專利名稱：用于判定或監(jiān)控介質(zhì)的預(yù)定填充水平、相界或密度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使用可振蕩單元來判定或監(jiān)控容器中介質(zhì)的預(yù)定填充水平、相界或密度的方法和設(shè)備，其中，可振蕩單元被置于預(yù)定填充水平的高度處或相界的高度處。如果保證可振蕩單元浸沒在介質(zhì)中，則本發(fā)明的方法和本發(fā)明的設(shè)備也可以用于測(cè)量介質(zhì)的
也/又。
背景技術(shù)：
已知用于檢測(cè)或監(jiān)控容器中介質(zhì)的填充水平、相界或密度的振動(dòng)檢測(cè)器或限制水平開關(guān)。這些都可以從LIQUIPHANT和S0LIPHANT名下的在許多實(shí)施例的受讓方獲得。振動(dòng)檢測(cè)器通常具有作為振蕩元件的振蕩桿或振蕩叉；振蕩元件被緊固到隔膜或隔板。而且，也已知有所謂的隔膜振蕩器，其中省略了額外的振蕩元件。隔膜被夾在傳感器外殼中，并且被電機(jī)或壓電驅(qū)動(dòng)器激勵(lì)以進(jìn)行振蕩。堆疊或雙壓電晶片驅(qū)動(dòng)器通常被用作發(fā)送/接收單元?？烧袷巻卧募?lì)發(fā)生在諧振頻率處，因此這里稱之為基波激勵(lì)，其中， 發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的相移通常在限定范圍內(nèi)。通常，這個(gè)范圍在46°和140°之間。被實(shí)現(xiàn)為填充水平測(cè)量裝置的振動(dòng)檢測(cè)器利用振蕩頻率和振蕩幅度依賴于振蕩元件的相應(yīng)覆蓋程度的效應(yīng)當(dāng)振蕩元件可以在空氣中自由且無阻尼地執(zhí)行其振蕩時(shí)，一旦當(dāng)它部分地或完全地浸沒在介質(zhì)中，則振蕩元件就經(jīng)歷頻率和幅度改變?；陬A(yù)定的頻率改變，因此可被明確地推斷容器中介質(zhì)的預(yù)定填充水平或預(yù)定相界水平的達(dá)到。而且，填充水平測(cè)量裝置主要被用作溢出保護(hù)，或用于保護(hù)以防止泵跑空的目的。而且，振蕩元件的振蕩還受介質(zhì)的相應(yīng)密度影響，因?yàn)橐苿?dòng)的質(zhì)量隨著密度而改變。在恒定的覆蓋程度的情況下，存在與介質(zhì)的密度的函數(shù)關(guān)系，因此使得振動(dòng)檢測(cè)器既適用于填充水平判定也適用于密度判定。在實(shí)際操作中，為了監(jiān)控和檢測(cè)容器中介質(zhì)的填充水平或密度，記錄隔膜的振蕩被記錄并通過至少一個(gè)壓電元件轉(zhuǎn)換為電接收信號(hào)。該電接收信號(hào)然后被評(píng)估電子裝置評(píng)估。在填充水平判定的情況下，評(píng)估電子裝置監(jiān)控振蕩元件的振蕩頻率和/或振蕩幅度，并且一旦測(cè)量值低于或超過預(yù)定參考值時(shí)就發(fā)信號(hào)通知“傳感器被覆蓋”狀態(tài)或“傳感器未被覆蓋”狀態(tài)。對(duì)于操作人員的對(duì)應(yīng)的報(bào)告可以經(jīng)由光學(xué)和/或聲學(xué)途徑來發(fā)生。替代地或補(bǔ)充地，觸發(fā)切換操作；例如，打開或關(guān)閉在容器上的進(jìn)送閥或放泄閥。如上所述的用于測(cè)量填充水平、相界水平或密度的裝置被應(yīng)用在工業(yè)的許多領(lǐng)域中，例如，被應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)或水處理。被監(jiān)控的填充物質(zhì)的范圍涵蓋水以及酸乳、油漆和涂漆，還有諸如蜂蜜的高粘度介質(zhì)和諸如啤酒的強(qiáng)發(fā)泡介質(zhì)?，F(xiàn)有的振動(dòng)檢測(cè)器按模擬部件構(gòu)造的閉合振蕩電路來區(qū)分。為了能夠操作不同類型的振動(dòng)檢測(cè)器，這些模擬部件必須盡可能最佳地匹配到振動(dòng)檢測(cè)器的相應(yīng)實(shí)施例。除了別的因素之外，可振蕩單元的具體幾何形狀起到很大作用。此外，還提供微控制器，用于執(zhí)行所確定的頻率的評(píng)估，并且控制與中央計(jì)算機(jī)的通信。除了開發(fā)時(shí)間和資金的高開銷，如上所述的各解決方案還沒有所期望的高度靈活
4和緊湊的構(gòu)造形狀。因此，已知的振動(dòng)檢測(cè)器經(jīng)常僅能夠表述可振蕩元件是否被覆蓋。而且，經(jīng)常將專用電子部件用于控制/評(píng)估單元，這是不利的，因?yàn)檫@些部件具有較為嚴(yán)格的部件容限。同樣不利的是，在包括電子部件的現(xiàn)有檢測(cè)器的情況下，沒有針對(duì)逆向工程的保護(hù)競(jìng)爭(zhēng)者在不必詳細(xì)了解該檢測(cè)器的功能原理的情況下，就可以利用對(duì)各部件的了解來復(fù)制該振動(dòng)檢測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備，該方法和設(shè)備允許利用大部分相同的控制 /評(píng)估單元來配備不同類型的振動(dòng)檢測(cè)器。關(guān)于所述方法，通過包括下述內(nèi)容的特征來實(shí)現(xiàn)所述目的通過在可振蕩單元的工作范圍中的可預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率掃描操作，使用在時(shí)間上相繼的一個(gè)接著一個(gè)的離散激勵(lì)器頻率把可振蕩單元激勵(lì)成振蕩；以被接收信號(hào)的形式來接收可振蕩單元的對(duì)應(yīng)的振蕩；并且，在頻率掃描操作中確定激勵(lì)器頻率，其中，可振蕩單元使用發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間具有預(yù)定相移的振蕩頻率來振蕩?；蛘?，發(fā)送/接收單元激勵(lì)可振蕩單元以使用確定的振蕩頻率來振蕩(在填充水平測(cè)量中或在相界水平監(jiān)控中)，或者開始隨后的頻率掃描操作，從而進(jìn)行持久的頻率掃描(在密度測(cè)量中)。特別地，具有預(yù)定相移的可振蕩單元的振蕩頻率是在預(yù)定相移下的基本模式—— 基波激勵(lì)——的振蕩頻率，或者，它是在預(yù)定相移下的較高模式——諧波激勵(lì)——的振蕩頻率。本發(fā)明的方法的一種有益實(shí)施例提供了 當(dāng)可振蕩單元在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的振蕩頻率之外振蕩時(shí)，重新開始頻率掃描，直到找到合適的振蕩頻率。與已知的模擬振動(dòng)檢測(cè)器不同，本發(fā)明的解決方案主要以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)。獨(dú)立于當(dāng)前阻尼，以發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的振蕩頻率來操作該可振蕩單元。確定可振蕩單元的每一個(gè)當(dāng)前振蕩頻率，例如，當(dāng)前諧振頻率。為此，完全地掃描可振蕩單元的頻率的工作范圍。此外，為了確定可振蕩單元的當(dāng)前諧振頻率，必須使得可振蕩單元的振蕩不受噪聲和干擾信號(hào)的影響。如上所述的各種現(xiàn)有振動(dòng)檢測(cè)器具有閉合的振蕩電路，閉合的振蕩電路包括可振蕩單元和控制/評(píng)估單元。在此，在可振蕩單元的工作范圍中的諧振頻率自動(dòng)地調(diào)諧到發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的固定相移。與此不同，通過本發(fā)明的數(shù)字設(shè)備來預(yù)定確定頻率的振蕩和與之耦合的確定相位關(guān)系。實(shí)現(xiàn)可振蕩單元的強(qiáng)制激勵(lì)。然后，可振蕩單元掃掠其整個(gè)頻率工作范圍，即，通過彼此靠近地間隔開的相繼的離散頻率的激勵(lì)來按時(shí)間確定可振蕩單元的當(dāng)前諧振頻率。這種方法也被稱為頻率掃掠。優(yōu)選的是，通過評(píng)估由發(fā)送/接收單元接收的被接收信號(hào)的幅度來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率。替代地，通過評(píng)估發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的相移來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下可振蕩單元的振蕩頻率。 因此，在諧振以及無諧振的情況下，在接收信號(hào)中都產(chǎn)生180°的相移。本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例提供了完全在數(shù)字化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的解決方案。在該情況下，接收信號(hào)被模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，并且進(jìn)一步被純數(shù)字化處理。替代地，存在用于通過可切換電路的變化形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的解決方案的機(jī)會(huì)。為此，可以大部分地保留模擬電路技術(shù)；每一個(gè)所需要的信號(hào)路徑被微控制器控制，并且通過模擬開關(guān)來布置以使得每一個(gè)所要求的電路部分可以被置于信號(hào)路徑內(nèi)。然而，優(yōu)選的是，本發(fā)明的解決方案的控制/評(píng)估單元被實(shí)現(xiàn)為數(shù)字電路，特別是實(shí)現(xiàn)為數(shù)字信號(hào)處理器DSP、FPGA、FPAA或PSoC——芯片上的可編程系統(tǒng)。在一個(gè)集成電路中，可配置的模擬和數(shù)字資源與微控制器一起被布置在PSoC中。因?yàn)閮H需要較少的外部部件，所以這種PSoC選擇節(jié)省了許多空間，而且節(jié)省了成本。在本發(fā)明的一個(gè)有益實(shí)施例中，通過相位選擇整流來實(shí)現(xiàn)發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的相移的評(píng)估，該相位選擇整流產(chǎn)生與相位和幅度成比例的直流電壓。在該情況下，通過發(fā)送/接收單元的接收信號(hào)和從發(fā)送單元得到的信號(hào)來形成相位選擇整流器的接收信號(hào)。 所得到的信號(hào)優(yōu)選地是周期方波或正弦信號(hào)。而且，在頻率掃描期間，掃掠可振蕩單元的工作范圍中的頻率范圍。在本發(fā)明的方法的第一種形式的實(shí)施例中，基于兩個(gè)頻率來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率，該兩個(gè)頻率相對(duì)于發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率基本上對(duì)稱，并且在該兩個(gè)頻率處，達(dá)到或超過接收信號(hào)的幅度或與相位成比例直流電壓的預(yù)定閾值。本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例提供了 由相位選擇整流器產(chǎn)生的相位選擇信號(hào)被劃分為正信號(hào)部分和負(fù)信號(hào)部分；形成正信號(hào)成分的包絡(luò)曲線和負(fù)信號(hào)成分的包絡(luò)曲線；相加兩個(gè)包絡(luò)曲線；并且，基于相加信號(hào)來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的當(dāng)前諧振頻率。在此使用包絡(luò)曲線檢測(cè)器來執(zhí)行該方法。該相加信號(hào)總是在某個(gè)頻率具有最大幅度，在該頻率處，發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的相移對(duì)應(yīng)于預(yù)定的期望的相移?？梢越?jīng)由二極管和其后連接的RC單元來實(shí)現(xiàn)包絡(luò)曲線檢測(cè)器。根據(jù)操作二極管的方向，可以排他地使所施加信號(hào)的正部通過或使負(fù)部通過。所連接的RC單元從產(chǎn)生的輸出信號(hào)確定包絡(luò)曲線。需要兩個(gè)包絡(luò)曲線檢測(cè)器，以便確定相位選擇信號(hào)的負(fù)部和正部。為了避免二極管切斷相位選擇信號(hào)的一部分，在給定情況下，向相位選擇信號(hào)施加直流電壓。關(guān)于所述設(shè)備，通過包括下述內(nèi)容的特征來實(shí)現(xiàn)該目的提供發(fā)送/接收單元；發(fā)送/接收單元在可振蕩單元的工作范圍中的可預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率掃描操作中，使用一個(gè)接著一個(gè)的相繼的離散激勵(lì)器頻率來把可振蕩單元激勵(lì)成振蕩，并且接收可振蕩單元的對(duì)應(yīng)振蕩；提供了控制/評(píng)估單元，其確定激勵(lì)器頻率，由此可振蕩單元以具有發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移的振蕩頻率來振蕩；并且，發(fā)送/接收單元激勵(lì)可振蕩單元使得其使用發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的所確定的振蕩頻率來振蕩。而且，控制/評(píng)估單元也被實(shí)現(xiàn)為，使得其在頻率掃描操作期間，經(jīng)由發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位或接收信號(hào)的幅度的評(píng)估來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率。本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點(diǎn)被概括如下-控制/評(píng)估單元包括用于可振蕩單元的所有實(shí)施例和用于振動(dòng)檢測(cè)器的所有應(yīng)用領(lǐng)域的相同部件。本發(fā)明的解決方案因此是能夠平臺(tái)化的。-通過控制/評(píng)估單元的數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)關(guān)于振動(dòng)檢測(cè)器的功能的高靈活性；可獲得自由的可擴(kuò)展性，可以自由地選擇相移，并且，提供數(shù)字接口。-提供了復(fù)制保護(hù)，因?yàn)橹挥懈冻龊艽蟮膭趧?dòng)才能對(duì)控制/評(píng)估單元逆向工程化。-通常，被布置在電路板上的控制/評(píng)估單元是緊湊的。-可以省略具有較高部件容差的昂貴的特殊部件。在本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)有益實(shí)施例中，提供了具有相位選擇整流器的控制/評(píng)估單元，其中，所述整流器產(chǎn)生相位選擇直流電壓。低通濾波器和比較器連接到該相位選擇整流器。而且，提供了微控制器，該微控制器基于兩個(gè)頻率來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率，該兩個(gè)頻率相對(duì)于諧振頻率是對(duì)稱的，并且在該兩個(gè)頻率處，達(dá)到或超過接收信號(hào)的幅度或整流器的與相位成比例的直流電壓的預(yù)定閾值。而且，該相位選擇檢測(cè)器包括乘法器；用于參考信號(hào)的產(chǎn)生器單元，經(jīng)由微控制器能夠調(diào)整其時(shí)鐘頻率；能夠被微控制器和低通濾波器來控制的相移器，其中，所述乘法器將參考信號(hào)(該參考信號(hào)在每種情況下都具有由微控制器預(yù)定的時(shí)鐘頻率)乘以接收信號(hào)；其中，該相移器調(diào)整參考信號(hào)和接收信號(hào)的相位關(guān)系；并且其中，在觸發(fā)器后連接的第一低通濾波器的輸出處能夠分接與相位成比例的直流電壓。而且，當(dāng)用作閾值檢測(cè)器并且其輸出信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)到微處理器的比較器連接在低通濾波器之后時(shí)，本發(fā)明被認(rèn)為是有益的，其中，微控制器基于在頻率掃描操作期間確定的第一閾值和第二閾值的平均值來確定發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的當(dāng)前振蕩頻率。如上所述的解決方案的有益的進(jìn)一步發(fā)展提供了 第二低通濾波器連接在相移器之后；在第二低通濾波器的輸出處存在正弦波信號(hào)；發(fā)送/接收單元使用該正弦波信號(hào)激勵(lì)可振蕩單元，使得用發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的當(dāng)前振蕩頻率來振蕩。本發(fā)明的設(shè)備的替代實(shí)施例提供了控制/評(píng)估單元，該控制/評(píng)估單元產(chǎn)生相位選擇整流信號(hào)。然后，將相位選擇信號(hào)劃分為正信號(hào)部分和負(fù)信號(hào)部分；隨后，確定和相加正信號(hào)成分的包絡(luò)曲線和負(fù)信號(hào)成分的包絡(luò)曲線?；谙嗉有盘?hào)，控制/評(píng)估單元確定在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移下的可振蕩單元的振蕩頻率。


現(xiàn)在基于附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的框圖；圖2是作為頻率函數(shù)的相位選擇整流器的與相位成比例的直流電壓的曲線的示意表不；圖3是用于相對(duì)于在圖1和圖2中所示的形式的實(shí)施例的可視化本發(fā)明的方法的流程圖；圖4是用于實(shí)現(xiàn)相位選擇整流的目的的框圖；圖如是示出作為時(shí)間函數(shù)的輸入信號(hào)和矩形信號(hào)的幅度的相關(guān)性的圖；圖4b是示出在可振蕩單元在空氣中無阻尼地振蕩時(shí)的情況下作為時(shí)間函數(shù)的相位選擇開關(guān)/整流器的輸出信號(hào)的幅度的相關(guān)性的圖；圖fe是在可振蕩單元在空氣中無阻尼地振蕩的情況下的相位選擇整流器的輸出信號(hào)的幅度的表示，其中，掃掠時(shí)間是1秒，并且相位選擇整流器被設(shè)置為90°檢測(cè)；圖恥是在可振蕩單元在空氣中無阻尼地振蕩的情況下的相位選擇整流器的輸出信號(hào)的幅度的表示，其中，掃掠時(shí)間是0. 1秒，并且相位選擇整流器被設(shè)置為90°檢測(cè)；圖6是根據(jù)第二實(shí)施例的本發(fā)明的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的框圖?？烧袷巻卧?未示出)的接收信號(hào) E被饋送到放大器1的輸入。放大器1用于匹配在可振蕩單元的接收單元E——通常是至少一個(gè)壓電元件——和控制/評(píng)估單元10之間的阻抗和幅度。乘法器2將接收單元E的信號(hào)乘以數(shù)字頻率產(chǎn)生器3的周期信號(hào)，該周期信號(hào)在此是矩形信號(hào)，并且乘法器2連接在放大器1之后。乘法器2的輸出信號(hào)將在放大器1的輸出信號(hào)和數(shù)字頻率產(chǎn)生器3的輸出信號(hào)之間的相差或相移示出為直流電壓成分。這個(gè)直流電壓成分被低通濾波器7濾出。乘法器2和低通濾波器7與相移器4 一起形成相位選擇整流器11。數(shù)字頻率產(chǎn)生器3產(chǎn)生用于可振蕩單元的強(qiáng)制激勵(lì)的參考矩形信號(hào)。可變相移器 4設(shè)置接收單元E的信號(hào)和發(fā)送單元S的信號(hào)之間的相差，使得利用用于該直流電壓成分的兩個(gè)信號(hào)的相乘來產(chǎn)生特定電平?？梢园阉鱿嗖钤O(shè)置為任何期望值。低通濾波器5把頻率產(chǎn)生器3的矩形信號(hào)轉(zhuǎn)換為正弦波類信號(hào)。在此執(zhí)行所謂的諧波抑制。放大器6繼而用于匹配發(fā)送單元S的信號(hào)的阻抗和幅度。微控制器9用于控制用來確定當(dāng)前諧振頻率的掃描方法。而且，它與在圖1中未示出的上級(jí)控制單元進(jìn)行通信。根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行頻率掃描(frequency scanning)操作，即所謂的掃掠(swe印)， 以使得找到可振蕩單元的當(dāng)前諧振頻率。經(jīng)由微控制器9的軟件來調(diào)諧由數(shù)字頻率產(chǎn)生器 3產(chǎn)生的信號(hào)的頻率。因此，產(chǎn)生在圖2中所示的相位選擇直流電壓的曲線。比較器8把相位選擇或與相位成比例的直流電壓與預(yù)定閾值S作比較。當(dāng)達(dá)到第一閾值Sl時(shí)，掃掠暫停，并且頻率fl被存儲(chǔ)在與微控制器9相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)元件中。其后， 繼續(xù)掃掠，直到達(dá)到第二閾值S2。屬于第二閾值S2的頻率f2同樣被存儲(chǔ)。然后，從兩個(gè)頻率值Si、S2計(jì)算算術(shù)平均值。優(yōu)選的是，從高頻向低頻執(zhí)行這種掃掠。調(diào)諧與可振蕩單元的當(dāng)前諧振頻率fK對(duì)應(yīng)的被確定的頻率；可振蕩單元被激勵(lì)， 使得使用所確定的當(dāng)前諧振頻率fK來振蕩。一旦可振蕩單元的諧振頻率改變，則執(zhí)行下一個(gè)掃掠?？梢园慈舾煞浅２煌姆绞絹韺?shí)現(xiàn)可振蕩單元，如在本說明書的前述部分中所述那樣。本發(fā)明的解決方案特別不同之處在于是第一次有可能利用至少幾乎一致的相同電子裝置來裝配不同的振蕩系統(tǒng)。本發(fā)明的設(shè)備或本發(fā)明的方法提供了在填充水平測(cè)量、相界水平測(cè)量或密度測(cè)量的領(lǐng)域中使用的、用于最廣泛變化的振蕩系統(tǒng)的通用平臺(tái)。在圖3中示出給出本發(fā)明的方法的獨(dú)立步驟的流程圖。因?yàn)樵摿鞒虉D是自我解釋的，所以在此省略重復(fù)。圖4示出在機(jī)械無阻尼的振蕩系統(tǒng)的情況下的相位選擇整流的框圖。發(fā)送/接收單元S/E發(fā)送激勵(lì)器信號(hào)到隔膜，并且可振蕩單元被固定到該隔膜，利用該激勵(lì)器信號(hào)激勵(lì)可振蕩單元以振蕩。諸如噪聲和網(wǎng)絡(luò)蜂叫音的干擾信號(hào)被疊加于50Hz的發(fā)送/接收單元S/E的輸出信號(hào)上。被疊加干擾信號(hào)的這個(gè)輸出信號(hào)與90°的相移的激勵(lì)器信號(hào)一起被饋送到相位選擇開關(guān)。因?yàn)樵跓o阻尼情況下的本征頻率的相移是90°，所以預(yù)期在諧振情況下的相位選擇整流信號(hào)僅包括正半波，并且也在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有最大幅度。在圖如和圖 4b中提供了對(duì)應(yīng)的圖。根據(jù)掃描時(shí)間，因此其中執(zhí)行可振蕩單元的工作范圍內(nèi)從最低至最高頻率的掃描的時(shí)間段，出現(xiàn)最大幅度的諧振頻率移位。而且，作為機(jī)械振蕩系統(tǒng)的延遲的“存儲(chǔ)時(shí)間”的結(jié)果，本征頻率移位。諧振頻率被定義為在最大幅度的時(shí)間點(diǎn)處的輸出信號(hào)的頻率；本征頻率被定義為在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的90°的相位旋轉(zhuǎn)的頻率。存在由可振蕩單元的強(qiáng)制激勵(lì)引起的諧振頻率和本征頻率的移位。作為這些移位的結(jié)果，相位選擇信號(hào)的正部在不同于該信號(hào)的負(fù)部具有其零交點(diǎn)時(shí)候的另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)具有其最大值。在圖fe和圖恥中示出這個(gè)方面，圖fe和圖恥示出在1秒和0. 1秒的兩個(gè)不同掃掠速度的情況下的相位選擇信號(hào)的行為。由此另外使借助于比較器確定諧振頻率的困難在于除了對(duì)掃掠時(shí)間的依賴性之外，相位選擇直流電壓的幅度也對(duì)于可振蕩單元所接觸的介質(zhì)的阻尼具有強(qiáng)依賴性。作為相移和幅度變化的結(jié)果，使得利用低通濾波器和比較器的精確評(píng)估變得困難。結(jié)果，在圖1至圖3中所示的解決方案具有其局限，特別是在高掃掠速度的情況下。為了也能夠在高掃掠時(shí)間的情況下應(yīng)用本發(fā)明的方法，在圖6中示出替代解決方案。相位選擇整流信號(hào)被分離為其正信號(hào)分量和其負(fù)信號(hào)分量。然后，相加該兩個(gè)信號(hào)分量。因?yàn)檎盘?hào)成分和負(fù)信號(hào)成分的最大值相對(duì)于彼此移位，所以該兩個(gè)信號(hào)分量的包絡(luò)曲線首先被確定，然后被相加，即，實(shí)際上計(jì)算差。模擬或數(shù)字包絡(luò)曲線檢測(cè)器確定包絡(luò)曲線。結(jié)果產(chǎn)生的和/差信號(hào)在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的分別設(shè)置的預(yù)定相移處具有其最大值。優(yōu)選的是，相移是90°。附圖標(biāo)記的列表1 放大器2乘法器3數(shù)字頻率產(chǎn)生器4相移器5第二低通濾波器6放大器7第一低通濾波器8 比較器9微控制器10控制/評(píng)估單元11相位選擇整流器E 接收單元S發(fā)送單元
權(quán)利要求
1.一種用于使用可振蕩單元來判定或監(jiān)控容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平、相界或密度的方法，其中，所述可振蕩單元被布置在所述預(yù)定填充水平的高度處；其中，通過在所述可振蕩單元的工作范圍中的可預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率掃描操作(掃掠)，相繼地使用一個(gè)接一個(gè)的離散激勵(lì)器頻率來激勵(lì)所述可振蕩單元以使得振蕩；其中，以被接收信號(hào)的形式來接收所述可振蕩單元的對(duì)應(yīng)的振蕩；其中，在所述頻率掃描操作中確定激勵(lì)器頻率，由此所述可振蕩單元使用具有在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移的振蕩頻率來振蕩；并且其中， 發(fā)送/接收單元(S/E)激勵(lì)所述可振蕩單元以使用所確定的振蕩頻率來振蕩，或者其中，開始隨后的頻率掃描操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)所述可振蕩單元在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的振蕩頻率之外振蕩時(shí)，開始新的頻率掃描操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過評(píng)估由所述發(fā)送/接收單元(S/E)接收的被接收信號(hào)的幅度，來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述振蕩頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過評(píng)估在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的相移來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述振蕩頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，通過相位選擇整流器來執(zhí)行在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述相移的評(píng)估，所述相位選擇整流器產(chǎn)生與所述相位和幅度成比例的直流電壓；并且，其中，使用所述發(fā)送/接收單元(S/E)的接收信號(hào)和從所述發(fā)送單元得出的信號(hào)來形成相位選擇整流器(11)的接收信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的方法，其中，在頻率掃描操作期間，經(jīng)歷所述可振蕩單元的所述工作范圍中的所述頻率范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，基于兩個(gè)頻率來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率，在所述兩個(gè)頻率處， 達(dá)到或超過所述接收信號(hào)的幅度或所述與相位成比例直流電壓的預(yù)定閾值，所述兩個(gè)頻率相對(duì)于所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述振蕩頻率基本上對(duì)稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4的一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其中，由所述相位選擇整流器(11)產(chǎn)生的所述相位選擇信號(hào)被劃分為正信號(hào)部分和負(fù)信號(hào)部分；其中，形成正信號(hào)成分的包絡(luò)曲線和負(fù)信號(hào)成分的包絡(luò)曲線；其中，相加所述兩個(gè)包絡(luò)曲線；并且其中，基于相加信號(hào)來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率。
9.一種用于使用可振蕩單元來判定或監(jiān)控容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平、相界或密度的設(shè)備，其中，所述可振蕩單元被布置在所述預(yù)定填充水平的高度處；其中，提供發(fā)送/接收單元(S/E)，所述發(fā)送/接收單元(S/E)在所述可振蕩單元的工作范圍中的可預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率掃描操作中相繼地使用一個(gè)接一個(gè)的離散激勵(lì)器頻率來激勵(lì)所述可振蕩單元以使得振蕩，并且所述發(fā)送/接收單元(S/E)接收所述可振蕩單元的對(duì)應(yīng)的振蕩；其中，提供控制/評(píng)估單元(10)，所述控制/評(píng)估單元(10)確定所述激勵(lì)器頻率，由此所述可振蕩單元用具有在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移的振蕩頻率來振蕩；并且其中，所述發(fā)送 /接收單元(S/E)激勵(lì)所述可振蕩單元，使得使用所確定的振蕩頻率在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下振蕩。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，控制/評(píng)估單元(10)被實(shí)現(xiàn)為使得其通過在所述頻率掃描操作期間評(píng)估在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的相位或所述接收信號(hào)的幅度，來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中，控制/評(píng)估單元具有相位選擇整流器 (11)，所述相位選擇整流器(11)產(chǎn)生相位選擇直流電壓；其中，低通濾波器⑵和比較器 (8)連接在所述相位選擇整流器(11)之后；并且其中設(shè)置微控制器(9)，所述微控制器(9) 基于兩個(gè)頻率來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率，所述兩個(gè)頻率相對(duì)于諧振頻率對(duì)稱，并且，在所述兩個(gè)頻率處，達(dá)到或超過所述接收信號(hào)或所述相位選擇整流器(11)的與相位成比例的直流電壓的幅度的預(yù)定閾值(Si，S2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中，提供了產(chǎn)生相位選擇整流信號(hào)的控制/評(píng)估單元；所述控制/評(píng)估單元將所述相位選擇信號(hào)劃分為正信號(hào)部分和負(fù)信號(hào)部分；所述控制/評(píng)估單元確定和相加正信號(hào)成分的包絡(luò)曲線和負(fù)信號(hào)成分的包絡(luò)曲線；并且，所述控制/評(píng)估單元基于相加信號(hào)來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-11的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其中，相位選擇整流器(11)包括乘法器O)、時(shí)鐘頻率能夠被微控制器(9)調(diào)整的用于產(chǎn)生參考信號(hào)的產(chǎn)生器單元(3)、能夠被微控制器(9)控制的相移器(4)和低通濾波器(5)；其中，乘法器( 將所述參考信號(hào)乘以所述接收信號(hào)，所述參考信號(hào)在每種情況下都具有由所述微控制器(9)預(yù)定的時(shí)鐘頻率；其中，所述相移器(4)調(diào)整所述參考信號(hào)和所述接收信號(hào)的相位關(guān)系；并且其中，在第一低通濾波器(7)的輸出處能夠分接所述與相位成比例的直流電壓，所述第一低通濾波器 (7)連接在所述乘法器( 之后。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其中，比較器(8)連接在所述低通濾波器(7)之后；比較器(8)作為閾值檢測(cè)器，并且其輸出信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)到微控制器(9)；其中，微控制器(9)基于在所述頻率掃描操作(掃掠)期間確定的第一閾值(Si)和第二閾值(S2) 的平均值來確定在所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的當(dāng)前振蕩頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，第二低通濾波器( 連接到相移器，其輸出存在正弦波信號(hào)；所述發(fā)送/接收單元(S/E)使用所述正弦波信號(hào)激勵(lì)所述可振蕩單元， 以用所述發(fā)送信號(hào)和所述接收信號(hào)之間的所述預(yù)定相移下的所述可振蕩單元的當(dāng)前振蕩頻率來振蕩。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求9-15的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其中，所述控制/評(píng)估單元被實(shí)現(xiàn)為數(shù)字電路，特別是實(shí)現(xiàn)為數(shù)字信號(hào)處理器DSP、FPGA或PSoC。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求的一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其中，具有預(yù)定相位的所述可振蕩單元的所述振蕩頻率是在所述預(yù)定相移下的基本模式的振蕩頻率或較高模式的振蕩頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用可振蕩單元來確定或監(jiān)控在容器中的介質(zhì)的預(yù)定填充水平、相界或密度的方法和設(shè)備，其中，可振蕩單元被置于預(yù)定填充水平的高度處；其中，在該可振蕩單元的工作范圍中的可預(yù)定頻帶內(nèi)的頻率掃描操作(掃掠)中，相繼地使用一個(gè)接一個(gè)的離散激勵(lì)器頻率來激勵(lì)可振蕩單元以使得振蕩；其中，以被接收信號(hào)的形式來接收該可振蕩單元的對(duì)應(yīng)的振蕩；其中，在該頻率掃描操作中確定激勵(lì)器頻率，由此該可振蕩單元使用具有在發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)之間的預(yù)定相移的振蕩頻率來振蕩；并且其中，發(fā)送/接收單元(S/E)激勵(lì)可振蕩單元，使得使用所確定的振蕩頻率來振蕩。
文檔編號(hào)G01N9/00GK102460089SQ201080024747
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者弗蘭克·魯瑙, 托比亞斯·布倫加藤納, 米歇爾·西格爾, 迪特馬爾·弗呂奧夫, 馬丁·烏爾班, 馬丁·霍爾滕巴赫 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司