專利名稱：利用微波工作的物位測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)渡越時間原理工作的物位測量設(shè)備，用于測量處于容器中的填注物的物位，該物位測量設(shè)備在不同的信號路徑上將微波信號發(fā)射到容器中，并且在依賴于物位的渡越時間之后，重新接收該微波信號的所屬的在填注物表面上反射的回波信號，并且借助該回波信號的渡越時間確定物位。
背景技術(shù)：
這種無接觸地工作的測量設(shè)備可以在許多工業(yè)部門中使用，例如在加工工業(yè)、化學(xué)或食品工業(yè)中使用。根據(jù)典型的方式，將該物位測量設(shè)備裝配在填注物上方并且使該物位測量設(shè)備天線取向到該填注物上。為了確定渡越時間，可以使用所有公知的方法，這些公知的方法能夠借助反射的微波測量相對較短的距離。最熟悉的例子是脈沖雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(FMCW-雷達(dá))。在脈沖雷達(dá)中，周期性地發(fā)射出短波發(fā)射脈沖，該短波發(fā)射脈沖由填注物表面反射并且在依賴于距離的渡越時間之后被重新接收。借助接收到的信號推導(dǎo)出回波函數(shù)，該回波函數(shù)將所接收到的信號的振幅轉(zhuǎn)為時間的函數(shù)。該回波函數(shù)的每個值都與以確定的距離由天線反射的回波的振幅相符。在FMCM-方法中，連續(xù)地發(fā)射周期性直線調(diào)頻的微波信號，例如根據(jù)鋸齒函數(shù)來發(fā)射。因此，與在接收的時間點(diǎn)上就具有發(fā)射信號的瞬時頻率相比，所接收到的回波信號的頻率具有取決于微波信號和該微波信號地回波信號的渡越時間的頻率差。由此，在發(fā)射信號和接收信號之間的頻率差與反射面到天線的距離相符，該頻率差可以通過將兩個信號混合并且對該混合信號的傅里葉光譜進(jìn)行評估來得到。另外，通過傅里葉變換得到的頻率光譜的光譜線振幅與回波振幅相符。因此，在此情況下該傅里葉光譜表示的是回波函數(shù)。從該回波函數(shù)中確定出至少一個使用回波，該使用回波與發(fā)射信號在填注物表面上的反射相符。在公知的微波傳播速度下，從使用回波的渡越時間中直接獲得微波在其路徑上從測量設(shè)備到填注物表面來回所經(jīng)過的路程。由此，借助物位測量設(shè)備在容器上的安裝高度可以直接計算出所求的物位。但是，存在許多應(yīng)用情況，在這些應(yīng)用情況中這種物位測量的形式不充分。對此的一個實(shí)例是在存儲容器中對于粒狀材料的物位測量。粒狀材料通常會構(gòu)成錐形料堆。在此，上述傳統(tǒng)的物位測量雖然提供了在由天線的位置和天線的朝向所預(yù)定的錐形料堆的確定區(qū)域中的填充高度，但是，并不能由此精確地確定填注物容積。在該情況下，現(xiàn)在通常實(shí)施所謂的多點(diǎn)測量。在此，在填注物上并排地布置多個物位測量設(shè)備，并且在容器中確定在各個由各測量設(shè)備進(jìn)行檢測的區(qū)域中的物位。多個物位測量設(shè)備的使用通常是非常昂貴的并且耗費(fèi)很大的。在此作為選擇地，可以構(gòu)造一種帶有多個布置在填注物上的不同的部位上的天線的物位測量設(shè)備，這些天線例如通過布置在區(qū)域中的電開關(guān)來單獨(dú)地接入。雖然使用多個可通過電開關(guān)接入的天線的成本相對較低廉，但是仍然存在以下缺點(diǎn)通常必須直接在天線上為布置在區(qū)域中的開關(guān)供能。這不僅是耗費(fèi)較大的，而且尤其在出于防爆原因在其中必須遵守特殊的安全措施的使用中表現(xiàn)出了安全風(fēng)險。 另一個實(shí)例是在容器中存在干擾物(例如攪拌器或其它安裝件)的應(yīng)用方式，在該干擾物上同樣會反射發(fā)射的微波信號。在此情況下，利用物位測量設(shè)備接收的回波信號既包括在填注物表面上基于反射而傳導(dǎo)回來的所求的使用回波，還包括在干擾物上基于反射而引導(dǎo)回來的干擾回波。與此相應(yīng)的是，很難或也許甚至是不可能借助回波信號來測定出所求的有效信號進(jìn)而測定出待測量的物位。為了克服這個問題，經(jīng)常實(shí)施所謂的多波瓣測量。在此，將微波信號以多個發(fā)射波瓣以不同的取向發(fā)射到容器中。在此例如可以如下方式對這些發(fā)射波瓣加以取向，即，使每個發(fā)射波瓣都能到達(dá)填注物。單個發(fā)射波瓣的回波信號被接收并且借助不同的發(fā)射波瓣的公知取向來得到額外的信息，借助這些信息能夠很大程度上更精確且更可靠地確定包括在所有回波信號中的使用回波。EP 1 431 724 Al介紹了與此相關(guān)的實(shí)例。在此另外介紹的是，借助各個回波信號的振幅來測定使用回波。所有回波信號中的使用回波的振幅在各處都角度修正地相同，而不同的回波信號中的干擾回波基于所屬的發(fā)射波瓣的不同取向具有不同的振幅。不僅在多點(diǎn)測量中，而且在多波瓣測量中也需要在不同的信號路徑上將微波信號發(fā)射到容器中并且將該微波信號的回波信號彼此分隔開地進(jìn)行評估。對此，可以使用多個平行地運(yùn)行的發(fā)射和/或接收裝置和/或者電子開關(guān)。對此， 在DE 10 2004 034 429中介紹了一個實(shí)例，該實(shí)例在汽車工業(yè)中被用作為距離傳感器。在該處，通過開關(guān)將微波發(fā)生器相繼地連接到不同的發(fā)射天線上，并且將單獨(dú)的接收支路連接到接收天線中的每一個上，通過該接收支路接收由各個接收天線所接收的回波信號并且將該回波信號導(dǎo)入到信號處理器。在此，通過各個開關(guān)姿態(tài)和單獨(dú)的接收支路來實(shí)現(xiàn)各個測量信號到各個信號路徑的分配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于給出一種利用微波根據(jù)渡越時間原理進(jìn)行工作的物位測量設(shè)備，利用該物位測量設(shè)備可以在多個不同的信號路徑上將微波信號發(fā)射到容器中并且接收該微波信號的所屬的回波信號，并且可以將在不同的信號路徑上得到的測量結(jié)果彼此分隔開地進(jìn)行評估。對此，本發(fā)明是一種利用微波根據(jù)渡越時間原理進(jìn)行工作的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備用于測量存在于容器中的填注物的物位，該物位測量設(shè)備具有-帶有微波發(fā)生器的測量設(shè)備電子裝置，用于連續(xù)地產(chǎn)生具有不同的使用頻率的微波信號，以及-連接在該測量設(shè)備電子裝置上的頻率選擇性的無源的天線裝置，-該天線裝置具有多個天線，這些天線用于相繼地在容器中發(fā)射不同的微波信號， 并且用于接收這些微波信號反射回到天線裝置的回波信號，_該天線裝置具有多個分別用于讓不同的使用頻率中的一個通過的頻率選擇元件，尤其是帶通濾波器，-在該天線裝置中，通過天線和頻率選擇元件為不同的微波信號中的每一個和該微波信號的回波信號預(yù)定唯一分配的信號路徑，通過該信號路徑將微波信號發(fā)射到容器中， 并且接收該微波信號反射回到天線裝置的回波信號并且將該回波信號導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置，以及-設(shè)置在測量設(shè)備電子裝置中的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將相繼輸入的回波信號分配給所屬的信號路徑。根據(jù)第一方案，本發(fā)明是一種物位測量設(shè)備，在該物位測量設(shè)備中，-天線中的一個是發(fā)射天線，該發(fā)射天線用于將不同的微波信號發(fā)射到容器中，-其余所述天線是接收天線，這些接收天線用于接收不同微波信號通過在容器中的反射而反射回到天線裝置的回波信號，-在每個接收天線的天線裝置中串聯(lián)有用于讓不同的使用頻率中的一個通過的頻率選擇元件，尤其是帶通濾波器，該頻率選擇元件用于從由各個接收天線所接收的接收信號中過濾出具有這個使用頻率的回波信號，并且-所述機(jī)構(gòu)將由天線裝置連續(xù)地傳輸給測量設(shè)備電子裝置的回波信號分配給接收這些回波信號的接收天線。根據(jù)第二方案，本發(fā)明是一種物位測量設(shè)備，在該物位測量設(shè)備中，-天線中的一個是接收天線，該接收天線用于接收不同微波信號通過在容器中的反射而反射回到天線裝置的回波信號，-其余天線是發(fā)射天線，這些發(fā)射天線用于分別將不同的微波信號中的一個發(fā)射到容器中，-在天線裝置中，每個發(fā)射天線串聯(lián)有用于讓不同的使用頻率中的一個通過的頻率選擇元件，尤其是帶通濾波器，該頻率選擇元件用于從由微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波信號中過濾出那些在測量操作中通過各個發(fā)射天線發(fā)射的微波信號，并且-所述機(jī)構(gòu)將連續(xù)地由天線裝置傳輸給測量設(shè)備電子裝置的回波信號分配給各個發(fā)射所屬的微波信號的發(fā)射天線。根據(jù)第三方案，本發(fā)明是一種物位測量設(shè)備，在該物位測量設(shè)備中，-天線是發(fā)射/接收天線，該發(fā)射/接收天線用于將不同的微波信號發(fā)射到容器中并且接收這些微波信號通過在容器中的反射而反射回到天線裝置的回波信號，-在天線裝置中，每個發(fā)射/接收天線都分配有用于讓不同的使用頻率中的一個通過的頻率選擇元件，尤其是帶通濾波器，該頻率選擇元件用于從由微波發(fā)生器產(chǎn)生并導(dǎo)入到天線裝置的微波信號中過濾出那些通過這些發(fā)射/接收天線發(fā)射的微波信號，并且該頻率選擇元件用于從由這些發(fā)射/接收天線中接收到的接收信號中過濾出所屬的具有這些使用頻率的回波信號，并且-所述機(jī)構(gòu)將由天線裝置連續(xù)地傳輸給測量設(shè)備電子裝置的回波信號分配給發(fā)射 /接收天線，通過所述發(fā)射/接收天線發(fā)射所屬的微波信號并且接收所述微波信號的回波信號。根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案，該測量設(shè)備電子裝置僅通過唯一的波導(dǎo)與天線裝置連接，-通過該波導(dǎo)，不同的微波信號由測量設(shè)備電子裝置傳輸給天線裝置，并且回波信號由天線裝置傳輸給測量設(shè)備電子裝置，并且-該波導(dǎo)通過設(shè)置在天線裝置中的發(fā)射/接收天線連接到所有發(fā)射天線上，并且連接到所有接收天線上。根據(jù)可作為選擇的改 進(jìn)方案，-該測量設(shè)備電子裝置通過發(fā)射波導(dǎo)與天線裝置連接，通過該發(fā)射波導(dǎo)將不同的微波信號供應(yīng)給發(fā)射天線，并且-該測量設(shè)備電子裝置通過接收波導(dǎo)與天線裝置連接，通過該接收波導(dǎo)將回波信號從天線裝置中傳輸給測量設(shè)備電子裝置。根據(jù)第一方案的構(gòu)造形式，-接收天線在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且-發(fā)射天線在空間上布置在該組之外。根據(jù)第二方案的構(gòu)造形式，-發(fā)射天線在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且-接收天線在空間上布置在所述組之外。根據(jù)第一方案的另一構(gòu)造形式，-接收天線在空間上圍繞著發(fā)射天線，-發(fā)射天線指向容器中的填注物，_接收天線分別具有與發(fā)射天線的取向傾斜的取向，并且_通過接收天線的取向預(yù)定的、由各個接收天線所遮蓋的各個接收天線的接收區(qū)域部分地重疊。根據(jù)第二方案的另一構(gòu)造形式，-發(fā)射天線在空間上圍繞著接收天線，-接收天線指向容器中的填注物，_發(fā)射天線分別具有與接收天線的取向傾斜的取向，并且-由發(fā)射天線的取向所預(yù)定的各個發(fā)射天線的發(fā)射區(qū)域至少部分位于接收天線的接收區(qū)域中并且部分地重疊。按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)通過天線在天線裝置中的布置，作為發(fā)射天線、作為接收天線或作為發(fā)射/接收天線的該天線的集成以及用于不同的微波信號中的每一個和該微波信號的回波信號的頻率選擇元件唯一地預(yù)定有僅通過無源器件限定的唯一的信號路徑。該無源器件完全不需要電能供應(yīng)。與此相應(yīng)地，不再需要電子開關(guān)或其它需要能量供應(yīng)的有源器件。由此，得到的測量結(jié)果向各個信號路徑的分配自動地既通過各個發(fā)射的微波信號的使用頻率，又通過所屬的回波信號的使用頻率來提供。各個回波信號相繼地到達(dá)測量設(shè)備電子裝置中并且可以在該處彼此分隔開地根據(jù)所所屬的信號路徑在一個和多個相同的信號處理器中進(jìn)行處理和評估。


現(xiàn)在借助附圖來詳細(xì)地闡釋本發(fā)明和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中示出五個實(shí)施例；相同的部分在圖中設(shè)置以相同的附圖標(biāo)記。圖1示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備帶有測量設(shè)備電子裝置和通過唯一的微波波導(dǎo)連接在該測量設(shè)備電子裝置上的帶有一個發(fā)射天線和多個接收天線的頻率選擇性天線裝置；
圖2示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備帶有測量設(shè)備電子裝置和通過發(fā)射導(dǎo)線和接收導(dǎo)線連接在該測量設(shè)備電子裝置上的帶有一個發(fā)射天線和多個接收天線的頻率選擇性天線裝置；圖3示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，在該物位測量設(shè)備中，天線裝置具有多個發(fā)射/接收天線；圖4示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備帶有測量設(shè)備電子裝置和通過唯一的微波波導(dǎo)連接在該測量設(shè)備電子裝置上的帶有一個接收天線和多個發(fā)射天線的頻率選擇性天線裝置；以及圖5示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備帶有測量設(shè)備電子裝置和通過發(fā)射導(dǎo)線和接收導(dǎo)線連接在該測量設(shè)備電子裝置上的帶有一個接收天線和多個發(fā)射天線的頻率選擇性天線裝置。
具體實(shí)施例方式圖1示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備1的第一方案的原理草圖。該物位測量設(shè)備 1是根據(jù)渡越時間原理利用微波進(jìn)行工作的物位測量設(shè)備，例如是FMCW雷達(dá)物位測量設(shè)備或脈沖雷達(dá)物位測量設(shè)備，并且用于測量處于容器3中的填注物5的物位。該物位測量設(shè)備包括具有微波發(fā)生器9的測量設(shè)備電子裝置7，該微波發(fā)生器用于連續(xù)地產(chǎn)生至少兩個具有不同的使用頻率fm、fn的微波信號Sm、Sn。該微波發(fā)生器9在物位測量設(shè)備中可如何使用由現(xiàn)有技術(shù)所公知。例如，可以通過該微波發(fā)生器9的可數(shù)字控制的電子調(diào)諧元件的相應(yīng)控制來引起具有不同使用頻率fm、fn的微波信號Sm、Sn的產(chǎn)生，所述電子調(diào)諧元件在現(xiàn)代的微波發(fā)生器9中，例如在直接數(shù)字頻率合成器(DDS)或電壓控制振蕩器(VCO)中，已被常規(guī)地設(shè)置。那么例如通過使用在發(fā)射振蕩器的諧振電路中的變?nèi)荻O管來實(shí)現(xiàn)使用頻率的調(diào)節(jié)。作為選擇地，可以使用發(fā)射振蕩器中的合成器結(jié)構(gòu)，并且通過改變可調(diào)節(jié)的頻率分配器的值來進(jìn)行使用頻率的調(diào)節(jié)。同樣也可以使用帶有可變化的輸出頻率的直接數(shù)字合成器，或可以通過對發(fā)射振蕩器的有源器件的工作點(diǎn)進(jìn)行有針對性的調(diào)節(jié)來產(chǎn)生使用頻率。按照本發(fā)明，在測量設(shè)備電子裝置7上連接有頻率選擇性無源天線裝置11。該天線裝置11具有多個天線，這些天線用于將不同的微波信號SM、Sn相繼地發(fā)射到容器3中并且接收這些微波信號反射回到天線裝置11的回波信號Em、En。在此，圖1中所示的天線裝置Ila包括一個發(fā)射天線13和多個接收天線15、17，發(fā)射天線用于將不同的微波信號SM、SN 發(fā)射到容器3中，這些接收天線用于接收不同的微波信號SM、Sn的反射回到天線裝置11的回波信號Em、En。按照本發(fā)明的天線裝置11具有多個用于分別讓不同的使用頻率乙、4中的一個通過的頻率選擇元件FM、FN，尤其是帶通濾波器。本發(fā)明的核心在于，在天線裝置11中通過天線和頻率選擇元件Fm、Fn為不同的微波信號SM、Sn中的每個微波信號和這些微波信號的回波信號Em、En預(yù)先確定唯一分配的信號路徑，通過該信號路徑將該微波信號SM、Sn發(fā)射到容器3中，并且接收這些微波信號反射回到天線裝置11的回波信號EM、EN，并且將這些回波信號導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置7。通過天線裝置11的這種頻率選擇性，可以通過不同的使用頻率fm、fn唯一地分配相繼發(fā)射的微波信號SM、Sn,并且將這些微波信號的所屬的相繼地輸入到測量設(shè)備7中的回波信號Em、En提供到所屬的信號路徑。
在圖1所示的方案中以如下方式實(shí)現(xiàn)上述設(shè)置，即，每個接收天線15、17都串聯(lián)有用于分別讓不同的使用頻率fm、fn*的一個通過的頻率選擇元件Fm、Fn，尤其是帶通濾波器， 該頻率選擇元件用于從以各個接收天線15、17接收的接收信號中過濾出具有使用頻率fm、 fn的回波信號Em、En。在圖1中所示的實(shí)施例中，微波發(fā)生器9連續(xù)地產(chǎn)生兩個不同的通過發(fā)射天線13 發(fā)射的微波信號SM、Sn。對于所屬的回波信號Em、En的接收而言，相應(yīng)地設(shè)置有兩個接收天線1 5、17。從接收天線15的接收信號中通過與接收天線15串聯(lián)的頻率選擇元件Fm過濾出屬于微波信號Sm的回波信號Em?？梢詮慕邮仗炀€17的接收信號中通過與接收天線17串聯(lián)的頻率選擇元件Fn過濾出屬于微波信號Sn回波信號En。借助回波信號Em、En的不同的使用頻率，可以將回波信號Em、En唯一地分配給各個接收天線15、17。在此，測量設(shè)備電子裝置7具有機(jī)構(gòu)21，該機(jī)構(gòu)將輸入的回波信號Em、En 根據(jù)其不同的使用頻率分配給各個接收天線15、17或者說分配給在這些天線15、17上延伸的信號路徑。在此，該機(jī)構(gòu)21例如包括連接到信號處理器23上的存儲器，在該存儲器中保存上述分配。因?yàn)槲⒉òl(fā)生器9連續(xù)地產(chǎn)生單個的不同的微波信號SM、SN，并且相應(yīng)地連續(xù)地發(fā)射這些微波信號，所以不需要對回波信號Em、En的使用頻率進(jìn)fm、fnR測量。只要微波發(fā)生器9生成微波信號SM，則接收天線15、17僅接收該微波信號的回波信號Em。雖然所屬的通過在容器3中的反射而反射回到天線裝置Ila的回波信號Em被兩個接收天線15、17接收，但是該回波信號僅能通過用于讓該回波信號的使用頻率fm通過的、與接收天線15串聯(lián)的頻率選擇元件Fm。只要微波發(fā)生器9生成微波信號SN，則接收天線15、17僅接收該微波信號的回波信號En。雖然所屬的通過在容器3中的反射而反射回到天線裝置Ila的該微波信號的回波信號En被兩個接收天線15、17接收，但是該回波信號僅能通過用于讓該回波信號的使用頻率4通過的、與接收天線17串聯(lián)的頻率選擇元件Fn。為了確定物位，可以通過如下方式由信號處理器23處理這些單個地連續(xù)輸入的回波信號Em、En,即，例如借助回波信號Em、En推導(dǎo)出回波函數(shù)，該回波函數(shù)將所接收的信號的振幅轉(zhuǎn)為信號渡越時間的函數(shù)。在此，可以使用由現(xiàn)有技術(shù)中公知的既用于脈沖雷達(dá)物位測量設(shè)備也用于FMCW雷達(dá)物位測量設(shè)備的方法。在這種情況下，按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備具有如下優(yōu)點(diǎn)可以在測量設(shè)備電子裝置7 中通過信號處理器23的微波發(fā)生器9隨時地時間恰當(dāng)?shù)靥峁┯糜诖_定各個回波信號Em、En 的渡越時間的相關(guān)的被發(fā)射的微波信號SM、Sn。通過相應(yīng)地提高不同的微波信號和接收天線的數(shù)量自然也能夠區(qū)分由不同的接收天線所接收的三個或多個回波信號。在圖1中所示的方案中，測量設(shè)備電子裝置7僅通過唯一的波導(dǎo)19與天線裝置11 連接。該波導(dǎo)通過發(fā)射/接收分隔器25 (例如循環(huán)器或定向耦合器)既連接在發(fā)射天線13 上又連接在接收天線15、17上。通過該波導(dǎo)19將不同的微波信號SM、Sn供應(yīng)給天線裝置 11。在相反的方向上，從接收天線15、17的接收信號中過濾出的回波信號EM、EN通過該微波波導(dǎo)19由天線裝置11傳輸給測量設(shè)備電子裝置7。這提供了以下優(yōu)點(diǎn)在測量設(shè)備電子裝置7和天線裝置Ila之間僅需要唯一的連接。另一個優(yōu)點(diǎn)在于，在這種情況下涉及的是一種不變的連接，該連接完全不會引起信號傳輸?shù)淖兓?或損害。
圖2示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備的第二方案。這里，與圖1中所示的方案的區(qū)別在于，該測量設(shè)備電子裝置7通過兩個微波波導(dǎo)，也就是發(fā)射導(dǎo)線27和接收導(dǎo)線29來與天線裝置lib連接。該發(fā)射導(dǎo)線27從測量設(shè)備電子裝置7的微波發(fā)生器9引導(dǎo)至發(fā)射天線13。通過該測量設(shè)備電子裝置將微波信號SM、Sn提供給發(fā)射天線13。通過接收導(dǎo)線 29，從接收天線15、17的接收信號中過濾出的回波信號Em、En被導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置 7。在此，所有接收天線15、17都被連接到第二接收導(dǎo)線29上，該第二接收導(dǎo)線又與測量設(shè)備電子裝置7連接。在此，發(fā)射導(dǎo)線27和接收導(dǎo)線29也是不變的連接，該連接與電子開關(guān)相反，完全不會引起信號傳輸?shù)淖兓?或損害。與圖1所示的方案的區(qū)別在于，圖2中所示的天線裝置lib不需要發(fā)射/接收分隔器25。圖3示出按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備的第三方案，該方案具有已借助圖1和圖2 闡釋的測量設(shè)備電子裝置7和連接在該測量設(shè)備電子裝置上的頻率選擇性無源天線裝置 Ilc0與之前介紹的天線裝置Ila和lib的區(qū)別在于，天線裝置Ilc具有發(fā)射/接收天線 31、33、35，也就是說，每個天線既用作發(fā)射天線又用作接收天線。這些發(fā)射/接收天線31、 33,35中的每一個分別分配有用于讓不同的使用頻率4、4、4中的一個通過的頻率選擇元件Fm、Fn、Fy該頻率選擇元件分別用于，在發(fā)射一側(cè)從由微波發(fā)生器9連續(xù)生成的、導(dǎo)入到天線裝置Ilc的不同的微波信號Sm ;Sn ;Sl中過濾出具有各自的使用頻率fm、fn，、fx的微波信號Sm ;Sn ;Sl,然后該微波信號僅通過所屬的發(fā)射/接收天線31、33或35發(fā)射到容器3中。 在相反的方向上，各個頻率選擇性元件FM、FN、&用于從利用各個發(fā)射/接收天線31、33、35 接收的接收信號中過濾出具有使用頻率fm，fn，fx的所屬的回波信號Em、En、&。在所示的實(shí)施例中，微波發(fā)生器9產(chǎn)生三個不同的微波信號Sm ;Sn ；Slo頻率選擇元件Fm、Fn、Fl使得微波信號Sm ;SN 又通過發(fā)射/接收天線31發(fā)射，并且該微波信號僅從該發(fā)射與接收天線的接收信號中被過濾出所屬的回波信號Em并且將該回波信號傳輸給測量設(shè)備電子裝置7。相應(yīng)地，只能通過發(fā)射/接收天線33發(fā)射微波信號Sn，并且從該微波信號的接收信號中過濾出所屬的回波信號En并且將該回波信號傳輸給測量設(shè)備電子裝置7。同樣地，僅通過發(fā)射 /接收天線35發(fā)射微波信號&，并且從該微波信號的接收信號中僅過濾出所屬的回波信號 El并且將該回波信號傳輸給測量設(shè)備電子裝置7。與圖1所示的實(shí)施例相類似地，天線裝置Ilc同樣僅通過唯一的微波波導(dǎo)19與測量設(shè)備電子裝置連接，通過該微波波導(dǎo)將微波信號Sm ;Sn ；&供應(yīng)給天線裝置11c，并且通過該微波波導(dǎo)將從發(fā)射/接收天線31、33、35的接收信號中過濾出的所屬的回波信號Em、En、 &導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置7。微波波導(dǎo)19在天線裝置Ilc中通過發(fā)射/接收分隔器25平行地連接到三個頻率選擇性元件Fm、Fn、Fl上，這些頻率選擇元件又連接到配屬于各個元件Fm、Fn、Fl的發(fā)射/接收天線31、33、35上。圖4和圖5示出其它兩種按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，這兩個物位測量設(shè)備分別具有一個連接在測量設(shè)備電子裝置7上的頻率選擇天線裝置lld、lle。與前述的實(shí)施例的區(qū)別在于，天線裝置IlcUlle具有僅一個接收天線37和多個發(fā)射天線39、41。發(fā)射天線39、 41中的每一個都用于分別將不同的微波信號SM、Sn中的一個發(fā)射到容器3中，并且接收天線37用于接收不同的微波信號SM、Sn的通過在容器3中的反射而反射回到天線裝置lid、 lie的回波信號Em、En。在此，每個發(fā)射天線39、41串聯(lián)有一個用于讓不同的使用頻率fm、fn中的一個通過的頻率選擇元件FM、Fn，尤其是帶通濾波器，該頻率選擇元件用于從由微波發(fā)生器9產(chǎn)生的微波信號SM、Sn中過濾出那些在測量操作中通過各個發(fā)射天線39、41發(fā)射的微波信號。為此，該測量設(shè)備電子裝置7既可以如圖4所示通過唯一的微波波導(dǎo)19連接到天線裝置Iid上那樣通過該微波波導(dǎo)將不同的微波信號SM、Sd*應(yīng)給天線裝置lld，也可以通過該天線裝置將所屬的利用天線裝置Ild接收的回波信號Em、En導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置 7。在此情況中，該微波波導(dǎo)19與圖1中所示的實(shí)例中的微波波導(dǎo)相類似地通過發(fā)射/接收分隔器25連接到發(fā)射天線39、41上并且連接到接收天線37上。在這種情況下，頻率選擇元件Em、Fn分別布置在發(fā)射/接收分隔器25和各個發(fā)射天線39、41之間。作為選擇地，該測量設(shè)備電子裝置7可以與圖2中所示的實(shí)施例中的測量設(shè)備電子裝置相類似地通過發(fā)射導(dǎo)線27和接收導(dǎo)線29連接到天線裝置lie上。這就是圖5中所示的方案。這里，發(fā)射導(dǎo)線27在天線裝置lie中通過頻率選擇元件Fm連接到發(fā)射天線41 上，并且通過頻率選擇元件Fn連接到發(fā)射天線39上。由于串聯(lián)的頻率選擇元件Fm、Fn，發(fā)射天線41僅發(fā)射微波信號SM，并且發(fā)射天線39僅發(fā)射微波信號SN。因?yàn)槲⒉òl(fā)生器9連續(xù)地生成不同的微波信號SM、SN，所以，不是發(fā)射天線39就是發(fā)射天線41發(fā)射這些微波信號。由此，根據(jù)各個當(dāng)前產(chǎn)生的微波信號SM、SN的頻率，和/或根據(jù)當(dāng)前接收的回波信號Em、 En的頻率，必然會將這些通過發(fā)射天線發(fā)射的信號分配給這些發(fā)射天線39、41。各個當(dāng)前發(fā)射的微波信號SM、SN、&和所屬的回波信號EM、EN、&分別成對地根據(jù)所屬的依賴于物位的渡越時間在時間上彼此錯開地在測量設(shè)備電子裝置中提供，從而使得相繼通過由各個天線裝置預(yù)定的不同的信號路徑而得到的測量結(jié)果，尤其是所屬的依賴于信號渡越時間的回波函數(shù)，由一個和多個相同的信號處理器23相繼測定出。利用按照本發(fā)明的物位測量設(shè)備，可以實(shí)施多種不同的測量方法。在此，不同的測量路徑(在該測量路徑上發(fā)射微波信號SM、Sn、Sl并接收所屬的回波信號Em、En、El)可通過天線裝置lla、llb、llC、lld、lle的各自的天線的定位、取向和使用方式而作為發(fā)射天線、 接收天線或發(fā)射/接收天線在加寬的界限中得到預(yù)定。在圖1至圖5中，通過箭頭示出由各個天線裝置113、1讓、11(、11(1、116通過頻率選擇元件？ 、？,、&預(yù)定的各自的信號路徑。為了實(shí)施開頭所述的多點(diǎn)測量，各個天線裝置lla、llb、llC、lld、lle的天線可以例如分別彼此并列地布置。由此，在圖3所示的實(shí)施例中，在各個發(fā)射/接收天線31、33、35 平行地指向填注物5時，通過各個發(fā)射/接收天線31、33、35中的每一個分別得到在各個發(fā)射/接收天線31、33、35的部位上的當(dāng)前的物位。在其它實(shí)施例中，測量部位(在這些測量部位上可以在多點(diǎn)測量的范圍內(nèi)測量出物位)通過畫出的信號路徑來獲得，所述信號路徑分別從發(fā)射天線13、39、41中的一個引導(dǎo)至接收天線15、17、37中的一個。在此，優(yōu)選地選擇天線裝置，例如，圖2的裝置11b，在這些裝置中多個接收天線15、17在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且在空間上在該組外布置有發(fā)射天線13，或選擇例如裝置IlcUlle的天線裝置，在這些裝置中多個發(fā)射天線39、41 在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且在該組外布置有接收天線31。各個天線優(yōu)選地以如下方式依賴于這些天線位置地彼此取向，即，使各個信號路徑上的信號獲取量最大化。為了實(shí)施開頭所述的多波瓣測量，優(yōu)選地選擇如圖1所示的天線裝置Ila那樣的天線裝置，在該天線裝置中多個接收天線15、17在空間上圍繞著一個唯一的發(fā)射天線13。為此，定位在天線裝置1 Ia中心的發(fā)射天線13優(yōu)選地直接指向容器中的填注物5，并且接收天線15、17分別具有相對于發(fā)射天線13的取向傾斜的取向，該取向能以如下方式選擇，即， 使由接收天線15、17的取向所預(yù)定的、由各個接收天線15、17所遮蓋的接收區(qū)域至少部分地覆蓋發(fā)射天線13的發(fā)射區(qū)域，并且使各個接收天線15、17的接收區(qū)域部分地重疊。
類似地當(dāng)然也可以使用關(guān)于信號路徑與此相反的圖4中所示的天線裝置lie，在該天線裝置中，定位于該天線裝置Ild中心的接收天線37在空間上由多個發(fā)射天線39、41 所圍繞。在此情況下，接收天線37優(yōu)選地直接指向填注物5，并且發(fā)射天線39、41分別具有相對于接收天線37的取向傾斜的取向，該取向能以如下方式選擇，即，使由發(fā)射天線39、41 的取向所預(yù)定的發(fā)射天線39、41的發(fā)射區(qū)域部分地重疊并且至少部分地位于接收天線37
的接收區(qū)域中。
附圖標(biāo)記列表
1物位測量設(shè)備
3容器
5填注物
7測量設(shè)備電子裝置
9微波發(fā)生器
11天線裝置
13發(fā)射天線
15接收天線
17接收天線
19微波波導(dǎo)
21機(jī)構(gòu)
23信號處理器
25發(fā)射/接收分隔器
27發(fā)射導(dǎo)線
29接收導(dǎo)線
31接收天線
33發(fā)射天線
35發(fā)射天線
37接收天線
39發(fā)射天線
41發(fā)射天線
權(quán)利要求
1.利用微波根據(jù)渡越時間原理工作的物位測量設(shè)備(1)，用于測量處于容器中的填注物的物位，所述物位測量設(shè)備具有-測量設(shè)備電子裝置(7)，其帶有微波發(fā)生器(9)，該微波發(fā)生器用于連續(xù)地產(chǎn)生具有不同的使用頻率(Hf1)的微波信號(&、&、&)，以及-連接在測量設(shè)備電子裝置上的頻率選擇性的無源的天線裝置(lla、llb、llc、lld、 lie),-所述天線裝置具有多個天線，所述天線用于相繼地在容器(3)中發(fā)射不同的所述微波信號(SM、Sn、&)，并且用于接收所述微波信號的反射回到所述天線裝置(lla、llb、llc、 lid、lie)的回波信號(Em, En, El),-所述天線裝置具有多個頻率選擇元件(FM、!VFJ，尤其是帶通濾波器，這些頻率選擇元件分別用于令所述不同的使用頻率(乙、4、4)中的一個使用頻率通過，一在所述天線裝置中，通過所述天線和所述頻率選擇元件(Fm、!VFJ為不同的微波信號(SM、SN、&)中的每一個和該微波信號的回波信號 m、&、EJ預(yù)定唯一分配的信號路徑， 通過所述信號路徑將微波信號發(fā)射到容器(3)中，并且接收所述微波信號反射回到天線裝置(&、&、SJ的所述回波信號 m、&、EJ并將該回波信號導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置(7)， 以及-設(shè)置在測量設(shè)備電子裝置(7)中的機(jī)構(gòu)(21)，所述機(jī)構(gòu)將相繼輸入的所述回波信號 (Em, En)分配給所屬的所述信號路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物位測量設(shè)備，其中，-所述天線中的一個是發(fā)射天線(13)，其用于將不同的微波信號(、、Sn)發(fā)射到容器 (3)中，-其余天線是接收天線(15、17)，用于接收不同微波信號(、、、)的通過在容器(3)中的反射而反射回到天線裝置(IlaUlb)的回波信號ΦΜ、&)，-在所述天線裝置(IlaUlb)中，每個接收天線(15、17)串聯(lián)有用于令不同的所述使用頻率(fm、fn)中的一個使用頻率通過的頻率選擇元件(FM、FN)，尤其是帶通濾波器，所述頻率選擇元件用于從由各個接收天線(15、17)所接收的接收信號中過濾出具有這個使用頻率 (fm、fn)的回波信號(Em、&)，并且-所述機(jī)構(gòu)將由天線裝置(IlaUlb)連續(xù)地傳輸給測量設(shè)備電子裝置(7)的回波信號ΦΜ、&)分配給接收所述回波信號的接收天線(15、17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物位測量設(shè)備，其中，-所述天線中的一個是接收天線(37)，其用于接收不同微波信號(、、、)的通過在容器 (3)中的反射而反射回到天線裝置(IldUle)的回波信號(Em, En),-其余天線是發(fā)射天線(39、41)，其用于分別將不同的微波信號(、、、)中的一個發(fā)射到容器(3)中，-在所述天線裝置(llcUlle)中，每個發(fā)射天線(39、41)串聯(lián)有用于令不同的所述使用頻率(fm、fn)中的一個使用頻率通過的頻率選擇元件(FM、FN)，尤其是帶通濾波器，所述頻率選擇元件用于從由微波發(fā)生器(9)產(chǎn)生的微波信號(、、、)中過濾出那些在測量操作中通過各個發(fā)射天線(39、41)發(fā)射的微波信號，并且-所述機(jī)構(gòu)將連續(xù)地由天線裝置(llcUlle)傳輸給測量設(shè)備電子裝置(7)的回波信號ΦΜ、&)分配給各個發(fā)射所屬的微波信號(、、SN)的發(fā)射天線(39、41)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物位測量設(shè)備，其中，-所述天線是發(fā)射/接收天線(31、33、35)，其用于將不同的微波信號(、、SN、Sl)發(fā)射到容器(3)中并且接收微波信號通過在容器(3)中的反射而反射回到天線裝置(Ilc)的回波信號(Em、En、El)，-在所述天線裝置(Ilc)中，每個發(fā)射/接收天線(31、33、35)分配有用于令不同的所述使用頻率(fm、fn、fx)中的一個使用頻率通過的頻率選擇元件(Fm、Fn, FJ，尤其是帶通濾波器，所述頻率選擇元件用于從由微波發(fā)生器(9)產(chǎn)生并導(dǎo)入到天線裝置(Ilc)的微波信號(&、&、SJ中過濾出那些通過這些發(fā)射/接收天線(31、33、3幻發(fā)射的微波信號并將所述微波信號導(dǎo)入到發(fā)射/接收天線(31、33、3幻，并且所述頻率選擇元件用于從由所述發(fā)射 /接收天線(31、33、35)接收的接收信號中過濾出所屬的具有這個使用頻率(fm、fn、fx)的回波信號ΦΜ、&、&)，并且-所述機(jī)構(gòu)將由天線裝置(Ilc)連續(xù)地傳輸給測量設(shè)備電子裝置(7)的回波信號 (Em, En, El)分配給所述發(fā)射/接收天線(31、33、35)，通過所述發(fā)射/接收天線發(fā)射所屬的微波信號(&、&、&)并且接收所述微波信號的回波信號(Em、K、El)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物位測量設(shè)備，其中，所述測量設(shè)備電子裝置(7)僅通過唯一的波導(dǎo)(19)與天線裝置(IlaUlbUlc)連接，-通過所述波導(dǎo)，不同的微波信號(、、SN、Sl)由測量設(shè)備電子裝置(7)傳輸給天線裝置(lla、llc、lld)并且回波信號 m、&、El)由天線裝置(lla、llc、lld)傳輸給測量設(shè)備電子裝置(7)，并且-所述波導(dǎo)通過設(shè)置在天線裝置(lla、llc、lld)中的發(fā)射/接收天線0 連接到所有發(fā)射天線(13、31、33、35、49、41)上，并且連接到所有接收天線(15、17、31、33、35、37)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的物位測量設(shè)備，其中，-測量設(shè)備電子裝置(7)通過發(fā)射波導(dǎo)(XT)與天線裝置(IlbUle)連接，通過所述發(fā)射波導(dǎo)將不同的微波信號(&、&、SJ供應(yīng)給發(fā)射天線(13、39、41)，并且-測量設(shè)備電子裝置(7)通過接收波導(dǎo)(XT)與天線裝置(IlbUle)連接，通過所述接收波導(dǎo)將回波信號ΦΜ、&)由天線裝置(IlbUle)傳輸給測量設(shè)備電子裝置(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物位測量設(shè)備，其中，-接收天線(15、17)在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且 -發(fā)射天線(13)在空間上布置在所述組之外。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物位測量設(shè)備，其中，-發(fā)射天線(39、41)在空間上彼此相鄰地布置成一組，并且 -接收天線(37)在空間上布置在所述組之外。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物位測量設(shè)備，其中， -接收天線(15、17)在空間上圍繞發(fā)射天線(13)， -發(fā)射天線(13)指向所述容器(3)中的填注物(5)，-接收天線(15、17)各自的取向相對于發(fā)射天線(13)的取向傾斜，并且 -各個接收天線(15、17)的通過接收天線(15、17)的取向而預(yù)定的由各個接收天線 (15、17)所遮蓋的接收區(qū)域部分地重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的物位測量設(shè)備，其中， -發(fā)射天線(39、41)在空間上圍繞接收天線(37)， -接收天線(37)指向容器(3)中的填注物(5)，-發(fā)射天線(39、41)各自的取向相對于接收天線(37)的取向傾斜，并且 _各個發(fā)射天線(39、41)的由發(fā)射天線(15、17)的取向而預(yù)定的發(fā)射區(qū)域至少部分位于接收天線(37)的接收區(qū)域中并且部分地重疊。
全文摘要
介紹了一種利用微波根據(jù)渡越時間原理進(jìn)行工作的物位測量設(shè)備，該物位測量設(shè)備用于測量處于容器(3)中的填注物(5)的物位，該物位測量設(shè)備在多個不同的信號路徑上將微波信號(SM、SN、SL)發(fā)射到容器(3)中，并且可以接收該微波信號所屬的回波信號(EM、EN、EL)，并且可以將在不同的信號路徑上得到的測量結(jié)果彼此分離地進(jìn)行評估，該物位測量設(shè)備具有測量設(shè)備電子裝置(7)、用于連續(xù)地產(chǎn)生具有不同的使用頻率(fm、fn、fl)的微波信號(SM、SN、SL)的微波發(fā)生器(9)以及連接在該測量設(shè)備電子裝置上的頻率選擇性的無源的天線裝置(11a、11b、11c、11d、11e)，該天線裝置具有多個天線，這些天線用于將不同的微波信號(SM、SN、SL)相繼地發(fā)射到容器(3)中并且接收這些微波信號反射回到天線裝置(11a、11b、11c、11d、11e)的回波信號(EM、EN、EL)，該天線裝置具有多個用于讓不同的使用頻率(fm、fn、fl)中的一個通過的頻率選擇元件(FM、FN、FL)，尤其是帶通濾波器，在該頻率選擇元件中通過天線和頻率選擇元件(EM、EN、EL)為不同的微波信號(SM、SN、SL)中的每一個和該微波信號的回波信號(EM、EN、EL)預(yù)定唯一分配的信號路徑，通過該信號路徑將微波信號發(fā)射到容器中，并接收該微波信號的反射回到天線裝置(SM、SN、SL)的回波信號(EM、EN、EL)，并導(dǎo)入到測量設(shè)備電子裝置(7)，并且該物位測量設(shè)備具有設(shè)置在該測量設(shè)備電子裝置(7)中的機(jī)構(gòu)(21)，該機(jī)構(gòu)將相繼輸入的回波信號(EM、EN)分配給所屬的信號路徑。
文檔編號G01F23/284GK102177420SQ200980140313
公開日2011年9月7日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者彼得·克勒費(fèi)爾, 溫弗里德·邁爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司