使用傳播時間測量法確定和監(jiān)控容器中的介質(zhì)的料位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用傳播時間測量法確定和監(jiān)控容器中的介質(zhì)的料位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于確定和監(jiān)控容器中的料位的這種方法通常應(yīng)用于自動和過程控制技術(shù)的測量裝置中。這種料位測量裝置由申請人例如以商標Prosonic、Levelflex和Micropilot生產(chǎn)和銷售。這些設(shè)備使用傳播時間測量法工作并用于確定和/或監(jiān)控容器中的介質(zhì)料位。這些料位測量裝置通過發(fā)射/接收元件沿填充物表面的方向發(fā)射在微波或超聲波范圍內(nèi)的周期性發(fā)射信號并在距離相關(guān)的傳播時間之后接收反射回波信號。用微波工作的普通料位測量裝置可以基本上分成兩類:第一類，在第一類情況下，微波通過天線向填充物發(fā)射、在填充物表面上反射并接著在距離相關(guān)的傳播時間之后接收回來；以及第二類，在第二類情況下，微波沿波導向填充物發(fā)射、在填充物表面上由于阻抗跳躍存在于此而反射并且反射波沿波導引導回來。
[0003]通常，表示回波振幅的回波函數(shù)從所接收的回波信號形成為傳播時間的函數(shù)，其中，回波函數(shù)的每個值與在離發(fā)射元件一定間距處反射的回波的振幅對應(yīng)。
[0004]在這個回波函數(shù)中，有用回波被確定，其與發(fā)射信號在填充物表面上的反射對應(yīng)。在發(fā)射信號的傳播速度已知的情況下，填充物表面與發(fā)射元件之間的距離直接從有用回波的傳播時間獲得。
[0005]為了簡化回波曲線估測，沒有使用脈沖序列的接收的、原始信號，而是反而確定包絡(luò)線、所謂的包絡(luò)曲線。例如通過對脈沖序列的原始信號整流并接著借助低通濾波器濾波來獲得包絡(luò)曲線。
[0006]有用來確定包絡(luò)曲線中的有用回波的大量不同方法。這些方法可以基本上分成兩組，使用靜態(tài)回波搜索算法的靜態(tài)檢測法以及使用動態(tài)回波搜索算法的動態(tài)檢測法。
[0007]在使用靜態(tài)回波搜索算法的第一種方法中，靜態(tài)回波搜索算法用于選擇具有比剩余回波更大的振幅的回波作為有用回波。因此，包絡(luò)曲線中具有最大振幅的回波被指定為有用回波。
[0008]在使用靜態(tài)回波搜索算法的第二種方法中，靜態(tài)回波搜索算法假設(shè)有用回波是在發(fā)射脈沖之后發(fā)生在包絡(luò)曲線中的第一回波。因此，包絡(luò)曲線中的第一回波被選擇為有用回波。
[0009]兩種方法可以例如通過定義所謂的第一回波因子彼此組合成一種靜態(tài)回波搜索算法。第一回波因子是預(yù)定因子，通過該預(yù)定因子，回波必須超過某個振幅，以被識別為有用回波?？商娲兀梢远x傳播時間相關(guān)的回波閾值，回波必須超過該回波閾值以被識別為有用回波。
[0010]在第三種方法中，料位測量裝置一次告知當前料位。料位測量裝置可以根據(jù)特定料位識別相關(guān)回波作為有用回波并且例如通過適當動態(tài)回波搜索算法跟蹤該有用回波。這種方法被稱為回波跟蹤。在這種情況下，例如，在每個測量周期中，回波信號或回波函數(shù)的最大值被確定并且根據(jù)對在先前測量周期中確定的料位以及料位的特定用途最大期望變化率的了解，確定有用回波。然后由所確定的當前有用回波的傳播時間獲得新料位。
[0011]第四種方法在DE 102 60 962 A1中描述。這里，根據(jù)儲存在存儲器中的較早數(shù)據(jù)確定有用回波。在這種情況下，回波函數(shù)從所接收的回波信號導出，其將回波信號的振幅表達為回波信號傳播時間的函數(shù)?；夭ê瘮?shù)儲存在表格中，其中，每列用來容納一個回波函數(shù)?；夭ê瘮?shù)以對應(yīng)于與相應(yīng)回波函數(shù)關(guān)聯(lián)的料位的順序儲存在列中。在運行中，根據(jù)當前發(fā)射信號的回波函數(shù)借助表格來確定有用回波和相關(guān)料位。
[0012]第五種方法在DE 103 60 710 A1中描述，在第五種方法的情況下，發(fā)射信號周期性向填充物發(fā)射，其回波信號被記錄并轉(zhuǎn)換成回波函數(shù)，回波函數(shù)的至少一個回波特性被確定，并且根據(jù)至少一個先前測量的回波特性導出在當前測量的情況下所期望的回波特性的預(yù)測。當前測量的回波特性在考慮預(yù)測下確定，并且根據(jù)回波特性確定當前料位。這種方法在最廣泛意義上接近回波跟蹤。
[0013]DE 10 2004 052 110 A1描述了第六種方法，其通過包絡(luò)曲線中的回波的回波估測和分類來提高有用回波檢測。
[0014]該上述方法在大量應(yīng)用中工作沒有問題。然而，當對于來自料位的回波的識別的正確性有一些懷疑時，問題出現(xiàn)。
[0015]在第一種方法的情況下，例如，當安裝的對象存在于容器中并且所安裝的對象反射發(fā)射信號好于填充物表面時，測量問題出現(xiàn)。
[0016]在根據(jù)第三種方法的回波跟蹤的情況下，當在運行期間有用回波在干擾回波上行進并且隨后干擾信號被跟蹤為錯誤的有用信號時，測量問題出現(xiàn)。此外，當在打開時先前有用回波信號不再與實際情況一致或先前有用回波信號未知時，問題出現(xiàn)。
[0017]總之，在根據(jù)傳播時間測量原理運行來確定料位的料位測量裝置的情況下，原始包絡(luò)曲線被記錄并且從在填充物表面上以及在諸如例如管、攪拌槳葉、填充物的填充流、沉積物等的干擾安裝物品上的反射產(chǎn)生的回波被確定。為了簡化和提高估測，原始包絡(luò)曲線被預(yù)處理，由此可以實現(xiàn)所存在的最大值的減小和測量的減輕。濾波方法或統(tǒng)計方法用于回波函數(shù)或包絡(luò)曲線的這種預(yù)處理。
[0018]當在不同測量情況下需要濾波器的不同行為時，濾波方法的應(yīng)用是有問題的。如果隨機干擾回波出現(xiàn)，則為了抑制該隨機干擾回波，強濾波是必須的。
[0019]然而，在快速變化的料位的情況下，這種強濾波導致其中虛擬偽回波(所謂的“反?；夭ā?產(chǎn)生的顯著問題。只能很難地抑制這些偽回波，并且這些偽回波被估測軟件解讀為可能的料位回波。由于這種偽回波被錯誤地解讀為料位回波，在料位確定中可能出現(xiàn)誤差。
[0020]如果另一回波(例如干擾回波)被錯誤地分類為容器中的填充物的料位回波，即，作為有用回波，則有會輸出錯誤料位的危險。根據(jù)應(yīng)用，這可能導致容器裝料過滿、栗的空轉(zhuǎn)或可能與相當大危險關(guān)聯(lián)的其它事件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提供一種確定借助傳播時間測量法確定的測量信號中的有用回波信號的改進的可靠的方法。
[0022]本發(fā)明的該目的通過使用傳播時間測量法借助現(xiàn)場裝置確定并監(jiān)控容器中的介質(zhì)料位的方法實現(xiàn)，其中，朝向介質(zhì)發(fā)射發(fā)射信號并接收反射信號，其中，取決于傳播時間或傳播距離，所接收的反射信號作為回波信號被記錄在回波函數(shù)或包絡(luò)曲線中，其中，借助回波搜索算法，在回波函數(shù)中或包絡(luò)曲線中確定至少一個有用回波，其中，借助至少一個濾波器利用濾波參數(shù)對回波函數(shù)或包絡(luò)曲線進行預(yù)處理，其中，在有用回波在回波函數(shù)中或包絡(luò)曲線中的有用回波信號的位置處至少預(yù)先確定具有第一寬度的第一濾波范圍，并且在回波函數(shù)中或包絡(luò)曲線中形成至少三個濾波范圍。
[0023]優(yōu)選地，在第一濾波范圍中、在第二濾波范圍中和/或在第三濾波范圍中通過濾波器利用不同濾波參數(shù)對回波函數(shù)或包絡(luò)曲線進行濾波。
[0024]在本發(fā)明的方法的有利實施例中，分別在第一濾波范圍中、在第二濾波范圍中和/或在第三濾波范圍中和/或在某些區(qū)域中通過濾波器對回波函數(shù)或包絡(luò)曲線濾波。
[0025]在本發(fā)明的方法的具體實施例中，借助非對稱低通濾波器對回波函數(shù)或包絡(luò)曲線濾波。
[0026]替代地或補充地，提出的是，在先前測量周期中儲存的回波函數(shù)或包絡(luò)曲線與當前回波函數(shù)或包絡(luò)曲線進行平均。
[0027]特別地，濾波范圍被預(yù)先確定成具有關(guān)于回波函數(shù)或包絡(luò)曲線的位置對稱的寬度。
[0028]在本發(fā)明的方法的替代實施例中，濾波范圍被預(yù)定成具非對稱地圍繞回波函數(shù)或包絡(luò)曲線的位置的寬度。
[0029]在本發(fā)明的方法的補充實施例中，至少濾波范圍(即其寬度)被自適應(yīng)地調(diào)整以適應(yīng)回波函數(shù)中或包絡(luò)曲線中的有用回波信號的變化的位置。
[0030]在本發(fā)明的方法的附加實施例中，濾波參數(shù)被自適應(yīng)地匹配回波函數(shù)中或包絡(luò)曲線中的有用回波信號的變化的位置。
[0031]本發(fā)明的方法的有利實施例提出:不同的濾波參數(shù)和/或至少第一濾波范圍的寬度由現(xiàn)場裝置的操作員或維護人員預(yù)先確定。
[0032]本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例提出:在偽回波或隨機干擾回波出現(xiàn)的情況下，不同濾波參數(shù)和/或至少第一濾波范圍的寬度由自適應(yīng)算法自動調(diào)整。
[0033]使用傳播時間測