 许对存储装置1401a的存储复制。存储装置1401a再次接收例如仅仅每第4对平均IF采 样值；换句话说，在触发存储复制时，回波曲线的采样值已经被读取到与整个测量范围相关 的存储装置1401a中，其中该采样值已经分组进行了带通滤波和平均。测量装置1003c可以使得允许在存储装置1401b中的存储复制，换句话说，允许仅 仅用于窗区域的带通滤波和平均采样值。在连接到有用回波识别1002的存储装置1401a中存储了针对整个测量范围的每 第四个平均IF值，而在连接到回波测量1003c的存储装置1401b中存储每个平均IF值，但 是基本上仅仅只要这些值位于窗区域内。因此，可以在下述方面实现存储值的减少不存储整个测量范围的每个值，或者仅 仅存储部分和/或窗的值。
在信号预处理的框架内，信号预处理装置1400执行作为独立任务的带通滤波和/ 或平均。为此，所述信号预处理装置1400经由触发连接1402触发A/D转换器140的A/D 转换。数字化的模拟值经由存储连接1403被读取到具有采样的IF值的存储装置1404中。 信号预处理装置1400可以访问包括采样的IF值的存储装置1404，并且在完成信号预处理 后，换句话说，特别是在带通滤波和平均后，所述信号预处理装置1400可以向具有平均IF 值的存储装置1405提供平均IF值。对于平均，在相对于距离位置的每种情况下，考虑到一 定的相互加权，形成来自存储装置1404的实际采样的值和来自存储装置1405的存储值的 平均值。作为IF值的提供的替�。部梢韵胂笤谛藕旁ご�1400内，同时也进行包络形 成，并且在存储装置1405、1401a和1401b中，存在平均包络值来取代平均IF值。经由存储连接1406a，用于评估装置1000c的存储装置1401a可以从具有平均值的 存储装置1405读取针对整个测量范围的平均值；并且，经由存储连接1406b，分配给测量装 置1003c的存储装置1401b可以读出仅仅针对窗区域的平均值。信号预处理1400可以再次在不同的灵敏度范围1407和/或不同的距离范围1407 中进行。信号预处理1400独立于所选择的灵敏度范围而作用。图14还示出了描述根据图14中所示的框图而提供的三个独立任务的时间进程的 时间图1408。在该设置中，以用于区分的四种不同的图案示出了四个不同的平均周期，其中 平均周期时间例如是300ms。在第一平均过程1420之后，具有平均值的存储装置1405经由存储连接1406b向 测量装置1003c和相关联的测量任务1003c提供平均值1409’。此外，来自具有平均值的存储装置1405的平均值1410，经由存储连接1406a而被 提供到评估装置1000c。在图14中，值1409，、1410，和/或数据1409M410'的提供以弯 曲箭头来表示。在向评估装置1000c提供平均值后，基于这个数据1409’，可以进行如在第 二条线中所示的回波测量，其后进行在第三条线中示出的有用回波确定。在所示的示例中， 两个任务(回波测量和有用回波确定)未在第一时间片1409’、1410’中被完全处理，而是 被中断以有利于所示的第二平均过程1421。由于既未完成回波测量1003c也未完成有用回波识别1000c，因此在第二个所示 的平均过程1421再次出现在存储装置1405中之后的这个数据不可取回，而是相反仅仅 用于更新的平均1400。在回波测量的第二时间片中，测量来自第一平均过程1420的数据 1409”，然后完成1409’。这意味着在第三平均过程1422后的回波测量1003c从存储装置 1405取回了用于新的回波测量过程的新回波数据1409’。与此相反，有用回波识别1000c继续评估从第一平均1420取回的数据1410”’，直 到这个评估也完成；并且再次从最后示出的平均过程1423提供用于回波测量1003c和有用 回波识别1000c的新数据1409，、1410，。用于以如上所示的方式测量的周期时间例如是600ms。如所说明那样的时间图 1408的示例示出了分割测量任务1409、1003c ；换句话说，测量值仅仅在两个时间片1409’、 1409”后可获得。在另一示例性实施例中，测量值也可以存在于单个时间片内或者多于两个 时间片内。周期时间可以被几个因素影响。例如，测量范围或者计算功率对单独任务被中 断的次数有影响。在每个任务具有专用处理器(即其自己的处理器)的另一示例中，可能基本上根本没有中断。在图14的示例中，在第二平均过程1421期间，可以没有向评估装置1000c和向测 量装置1003c的任何数据传送，因为这些装置都仍然忙于处理现有的数据1409’和1410’。 用于测量1003c的周期时间例如是600ms，而用于评估(有用回波识别)1000c的周期时间 例如是3s ；换句话说，在3s处，用于重新定位窗的持续时间显著长于用于测量回波的持续 时间(其是600ms)。图15示出了图14所示的、根据本发明的示例性实施例的测量传感器的变型C的 另一时序图。由于上游平均1400，因此现在存在四个不同的独立的并行任务，即A/D转换 1301a、平均1500、测量任务1000c和评估任务1003c。在该示例性实施例中，用于评估(有 用回波识别)1003c的周期时间是大约4秒。对于在图15中假定的80m的测量范围，用于 平均的处理时间被假定为大约200ms。对于传感器的80m的测量范围，用于测量的处理时间 例如是大约20ms，而用于有用回波识别1003c的处理时间例如是大约800ms。在A/D转换1301a中，以类似于图13的方式，首先进行参考脉冲的A/D转换1506， 其后是在动态范围I中距离范围0-40m的A/D转换1500 (持续时间45ms)，其后是距离范 围40-80m的A/D转换1501(范围I，持续时间45ms)，最后是在动态范围II中的距离范围 0-10m的A/D转换1502(持续时间10ms)。如已经描述的那样，这些距离范围和灵敏度范 围的组合提供了用于有用回波识别1003c的数据库。根据这个数据库，回波测量1000c使 用所述窗内的数据，其中参考特定的回波幅度选择灵敏度范围。在特定范围1500、1501、1502的A/D转换之后，可以立即进行平均该单独范围 1500、1501、1502。例如，可以产生 90ms、20ms、45ms、110ms 禾口 200ms 的间隔用于平均。然而，也可以想象首先转换所有的范围1500、1501、1502 (A/D转换)，然后在200ms 持续时间的块中平均整个范围1500、1501、1502。在图15的时间图的范围1503中示出了整 个范围1500、1501、1502的这种平均。范围1504示出了 A/D转换的另一替选设置。在图15的示例性实施例中，回波测 量任务1000c已经被分配了 20ms的时间片，其中可以执行完整的测量周期。与此相反，有 用回波识别任务1003c需要每80ms的所绘制的时间片中的10个，以便达到结果。这导致 410ms的回波测量的周期时间和大约4秒的有用回波识别的周期时间。图16示出了根据本发明的示例性实施例的、针对图14的测量装置的独立上游平 均和处理的另一时序图。图16示出了针对具有上游平均但是具有20m的测量范围的变型C的另一时序图。 该测量范围被调整到馈给料容器的高度。在80m的测量范围内检查例如测量在高度上小于 10m的容器将是对计算时间和/或评估时间的浪费。为此，测量传感器可以是可调整的，或 者可以被调整到各种测量范围。在许多应用中，容器高度可小于10m。具有80m的测量范围 的传感器用在非常高的容器中。在图16的示例中，假定对于20m测量范围，用于平均的处理时间是大约50ms。如 在80m的测量范围的情况下那样，对于20m测量范围，用于测量的处理时间是大约20ms，而 用于评估的处理时间是大约400ms。在图16中还示出了 A/D转换1301a、平均1500、测量 1000c和评估1003c的不同任务的时间片设置。
在180ms的第一周期内，利用A/D转换器对参考脉冲1606的回波图或者回波曲 线、在动态范围I中的距离范围0到20m的1600 (持续时间23ms)和在动态范围II中的距 离范围0到10m的1601 (持续时间10ms)进行数字化。因此，再次在0m到10m的区域中期 待大的回波。此外，图示出了平均装置在适当的时机对A/D转换提供的值进行平均，例如在每 种情况下的触发周期1302的剩余时间内。在完成平均后，值1602可用于测量。在该示例中，用于回波测量1000c的周期时 间仅仅是180ms。用于评估(有用回波识别)1003c的周期时间是大约1秒。在测量传感器的变型C中，采样(A/D转换)是独立的软件块和/或独立的硬件装 置。此外，带通滤波和平均是专用软件块(任务)或者专用装置。对于IF平均，仅仅提供了一个平均装置作为用于有用回波识别1003c和回波测量 1000c的共享数据库。因此，评估装置1003c和测量装置1000c访问平均值的共享数据库 1405。由于划分为3个并行块，因此在变型C中，与变型A或者B相比较，对于馈给料距离 仅可实现中等到较低的测量速率。同样，回波图评估的速率较低。然而，由于频繁的平均， 因此在整个测量范围和窗中可以实现非常高的信号灵敏度。对于存储装置1401a，将采样值复制到另外的存储块1401a和1401b导致在整个测 量范围中产生的采样值的四分之一的附加存储装置要求，而对于存储装置1401b，这导致在 窗内产生的附加值的四分之一的附加存储装置要求。该附加值与不是并行而是串行的任务 的处理有关。变型C可使得有可能以高的信号灵敏度执行测量。图17示出了根据本发明的示例性实施例的测量传感器的框图。该测量传感器包括回波曲线产生装置110 ；该回波产生装置连接到天线113，并且 使得有可能在馈给料表面(在图17中未示出)的方向上发射传送信号。此外，测量装置 1700包括具有评估装置1000和测量装置1003的分析装置1701，其中该分析装置连接到回 波曲线产生装置110。分析装置1701从回波产生装置接收回波曲线，用于利用测量装置1003和评估装 置1000进行的进一步检查。测量装置可确定有用回波和参考回波之间的距离。评估装置 1000或者有用回波识别装置能够确定回波的位置。为了分析回波曲线，测量装置1700可在 利用至少两个独立任务的分析和/或通过在IF级将回波曲线与干扰回波曲线进行比较来 分析回波曲线之间进行切换。为此，测量装置可以提供至少两种操作模式。在第一操作模 式中，可利用至少两个独立任务分析回波曲线。在第二操作模式中，可通过在IF级将回波 曲线与干扰回波曲线进行比较来分析该回波曲线。有可能在两种模式之间切换。然而，也 可能两种模式同时有效。图18示出了根据本发明的示例性实施例的、用于料位测量的方法的流程图。该方法在空闲状态开始S1800。在步骤S1801中，产生回波曲线。其后在步骤S1802中分析回波曲线，其中可以利用至少两个独立任务执行分析， 并且/或者，其中，可以在IF级执行与干扰回波曲线的比较用于分析。在步骤S1803中，系 统返回到其空闲状态。
另外，应当指出，“包括”不排除其它单元或步骤，并且“一”或者“一个”不排除复 数。此外，应当指出，已经参考以上示例性实施例之一描述的特征或者步骤也可以与上述其 它示例性实施例的其它特征或者步骤结合使用。权利要求中的附图标记不被解释为限制。
权利要求
一种用于料位测量的方法，所述方法包括下述步骤产生回波曲线；利用选自以下分析方法组的至少一种分析方法分析所述回波曲线，所述分析方法组包括利用至少两个并行任务分析所述回波曲线；以及通过在中频(IF)水平将所述回波曲线与干扰回波曲线进行比较来分析所述回波曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分析所述回波曲线的部分。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，使用选自以下方法组的至少一种方 法用于确定回波曲线，所述方法组包括传播时间法； 脉冲传播时间法； 基于频率的方法；以及 FMCW 法。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，还包括通过在所述IF水平成对地采样所述回波曲线并且/或者通过在所述IF水平成对地偏 移采样所述回波曲线来存储所述回波曲线和/或所述干扰回波曲线。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中，在每种情况下，在触发时间 点开始所述至少两个并行任务；其中，触发所述至少两个任务的时间点包括除50%之外的脉冲采样率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述触发时间点确定所述至少两个并行任务对 共享执行装置的分配。
7.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的方法，其中，所述至少两个并行任务中的 第一任务适合于选择回波曲线的部分；并且其中所述至少两个并行任务中的第二任务适合于分析所述回波曲线的所选择的部分。
8.根据权利要求2至7中任一权利要求所述的方法，还包括 形成用于选择所述回波曲线的所述部分的窗区域；以及分析所述窗区域内的所述回波曲线。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，所选择的部分的分析包括选自以下 回波分析方法组的至少一种回波分析方法的应用，所述回波分析方法组包括斜率测量； 内插；确定在所述部分的开始处的幅度提高；确定所述回波的最大幅度；在所述斜率下测量；与参考信号进行比较；以及相关。
10.根据权利要求5至9中任一权利要求所述的方法，其中，所述至少两个并行任务包 括不同的测量速率。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，在所述IF水平的比较包括从IF 回波曲线减去IF干扰曲线。
12.一种包括软件代码的程序单元，当在处理器上执行所述软件代码时执行 产生回波曲线；利用选自以下分析方法组的至少一种分析方法分析所述回波曲线，所述分析方法组包括利用至少两个并行任务分析所述回波曲线；以及通过在IF水平将所述回波曲线与标准回波曲线进行比较来分析所述回波曲线。
13.一种测量装置(1700)，包括 回波曲线产生装置(110)；分析装置(1003,1000)；其中，所述回波曲线产生装置(110)被配备用于产生回波曲线； 其中，所述分析装置(1003,1000)被配备用于利用选自以下分析方法组的至少一种分 析方法分析所述回波曲线，所述分析方法组包括 利用至少两个并行任务分析所述回波曲线；以及通过在IF水平将所述回波曲线与标准回波曲线进行比较来分析所述回波曲线。
14.根据权利要求13所述的测量装置(1700)，其中，所述测量装置(1700)是选自以下 测量装置(1700)组的至少一个测量装置(1700)，所述测量装置组包括料位测量装置；基于传播时间原理的测量装置； 微波传播时间测量装置； 基于引导微波的原理的测量装置； 雷达测量装置； 超声传播时间测量装置； 距离测量装置； 碰撞测量装置；以及 回波测量装置。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的测量装置(1700)用于碰撞监测的用途。
全文摘要
本发明描述了一种用于料位测量的方法，所述方法包括产生回波曲线；以及利用分析方法分析回波曲线。所述分析方法是选自以下分析方法组的至少一种分析方法，所述分析方法组包括利用至少两个并行任务分析回波曲线；以及通过在IF水平将回波曲线与干扰回波曲线进行比较来分析回波曲线。
文档编号G01F23/284GK101825486SQ20101012562
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者卡尔·格里斯鲍姆, 托马斯·德克, 温弗里德·劳尔, 约瑟夫·费伦巴赫, 马丁·盖泽 申请人:Vega格里沙贝两合公司
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