用于確定散裝材料的表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置控制系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的參考 本申請(qǐng)主張2013年5月17日提交的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)案第13 168 360. 9號(hào)的權(quán)益，并且 將該申請(qǐng)案的全文以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及水平位測(cè)量（levelmeasurement)。特別地，本發(fā)明涉及用于確定儲(chǔ)存于容 器中的散裝材料（bulkmaterial)的表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置，涉及用于確定散裝材料 的體積流量的測(cè)量裝置的使用，涉及用于確定散裝材料的質(zhì)量的測(cè)量裝置的使用，涉及用 于確定散裝材料的表面的所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（topology)的方法，涉及程序元件且涉及計(jì)算機(jī) 可讀媒介。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲(chǔ)存于容器中或位于傳送帶上的散裝材料大體上具有不規(guī)則的粗糙表面。特別 地，當(dāng)該容器被填滿(mǎn)或被排空時(shí)可以形成大的尖端或中空凹陷。
[0003] 在此情況中，若僅確定距填充材料表面上的單一點(diǎn)的距離，物位測(cè)量裝置經(jīng)常不 準(zhǔn)確地判定水平位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是縮減用于確定散裝材料表面的拓樸結(jié)構(gòu)的時(shí)間。
[0005] 此目的是由獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)的?？蓮钠溆鄼?quán)利要求及以下說(shuō)明獲得本發(fā) 明的發(fā)展。
[0006] 本發(fā)明的第一方面指定用于確定儲(chǔ)存于容器中的散裝材料的表面的拓樸結(jié)構(gòu)的 測(cè)量裝置，該裝置包括天線(xiàn)配置、回波曲線(xiàn)產(chǎn)生單元及定位裝置。
[0007] 天線(xiàn)配置用于在天線(xiàn)配置的主要輻射方向上發(fā)射傳輸信號(hào)及用于接收至少在散 裝材料的表面上被反射的傳輸信號(hào)。被反射并被天線(xiàn)配置接收的傳輸信號(hào)亦可稱(chēng)為接收信 號(hào)。
[0008]回波曲線(xiàn)產(chǎn)生單元被構(gòu)造用來(lái)從被反射并被天線(xiàn)配置接收的傳輸信號(hào)產(chǎn)生回波 曲線(xiàn)。在本文中，回波曲線(xiàn)反映（即，對(duì)應(yīng)于）被反射的傳輸信號(hào)在測(cè)量裝置的距離測(cè)量 范圍上的信號(hào)強(qiáng)度或振幅。換言之，回波曲線(xiàn)使接收到的反射傳輸信號(hào)的振幅對(duì)路徑長(zhǎng)度 (其被從天線(xiàn)發(fā)射傳輸信號(hào)到接收該傳輸信號(hào)的對(duì)應(yīng)信號(hào)部分所覆蓋）的相依性成像。
[0009] 此類(lèi)型的回波曲線(xiàn)通常具有源于傳輸信號(hào)在填充材料表面上的反射的最大值 (峰值）。在回波曲線(xiàn)中亦可存在源于容器或其它反射器中的干涉點(diǎn)上的反射的進(jìn)一步的 最大值。
[0010] 以天線(xiàn)配置的主要輻射方向能夠憑借定位裝置（以能夠在不同的主要輻射方向 上產(chǎn)生一系列回波曲線(xiàn)的方式）而被改變的方式，能夠憑借定位裝置控制測(cè)量裝置或測(cè)量 裝置的部分或至少其天線(xiàn)。特別地，可提供單個(gè)的、機(jī)械或電子地"可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)"的天線(xiàn)。在 天線(xiàn)的機(jī)械樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的情況中，不需要使用天線(xiàn)陣列。
[0011] 樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)天線(xiàn)可以改變由測(cè)量裝置產(chǎn)生的傳輸信號(hào)的主要輻射方向。在本文中， 天線(xiàn)的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)亦可憑借如下配置實(shí)施：所述由至少一個(gè)輻射單元（例如，喇叭式天線(xiàn)）及 位于傳輸信號(hào)的射路徑上的用于改變傳輸信號(hào)的傳播方向的至少一個(gè)偏向元件（例如，金 屬板或鏡子或別的反射器）構(gòu)成。
[0012] 散裝材料表面的拓樸結(jié)構(gòu)能夠憑借評(píng)估單元而被確定。在本文中，散裝材料 表面或散裝材料的"拓樸結(jié)構(gòu)"是指表面輪廓，換言之，是指散裝材料表面的表面進(jìn)展 (progression)。可沿著線(xiàn)通過(guò)在表面上的一維掃描（在此情況下確定的表面輪廓是穿過(guò) 散裝材料的表面的平坦垂直剖面）或通過(guò)在表面上的二維掃描（與上述在該表面上的一維 掃描相對(duì)照）而確定所述表面進(jìn)展。因此在此情況中，三維地確定散裝材料表面的拓樸結(jié) 構(gòu)。
[0013] 現(xiàn)在為了二維地或三維地確定散裝材料表面的拓樸結(jié)構(gòu)，評(píng)估單元可（例如）被 構(gòu)造為執(zhí)行以下步驟：
[0014]首先，建立第一距離單元（distancecell)，其是回波曲線(xiàn)中的特定的距離間隔， 即，回波曲線(xiàn)的區(qū)段。在下一步驟中，在該系列回波曲線(xiàn)的每一回波曲線(xiàn)中分析此距離單 元，使得能夠通過(guò)與在第一距離單元內(nèi)的其余回波曲線(xiàn)的比較而確定具有最大信號(hào)強(qiáng)度 的回波曲線(xiàn)。由于在特定的主要輻射方向上接收各回波曲線(xiàn)，故可由主要輻射方向的定向 清楚無(wú)誤地識(shí)別每一回波曲線(xiàn)。亦可確定在距離單元中的最大信號(hào)強(qiáng)度的值及（視情況） 精確位置。
[0015] 下文中，此類(lèi)型的測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)意味著表示生成對(duì)應(yīng)的回波曲線(xiàn)的主要輻射方向 的特征的角度及最大信號(hào)強(qiáng)度在回波曲線(xiàn)中的位置（"定位"）。信號(hào)強(qiáng)度值代表著回波曲 線(xiàn)在最大信號(hào)強(qiáng)度的位置處的振幅。此"位置"等同于與最大信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的距離。
[0016]其后可針對(duì)回波曲線(xiàn)的其它距離單元執(zhí)行上文說(shuō)明的步驟。
[0017] 因此，能夠進(jìn)行上述的步驟將回波曲線(xiàn)細(xì)分為連續(xù)布置的多個(gè)距離單元或至少將 回波曲線(xiàn)的特定部分細(xì)分為多個(gè)距離單元。
[0018]換言之，多個(gè)回波曲線(xiàn)分別以不同的角度（換言之，以天線(xiàn)配置的不同的主要輻 射方向）被接收?？赏ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線(xiàn)配置及/或反射器（所述反射器在傳輸信號(hào)從天 線(xiàn)至散裝材料表面的路徑上反射傳輸信號(hào)）而機(jī)械地提供天線(xiàn)配置的主要輻射方向。例 如，還能夠通過(guò)提供相應(yīng)受控的天線(xiàn)陣列而電子地調(diào)整主要輻射方向。
[0019] 在接收到所述一系列回波曲線(xiàn)之后，限定回波曲線(xiàn)的第一距離單元，且隨后，針對(duì) 各個(gè)回波曲線(xiàn)確定在此距離單元中的回波曲線(xiàn)的最大值。接著，確定各種回波曲線(xiàn)中哪一 個(gè)最大值是最大的最大值，且確定其坐標(biāo)。隨后針對(duì)其它距離單元執(zhí)行這些步驟。根據(jù)天 線(xiàn)的主要輻射方向是在空間中的一個(gè)方向上還是兩個(gè)方向上改變，能夠由此計(jì)算散裝材料 表面的剖面線(xiàn)或三維表示。
[0020] 評(píng)估單元可以被構(gòu)造為使用在上文說(shuō)明的步驟中獲得的數(shù)據(jù)確定位于容器中的 散裝材料的水平位及/或散裝材料的體積。
[0021 ] 亦可自然地通過(guò)執(zhí)行不同的方法確定散裝材料表面的拓樸結(jié)構(gòu)。
[0022] 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，所述定位裝置包括控制系統(tǒng)，其被構(gòu)造用來(lái)以能夠使用 所述一系列回波曲線(xiàn)的產(chǎn)生的回波曲線(xiàn)盡可能大的比例確定拓樸結(jié)構(gòu)的方式來(lái)改變所述 天線(xiàn)配置的所述主要輻射方向。
[0023] 換言之，控制系統(tǒng)經(jīng)組態(tài)以確保僅實(shí)際上為判定拓樸結(jié)構(gòu)所必要且期望之散裝材 料表面之區(qū)域由天線(xiàn)配置掃描（主要輻射方向偏向至此等區(qū)域上）。例如，控制系統(tǒng)可以防 止天線(xiàn)配置的主要輻射方向超出散裝材料表面。
[0024]總體而言，這意味著能夠大幅減少在用于確定散裝材料表面的測(cè)量循環(huán)中取樣的 測(cè)量曲線(xiàn)的數(shù)目。這能夠?qū)е赂焖俅_定散裝材料表面拓樸結(jié)構(gòu)且因此更快速確定儲(chǔ)存于 容器中的散裝材料的料位或更快速判定在傳送帶上的散裝材料的質(zhì)量流量，其涉及盡可能 少的測(cè)量時(shí)間。
[0025] 如果例如在待確定的拓樸結(jié)構(gòu)的合適的最小分辨率下，在兩個(gè)空間方向上的主要 輻射方向在180度的范圍上變化，則為此目的取樣的回波曲線(xiàn)的數(shù)目超過(guò)30000個(gè)（假定 一網(wǎng)格1度的級(jí)距）。假定每秒檢測(cè)兩個(gè)曲線(xiàn)，如在4-20mA電流環(huán)路用于測(cè)量值傳輸而不 為測(cè)量裝置提供電源時(shí)通常設(shè)置地那樣，確定拓樸結(jié)構(gòu)所需的所有測(cè)量曲線(xiàn)的取樣將花費(fèi) 超過(guò)15, 000秒。
[0026] 若現(xiàn)在縮減為此所需的測(cè)量時(shí)間，則可（例如）增大測(cè)量裝置之電源供應(yīng)。然而， 在此情況中，4-20mA測(cè)量環(huán)路將無(wú)法供應(yīng)足夠電源。
[0027] 然而，根據(jù)本發(fā)明，（至少大部分）僅檢測(cè)實(shí)際上用于確定拓樸結(jié)構(gòu)的回波曲線(xiàn)。 換言之，并不檢測(cè)測(cè)量裝置假定不適用于確定拓樸結(jié)構(gòu)的回波曲線(xiàn)，這是因?yàn)槠淠軌蛞暂^ 高的確定程度假定這些回波曲線(xiàn)不能有助于確定拓樸結(jié)構(gòu)，例如，因?yàn)橄嚓P(guān)的主要輻射方 向超出該散裝材料表面。
[0028]因此，可大幅減少取樣的回波曲線(xiàn)的數(shù)目。
[0029] 例如，用于改變天線(xiàn)配置的主要輻射方向的控制系統(tǒng)以這樣的方式構(gòu)造：由定位 裝置設(shè)定的所有主要輻射方向處于不觸及或不相交于容器中的由測(cè)量裝置最新確定的料 位上方的容器壁（或僅稍微觸及或相交）的三維空間內(nèi)。換言之，設(shè)定的不同主要輻射方 向始終朝向填充材