在考虑线性关系的情况下进行追踪的制作方法
【专利摘要】根据本发明的一个方面，考虑关于各个回声的作用的事先获得的知识，以便改进借助于追踪来继续跟踪所述回声。通过计算两个轨迹之间的线性关联性，能够确定回声的期望位置并且能够断定：所述位置是否相应于回声曲线中的实际的回声位置。
【专利说明】在考虑线性关系的情况下进行追踪
【技术领域】
[0001]本发明涉及物位测量的【技术领域】。尤其地，本发明涉及一种运行时间物位测量仪器、一种用于通过物位测量仪器执行追踪方法的方法、一种处理器、一种计算机可读介质和一种程序元件。
【背景技术】
[0002]运行时间物位测量仪器根据FMCW或脉冲运行时间方法来工作。所述测量仪器在朝向填充物料表面的方向上发出电磁波或声波。所述波然后完全地或部分地由不同的反射体来反射。所述反射体尤其能够为填充介质(例如水、油、另外的流体或流体混合物或散装物料)的表面、存储有填充介质的容器的底部、污染物、不同的填充物料之间的分离层(例如水和油之间的分离层)或者容器中的固定的干扰部位，如凸起或其他的容器固定装置。
[0003]如此反射的发射信号(下面也称作接收信号或回声曲线)现在接下来由物位测量仪器接收并且记录。
[0004]物位测量仪器典型地以脉冲运行的方式工作，因此分别在不同的时间以脉冲形式发出发射信号，并且然后如已经描述的那样由物位测量仪器的传感装置检测发射信号(接收信号)的所得出的、反射的脉冲。然后，仪器的评估单元从中推导出填充介质表面的方位或位置。因此，换言之，从所述所接收的脉冲来确定物位。
[0005]另外的物位测量仪器根据FMCW (调频连续波)原理工作。在此，在朝向容器的方向上连续地放射频率经过调制的波，并且对反射的信号分量在仪器中连同瞬时放射的信号一起进行处理。所述处理的结果是下述频谱，所述频谱能够根据已知的方法转化为回声曲线。
[0006]如此获得 的并且必要时已经经过处理和评估的数据能够提供给外部仪器。所述提供能够以模拟的形式(4……20mA接口)或者也能够以数字的形式(现场总线)来提供。
[0007]也能够无线地进行数据传递。
[0008]所接收的为在一个或多个反射体上反射的发射脉冲的回声曲线典型地具有一个或多个最大值和/或最小值，所述最大值和/或最小值距接收单元的电距离能够从相应的最大值或最小值的方位中确定。
[0009]所述电距离与脉冲的相应的信号分量的运行时间相对应。在考虑信号的传播速度的情况下，从中能够确定物理的、即实际的距离。
[0010]电距离相应于电磁波在真空中在确定的时间中所经过的距离的一半。回声的电距离经由光速直接与信号至反射部位并且返回至物位测量仪器的运行时间相对应。电距离丝毫没有考虑可能导致电磁波更慢地传播的介质的影响。电距离的术语对于本领域技术人员是已知的。
[0011]对于精确地确定物位的位置和另外的反射体的位置而言重要的是，回声曲线(下面称作回声)中的最大值和/或最小值被明确地识别并且能够与确定的反射体相关联。
[0012]所述关联通常是难的，因为两个相邻的回声叠加进而不能够区分，或者因为回声的振幅与能够这样清楚识别回声的情况相比过小。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是，改进物位的确定。
[0014]根据本发明的第一方面提出一种运行时间物位测量仪器，所述运行时间物位测量仪器具有:发射单元，用于发出发射信号，所述发射信号在填充介质的填充物料表面上以及至少在第二反射体上反射。因此，运行时间物位测量仪器在朝向填充物料表面的方向上发出发射信号。
[0015]此外，设有接收单元(所述接收单元能够与发射单元共有确定的构件组；在物位雷达的情况下，共同的构件组例如是发射/接收天线)，所述接收单元用于检测反射的发射信号(也称作接收信号、接收脉冲或还有回声曲线)。所述反射的发射信号为在多个反射体的情况下具有多个回声的回声曲线。当然，在回声曲线中不能够始终清楚地识别这些回声，因为其振幅在一些情况下过小或者因为其部分地彼此叠加。
[0016]此外，运行时间物位测量仪器具有评估单元，用于执行追踪方法以对在不同时间检测的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组。
[0017]追踪方法下面再次在参考附图的情况下阐明。最终，运行时间物位测量仪器在不同的时间点接收回声曲线，使得得到回声曲线的时间上的序列，所述回声曲线反应容器中的关系的时间上的发展情况。现在，评估单元能够分析每个单独的回声曲线并且确定最大值或最小值的方位。
[0018]现在，追踪方法的目的是:将每个最大值或最小值与容器中的反射体关联或者分类为不可关联的回声。如果以正确的方式完成所述关联，那么从中获得物位的时间上的发展情况和箱中的不同的另外的反射体的电距离的或位置的时间上的发展情况。然后，能够在图表中记录位置或回声地点的时间上的发展情况。
[0019]现在，以容器中的恒定的排空速率或填充速率为出发点，可以近似地通过直线部段来绘制各个测量点(即从相继的回声曲线中计算的电距离或反射体的位置；填充物料表面的位置也属于此)，如这例如在图2中示出。
[0020]如果现在改变填充物料的排空速率或填充速率，那么这在借助于直线部段来描述轨迹时引起所计算的曲线中的折弯。因此，在该情况下为具有不同斜率的两个相互接触的直线部段。借助于直线部段或轨迹部段描述轨迹对于本领域技术人员是已知的。对此的实施例例如在文献US20110231118 Al中公开。
[0021]因为为此考虑电距离并且没有考虑实际的、物理的距离，底部回声的或位于填充物料表面之下的其他的固定的反射体的位置也随着物位上升或下降而改变。这在图8中示意性示出。
[0022]因此，在所述相互接触的直线部段中涉及轨迹。直线部段是轨迹的尤其存储高效的表示方法的实例。图8示出三个这种轨迹!\、Τ2、Τ3。
[0023]但是，此外也可行的是，在轨迹中分组的回声的各个位置直接地保存在存储器中。图10示出所述实现变型形式。此外，可能应用轨迹的另外的表达方式，例如数学的描述形式、如多边形表示方法或其他的数学描述形式。
[0024]所述轨迹中的一个通常描述填充物料表面在不同时间的定位、底部回声的位置的另外的轨迹和第三轨迹，例如在填充物料表面之下的固定的反射体的位置、两种不同的填充介质或在具有导波的物位测量装置的情况下探头之间的分离层的定位。
[0025]因此，运行时间物位测量仪器的评估单元实施为用于:确定第一组产生于第一反射体(例如填充物料表面、容器底部等)的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体(在该情况下例如为容器底部、填充物料表面等)的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同的时间(即在发出不同的发射信号的不同的时间点)从发射单元至与轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间。
[0026]此外，评估单元实施为用于确定在第一轨迹和第二轨迹之间的或者更准确地在与第一轨迹相关联的回声的位置和与第二轨迹相关联的回声的位置之间的线性关系或线性关联性或函数关联性。
[0027]尤其根据图1至4进一步在下面阐明如何计算所述函数关联性。
[0028]现在，因为在填充物料表面之下的位置固定的反射体的电距离或电位置以与填充物料表面的位置本身相对应的方式改变，那么在每两个轨迹之间关于在相应的轨迹中分组的回声的地点或电距离从数学观点来看存在线性关联性或者线性关系，所述线性关联性或线性关系能够借助于不同的回声曲线来估算。
[0029]在确定第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系之后，然后，评估单元能够将另外的回声曲线的第一回声与第一轨迹相关联。所述另外的回声曲线例如与用于确定两个轨迹之间的线性关系的时间上相继的回声曲线相比在较晚的时间点被接收。在此因此为新的测量。
[0030]然后，评估单元能够通过下述方式来确定另外的回声曲线的第二回声的期望位置:所述评估单元在考虑第一轨迹的第一回声的位置和线性关系的情况下来计算所述期望位置。
[0031]然后，因此能够从两个轨迹之间的线性关联性和另外的测量点(另外的回声曲线的回声的位置)的了解中估算或计算相应的另外的回声的期望位置。
[0032]如果进行上述内容，那么评估单元能够根据新记录的回声曲线来断定:第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于另外的回声曲线的回声的实际位置。在本文中，如果另外的回声曲线的回声的实际位置位于可预设的间距之内或者位于围绕确定的期望位置的可预设的周围之内，那么第二回声的确定的期望位置也可以相应于另外的回声曲线的回声的实际位置。换言之，研究回声曲线并且断定:回声是否实际上也位于期望位置上或者期望位置的可预设的周围中。如果是这种情况，第二回声实际上与第二轨迹相关联。
[0033]因此，也为一种可信性控制。一方面，评估单元检查:所述评估单元是否能够从回声曲线中读出回声，并且另一方面所述评估单元计算所述回声的位置是否也相应于数学上要期望的位置。
[0034]因此，考虑更早记录的回声曲线的各个回声的事先获得的知识(物位回声、多重回声、底部回声等)，以便借助于追踪改进对所述回声的继续跟踪。
[0035]以该方式能够与存在造成干扰的多次回声、干扰回声和底部回声无关地，在填充和清空容器时进行对物位回声的可靠的跟踪。
[0036]本发明提供下述可行性:与振幅关系或填充速度无关地，在存在干扰回声、底部回声或多次回声的情况下也可靠地追踪物位回声。
[0037]因为评估单元能够确定两个任意轨迹之间的关系或者两个任意轨迹的电距离或地点之间的关系，所以所述方法不仅能够用于物位回声，而且也能够用于回声曲线的另外的回声。特别地，该方法允许:追踪所有在回声曲线中检测的回声(即原则上是任意的回声，只要是可关联的，也与自身的轨迹相关联)。从中能够得出多个单独的轨迹，对所述轨迹分别能够成对地确定线性关系。以该方式能够在新记录的回声曲线中为所述每对确定:相应的轨迹对的各第二轨迹的回声的确定的、期望的位置是否相应于新的回声曲线的回声的实际位置。
[0038]然后这最终引起评估单元在所述计算结束时能够决定:新的回声曲线的各个回声的哪个关联很可能是正确的。
[0039]当然也可能的是，所述方法产生下述结果:所有可能的关联或者可能的关联中的至少一些以相同的概率是正确的。在该情况下，能够使用另外的考虑，以便提高各个回声与各个轨迹正确关联的概率。在此，例如为已经已知的追踪方法。
[0040]此外，当然能够在任何情况下附加地应用另外的考虑。
[0041]根据本发明的一个实施形式，评估单元还实施成借助第一轨迹、第一回声和第三轨迹执行步骤:(b)(确定第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系)，(c)(将另外的回声曲线的第一回声与第一轨迹相关联)，Cd)(通过计算来确定第二回声的期望位置)和(e)断定:如此确定的期望位置是否也相应于另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果是这种情况，将第二回声与第二轨迹相关联)。
[0042]现在，还借助另外的轨迹对再次执行所述方法。
[0043]根据本发明的另一个实施形式，评估单元还实施为用于为第三轨迹、另外的回声曲线的与第三轨迹相关联的第三回声、以及为第二轨迹执行步骤(b)至(e)。
[0044]换言之，因此，评估单元能够如上面已经描述的那样为不同的轨迹的所有对来执行该方法。
[0045]确定第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系尤其可以是确定与第一轨迹相关联的回声的电距离和与第二轨迹相关联的回声的电距离之间的线性关联性。通过计算来确定第二回声的期望位置尤其可以是计算第二回声的期望的电距离。
[0046]根据本发明的另一个实施形式，评估单元实施成:如果在步骤(e)中断定，回声的确定的期望位置也相应于另外的回声曲线的回声的实际位置，那么将另外的回声曲线的回声的确定的期望位置评估为命中(Treffer)。
[0047]如果现在为所有的轨迹对执行所述方法，那么能够将不同的命中数进行相互比较。根据本发明的另一个实施形式，评估单元将在第一回声始终与第一轨迹相关联直至已经考虑到回声曲线的全部另外的轨迹的情况下在多次执行步骤(b)至(e)之后命中的数量，与在第一回声始终与不同于第一轨迹的轨迹相关联直至已经考虑到回声曲线的全部另外的轨迹的情况下在多次执行步骤(b)至(e)之后命中的数量进行比较。
[0048]根据本发明的另一个方面，评估单元实施为用于对命中的数量进行比较，以用于评估回声与相应的轨迹正确关联的概率。
[0049]根据本发明的另一个方面，提出一种用于执行追踪方法的方法，以用于对时间上相继的回声曲线的产生于相同的反射部位的回声进行分组以及用于将回声与轨迹相关联。所述方法具有下述步骤:
[0050](a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同的时间从发射单元至与轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间；
[0051](b)确定第一轨迹和第二轨迹之间的线性关系；
[0052](C)将另外的回声曲线的第一回声与第一轨迹相关联，其中另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线接收；
[0053](d)通过在考虑第一轨迹的第一回声的位置和线性关系的情况下计算期望位置来确定另外的回声曲线的第二回声的期望位置；
[0054](e)断定:第二回声的如此确定的期望位置是否也对应于另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果是这种情况，将第二回声与第二轨迹相关联。
[0055]根据本发明的另一个方面，提出一种处理器，用于执行在上文中以及在下文中描述的追踪方法，以用于对时间上相继的回声曲线的产生于相同的反射部位的回声进行分组并且将回声与轨迹相关联。
[0056]根据本发明的另一个方面，提出一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有程序，所述程序当其在运行时间物位测量仪器的处理器上实施时引导处理器执行在上文中以及在下文中描述的方法步骤。
[0057]根据本发明的另一个方面，提出一种程序元件，所述程序元件当其在运行时间物位测量仪器的处理器上实施时引导所述处理器执行在上文中以及在下文中描述的步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0058]下面参考附图描述本发明的实施例。
[0059]附图的简短描述
[0060]图1示出根据本发明的一个实施例的追踪位置(反射体的电距离)的关联性的图表视图，所述追踪位置从时间上相继的回声曲线中获得。
[0061]图2示出两个轨迹的时间分布曲线。
[0062]图3示出根据本发明的一个实施例的两个轨迹的追踪位置的线性关系的图表视图。
[0063]图4示出在根据本发明的一个实施例进行物位确定时用于简少组合分析的方法。
[0064]图5示出根据本发明的一个实施例的具有填充物料容器的物位测量仪器。
[0065]图6示出根据本发明的一个实施例的具有填充物料容器的另外的物位测量仪器。
[0066]图7A示出在第一时间接收的回声曲线。
[0067]图7B示出在第二时间接收的回声曲线。
[0068]图8示出多个轨迹的时间上的发展情况。
[0069]图9示出各两个轨迹之间的线性关系。
[0070]图10图解说明追踪方法。
[0071]图11图解说明另外的追踪方法。
[0072]图12示出两个轨迹之间的函数关联性(线性关系)的另一个实例。
[0073]图13示出在现有的轨迹和所找出的回声之间的多个替选关联。
[0074]图14示出回声的期望位置的确定。
[0075]图15示出另外的回声的期望位置的确定。[0076]图16示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0077]在附图中的描述是示意性的且不是符合比例的。如果在不同的附图中应用相同附图标记，那么这些附图标记能够表示相同的或相似的元件。但是，相同的或相似的元件也能够通过不同的附图标记来表示。
[0078]下面，示出物位测量仪器的评估单元的可行的实施方案。所接收的回声曲线能够首先经过处理。通过例如经由数字滤波来目的明确地对信号进行数字评估，对于用于提取回声的方法而言更容易可行的是:从回声曲线中确定显著的信号分量或最小值或最大值。
[0079]所提取的回声为了进一步处理例如能够以列表的形式存储。然而，除在列表中存储之外，访问数据的另外的可能性也是可行的。追踪功能块将时间点\的回声曲线的回声与时间点ti+1的随后的回声曲线的回声相关联，其中与轨迹相关联的回声经过相同的物理的反射部位和相同的路径(即通过在相同的反射体上反射发射信号而产生)。
[0080]追踪方法是已知的。更详细的信息例如在WO 2009/037000 A2中得出。
[0081]本发明的核心方面是:使两个轨迹的时间上的发展情况，也就是说，将两个反射或两个不同的物理反射部位的位置的时间上的发展情况相互相关并且从中确定线性关联性的参数。每个轨迹可以由一组位置数值构成，所述位置数值从在多个时间间隔中检测的回声曲线的回声中确定。因为在物位 测量仪器中应当测量传感器距填充物料的间距，那么除术语位置之外也应用术语距离。
[0082]图1应当详细阐明两个轨迹之间的关系的真实情况。坐标系示出散点图，所述散点图由两个轨迹的各个位置数值的距离对形成。例如，轨迹称作为轨迹T1和轨迹τ2。然而，能考虑两个不同的轨迹构成的任何其他可设想的组合。
[0083]每个距离对通过交叉来标记。横轴(X轴101)包括轨迹1\的距离D，纵轴(y轴102)包括轨迹T2的距离D。所述布置不是强制需要的。因此，横轴和纵轴也能够彼此交换。轴标度的度量单位也对于本发明是不重要的。因此，在此仅示例性地存在电距离D。根据回声曲线对位置的暂时缩放是可行的。在图1中为了更准确地阐明而特别标记一个距离对。距离对？(0?+0&)描述在时间点i的轨迹T1和轨迹T2的两个位置的数值对，在所述时间点产生回声曲线。图表中的另外的且没有准确表示的点源自另外的回声曲线，所述另外的回声曲线在另外的时间点由传感器来检测。由传感器产生的新的回声曲线以附加点来扩展图表，所述新的回声曲线源自另外的信号处理过程且所述新的回声曲线的回声与轨迹相关联。
[0084]两个轨迹的位置的在图1中示出的关联性使得能够将轨迹T1和轨迹T2的位置相关变得清楚。这表示，轨迹T1和轨迹T2处于函数关联性。描述散点图的直线方程为此用作为基础。数学上，所述关联性能够如下描述:
[0085]Dt2j=a1.DT1，k+a0+ek (1.1)
[0086]DT2；k是在时间点k的测量的轨迹T2的位置，
[0087]DT1；k是在时间点k的测量的轨迹T1的位置，
[0088]a0和是直线的参数，所述直线描述轨迹T1和轨迹T2的位置之间的线性关联性，
[0089]ek是时间点k的测量的关联性的误差。[0090]函数的参数ai没有度量单位，相反％具有与DT2，k或DT1，k相同的度量单位。ek具有与DT2，k*DT1，k相同的度量单位。假设在所给出的关联性中存在误差是必要的，因为由此综合地描绘出模型的误差。参数％和％与测量部位的所给出的特性相关，在所述测量部位处使用传感器。此外，参数与轨迹的变化相关，使所述参数彼此相关。
[0091]公式(1.1)仅是关联性的一种表达形式。当然，其能够应用于每个轨迹并且尤其能够应用于每对轨迹并且不一定要求将轨迹T1和T2作为基础。但是，那么，参数ai和％的数值与轨迹T1和T2之间的关联性不同。
[0092]图2示出两个轨迹(T3203和T4204)关于时间的示例性的变化。y轴201表示以米为单位的距离并且X轴202表示时间点t，物位测量仪器在所述时间点检测相应的轨迹的
位置。轨迹203、204的支撑点205、207、209、......和206、208、210、......分别通过x标记，
所述支撑点从回声曲线在相应的时间点j的回声位置中得出。
[0093]如果将图2中的支撑点转用到如图1那样示出两个轨迹之间的关系的图表中，那么获得图3中的图表。y轴307在此包括轨迹T3的位置，X轴308在此包括轨迹T4的位置。此外，以虚线的形式描绘两个轨迹之间的线性关联性304。现在能够识别的是，除了图3中的支撑点之外，也能够得到关于两个轨迹的关联性的另外的结论。不仅对于位于支撑点之间的位置303、而且对于位于支撑点附近的位置302和301而言，能够应用关联性。此外，这意味着:当已知一个轨迹的位置时，能够预测另外的轨迹的位置。所述预测是可逆的。在图3中的实例中，这意味着:能够从轨迹T3的位置中预测轨迹T4的位置并且反之亦然。此夕卜，不仅能够得出预测，而且当由于不合适的信号关系而不可以确定轨迹的位置时，也给出对轨迹的位置的估算。
[0094]确定参数aQ和:
[0095]参数％和例如能够由集成在物位测量仪器中的关系回归分析功能块来独立地确定。由于检测各个回声或轨迹的位置的在测量方面不可避免的误差，参数的所谓的估算是有利的，所述估算在确定参数时使误差最小化。估算本身能够以不同的方式进行。应用常见的参数估算方法是可行的，例如LS (最小二乘法)估算器。LS估算器在参考文献中详细描述并且对于本领域技术人员是已知的。估算例如能够设计成:
[0096]Dt2 = al-DT1 + a0
[0097]Dt2是轨迹T2的位置，
[0098]Dn是轨迹T1的位置，
[0099]知和&是直线的估算的参数，所述直线描述轨迹T1和轨迹T2的位置之间的线性关联性。
[0100]为了不必连续地将位置对保持在存储器中，所述方法也能够递归地执行。估算首先能够是有误差的，但是随着数值对的数量增加而得到改进。当然，必要的是，在能够从另外的轨迹的位置中预测一个轨迹的当前的位置之前，首先确定参数。
[0101]所描述的发明能够有益地扩展。回声曲线通常示出大量回声，这产生大量的轨迹。在所描述的方法中，在通常的情况下，使全部轨迹相互相关。这意味着，从每个单独的轨迹中能够直接地得出关于每个另外的轨迹的地点的结论。要建立的函数关联性的数量A能够根据轨迹的数量N借助下述公式来计算:[0102]A=N.(N - 1)/2
[0103]那么，在四个所跟踪的轨迹的情况下，建立、计算、维护和存储六个关联性。本发明的扩展方案通过目的明确地减少组合分析来得出。图4示出在四个不同的轨迹的情况下的完整的列表。函数关联性通过箭头示出。箭头的方向仅是示例性的，因为关联性也是可逆的。如果例如已知关联性T71 —T72，那么也能够通过形成逆函数来计算关联性T72 — T71。此夕卜，图4示出减少组合分析的可能性，而在此没有降低本发明的预测能力。示例性地，根据轨迹T71来减少。T72和T73之间的、T72和T74之间的或T73和T74之间的关联性能够从关联性T71和T72、T71和T73或T71和T74中计算出来。那么，仅还需要存储和扩展
[0104]A=N -1
[0105]个(那么，在图4中为三个)函数关联性。减少的前提是:必须选择作为减少的起点的轨迹。所述轨迹也能够称作中间轨迹。在图4中的实例中，这是轨迹Τ71。显然地，也能够选择任何另外的轨迹作为减少的中间轨迹。图4中的计算链示出没有丢失信息内容。例如，能够从两个关联性T71 — T72和T71 — T73中确定T72 — T73之间的关联性。为此，必须形成T71 — T72的逆函数T71 — Τ72。接下来，能够建立扩展的关联性T72 — T71 — T73并且从轨迹T72中确定轨迹T73的位置，而不必事先估算用于关联性T72 — T73的函数表达式的参数。在此，得到性能方面的优点，因为参数的估算证实为是计算密集的。此外，节约存储空间。
[0106]所描述的方法的核心方面在于目标函数的参数的估算，所述目标函数然后描述两个轨迹之间的位置的关联性。如果目标函数的参数在物位测量仪器的运行期间已经充分好地确定，那么从一个轨迹的位置中能够得出另外的轨迹的位置的结论。因为参数与测量部位相关(安装地点、接管、凸缘、容器底部、容器盖、填充物料、容器中的固定装置)，所以不能够在工厂进行参数化。
[0107]图5示出运行时间物位测量仪器500，所述运行时间物位测量仪器安装在容器中或容器处。物位测量仪器500例如为物位雷达或超声波仪器。所述运行时间物位测量仪器500在朝向填充物料表面505的方向上发出例如呈脉冲形式的自由辐射的波507。在物位雷达的情况下，为此设有天线501，例如呈号角天线的形式。所述发射信号或者发射脉冲507借助于信号生成单元513产生并且经由发射/接收单元501放射。所放射的发射信号507现在射到填充物料504的填充物料表面505上，所述填充物料于容器中。在此之前，所述发射信号穿过位于填充物料表面505之上的介质、例如容器环境。
[0108]现在，发射信号507的一部分在填充物料表面上反射并且作为回声509向回运动至发射/接收单元501。发射信号507的另一部分进入到填充介质504中并且朝向容器的底部506运动(见信号分量508)。在那，其然后反射并且作为所谓的底部回声511在朝向发射/接收单元501的方向上向回运动。所述底部回声的一部分再次向回反射(在填充物料表面505处)。然而，底部回声的另一部分510穿过填充物料表面505并且然后能够由发射/接收单元501接收并且传导给评估单元502。
[0109]发射信号507的一部分也能够在另外的反射体上反射。为此的实例示出安置在容器壁上的凸起512，所述凸起位于填充物料表面之下。
[0110]图6示出安装在容器上的运行时间物位测量仪器500的另一个实例。在此，所述运行时间物位测量仪器为TDR物位测量仪器，所述TDR物位测量仪器根据导波的原理工作。在此，能够为引导的微波或另外的波状的发射信号，所述引导的微波或另外的波状的发射信号沿着线601或者例如也在空心导体的内部中在朝向填充物料表面的方向上被引导并且还部分地被引入到填充物料中。在线601的端部例如存在用于张紧线的重块602。
[0111]图7A现在示出在评估单元中记录的回声曲线703的实例。回声曲线703具有两个最小值702、704和一个最大值701。
[0112]在该处提及的是:水平轴705为电距离(所述电距离相应于回声曲线703的各个部段的运行时间)并且纵轴706为回声曲线703的各个部段的振幅。
[0113]最大值701例如为在填充物料表面上反射的回声并且最小值702例如为在图6的探头601、602的探头端部处反射的回声或者为在图5的容器底部506上反射的回声。
[0114]所述回声曲线在时间点&被接收。
[0115]图7B示出相应的在稍后的时间点t2被接收的回声曲线。如在该曲线处识别出的，填充物料回声701还有探头端部回声或底部回声702当然沿相反的方向移动。这在于:探头端部回声或底部回声位于填充物料表面之下。
[0116]如果评估单元现在断定:回声701为产生于相同的反射体(在该情况下产生于填充物料表面)的回声并且所述评估单元断定:回声702同样产生于另外的、相同的反射体(容器底部或探头端部)，那么所述评估单元能够将回声701组合成第一组并且将回声702组合成第二组。现在，如果在不同的时间点接收多个回声曲线，那么各个回声的电距离能够通过相互接触的直线部段而近似地示出。这在图8中示出。横轴810表示测量各个回声曲线的时间点ti;并且纵轴811表示各个回声曲线的不同回声所经过的电距离。
[0117]第一轨迹T1由三个直线部段801、802、803构成，所述直线部段根据以何种速率填充或清空容器而分别具有不同的斜率。直线部段801描述在时间点h至t2之间的容器填充，部段802描述在时间点t2至t3之间的清空并且部段803又描述在时间点t3和t4之间的填充。
[0118]如三个直线部段801、802、803周围的交叉应当用符号表示那样，已经进行大量的测量(回声曲线检测)，使得能够以充分的精度来确定三个直线部段801至803。
[0119]所接收的回声曲线还具有另外两组回声，所述回声的电距离分别通过直线部段804,805,806 或 807,808,809 来近似。
[0120]如从图8中可见的那样，三个轨迹T1至T3的折弯各自位于相同的时间点〖2、〖3和
七4 0
[0121]现在，分别使轨迹中的各两个相互相关，以便确定各个轨迹之间的函数关联性。
[0122]如果分别采用两对轨迹，那么从中得出两个近似的直线905、906 (见图9)。在此，横轴903表不第一回声组(即第一轨迹Ty)的回声的电距离并且纵轴904表不第二回声组(即第二轨迹Tx)的回声的电距离。在这方面在专业领域也通常使用“轨迹位置”。将其如上面所描述的那样理解为确定的回声曲线的确定的回声在其至接收单元的路径上所经过的相应的电距离。
[0123]通过确定函数关联性(905、906)能够改进对回声的追踪。
[0124]特别地，能够由此解决在下述情况下得出的问题:回声曲线中的两组回声极其靠近，使得这两组回声的选通区域(Gating-Bereich)重叠。这种情况例如在图10中在时间点t=t3示出。
[0125]一组回声的或一个轨迹的选通区域可以是用于回声的地点的可预设的容许区域。通常，在实际中，将在回声的或轨迹的最后检测到的位置或电距离周围的固定区域用作为选通区域。选通区域的应用对于本领域技术人员是已知的，并且例如在WO 2009/037000A2中描述。
[0126]在图10中观察到，回声曲线在四个不同的时间tp tp〖2和t3的外观如何。在当前的实例中，轨迹T1根据对随回声e1(l的延续的空间距离来判定。但是这在物理方面为多重回声轨迹T2的延续。这种错误关联借助已知的方法通常不能够避免。
[0127]多重回声通过发射信号在容器盖和填充介质上多次反射而形成(例如:测量仪器—填充物料表面一容器盖一填充物料表面一测量仪器)。所述多重回声对于本领域技术人员从不同的公开文献中已知。
[0128]通过应用根据本发明的方法，能够实现相应于图11的性能。所示出的是回声曲线的相同的序列。能够观察到天线铃回声(e0、e2、e5、e8)、原本的填充物料回声(el、e3、e6、e9)以及填充物料反射的第一多重回声(e4、e7、elO)。
[0129]通过考虑轨迹T4以及轨迹T5之间的函数关联性(线性关系)来实现改进的性能。
[0130]图12示出轨迹T4和!^之间的线性关系，如这例如在t=t2时由物位测量仪器确定。
[0131]物位测量仪器中的评估单元具有追踪装置并且如这在图13中示出的那样在(例如自多个测量循环起)存在的轨迹和当前检测的回声曲线的所发现的回声之间形成多个替选关联。
[0132]作为第一种假设情况，T4假设地随回声e9延续。现在，追踪方法为全部至此存在的轨迹(填充物料回声轨迹、多重回声轨迹、底部回声轨迹和/或探头端部轨迹等)检查:是否存在对当前的要继续的轨迹的函数关联性。如果存在这种函数关联性，那么断定:至此存在的轨迹那么必须在哪个位置出现，如这在图14中示出。如已经多次阐明的是，在确定时间点的“轨迹的位置”是为所述时间点所记录的回声曲线的回声所经过的电距离(或者换言之:是该时间点的回声的位置)。
[0133]在此，轨迹T5必须在位置Pl处出现(参见图11)。在位置Pl处(更精确地:在位置Pl附近)存在回声elO，因此作为结果，(由于轨迹T4随回声e9延续的假设)轨迹T5必须与回声elO相关联。因此，在当前的情况下，可关联的回声的数量等于2。
[0134]作为第二种假设情况，T4假设地随回声elO延续。轨迹T5的作为结果的位置根据图15得出为P2。在位置P2上不存在当前的回声(参见图11)，因此T5在该假设情况下不能够延续。因此，可关联的回声的数量比(I)小I。
[0135]从第一假设中得出最佳适合的关联，因为可关联的回声的数量因此最大。该标准基于下述物理事实:已知的反射部位的回声在正常情况下不意外地消失，而是在相应的位置处能够被再次发现(只要所述回声不淹没在噪声中等)。
[0136]图16示出方法的完整的流程图。要注意的是，将分类的轨迹理解为下述轨迹，所述轨迹将选自回声类型填充物料回声、底部回声、多重回声或干扰回声、覆盖的干扰回声或探头端部回声的回声进行分组。此外，也能够应用底部回声的多次回声。在本发明的当前的内容中，更确切地从自由辐射的微波的范围中已知的底部回声与从引导的微波的范围中已知的术语“探头端部回声”或“绳端部回声”同义。
[0137]在步骤 1601中断定:是否存在轨迹。轨迹的分类不是必要的，在另一个实施形式中附加地考虑。如果不存在轨迹，那么该方法继续跳至最后的步骤，在所述最后的步骤中，对没有随剩下的回声(或者全部回声)延续的轨迹(或者甚至全部轨迹)进行传统的追踪。
[0138]如果存在轨迹，那么选择第一轨迹(步骤1603)。然后在步骤1604中判定:回声是否位于轨迹的选通(Gate)中，即在轨迹的最后已知的地点中是否足够近地存在回声，所述回声适合于能够与所述轨迹相关联。如果不是这种情况，那么该方法在步骤1605中跳至步骤 1612。
[0139]如果已经是这种情况，那么回声在步骤1606中假设地分配给所述轨迹(形成第一假设的关联性)并且在步骤1607中确定另外的回声与另外的轨迹中的一个的至少一个作为结果的关联性(参见图14、15)。在步骤1608中，确定可关联的回声的数量，所述数量从第一假设的关联中得出，并且在步骤1609中确定:另外的回声是否位于轨迹的选通中。如果是这种情况，那么能够研究回声与第一轨迹的另外的假设的关联性，并且方法跳至步骤1610。在该方法步骤中，选择在轨迹的选通中的下一回声，紧接着在步骤1606中形成回声与轨迹的另外的假设的关联的起点。如果在第一轨迹的选通中没有另外的回声，那么方法跳至步骤1612，在所述步骤中断定:是否选选择全部轨迹。如果不是这种情况，那么方法跳至步骤1613，在所述步骤中选择下一(分类的或未分类的)轨迹，紧接着继续步骤1604。
[0140]如果已经是这种情况(即对全部轨迹进行处理)，那么在步骤1614中实现回声与相应的轨迹的至此仅假设的关联，其中实现与可关联的回声的最大数量相对应的假设的关联。在步骤1615中实现随之发生的因果相关的关联，并且然后在最后的步骤1616中能够对没有随剩下的回声延续的轨迹进行传统的追踪。
[0141]补充地，在此需要指出的是:“包括”和“具有”不排除其他的元件或步骤，并且“一种”或“一个”不排除复数。此外，需要指出的是:参考上述实施例中的一个描述的步骤或特征也能够与另外的在上文中描述的实施例的另外的特征或步骤组合地应用。权利要求中的附图标记不能够视为是限制。
【权利要求】
1.一种运行时间物位测量仪器，具有: 发射单元，用于发出发射信号，所述发射信号在填充介质的填充物料表面和至少一个第二反射体上被反射； 接收单元，用于检测被反射的所述发射信号，其中所述发射信号为具有多个回声的回声曲线； 评估单元，用于执行追踪方法，以用于对在不同时间检测的回声曲线的分别产生于相同的反射体的回声进行分组，其中所述评估单元实施成执行下述步骤: (a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的所述发射信号在不同时间从所述发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至所述接收单元的运行时间； (b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系； (C)将另外的回声曲线的第一回声与所述第一轨迹相关联，其中所述另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线被接收； (d)通过在考虑所述第一轨迹的所述第一回声的位置和所述线性关系的情况下来计算期望位置，确定所述另外的回声曲线的第二回声的期望位置； (e)断定:所述第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果 是这种情况，将所述第二回声与所述第二轨迹相关联。
2.根据权利要求1所述的物位测量仪器，其中所述评估单元还实施成用于:为所述第一轨迹、所述第一回声和第三轨迹执行步骤(b)至(e)。
3.根据上述权利要求中的任一项所述的物位测量仪器，其中所述评估单元还实施成用于:为第三轨迹、所述另外的回声曲线的与所述第三轨迹相关联的第三回声以及为所述第二轨迹执行所述步骤(b)至(e)。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的物位测量仪器，其中，如果在步骤(e)中断定:所述回声的所确定的期望位置也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，那么将该所确定的期望位置评判为命中。
5.根据权利要求4所述的物位测量仪器，其中所述评估单元还实施成用于: 将 在多次执行所述步骤(b)至(e)之后命中的数量，其中将所述第一回声始终与所述第一轨迹相关联，直至已经考虑到所述回声曲线的全部另外的轨迹，与 在多次执行所述步骤(b)至(e)之后命中的数量，其中将所述第一回声始终与不同于所述第一轨迹的轨迹相关联，直至已经考虑到所述回声曲线的全部另外的轨迹， 进行比较。
6.根据权利要求4或5所述的物位测量仪器，其中所述评估单元还实施成用于:比较命中的数量，以用于评估所述回声与相应的所述轨迹正确关联的概率。
7.一种用于执行追踪方法的方法，以用于对时间上相继的回声曲线的产生于相同的反射部位的回声进行分组并且将回声与轨迹相关联，其中所述方法具有下述步骤: (a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同时间从发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间；(b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系； (C)将另外的回声曲线的第一回声与所述第一轨迹相关联，其中所述另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线被接收； (d)通过在考虑所述第一轨迹的所述第一回声的位置和所述线性关系的情况下来计算期望位置，确定所述另外的回声曲线的第二回声的期望位置； (e)断定:所述第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果是这种情况，将所述第二回声与所述第二轨迹相关联。
8.一种用于执行追踪方法的处理器，以用于对时间上相继的回声曲线的产生于相同的反射部位的回声进行分组并且将回声与轨迹相关联，其中所述方法具有下述步骤: (a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同时间从发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间； (b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系； (C)将另外的回声曲线的第一回声与所述第一轨迹相关联，其中所述另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线被接收； (d)通过在考虑所述第一轨迹的所述第一回声的位置和所述线性关系的情况下来计算期望位置，确定所述另外的回声曲线的第二回声的期望位置； (e)断定:所述第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果是这种情况，将所述第二回声与所述第二轨迹相关联。
9.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有程序，所述程序当其在运行时间物位测量仪器的处理器上执行时引导所述处理器执行下述步骤: (a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同时间从发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间； (b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系； (C)将另外的回声曲线的第一回声与所述第一轨迹相关联，其中所述另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线被接收； (d)通过在考虑所述第一轨迹的所述第一回声的位置和所述线性关系的情况下来计算期望位置，确定所述另外的回声曲线的第二回声的期望位置； (e)断定:所述第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如果是这种情况，将所述第二回声与所述第二轨迹相关联。
10.一种程序元件，所述程序元件当其在运行时间物位测量仪器的处理器上执行时引导所述处理器执行下述步骤: (a)确定第一组产生于第一反射体的回声的第一轨迹和第二组产生于第二反射体的回声的第二轨迹，其中每个轨迹描述相应的发射信号在不同时间从发射单元至与所述轨迹相关联的反射体并且返回至接收单元的运行时间； (b)确定所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的线性关系； (C)将另外的回声曲线的第一回声与所述第一轨迹相关联，其中所述另外的回声曲线在稍后的时间点作为时间上相继的回声曲线被接收；(d)通过在考虑所述第一轨迹的所述第一回声的位置和所述线性关系的情况下来计算期望位置，确定所述另外的回声曲线的第二回声的期望位置； (e)断定:所述第二回声的如此确定的期望位置是否也相应于所述另外的回声曲线的回声的实际位置，并且如 果是这种情况，将所述第二回声与所述第二轨迹相关联。
【文档编号】G01F23/284GK103748440SQ201280038603
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年8月4日
【发明者】罗兰·韦勒, 克里斯蒂安·霍费雷尔 申请人:Vega格里沙贝两合公司