[發(fā)明專利]填充水平測量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580073467.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN107209251B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克里斯蒂安·塞勒;帕特里克·多伊貝爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 恩德萊斯和豪瑟爾歐洲兩合公司
• 主分類號(hào): G01S7/285
• 分類號(hào): G01S7/285;G01S13/10;G01S13/88;G01F23/284;G01F23/296
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 穆森;戚傳江

本發(fā)明涉及一種用于基于飛行時(shí)間原理來測量容器(12)中的材料的填充水平(11)的測量裝置(1)，其包括用于生成、發(fā)射和接收測量信號(hào)(S)，并且還用于將所述測量信號(hào)(S)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)(S_IF)的部件(2?9)，所述中頻信號(hào)(S_IF)具有在預(yù)定頻率范圍內(nèi)的期望信號(hào)頻率，包括與容器(12)中的材料的填充水平(11)相對(duì)應(yīng)的信息，其中提供模數(shù)轉(zhuǎn)換器(16)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(16)用于隨后對(duì)所述中頻信號(hào)(S_IF)進(jìn)行采樣，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(16)采用小于中頻信號(hào)(S_IF)的期望信號(hào)頻率的采樣頻率(f_s)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于基于飛行時(shí)間原理測量容器中的材料的填充水平的填充水平測量裝置，其包括用于生成、發(fā)射和接收測量信號(hào)，并且還用于將所述測量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)的部件，所述中頻信號(hào)具有在預(yù)定頻率范圍內(nèi)的期望信號(hào)頻率，包括與容器中的材料的填充水平相對(duì)應(yīng)的信息。

本發(fā)明特別涉及采用超聲波和/或電磁測量信號(hào)的、諸如基于雷達(dá)的測量裝置的填充水平裝置。這種填充水平測量裝置例如由Endress+Hauser聯(lián)合公司在Prosonic、Micropilot和Levelflex商標(biāo)下提供。在本發(fā)明意義上的填充水平測量裝置不應(yīng)理解為限于硬件部件的單一集合，而是也可以是空間分離單元的系統(tǒng)。測量裝置可以被視為包括傳感器和發(fā)射器，其中傳感器用于將諸如罐中的材料的填充水平的過程變量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且其中發(fā)射器用于采樣和處理該電信號(hào)，以便產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于待測量的物理狀況的過程變量的值。根據(jù)情況，發(fā)射機(jī)可以進(jìn)一步用于發(fā)射和/或保存所確定的過程值以供進(jìn)一步使用。傳感器通常包括微處理器和/或微控制器以及各種其它電氣和電子電路。傳感器和發(fā)射器可以集中在單個(gè)單一裝置中，或者它們可以在空間上分離。在傳感器和發(fā)射器空間分離的情況下，提供諸如電纜或無線通信手段之類的某種通信手段。發(fā)射機(jī)和傳感器之間的區(qū)別并不總是被嚴(yán)格地應(yīng)用，因?yàn)閭鞲衅髟谀承┣闆r下用于對(duì)測量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，有時(shí)甚至包括微處理器。

背景技術(shù)

基于超聲波和雷達(dá)的測量裝置在測量精度、可靠性和成本方面都有廣泛的應(yīng)用。填充水平測量裝置的這些方面至少部分地由在裝置的構(gòu)造中使用的部件的質(zhì)量和/或特性決定。在今天的市場中，填充水平測量裝置通常采用窄帶寬帶通濾波器來濾除中頻信號(hào)頻率范圍之外的噪聲分量，以及用于采用具有高采樣率的、對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在本發(fā)明意義上的高采樣率是至少是中頻信號(hào)頻率的兩倍但也可以高得多的采樣率。在超聲波測量裝置的情況下的中頻信號(hào)應(yīng)理解為超聲波測量裝置中的超聲波轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)的頻率。在例如德國專利公開DE00102009026885A1中描述了用于超聲波填充水平裝置的窄帶寬帶通濾波器的應(yīng)用，其中描述了在帶通濾波器的選擇和應(yīng)用中的帶寬和噪聲之間的權(quán)衡。基于超聲波或雷達(dá)的填充水平測量裝置的模擬中頻信號(hào)通常包括在0kHz和200kHz之間，特別是在10kHz和100kHz之間的信號(hào)頻率。

高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和窄帶寬帶通濾波器以及諸如對(duì)數(shù)放大器的部件通常是昂貴的并且具有高能量需求。在德國專利公開DE102006006572A1中，原則上，建議可以進(jìn)行中頻信號(hào)的采樣和數(shù)字化，其中，為了節(jié)省能量以及減少填充水平測量裝置的存儲(chǔ)以及計(jì)算要求，不滿足Nyquist-Shannon(奈奎斯特-香農(nóng))采樣定理的要求。這可以被實(shí)現(xiàn)為使得在采樣數(shù)字值之間的時(shí)間差(所述值被交替地分配給兩個(gè)組之一)大于中頻頻率的兩倍的倒數(shù)。奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理的必要條件要求采樣率是待采樣的信號(hào)的頻率的至少兩倍，而由于采樣值的這種數(shù)字排序致使不再滿足奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理的必要條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種在避免不必要的成本和能量需求的同時(shí)進(jìn)行精確和可靠的測量的填充水平測量裝置。