测试基于雷达的填充水平测量装置的功能性的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测试基于FMCW的填充状态测量装置的功能性的方法，该装置用于测量位于容器(1)中填充物质(2)的填充状态，本发明专利技术还涉及一种适合于执行这种方法的填充水平测量装置。为了测试功能性，产生微波信号(S2)，该信号的频率变化(f’2)不同于在常规测量操作期间所使用的测量信号(S1)的频率变化(f’1)。通过将来源于微波信号(S2)的差分信号(ZF2)的频率(f2)与指定的参考频率(fp)进行比较来确定填充状态测量装置的功能性。因此，填充状态测量装置自主地检测其功能或者是否已经出现了由装置内部干扰信号引起的错误。特别地，本发明专利技术在维持现场装置相关的安全标准方面提供了明显的优点。

Method of testing the functionality of radar based fill level measuring device

The invention relates to a method for testing the functionality of a filling state measurement device based on FMCW, which is used to measure the filling state of a filling material (2) in a container (1), and the invention also relates to a filling level measuring device suitable for executing this method. In order to test the functionality and produce a microwave signal (S2), the frequency change (f '2) of the signal is different from the frequency change (f' 1) of the measurement signal (S1) used during the routine measurement operation. The function of the filling state measurement device is determined by comparing the frequency (F2) of the differential signal (ZF2) derived from the microwave signal (S2) in the future with the specified reference frequency (FP). Therefore, the filling state measuring device autonomously detects its function or whether there has been any error caused by the interference signal inside the device. In particular, the invention provides obvious advantages in maintaining the relevant safety standards of the field devices.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测试基于雷达的填充水平测量装置的功能性的方法本专利技术涉及一种用于检查基于雷达的填充水平测量装置的功能性能力的方法，该装置用于测量位于容器中的填充物质的填充水平，本专利技术还涉及一种适合于执行这种方法的填充水平测量装置。用于记录和/或影响过程变量的现场装置频繁用在自动化技术特别是过程自动化技术中。在填充水平测量装置中，用于记录过程变量的是传感器，例如流量测量装置、压力和温度测量装置、pH氧化还原电位测量装置、电导率测量装置等，用于记录对应的过程变量、填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。用于影响过程变量的是致动器，诸如例如阀或泵，通过致动器可改变管道部分中的液体流动或容器中的填充水平。原则上靠近于过程应用并且传递或处理过程相关信息的所有装置都被称为现场装置。就本专利技术而言，术语现场装置因此也包括远程I/O、无线电适配器以及设置在现场水平的一般电子部件。大量的这种现场装置由Endress+Hauser公司制造和销售。在填充水平测量装置的情况下，非接触式测量方法是有利的，这是因为它们坚固并且具有低维护特征。进一步的优点是它们能够连续地测量填充水平，因此具有实质上无限高的分辨率。因此，在连续填充水平测量领域中主要采用了基于雷达的测量方法。在这种情况下，建立的测量原理是行进时间测量原理，也被称为脉冲雷达。在这种情况下，朝向填充物质发射雷达信号脉冲，并且测量直至接收到回波信号时的行进时间。这种测量原理能够使基于脉冲雷达的填充水平测量装置被具体实施，在其电路方面不用费很大力气。然而，这种类型的测量装置的分辨率有限。其一个原因是发射的微波信号脉冲不能无穷短。因此，行进时间的测量精度并因此填充水平的测量精度被降低。在脉冲雷达领域中使用了最多样化的方案来克服这些限制。许多方案旨在从脉冲中获得附加的相位信息，以便能够更准确地确定行进时间。在WO2013/092099A1中描述了这样一种方法，其中统计学地记录相位信息，以确定脉冲最大值的确切时间点。然而，在这个方向发展的方案需要更复杂的评估电路。这样就丧失了脉冲雷达方法的实际优点，即易于电路实现的机会。在可以容忍更复杂的电路技术的范围内，对于基于雷达的填充水平测量而言有利的是FMCW方法，其原则上能够实现更高的分辨率。基于FMCW的雷达测距方法涉及连续地发射高频微波信号。在这种情况下，信号的频率位于标准化基频(f0)区域内的固定频率带中。根据标准，使用了6-GHz区域、26-GHz区域和79-GHz区域内的频率带。FMCW方法的特点是发射频率不是恒定的，而是在频率带内周期性地变化。在这种情况下，变化可以是线性的并且具有锯齿形或三角形的形状，或者正弦形状，这取决于应用。如同脉冲雷达的情况，在基于FMCW的填充水平测量方法的情况下还存在一个特殊的挑战，即因为干扰信号，无法在不怀疑识别的正确性的情况下识别测量信号。因此可能产生了有缺陷的测量值，以此为基础，降低了填充水平测量装置的功能性能力。在这种情况下，一个重要的原因是接收干扰回波信号，干扰回波信号不是出现在填充物质的表面上，而是由发射的信号在诸如安装在容器中的搅拌器或其他物体的干扰体上的反射而引起的。多年来已经开发了许多用于识别和滤除这些类型的干扰回波信号的技术方法。因此，从WO2012/139852A1中获知一种用于校准基于FMCW的填充水平测量装置的方法，在该方法中，借助于定位在测量装置和填充物质之间的摆动的参考反射镜而产生明确的校准信号。然而，除了由发射的信号的反射所引起的干扰回波信号之外，还存在着直接影响填充水平测量装置的接收电子装置的其他类型的干扰信号。这样类型的一种干扰信号是外部穿透的电磁干扰辐射。然而，干扰信号的另一个来源可能是填充水平测量装置中的有缺陷的高频分量。结果，当检测到可能有效的接收信号时，导致输出相应的错误的填充水平测量值，这尤其与安全性有关。目前的安全规范要求填充水平测量装置在出现这种错误的情况下必须认识到它们是功能丧失的。在其他地方中，这种规范被阐述在标准DINEN61511/61508中，其中定义了将要维持的“安全完整性水平”(SIL)。因此，本专利技术的目的是提供一种方法，利用该方法可以检查基于FMCW的填充水平测量装置的功能性能力。本专利技术通过一种用于检查基于雷达的填充水平测量装置的功能性能力的方法来实现该目的，该装置用于测量位于容器中的填充物质的填充水平(L)。在这种情况下，所述方法包括如下的方法步骤：在测量操作期间，-借助于第一周期性电信号(s1)产生第一微波信号(S1)，其中所述第一电信号(s1)在基频(F0)区域中具有近似恒定的第一频率变化(f’1)，-所述第一微波信号(S1)在填充物质的表面方向上被发射，-接收由所述第一微波信号(S1)的反射产生的第一回波信号(E1)并转换成第一电接收信号(e1)，-通过将所述第一接收信号(e1)与所述第一电信号(s1)混合来产生第一差分信号(ZF1)-确定所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)，-基于所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)确定填充水平(L)，补充地，为了检查功能性能力，-借助于第二周期性电信号(S2)产生第二微波信号(S2)，其中所述第二电信号(S2)在基频(f0)区域内具有不同于所述第一频率变化(f’1)的第二大致恒定的频率变化(f’2)，-所述第二微波信号(S2)在填充物质的表面方向上被发射，-接收由所述第二微波信号(S2)的反射产生的第二回波信号(E2)并转换成第二电接收信号(e2)，-通过将所述第二接收信号(e2)与所述第二电信号(s2)混合来产生第二差分信号(ZF2)-确定所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)，-检查所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与参考频率(fp)是否一致，其中参考频率(fp)与所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)相比较具有预定的数值，-对于其中所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与所述预定频率(fp)不一致的情况，将所述测量装置分类为功能上丧失能力。因此，利用该方法检查从功能正常的填充水平测量装置中的第一频率改变(f’1)偏离的第二频率改变(f’2)是否导致第二差分信号(ZF2)的限定的偏移频率(f2)。如果不是这种情况，则处理后的接收信号(e1，e2)不是由回波信号(E1，E2)引起的，并且将做出功能上丧失能力的现场装置的假设。计算作为用于检查的参考频率(fp)的位移是起因于相互不同的频率变化(f’1，f’2)：对于其中在检查功能性能力中第二差分信号(ZF2)的频率(f2)明确地偏离参考频率(fp)的情况，从中将假设填充水平测量装置是功能上丧失能力的。实施例的一种有利形式提供了在测量操作期间以预定的间隔执行功能性能力的检查。以这种方式，确保了功能性能力的定期检查，其中间隔长度可根据所需的安全水平来选择。在该方法的另一种形式中，第一差分信号(ZF1)和/或第二差分信号(ZF2)被模数转换器数字化。以这种方式，可以在数字基础上执行对差分信号(ZF1，ZF2)的简化的进一步处理。该方法的变体提供了第一电信号(s1)的频率变化(f’1)对应于第二频率变化(f’2)的近似整数倍。这便于计算基于上述公式计算的参考频率。在该方法的优选实施例中，通过第一差分信号(ZF1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检查基于雷达的填充水平测量装置的功能性能力的方法，所述填充水平测量装置用于测量位于容器(1)中的填充物质(2)的填充水平(L)，其中所述方法包括以下步骤：在测量操作期间，‑借助于第一周期性电信号(s1)产生第一微波信号(S1)，其中所述第一电信号(s1)在基频(f0)区域中具有近似恒定的第一频率变化(f’1)，‑所述第一微波信号(S1)在所述填充物质(2)的表面方向上被发射，‑接收由所述第一微波信号(S1)的反射产生的第一回波信号(E1)并转换成第一电接收信号(e1)，‑通过将所述第一接收信号(e1)与所述第一电信号(s1)混合来产生第一差分信号(ZF1)，‑确定所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)，‑基于所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)来确定填充水平(L)，补充地，为了检查功能性能力，‑借助于第二周期性电信号(s2)产生第二微波信号(S2)，其中所述第二电信号(s2)在所述基频(f0)区域中具有不同于所述第一频率变化(f’1)的近似恒定的第二频率变化(f’2)，‑所述第二微波信号(S2)在所述填充物质(2)的表面方向上被发射，‑接收由所述第二微波信号(S2)的反射产生的第二回波信号(E2)并转换成第二电接收信号(e2)，‑通过将所述第二接收信号(e2)与所述第二电信号(s2)混合来产生第二差分信号(ZF2)，‑确定所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)，‑检查所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与参考频率(fp)是否一致，其中所述参考频率(fp)与所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)相比具有预定的数值，‑对于所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与所述预定的频率(fp)不一致的情况，所述测量装置被分类为功能上丧失能力。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 DE 102015109463.01.一种用于检查基于雷达的填充水平测量装置的功能性能力的方法，所述填充水平测量装置用于测量位于容器(1)中的填充物质(2)的填充水平(L)，其中所述方法包括以下步骤：在测量操作期间，-借助于第一周期性电信号(s1)产生第一微波信号(S1)，其中所述第一电信号(s1)在基频(f0)区域中具有近似恒定的第一频率变化(f’1)，-所述第一微波信号(S1)在所述填充物质(2)的表面方向上被发射，-接收由所述第一微波信号(S1)的反射产生的第一回波信号(E1)并转换成第一电接收信号(e1)，-通过将所述第一接收信号(e1)与所述第一电信号(s1)混合来产生第一差分信号(ZF1)，-确定所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)，-基于所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)来确定填充水平(L)，补充地，为了检查功能性能力，-借助于第二周期性电信号(s2)产生第二微波信号(S2)，其中所述第二电信号(s2)在所述基频(f0)区域中具有不同于所述第一频率变化(f’1)的近似恒定的第二频率变化(f’2)，-所述第二微波信号(S2)在所述填充物质(2)的表面方向上被发射，-接收由所述第二微波信号(S2)的反射产生的第二回波信号(E2)并转换成第二电接收信号(e2)，-通过将所述第二接收信号(e2)与所述第二电信号(s2)混合来产生第二差分信号(ZF2)，-确定所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)，-检查所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与参考频率(fp)是否一致，其中所述参考频率(fp)与所述第一差分信号(ZF1)的频率(f1)相比具有预定的数值，-对于所述第二差分信号(ZF2)的频率(f2)与所述预定的频率(fp)不一致的情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉斯兰·道菲尔德，延斯·默勒，马库斯·弗格尔，阿列克谢·马利诺夫斯基，斯特凡·格伦弗洛，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE