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DE102005049500B4 - Method for determining the fill level based on the transit time of a high-frequency measurement signal - Google Patents

Method for determining the fill level based on the transit time of a high-frequency measurement signal Download PDF

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DE102005049500B4
DE102005049500B4 DE102005049500.1A DE102005049500A DE102005049500B4 DE 102005049500 B4 DE102005049500 B4 DE 102005049500B4 DE 102005049500 A DE102005049500 A DE 102005049500A DE 102005049500 B4 DE102005049500 B4 DE 102005049500B4
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Bernhard Michalski
Dominik Buser
Stefan Scherr
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Endress and Hauser SE and Co KG
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Füllstands (l) anhand der Laufzeit (t) eines hochfrequenten Messsignals (S), das mittels eines Transformationsverfahrens mit einem bestimmten Transformationsfaktors (k) in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal (S) transformiert wird,- wobei der Transformationsfaktor (k) aus einer Differenzfrequenz (f) oder einer Differenzzeit (t) eines Differenzsignals (S) zwischen einem Pulsrepetiersignal (S) mit einer Pulsrepetierfrequenz (f) und einem Abtastsignal (S) mit einer Abtastfrequenz (f) erzeugt und ermittelt wird,- wobei die Pulsrepetierfrequenz (f) und/oder die Abtastfrequenz (f) anhand einer Regelung mit einer Regelgröße (c_var) durch einen entsprechenden Regelalgorithmus so verändert werden/wird, dass die Differenzfrequenz (f) auf einen Sollwert der Differenzfrequenz (f) oder die Differenzzeit (t) auf einen Sollwert der Differenzzeit (t) geregelt wird,- wobei zwischen zumindest zwei Werten der Differenzfrequenz (f) oder zwischen zumindest zwei Werten der Differenzzeit (t) in Abhängigkeit von der Regelgröße (c_var) ein Gradient (grad) bestimmt wird,- wobei anhand des Gradienten (grad) und der Differenzfrequenz (f) oder der Differenzzeit (t) bei eingestellter Regelgröße (c_var) ein Arbeitspunkt (OP) der Regelung bestimmt wird, und dementsprechend der Regelalgorithmus angepasst wird.Method for determining the filling level (l) on the basis of the transit time (t) of a high-frequency measuring signal (S) which is transformed by means of a transformation process with a specific transformation factor (k) into a lower-frequency intermediate-frequency signal (S), - wherein the transformation factor (k) is a difference frequency (f) or a difference time (t) of a difference signal (S) between a pulse repetition signal (S) with a pulse repetition frequency (f) and a sampling signal (S) with a sampling frequency (f) is generated and determined, - wherein the pulse repetition frequency ( f) and / or the sampling frequency (f) on the basis of a control with a controlled variable (c_var) by a corresponding control algorithm is / will be changed so that the difference frequency (f) to a desired value of the difference frequency (f) or the difference time (t) a setpoint value of the difference time (t) is regulated, wherein between at least two values of the difference frequency (f) or between at least two We a gradient (grad) is determined as a function of the controlled variable (c_var), wherein an operating point is determined on the basis of the gradient (grad) and the difference frequency (f) or the difference time (t) when the controlled variable (c_var) is set (OP) of the control is determined, and accordingly the control algorithm is adjusted.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands anhand der Laufzeit eines hochfrequenten Messsignals, das mittels eines Transformationsverfahrens mit einem bestimmten Transformationsfaktor in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal transformiert wird.The present invention relates to a method for determining the fill level on the basis of the transit time of a high-frequency measurement signal, which is transformed by means of a transformation process with a certain transformation factor into a low-frequency intermediate frequency signal.

Derartige Verfahren zur Ermittlung und Überwachung des Füllstandes in einem Behälter werden häufig in den Messgeräten der Automations- und Prozesssteuerungstechnik eingesetzt. Von der Anmelderin werden beispielsweise Messgeräte unter dem Namen Micropilot oder Levelflex produziert und vertrieben, welche nach dem Laufzeit-Messverfahren arbeiten und dazu dienen, einen Füllstand eines Mediums in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen. Nach der Methode der geführten Mikrowelle bzw. der Zeitbereichreflektometrie oder der TDR-Messmethode (Time Domain Reflection) wird ein Hochfrequenzimpuls entlang eines Sommerfeldschen oder Goubauschen Wellenleiters oder entlang eines Koaxialwellenleiters ausgesendet, welcher bei einer Diskontinuität des DK-Wertes (Dielektrizitätskonstanten) des den Wellenleiter umgebenden Mediums teilweise zurückreflektiert wird. Nach der freistrahlenden Laufzeitmessmethode werden beispielsweise Mikrowellen über eine Antenne in einen Freiraum bzw. Prozessraum ausgesendet, und die an der Mediumsoberfläche reflektierten Echowellen werden nach der abstandsabhängigen Laufzeit des Signals wieder von der Antenne empfangen. Anhand der Zeitdauer zwischen dem Aussenden der Hochfrequenzimpulse und dem Empfang der reflektierten Echosignale lässt sich der Abstand des Messgerätes zu der Mediumsoberfläche ermitteln. Unter Berücksichtigung der Geometrie des Behälterinnem wird dann der Füllstand des Mediums als relative oder absolute Größe ermittelt. Die Laufzeit-Messmethode lässt sich im wesentlichen in zwei Ermittlungsverfahren einteilen: Das erste Ermittlungsverfahren beruht auf einer Zeitmessung, die ein impulsfolgenmoduliertes Signal für die zurückgelegte Wegstrecke erfordert; ein zweites weit verbreitetes Ermittlungsverfahren ist die Bestimmung der Kippfrequenzdifferenz des ausgesendeten kontinuierlichen Hochfrequenzsignals zum reflektierten, empfangenen Hochfrequenzsignal (FMCW - Frequency-Modulated Continuous Wave). Im Allgemeinen wird in den folgenden Ausführungen keine Beschränkung auf ein bestimmtes Ermittlungsverfahren vorgenommen.Such methods for determining and monitoring the level in a container are often used in the measuring devices of automation and process control technology. By the applicant, for example, measuring devices under the name Micropilot or Levelflex are produced and distributed, which operate according to the transit time measurement method and serve to determine and / or monitor a level of a medium in a container. According to the method of guided microwave or time domain reflectometry or the Time Domain Reflection (TDR) measuring method, a high-frequency pulse is emitted along a Sommerfeld or Goubauschen waveguide or along a Koaxialwellenleiters, which at a discontinuity of the DK value (dielectric constant) of the waveguide surrounding Part of the medium is reflected back. After the free-radiating transit time measurement method, for example, microwaves are transmitted via an antenna into a free space or process space, and the echo waves reflected at the medium surface are received again by the antenna according to the distance-dependent transit time of the signal. Based on the time duration between the emission of the high-frequency pulses and the reception of the reflected echo signals, the distance of the measuring device to the medium surface can be determined. Taking into account the geometry of the Behälterinnem the level of the medium is then determined as relative or absolute size. The transit time measurement method can essentially be divided into two determination methods: The first determination method is based on a time measurement which requires a pulse train modulated signal for the distance covered; A second widely used method of determination is the determination of the swept frequency difference of the transmitted continuous high frequency signal to the reflected, received high frequency signal (FMCW - Frequency-Modulated Continuous Wave). In general, the following is not limited to a specific investigation.

Ein allgemeines Problem bei allen Laufzeitmessmethoden mit hochfrequenten Messsignalen im GHz-Bereich (Gigahertz) ist, dass zur Auswertung des hochfrequenten Messsignale Hochfrequenzbauteile verwendet werden müssen, die für solch hohe Frequenzbereiche ausgelegt sind. Diese Hochfrequenzbauteile haben den Nachteil, dass ihre Herstellung aufwendig und die Anschaffung sehr teuer ist. Eine Möglichkeit die hochfrequenten Messsignale mit günstigen Niederfrequenz-Bauteilen auszuwerten besteht darin, die hochfrequenten Messsignale mittels einer sequentiellen Abtastung in den Niederfrequenzbereich abzubilden. Das Verfahren zur sequentiellen Abtastung von hochfrequenten Messsignalen stellt eine Möglichkeit der Transformation in den Niederfrequenzbereich dar, wobei in diesem Verfahren aus einer Vielzahl gleichsam hochfrequente, periodisch abgetasteter Messsignale ein zeitgedehntes Zwischenfrequenzsignal erzeugt wird. Dieser zusätzliche Verarbeitungsschritt wird durchgeführt, weil es keine entsprechend kostengünstigen Datenverarbeitungseinheiten, z.B. DSPs (Digitale Signal Prozessoren), gibt, welche hochfrequente Messsignale zuverlässig verarbeiten können.A common problem with all transit time measurement methods with high-frequency measurement signals in the GHz range (gigahertz) is that high-frequency components that are designed for such high frequency ranges must be used to evaluate the high-frequency measurement signals. These high-frequency components have the disadvantage that their production is complicated and the purchase is very expensive. One way to evaluate the high-frequency measurement signals with cheap low-frequency components is to map the high-frequency measurement signals by means of a sequential sampling in the low frequency range. The method for sequential scanning of high-frequency measurement signals represents a possibility of transformation into the low-frequency range, in which method a time-expanded intermediate-frequency signal is generated from a multiplicity of high-frequency, periodically sampled measurement signals. This additional processing step is performed because there are no corresponding low cost data processing units, e.g. DSPs (Digital Signal Processors), which are capable of reliably processing high-frequency measurement signals.

Ein Ansatz zur Erzeugung eines zeitgedehnten Zwischenfrequenzsignals ist das Mischerprinzip, bei dem zwei Oszillatoren zwei Schwingungen mit geringfügig unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. Durch die geringfügige ‚Verstimmung‘ der Frequenzen der beiden Schwingungen entsteht eine linear mit jeder Messperiode ansteigende Phasenverschiebung, was einer linear ansteigenden Zeitverzögerung entspricht. Das Mischerprinzip wird beispielsweise in der DE 31 07 444 A1 mittels eines hochauflösenden Impulsradar-Verfahrens beschrieben. Ein Generator erzeugt erste Mikrowellenpulse und strahlt sie über eine Antenne mit einer vorgegebenen Sendewiederholfrequenz in Richtung der Oberfläche des Füllguts aus. Ein weiterer Generator erzeugt Referenz-Mikrowellenpulse, die den ersten Mikrowellenpulsen entsprechen, sich jedoch von diesen in der Wiederholfrequenz geringfügig unterscheiden. Das Echosignal und das Referenzsignal werden beispielsweise durch einen Frequenzumsetzer bzw. Mischer gemischt, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal entsteht. Das Zwischenfrequenzsignal hat den gleichen Verlauf wie das Echosignal, ist gegenüber diesem jedoch um einen Transformationsfaktor gestreckt, der gleich einem Quotienten aus der Pulsrepetierfrequenz und der Frequenzdifferenz zwischen der Pulsrepetierfrequenz der ersten Mikrowellenpulse und Abtastfrequenz der Referenz-Mikrowellenpulse ist. Bei einer Pulsrepetierfrequenz von einigen Megahertz, einer Frequenzdifferenz von wenigen Hertz und einer Mikrowellenfrequenz von einigen Gigahertz liegt die Frequenz des Zwischenfrequenzsignals weit unterhalb von 200 kHz. Der Vorteil der Transformation auf die Zwischenfrequenz ist, dass relativ langsame und damit kostengünstige elektronische Bauteile zur Signalerfassung und/oder Signalauswertung verwendet werden können. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auch auf das Deutsche Gebrauchsmuster DE 29815069 U1 , das diese bekannte Transformationstechnik bei einem TDR-Füllstandsmessgerät beschreibt. Diese Abtastschaltung besitzt zwei Oszillatoren, von denen wenigstens einer in der Frequenz variierbar ausgestaltet ist, wobei ein Oszillator den Sendegenerator und der andere Oszillator den Abtastpulsgenerator steuert. Ein Frequenzmischer bildet aus den beiden Frequenzen die Differenz, welche zur Einstellung bzw. Regelung des möglichst konstanten Transformationsfaktors auf einen Sollwert über einen Rückkopplungszweig verwendet wird.One approach to generating a time-extended intermediate frequency signal is the mixer principle, where two oscillators produce two oscillations with slightly different frequencies. Due to the slight 'detuning' of the frequencies of the two oscillations, a phase shift increases linearly with each measurement period, which corresponds to a linearly increasing time delay. The mixer principle is used for example in the DE 31 07 444 A1 described by means of a high-resolution pulse radar method. A generator generates first microwave pulses and emits them via an antenna with a predetermined transmission repetition frequency in the direction of the surface of the medium. Another generator generates reference microwave pulses that correspond to the first microwave pulses, but differ slightly from those in the repetition frequency. The echo signal and the reference signal are mixed, for example, by a frequency converter or mixer, whereby an intermediate frequency signal is produced. The intermediate frequency signal has the same course as the echo signal, but is compared to this stretched by a transformation factor which is equal to a quotient of the pulse repetition frequency and the frequency difference between the pulse repetition frequency of the first microwave pulses and sampling frequency of the reference microwave pulses. With a pulse repetition frequency of a few megahertz, a frequency difference of a few hertz and a microwave frequency of a few gigahertz, the frequency of the intermediate frequency signal is well below 200 kHz. The advantage of the transformation to the intermediate frequency is that relatively slow and thus inexpensive electronic components can be used for signal acquisition and / or signal evaluation. Reference is also made in this context to the German utility model DE 29815069 U1 using this known transformation technique in a TDR Level gauge describes. This sampling circuit has two oscillators, of which at least one is variable in frequency, with one oscillator controlling the transmitting generator and the other oscillator controlling the sampling pulse generator. A frequency mixer forms the difference between the two frequencies which is used to set or regulate the transformation factor, which is as constant as possible, to a desired value via a feedback branch.

Der Nachteil bei der Einregelung der Differenzfrequenz auf einen Sollwert nach dem Stand der Technik ist, dass die Regelung sehr lange Zeit in Anspruch nimmt und es unter bestimmten Umständen zu einer Einregelung auf einen falschen Sollwert der Differenzfrequenz kommt.The disadvantage of adjusting the difference frequency to a setpoint value according to the prior art is that the regulation takes a very long time and under certain circumstances an adjustment to an incorrect setpoint value of the difference frequency occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einen Regelalgorithmus eine schnelle, sichere und exakte Einregelung der Differenzfrequenz der Signale von zwei Oszillatoren auf einen vorbestimmten Sollwert der Differenzfrequenz zu gewährleisten.The invention has for its object to ensure by a control algorithm a fast, safe and accurate adjustment of the difference frequency of the signals from two oscillators to a predetermined desired value of the difference frequency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung des Füllstands anhand der Laufzeit eines hochfrequenten Messsignals, das mittels eines Transformationsverfahrens mit einem bestimmten Transformationsfaktors in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal transformiert wird, gelöst, wobei der Transformationsfaktor aus einer Differenzfrequenz oder einer Differenzzeit eines Differenzsignals zwischen einem Pulsrepetiersignal mit einer Pulsrepetierfrequenz und einem Abtastsignal mit einer Abtastfrequenz erzeugt und ermittelt wird, wobei die Pulsrepetierfrequenz und/oder die Abtastfrequenz anhand einer Regelung mit einer Regelgröße durch einen entsprechenden Regelalgorithmus so verändert werden/wird, dass die Differenzfrequenz auf einen Sollwert der Differenzfrequenz oder die Differenzzeit auf einen Sollwert der Differenzzeit geregelt wird, wobei zwischen zumindest zwei Werten der Differenzfrequenz oder zwischen zumindest zwei Werten der Differenzzeit in Abhängigkeit von der Regelgröße ein Gradient bestimmt wird, wobei anhand des Gradienten und der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit bei eingestellter Regelgröße ein Arbeitspunkt der Regelung bestimmt wird, und dementsprechend der Regelalgorithmus angepasst wird. Durch die Ermittlung des Gradienten ist es möglich die Lage des Arbeitspunktes der Regelung in dem sicheren und kritischen Regelbereich, unter Berücksichtigung des Messwerts der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit an dem Arbeitspunkt, zu bestimmen. Liegt der Arbeitspunkt in einem kritischen Regelbereich, wird die Regelgröße in einen definierten Zustand mit einem Arbeitpunkt im sicheren Regelbereich gesetzt, und von dort wird der Regelalgorithmus gestartet und ausgeführt. Ist nach Ermittlung des Gradienten der Arbeitspunkt im sicheren Regelbereich lokalisiert worden, so ändert der Regelalgorithmus in der Regel-/Auswerteeinheit die Regelgröße, so dass sich der aktuelle Arbeitspunkt dem Sollwert des Arbeitspunktes annähert.This object is achieved by a method for determining the level on the basis of the duration of a high-frequency measurement signal, which is transformed by means of a transformation process with a certain transformation factor in a low-frequency intermediate frequency signal, wherein the transformation factor of a difference frequency or a difference time of a difference signal between a Pulsrepetiersignal with a pulse repetition frequency and a sampling signal having a sampling frequency is generated and determined, the pulse repetition frequency and / or the sampling frequency is changed by a control with a controlled variable by a corresponding control algorithm / is that the difference frequency to a desired value of the difference frequency or the difference time to a Setpoint of the differential time is controlled, wherein between at least two values of the difference frequency or between at least two values of the difference time depending From the controlled variable a gradient is determined, wherein based on the gradient and the difference frequency or the difference time at the set control variable, an operating point of the control is determined, and accordingly the control algorithm is adjusted. By determining the gradient, it is possible to determine the position of the operating point of the control in the safe and critical control range, taking into account the measured value of the difference frequency or the difference time at the operating point. If the operating point is in a critical control range, the controlled variable is set to a defined state with a work point in the safe control range, and from there the control algorithm is started and executed. If, after determination of the gradient, the operating point has been located in the safe control range, then the control algorithm in the control / evaluation unit changes the controlled variable so that the current operating point approaches the setpoint of the operating point.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Polarisation oder das Vorzeichen der Differenzfrequenz des Differenzsignals oder der Differenzzeit mittels des Gradienten ermittelt wird. Durch die Ermittlung der Polarisation bzw. des Vorzeichens der Differenzfrequenz bzw. Differenzzeit ist es möglich zu erkennen, ob der erste Oszillator bzw. Abtasttaktoszillator gegenüber dem zweiten Oszillator bzw. Sendetaktoszillator langsamer oder schneller getaktet ist. Diese Polarisations-Erkennung ist notwendig, da durch den Aufbau des Regelkreises nur die Differenzfrequenz zwischen der Abtastfrequenz gegenüber der Pulsrepetierfrequenz ermitteln wird, egal welcher Oszillator zur Erzeugung der Abtastfrequenz oder der Pulsrepetierfrequenz schneller oder langsamer getaktet ist. Der Abtasttaktoszillator mit der Abtastfrequenz weist im Normalfall einen etwas langsameren Taktzyklus als der Sendetaktoszillator mit der Pulsrepetierfrequenz auf. Der Fall, dass der Abtasttaktoszillator einen schnelleren Taktzyklus bzw. eine höhere Frequenz als der Sendetaktoszillator aufweist, ist bei dem Transformationsverfahren nicht erwünscht, demzufolge wird ein Einregeln der Differenzfrequenz auf einen Sollwert in diesem kritischen Regelbereich verhindert.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the polarization or the sign of the difference frequency of the difference signal or the difference time is determined by means of the gradient. By determining the polarization or the sign of the difference frequency or difference time, it is possible to detect whether the first oscillator or sampling clock oscillator is clocked slower or faster relative to the second oscillator or Sendetaktoszillator. This polarization detection is necessary because only the difference frequency between the sampling frequency with respect to the pulse repetition frequency will be determined by the structure of the control loop, no matter which oscillator is clocked faster or slower to generate the sampling frequency or the pulse repetition frequency. The sampling clock oscillator with the sampling frequency normally has a slightly slower clock cycle than the transmit clock oscillator with the pulse repetition frequency. The case that the sampling clock oscillator has a faster clock cycle or a higher frequency than the transmit clock oscillator is not desired in the transformation process, thus preventing the differential frequency from being adjusted to a desired value in this critical control region.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist, dass eine Regelkennlinie des Differenzsignals aufgenommen wird, indem die Differenzfrequenz oder die Differenzzeit in Abhängigkeit von der sich ändernden Regelgröße bestimmt und abgespeichert wird. Die Regelkennlinie kann aufgenommen werden, indem der gesamte Bereich die Regelgröße einmalig durchlaufen wird und die entsprechenden Werte der Differenzfrequenz bzw. Differenzzeit ermittelt und abgespeichert werden. Diese Daten werden in einem Diagramm dargestellt, wobei entsprechend der Differenzzeit eine Polstelle oder entsprechend der Differenzfrequenz eine Nullstelle mit einer Umkehrstelle im Diagramm erkennbar wird. Aufgrund dieser Polstelle bzw. Nullstelle können zumindest zwei identische Werte der Differenzfrequenz bzw. der Differenzzeit bei zwei unterschiedlichen Regelgrößen ermittelt werden. Einer dieser Werte bzw. Arbeitspunkte liegt in einem kritischen Regelbereich, in dem der Abtasttaktoszillator gegenüber dem Sendetaktoszillator einen schnelleren Taktzyklus aufweist. Der andere Arbeitspunkt liegt in einem sicheren Regelbereich, in dem der Abtasttaktoszillator gegenüber dem Sendetaktoszillator einen langsameren Taktzyklus aufweist. Anhand des Gradienten und dem Diagramm kann eine Aussage über den Einregelungsvorgang getroffen werden. In dem Diagramm wird ein geeigneter Sollwert des Arbeitspunktes ermittelt, auf den die Regelung mit dem Regelalgorithmus einregelt. Außerdem kann das Regelverhalten des Regelkreises überwacht werden, da sich dieses aufgrund äußerer Einflüsse oder Alterungserscheinungen ändern kann. Somit wird im Hinblick auf die vorausschauende Wartung der Vorrichtung der Regelkreis auf Fehler und Alterungserscheinungen überwacht.An expedient embodiment of the invention is that a control characteristic of the difference signal is recorded by the difference frequency or the difference time is determined and stored in dependence on the changing control variable. The control characteristic can be recorded by going through the entire range of the controlled variable once and determining and storing the corresponding values of the difference frequency or difference time. These data are displayed in a diagram, whereby according to the difference time a pole or according to the difference frequency a zero with a reversal point in the diagram becomes recognizable. Because of this pole or zero point, at least two identical values of the difference frequency or the difference time can be determined for two different control variables. One of these values or operating points lies in a critical control range, in which the sampling clock oscillator has a faster clock cycle compared with the transmit clock oscillator. The other operating point is a safe control range in which the sampling clock oscillator has a slower clock cycle than the transmit clock oscillator. Based on the gradient and the diagram can be made a statement about the Einregelungsvorgang. In the diagram, a suitable setpoint of the Determined operating point to which regulates the control with the control algorithm. In addition, the control behavior of the control loop can be monitored, as this may change due to external influences or aging phenomena. Thus, with respect to the predictive maintenance of the device, the control loop is monitored for errors and signs of aging.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Regelalgorithmus den Arbeitspunkt in einen definierten sicheren Regelbereich zurücksetzt, indem die Regelgröße auf einen Minimalwert zurückgesetzt wird, wenn der Arbeitspunktes in einem kritischen Regelbereich der Regelung ermittelt wird. Der Arbeitspunkt wird in einen sicheren Regelbereich überführt, indem die Regelgröße, z.B. eine Regelspannung auf einen definierten Minimalwert, der im sicheren Regelbereich liegt, zurück geregelt wird. Von diesem Minimalwert ausgehend ändert der Regelalgorithmus in der Regel-/Auswerteeinheit die Regelgröße schrittweise, so dass sich der aktuelle Arbeitspunkt dem Sollwert des Arbeitspunktes beständig annähert.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the control algorithm resets the operating point in a defined safe control range by the control variable is reset to a minimum value when the operating point is determined in a critical control range of the scheme. The operating point is transferred to a safe control range by the controlled variable, e.g. a control voltage is regulated back to a defined minimum value which lies within the safe control range. Starting from this minimum value, the control algorithm in the control / evaluation unit changes the control variable stepwise, so that the current operating point is constantly approaching the setpoint of the operating point.

Eine sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass
der Regelalgorithmus den Arbeitspunkt auf den Sollwert des Arbeitspunkts einregelt, indem die Regelgröße stetig verändert wird, wenn der Arbeitspunkt in einem definierten sicheren Regelbereich der Regelung ermittelt wird. Der Regelalgorithmus regelt die aktuelle Differenzfrequenz auf den Sollwert der Differenzfrequenz oder die aktuelle Differenzzeit auf den Sollwert der Differenzzeit ein, indem die Regelgröße, z.B. eine Regelspannung, kontinuierlich erniedrigt oder erhöht wird, je nachdem ob der aktuelle Arbeitspunkt oberhalb oder unterhalb des Sollwerts des Arbeitspunktes lokalisiert wird.
A very advantageous variant of the method according to the invention is that
the control algorithm adjusts the operating point to the setpoint of the operating point by continuously changing the controlled variable when the operating point is determined in a defined safe control range of the control. The control algorithm adjusts the current difference frequency to the setpoint of the difference frequency or the current difference time to the setpoint of the difference time by the control variable, eg a control voltage is continuously reduced or increased, depending on whether the current operating point located above or below the setpoint of the operating point becomes.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass von dem Regelalgorithmus eine Störung erkannt wird, falls der Arbeitspunkt permanent im Störungsbereich oberhalb eines maximalen Grenzwerts der Differenzfrequenz oder unterhalb eines minimalen Grenzwerts der Differenzzeit ermittelt wird. Da eine Differenzzeit unterhalb dieses minimalen Grenzwertes oder da Differenzfrequenz oberhalb dieses maximalen Grenzwerts in der Regelung nicht vorkommen können, muss einen Störung der Hardware vorliegen. Diese Feststellung einer Störung des Regelkreises kann als Meldung an einem Display der Füllstandsmessvorrichtung dargestellt werden oder über den Feldbus an eine Leitstelle oder andere Feldgeräte übermittelt werden. Des Weiteren ist es möglich, dass durch die Feststellung einer Störung des Regelkreises die Regel-/Auswerteinheit bzw. das gesamte Messgerät neu initialisiert und somit die Regelung in einen definierten Anfangszustand bringt.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a fault is detected by the control algorithm if the operating point is permanently determined in the fault range above a maximum limit value of the difference frequency or below a minimum limit value of the difference time. Since a difference time below this minimum limit value or because of the difference frequency above this maximum limit value can not occur in the closed-loop control, a hardware fault must be present. This determination of a disturbance of the control loop can be displayed as a message on a display of the level measuring device or transmitted via the fieldbus to a control center or other field devices. Furthermore, it is possible that by determining a fault in the control loop, the control / evaluation unit or the entire meter re-initializes and thus brings the control in a defined initial state.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass bei einem definierten Grenzwert der Regelabweichung der Differenzfrequenz von dem Sollwert der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit von dem Sollwert der Differenzzeit in dem Regelalgorithmus ein Fehlerzähler inkrementiert wird, wenn dieser Grenzwert überschritten wird, oder dekrementriert wird, wenn dieser Grenzwert eingehalten wird. Falls die Messwerte der Differenzzeit oder der Differenzfrequenz ein gewisses Maß von den vorgegebenen Sollwerten der Differenzzeit oder den vorgegebenen Sollwerten der Differenzfrequenz abweichen, z.B. ±1 µs (Mikrosekunde) oder 1 mHz (Millihertz), wird ein Fehlerzähler aktiviert. Der Fehlerzähler wird um „eins“ erhöht, falls der aktuelle Messwert außerhalb der festgesetzten Grenzen liegt und um „eins“ erniedrigt, falls der aktuelle Messwert die festgesetzten Grenzen einhält.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is proposed that, given a defined limit value of the deviation of the difference frequency from the reference value of the difference time in the control algorithm, an error counter is incremented, if this limit value is exceeded, or decremented, if this limit is met. If the measured values of the difference time or the difference frequency deviate to some extent from the predetermined setpoint values of the difference time or the predetermined setpoint values of the difference frequency, e.g. ± 1 μs (microsecond) or 1 mHz (milli-hertz), an error counter is activated. The error counter is incremented by "one" if the current reading is outside the set limits and decremented by "one" if the current reading meets the set limits.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein maximaler Zählwert des Fehlerzählers eingestellt wird, bei dem der Fehlerzähler gelöscht wird, der Regelalgorithmus unterbrochen wird und der Arbeitspunkt in einen definierten sichereren Regelbereich der Regelkennlinie durch Zurückfahren der Regelgröße auf einen Minimalwert versetzt wird. Erzeugt der Fehlerzähler einen so genannten Überlauf, wenn der aktuelle Zählwert den festgesetzte maximale Zählwert von beispielsweise 100 überschreitet, wird eine Einregelung in einem sicheren Regelbereich erneut gestartet, indem die Regelgröße auf einen Minimalwert zurückgefahren wird. Der maximale Zählwert des Fehlerzählers bestimmt hierbei die Fehlertoleranz des Regelsystems bzw. Regelkreises.According to an advantageous embodiment of the inventive method is provided that a maximum count of the error counter is set, in which the error counter is deleted, the control algorithm is interrupted and the operating point is set in a defined safer control range of the control characteristic by returning the controlled variable to a minimum value. If the error counter generates a so-called overflow, if the current count value exceeds the set maximum count value of, for example, 100, a regulation in a safe control range is restarted by reducing the controlled variable to a minimum value. The maximum count of the error counter determines the fault tolerance of the control system or control loop.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass als Regelgröße bis zu einem ersten Toleranzwert eine große Regelabweichung der Differenzfrequenz von dem Sollwert der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit vom Sollwert der Differenzzeit ein pulsweitenmoduliertes Regelsignal von dem Regelalgorithmus bewirkt wird. Der erste Toleranzwert legt fest, in welchem Bereich der Abweichungen der aktuellen Differenzzeit bzw. der aktuellen Differenzfrequenz von deren Sollwerten ein pulsweitenmoduliertes Regelsignal zur Regelung und Ansteuerung der Frequenzregeleinheit angewendet wird. Das pulsweitenmodulierte Regelsignal eignet sich für große Abweichungen der aktuellen Differenzzeit bzw. der aktuellen Differenzfrequenz von deren Sollwerten, da große Änderungen in der Regelgröße bzw. Regelspannung erreicht werden können, während eine Feineinregelung der Differenzfrequenz bzw. Differenzzeit auf den Sollwert bei kleinen Abweichungen nur erschwert möglich ist. Dieser erste Toleranzwert einer großen Regelabweichung liegt beispielsweise bei 5 ms (Millisekunde).An advantageous embodiment of the method according to the invention is to be seen in that as a control variable up to a first tolerance value, a large control deviation of the difference frequency from the setpoint of the difference frequency or the difference time from the setpoint of the difference time, a pulse width modulated control signal is effected by the control algorithm. The first tolerance value determines in which range of the deviations of the current difference time or the current difference frequency from the setpoint values of which a pulse-width-modulated control signal is used for controlling and activating the frequency regulation unit. The pulse width modulated control signal is suitable for large deviations of the current difference time or the current difference frequency of their setpoints, since large changes in the controlled variable or Control voltage can be achieved while fine adjustment of the difference frequency or time difference to the target value for small deviations is difficult possible. This first tolerance value of a large control deviation is, for example, 5 ms (millisecond).

Eine ergänzende vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass als Regelgröße bei einem zweiten Toleranzwert einer mittleren Regelabweichung der Differenzfrequenz von dem Sollwert der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit vom Sollwert der Differenzzeit ein impulsfolgenmoduliertes Regelsignal von dem Regelalgorithmus erzeugt wird. Ab einem zweiten Toleranzwert wird aus den zuvor beschriebenen Gründen, nämlich dass ein pulsweitenmoduliertes Regelsignal zur Feineinregelung des Istwerts auf den Sollwert der Differenzzeit bzw. Differenzfrequenz nicht geeignet ist, ein impulsfolgenmoduliertes Regelsignal angewendet. Die Regel-/Auswerteinheit bzw. Mikrocontroller erzeugen abhängig von deren Betriebsfrequenz kurze Pulse, die das impulsfolgenmodulierte Regelsignal ergeben. Der Mikrocontroller erzeugt maximal kurze Pulse, die je nach erforderlicher Regelgröße als eine entsprechende Pulsfolge die Frequenzregeleinheit ansteuern. Dieser zweite Toleranzwert einer mittleren Regelabweichung liegt beispielsweise bei 1 µs (Mikrosekunde).A supplementary advantageous variant of the method according to the invention is to be seen in that as a controlled variable at a second tolerance value of an average deviation of the difference frequency from the setpoint of the difference frequency or the difference time from the setpoint of the difference time, a pulse-sequence-modulated control signal is generated by the control algorithm. From a second tolerance value, a pulse-sequence-modulated control signal is used for the reasons described above, namely that a pulse-width-modulated control signal is not suitable for fine-tuning the actual value to the setpoint value of the difference time or difference frequency. Depending on their operating frequency, the control / evaluation unit or microcontroller generate short pulses which result in the control signal which is modulated by pulse train. The microcontroller generates maximum short pulses which, depending on the required control variable, drive the frequency control unit as a corresponding pulse train. This second tolerance value of a mean control deviation is for example 1 μs (microsecond).

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei einem dritten Toleranzwert einer kleinen oder tendenziellen Regelabweichung der Differenzfrequenz von dem Sollwert der Differenzfrequenz oder der Differenzzeit vom Sollwert der Differenzzeit nicht sofort mit einer entsprechenden Regelgröße entgegen geregelt wird, sondern eine Tendenz der Regelabweichungen bestimmt wird und ein tendenzielles Regelsignal, das zu den nachfolgenden impulsfolgenmodulierten Regelsignalen oder zu den pulsweitenmodulierten Regelsignalen hinzugefügt wird, erzeugt wird. Liegt die aktuelle Regelabweichung der Differenzzeit beispielsweise im Bereich von einigen µs (Mikrosekunde) und/oder entspricht diese einer tendenziellen Regelabweichung, so wird nicht sofort nachgeregelt, sondern diese minimalsten Änderungen werden in die späteren impulsfolgenmodulierten oder pulsweitenmodulierten Regelsignale mit eingerechnet. Da sich solche kleinen Regelabweichungen unterhalb des dritten Toleranzwertes nur sehr schwer durch ein Nachregeln bzw. ein Nachführen der Regelgröße korrigieren lassen, wird durch die rechnerische Integration dieser tendenziellen Regelabweichungen in die größeren und mittleren Regelabweichungen eine Möglichkeit geschaffen, die Regelung genauer und stabiler zu gestalten. Ein Überschwingen und ein folgendes Einschwingen der Regelung kann dadurch vermieden werden.Furthermore, it is proposed that in the case of a third tolerance value of a small or tendency deviation of the difference frequency from the desired value of the difference frequency or the difference time from the target value of the difference time is not immediately countered with a corresponding control variable, but a tendency of the control deviation is determined and a tendency control signal, which is added to the subsequent pulse train modulated control signals or to the pulse width modulated control signals is generated. If the current deviation of the difference time, for example, in the range of a few microseconds microsecond and / or this corresponds to a tendency error, so is not readjusted immediately, but these minimal changes are included in the subsequent pulse train modulated or pulse width modulated control signals. Since such small control deviations below the third tolerance value can only be corrected very difficult by readjustment or tracking of the controlled variable, the computational integration of these tendency deviations into the larger and medium control deviations creates a possibility for making the control more accurate and stable. An overshoot and a subsequent settling of the control can be avoided.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Zur Vereinfachung sind in den Zeichnungen identische Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen worden. Es zeigt:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes in einem Behälter;
  • 2 ein Ausführungsbeispiel des Regelkreis der Vorrichtung zur Erzeugung der Zwischenfrequenz mit der Sende-/Empfangseinheit und Regel-/Auswerteeinheit;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel der Regelkennlinie mit den sicheren und kritischen Regelbereichen und dem Störungsbereich; und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines schematischen Zustandsdiagramms der Signale in des in 2 dargestellten Regelkreises.
The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. For simplicity, identical parts have been given the same reference numerals in the drawings. It shows:
  • 1 an embodiment of a device for determining the level in a container;
  • 2 an embodiment of the control circuit of the device for generating the intermediate frequency with the transmitting / receiving unit and control / evaluation unit;
  • 3 an embodiment of the control characteristic with the safe and critical control areas and the fault area; and
  • 4 an embodiment of a schematic state diagram of the signals in the in 2 illustrated control loop.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Ermittlung der Distanz d bzw. des Füllstands l anhand der Laufzeit t von hochfrequenten Messsignalen SHF aufgezeigt. Dazu weist die Vorrichtung 1 vornehmlich eine mit dem Messumformer 2 verbundene Messeinheit 3 auf, mittels der das hochfrequente Messsignal SHF bzw. Sendesignal STX in einen das Füllgut 5 umfassenden Prozessraum 6 des Behälters 7 eingekoppelt und ausgesendet wird. Die Messeinheit 3 ist durch eine Öffnung, z.B. einen Stutzen, in den Prozessraum 6 des Behälters 7 eingeführt. Die Messeinheit 3 bzw. das Wandlerelement kann, wie in 1 dargestellt, als eine Antenne 3a und insbesondere als eine Homantenne, eine Stabantenne, eine Parabolantenne oder auch eine Planarantenne, ausgestaltet sein, die das Sendesignal STX in den Prozessraum 6 des Behälters 7 frei abstrahlt Anstelle von in den Prozessraum 6 frei abstrahlenden Antennen 3a kann als Messeinheit 3, wie in der 2 dargestellt auch ein Oberflächenwellenleiter 3b in der Vorrichtung 1 zur Füllstandsmessung verwendet werden, der das hochfrequente Messsignal SHF aufgrund des Skin-Effekts an dessen Oberfläche entlang führt.In 1 is an embodiment of the device according to the invention 1 to determine the distance d or the level l based on the term t of high-frequency measurement signals S HF demonstrated. For this purpose, the device 1 especially one with the transmitter 2 connected measuring unit 3 on, by means of the high-frequency measurement signal S HF or transmission signal S TX in one the contents 5 comprehensive process space 6 of the container 7 is coupled and sent out. The measuring unit 3 is through an opening, eg a nozzle, into the process area 6 of the container 7 introduced. The measuring unit 3 or the transducer element can, as in 1 shown as an antenna 3a and in particular as a Homantenne, a rod antenna, a parabolic antenna or even a planar antenna, configured to be the transmission signal S TX in the process room 6 of the container 7 radiates freely Instead of in the process room 6 free radiating antennas 3a can as a measurement unit 3 , like in the 2 also illustrated a surface waveguide 3b in the device 1 used for level measurement, the high-frequency measurement signal S HF due to the skin effect on its surface leads along.

In dem Messumformer 2 der Vorrichtung 1 werden die Sendesignale STX in einer Sende-/Empfangseinheit 17 erzeugt und an die aussendende Messeinheit 2 übermittelt. Ausgesandte Sendesignale STX , die beispielsweise wieder an der Oberfläche 4 des Füllguts 5 reflektiert worden sind, werden von Messeinheit 2 empfangen und zurück an die Sende-/Empfangseinheit 17 geleitet, in der die empfangenen Reflexionssignale SRX vorverarbeitet werden. Die hochfrequenten Messsignale SHF , bestehend aus Sendesignalen STX und aus Reflexionssignalen SRX , werden beispielsweise in der Sende-/Empfangseinheit 17 über ein Abtastverfahren bzw. eine sequentielle Abtastung mit zwei in der Frequenz leicht versetzten Hochfrequenzimpulsfolgen in ein zeitgedehntes, niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal SZF umgewandelt. Das auf diese Weise herunter gemischte Zwischenfrequenzsignal SZF kann anschließend im niederfrequenten Bereich von einer Regel-/Auswerteeinheit 15 ausgewertet werden und die Laufzeit t bzw. der Laufweg x des ausgesandten hochfrequenten Messsignals SHF ermittelt werden.In the transmitter 2 the device 1 become the transmission signals S TX in a transmitting / receiving unit 17 generated and sent to the sending unit 2 transmitted. Sent transmission signals S TX , for example, back to the surface 4 of the contents 5 Be reflected by measurement unit 2 received and returned to the transmitting / receiving unit 17 passed, in which the received reflection signals S RX be preprocessed. The high-frequency measuring signals S HF , consisting of transmission signals S TX and from reflection signals S RX , for example, in the transmitting / receiving unit 17 via a sampling method or a sequential sampling with two slightly frequency-shifted high-frequency pulse sequences into a time-extended, lower-frequency intermediate frequency signal S ZF transformed. The mixed down in this way intermediate frequency signal S ZF can then in the low-frequency range of a control / evaluation 15 be evaluated and the term t or the route x of the emitted high-frequency measurement signal S HF be determined.

Dementsprechend wird bei der Methode der geführten Mikrowelle, der Zeitbereichsreflektometrie bzw. der TDR - Messmethode (Time Domain Reflection) ein Sendesignal STX beispielsweise entlang eines Sommerfeldschen oder Goubauschen Oberflächenwellenleiters 3b oder Koaxialwellenleiters ausgesendet, welches bei einer Diskontinuität des DK-Wertes (Dielektrizitätskonstanten) des den Oberflächenwellenleiter 3b umgebenden Füllguts 5 zurückreflektiert wird. Durch die vom Füllgut 5 verursachten Impedanzsprünge innerhalb des Prozessraums 6 des Behälters 7, insbesondere an der Grenzschicht 4 zwischen Freiraum und Füllgut 5 im Behälter 7, wird das Sendesignal STX zumindest teilweise zurück reflektiert. Aufgrund dessen ein entsprechendes, meist schwächeres Reflexionssignal SRX in entgegengesetzter Richtung an dem Oberflächenwellenleiter 3b zur Sende-/Empfangseinheit 17 zurück läuft. Accordingly, in the guided microwave method, the time domain reflectometry or the time domain reflection (TDR) measuring method, a transmission signal S TX, for example, along a Sommerfeld or Goubauschen surface waveguide 3b or Koaxialwellenleiters emitted, which at a discontinuity of the DK value (dielectric constant) of the surface waveguide 3b surrounding contents 5 is reflected back. By the contents 5 caused impedance jumps within the process space 6 of the container 7 , especially at the boundary layer 4 between free space and contents 5 in the container 7 , the transmission signal S TX is at least partially reflected back. Due to this, a corresponding, usually weaker reflection signal S RX in the opposite direction to the surface waveguide 3b to the transmitting / receiving unit 17 runs back.

Die von der Antenne 3a frei abgestrahlten und die an dem verlustfreien Oberflächenwellenleiter 3b geführten hochfrequenten Messsignale SHF breiten sich im freien Prozessraum 6 des Behälters 7 in Luft- oder Schutzgas-Atmosphäre näherungsweise mit Lichtgeschwindigkeit c0 aus. Diese Sendesignale STX werden an im Abstrahlungskegel der Antenne 3a oder in der Nähe des Oberflächenwellenleiters 3b befindlichen Oberflächen 4 von Medien mit einem höheren DK-Wert, beispielsweise dem Füllgut 4, als dem der Luft oder des Schutzgases teilweise oder vollständig zurückreflektiert. Über die gemessene Laufzeit t des ausgesendeten Sendesignals STX zum reflektierten Reflexionssignal SRX wird durch eine Umrechnung über die Formel der Wellengeschwindigkeit die zurückgelegte Laufstrecke x bzw. Distanz d ermittelt. Diese Differenzstrecke bzw. diese Distanz d entspricht der Höhe h des Behälters 7 minus dem Füllstand l des Füllguts 5 im Behälter 7. Da die Höhe h des Behälters 7 bzw. die Position der Einkopplung des Sendesignals STX bekannt ist, lässt sich somit der Füllstand l und gegebenenfalls sogar das Volumen, bzw. bei Kenntnis der Dichte des Füllguts 5, die Masse des Füllguts 5 im Behälter 7 ermitteln.The from the antenna 3a freely radiated and those on the lossless surface waveguide 3b guided high-frequency measurement signals S HF are spreading in the free process room 6 of the container 7 in the atmosphere of air or inert gas, approximately at the speed of light c 0 . These transmission signals S TX be in the radiation cone of the antenna 3a or near the surface waveguide 3b located surfaces 4 of media with a higher DK value, for example the contents 4 than that of the air or shielding gas is partially or completely reflected back. About the measured running time t the transmitted transmission signal S TX to the reflected reflection signal S RX is converted by a conversion over the formula of the wave speed the distance traveled x or distance d determined. This difference distance or this distance d corresponds to the height H of the container 7 minus the level l of the contents 5 in the container 7 , Because the height H of the container 7 or the position of the coupling of the transmission signal S TX is known, thus can the level l and possibly even the volume, or with knowledge of the density of the medium 5 , the mass of the medium 5 in the container 7 determine.

Die Kommunikations-/Versorgungseinheit 14 hat die Aufgabe die Kommunikation mit einer beispielsweise entfernten Leitstelle oder einem anderen Messgerät bzw. Feldgerät über einen Feldbus 9 zu regeln und die Messwerte, z.B. den Füllstand l, oder Konfigurationsdaten der Vorrichtung 1 zu empfangen und zu versenden. Der Feldbus 9 arbeitet nach den üblichen Kommunikationsstandards, wie z.B. Foundation Fieldbus oder Profibus-PA, und ist beispielsweise in einer in der Prozessmesstechnik üblichen Zweileitertechnik ausgestaltet. Die Versorgung der Vorrichtung 1 mit Energie kann zusätzlich zur Energieversorgung der Vorrichtung 1 über den Feldbus 9 nach dem Zweileiter-Standard mittels einer separaten Energieversorgungsleitung 8 erfolgen. Die Kommunikations-/Versorgungseinheit 14 kann als ein integraler Teil der Regel-/Auswerteeinheit 15 ausgestaltet sein.The communication / supply unit 14 has the task of communicating with a remote control center, for example, or another measuring device or field device via a fieldbus 9 to regulate and the measured values, eg the level l , or configuration data of the device 1 to receive and to send. The fieldbus 9 operates according to the usual communication standards, such as Foundation Fieldbus or Profibus-PA, and is designed, for example, in a conventional two-wire technique in process measurement technology. The supply of the device 1 with energy can be added to the power supply of the device 1 over the fieldbus 9 according to the two-wire standard by means of a separate power supply line 8th respectively. The communication / supply unit 14 can be considered an integral part of the control / evaluation unit 15 be designed.

In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes der Vorrichtung 1 gezeigt, das den Messumformer 2 der Vorrichtung zur Erzeugung der Zwischenfrequenz SZF mit einer Sende-/Empfangseinheit 17 und Regel-/Auswerteeinheit 15 zeigt. Die Sende-/Empfangseinheit 17 kann grundlegend in einen HF-Schaltungsteil 21 mit Sendeimpulsgenerator 18, Abtastschaltung 19, und Sende-/Empfangsweiche 23, in dem grundsätzlich HF-Signale erzeugt und verarbeitet werden, und einen NF-Schaltungsteil 20 mit Sendetaktoszillator 13, Abtasttaktoszillator 12, Frequenzumsetzer 11, in dem grundsätzlich NF-Signale erzeugt und verarbeitet werden, eingeteilt werden. Die einzelnen Schaltungselemente im HF-Schaltungsteil 21 sind erfahrungsgemäß in analoger Schaltungstechnik aufgebaut, d.h. es werden analoge Messsignale erzeugt und verarbeitet. Dahingegen können die einzelnen Schaltungselemente im NF-Schaltungsteil 20 entweder auf der Basis von digitaler Schaltungstechnik und/oder analoger Schaltungstechnik aufgebaut sein. Unter dem Gesichtspunkt des rasanten Fortschritts der digitalen Signalverarbeitung ist es auch denkbar, den HF-Schaltungsteil 21 mit digitalen Schaltungselementen auszuführen. Es sind auch die verschiedensten Variationen der einzelnen Schaltungselemente in digitaler und analoger Schaltungstechnik denkbar, die hier nicht explizit ausgeführt werden. Deshalb ist die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsform aus 2 nur als ein Beispiel aus vielen möglichen Ausführungsmöglichkeiten anzusehen. Die Kommunikations-/Versorgungseinheit 14 wurde aus Gründen der Reduktion der Darstellung auf das Wesentliche nicht in 2 nochmals explizit dargestellt.In 2 is an embodiment of a block diagram of the device 1 shown that the transmitter 2 the device for generating the intermediate frequency S ZF with a transmitting / receiving unit 17 and control / evaluation unit 15 shows. The transmitting / receiving unit 17 can be fundamental in an RF circuit part 21 with transmit pulse generator 18 , Sampling circuit 19 , and transceiver 23 in which RF signals are basically generated and processed, and a LF circuit part 20 with transmit clock oscillator 13 , Sampling clock oscillator 12 , Frequency converter 11 , in which basically LF signals are generated and processed, be divided. The individual circuit elements in the RF circuit part 21 According to experience, they are constructed in analog circuit technology, ie analog measurement signals are generated and processed. On the other hand, the individual circuit elements in the NF circuit part 20 be constructed either on the basis of digital circuit technology and / or analog circuit technology. From the point of view of the rapid progress of digital signal processing, it is also conceivable to use the RF circuit part 21 to execute with digital circuit elements. There are also the most diverse variations of the individual circuit elements in digital and analog circuit technology conceivable, which are not explicitly carried out here. Therefore, the following description of the embodiment is 2 just to look at as an example of many possible execution options. The communication / supply unit 14 was for the sake of reducing the representation to the essentials not in 2 again explicitly shown.

Bei der Laufzeitmessung von gepulsten hochfrequenten Messsignalen SHF wird die an die Messeinheit 3 angekoppelte Sende-/ Empfangseinheit 17 dazu eingesetzt, zueinander kohärente Wellenpakete von vorgebbarer Pulsform und Pulsweite, so genannte Bursts bzw. kurze Wellenpakete, zu erzeugen und zu verarbeiten. Die Pulsform eines einzelnen Bursts bzw. eines einzelnen kurzen Wellenpakets entspricht üblicherweise nadelförmigen oder sinusoiden, halbwellenförmigen Impulsen von vorgebbarer Pulsweite. Es können aber auch, falls erforderlich, andere geeignete Pulsformen für diese Bursts verwendet werden. Die Sende-/Empfangseinheit 17 umfasst hierzu einen von dem Sendetaktoszillator 13 getriggerten Sendeimpulsgenerator 18 zum Erzeugen einer als ein Sendesignal STX dienenden ersten Burstfolge. Die Impulse des Sendesignals STX sind mit einer Hochfrequenz fHF des Sendeimpulsgenerators 18 geträgert, die in etwa im Bereich zwischen 0.5 und 78 GHz liegt, und überdies mit einer Pulsrepetierfrequenz fPRF bzw. Schussrate getriggert, die auf einen Frequenzbereich von einigen Megahertz, insbesondere einen Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz eingestellt ist. Diese Pulsrepetierfrequenz fPRF zum Ansteuern des Sendeimpulsgenerators 18 wird von einem Sendetaktoszillator 13 erzeugt. Die Hochfrequenz fHF und/oder Pulsrepetierfrequenz fPRF können aber auch, falls erforderlich, außerhalb der jeweils angegebenen Frequenzbereiche liegen.In the transit time measurement of pulsed high-frequency measurement signals S HF will be the one to the measuring unit 3 coupled transceiver unit 17 used to generate mutually coherent wave packets of predeterminable pulse shape and pulse width, so-called bursts or short wave packets, and to to process. The pulse shape of a single burst or a single short wave packet usually corresponds to acicular or sinusoidal, half-wave pulses of predeterminable pulse width. However, if necessary, other suitable pulse shapes may be used for these bursts. The transmitting / receiving unit 17 for this purpose comprises one of the transmit clock oscillator 13 triggered transmit pulse generator 18 for generating a as a transmission signal S TX serving first burst sequence. The pulses of the transmission signal S TX are at a high frequency f HF of the transmit pulse generator 18 supported, which is approximately in the range between 0.5 and 78 GHz, and moreover with a pulse repetition frequency f PRF or shot rate triggered, which is set to a frequency range of a few megahertz, in particular a frequency range of 1 MHz to 10 MHz. This pulse repetition frequency f PRF for driving the transmission pulse generator 18 is from a transmit clock oscillator 13 generated. The high frequency f HF and / or pulse repetition frequency f PRF but may also, if necessary, be outside the respective specified frequency ranges.

Das an dem Signalausgang des Sendeimpulsgenerators 14 anliegende Sendesignal STX wird mittels einer Sende-/Empfangsweiche 23, insbesondere mittels eines Richtkopplers oder eines Hybrid-Kopplers, der Sende-/Empfangseinheit 17 in das an einem ersten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 23 angeschlossene Messeinheit 3, z.B. Antenne 3a oder Oberflächenwellenleiter 3b, eingekoppelt. Praktisch gleichzeitig liegt das Sendesignal STX außerdem an dem zweiten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 23 an. Die in der oben beschriebenen Art und Weise im Messvolumen 6 des Behälters 5 erzeugten Reflexionsmesssignale SRX werden, wie bereits erwähnt, von der Vorrichtung 1 mittels der Messeinheit 3 wieder empfangen und am zweiten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 23 ausgekoppelt. Dementsprechend kann am zweiten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 23 eine mittels des Sendesignals STX und des Reflexionsmesssignals SRX gebildete Gesamtmesssignal STX +SRX abgegriffen werden.The at the signal output of the transmission pulse generator 14 applied transmission signal S TX is by means of a transmitting / receiving switch 23 , in particular by means of a directional coupler or a hybrid coupler, the transmitting / receiving unit 17 in the at a first signal output of the transmitting / receiving switch 23 connected measuring unit 3 , eg antenna 3a or surface waveguide 3b , coupled. Practically at the same time lies the transmission signal S TX also at the second signal output of the transceiver 23 at. The in the manner described above in the measurement volume 6 of the container 5 generated reflection measurement signals S RX are, as already mentioned, from the device 1 by means of the measuring unit 3 received again and at the second signal output of the transmitting / receiving switch 23 decoupled. Accordingly, at the second signal output of the transmitting / receiving switch 23 one by means of the transmission signal S TX and the reflection measurement signal S RX formed total measuring signal S TX + S RX be tapped.

Ein direktes Auswerten der am zweiten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 8 anliegenden hochfrequenten Gesamtmesssignale STX+SRX , insbesondere ein direktes Messen der Laufzeit t, ist praktisch nicht mehr oder nur mit einem hohen technischen Aufwand, z.B. durch Einsatz von Hochfrequenzelektronik-Bauteilen, möglich. Aufgrund dessen umfasst die Sende-/Empfangseinheit 2 ferner eine Abtastschaltung 19, die das hochfrequent geträgerte Gesamtmesssignal STX +SRX zeitlich in dergestalt dehnt, dass die Hochfrequenz fHF und die Pulsrepetierfrequenz fPRF in einen niedrigeren Frequenzbereich von einigen hundert Kilohertz transformiert werden. Zum zeitlichen Dehnen des Gesamtmesssignals STX+SRX wird dieses einem mit dem zweiten Signalausgang der Sende-/Empfangsweiche 23 verbundenen ersten Signaleingang der Abtastschaltung 19 zugeführt. Gleichzeitig mit dem Gesamtmesssignal STX+SRX ist an einem zweiten Signaleingang der Abtastschaltung 19 ein Abtastsignal SSampl des Abtastoszillators 12 angelegt. Eine Abtastfrequenz fSampl bzw. Taktrate, mit der das Abtastsignal SSampl getaktet ist, ist im Normalfall etwas kleiner eingestellt als die Pulsrepetierfrequenz fPRF des Sendesignals STX . Mittels der Abtastschaltung 19 wird das Gesamtmesssignal STX +SRX auf ein Zwischenfrequenzsignal SZF abgebildet, das um einen Transformationsfaktor KT gegenüber dem Gesamtmesssignal STX +SRX zeitlich gedehnt ist Diese Abtastschaltung 19 tastet aufgrund des Frequenzversatzes zwischen der Pulsrepetierfrequenz fPRF und der Abtastfrequenz fSampl das Gesamtmesssignal STX +SRX in jeder Periode bei unterschiedlicher Phasenlage ab, wodurch ein zeitgedehntes Zwischenfrequenzsignal SZF mit dem zuvor beschriebenen Transformationsfaktor kT entsteht. Die Abtastschaltung 19 ist beispielsweise als ein HF-Frequenzumsetzer bzw. HF-Mischer mit einem Abtastimpulsgenerator, der die gleiche Phasenlage und Frequenz der Burstfolge wie der Sendeimpulsgenerator 18 aufweist, oder ein schneller Abtastschalter ausgestaltet. Als Abtastschalter können beispielsweise HF-Dioden oder schnelle Transistoren zum Einsatz kommen.A direct evaluation of the second signal output of the transceiver 8th applied high-frequency total measurement signals S TX + S RX , in particular a direct measurement of the term t , is practically no longer possible or only with a high technical complexity, for example by the use of high-frequency electronic components possible. Due to this, the transmitting / receiving unit includes 2 Further, a sampling circuit 19 , which is the high-frequency transmitted total measuring signal S TX + S RX temporally in such a way that the high frequency f HF and the pulse repetition frequency f PRF are transformed into a lower frequency range of a few hundred kilohertz. For temporally stretching the total measurement signal S TX + S RX this is one with the second signal output of the transmitting / receiving switch 23 connected first signal input of the sampling circuit 19 fed. Simultaneously with the total measurement signal S TX + S RX is at a second signal input of the sampling circuit 19 a sampling signal S Sampl of the sampling oscillator 12 created. A sampling frequency f Sampl or clock rate at which the strobe signal S is clocked Sampl is normally set to be slightly smaller than the pulse repetition frequency f PRF of the transmission signal S TX , By means of the sampling circuit 19 becomes the total measuring signal S TX + S RX to an intermediate frequency signal S ZF imaged by a transformation factor K T compared to the total measurement signal S TX + S RX time is stretched This sampling circuit 19 due to the frequency offset between the pulse repetition frequency f PRF and the sampling frequency f Sampl, the total measurement signal is sampled S TX + S RX in each period at different phase, resulting in a time-delayed intermediate frequency signal S ZF with the transformation factor described above k T arises. The sampling circuit 19 is, for example, as an RF frequency converter or RF mixer with a sampling pulse generator having the same phase position and frequency of the burst sequence as the transmit pulse generator 18 or a fast sampling switch. As a sampling switch, for example, RF diodes or fast transistors can be used.

Der Transformationsfaktor kT , mit dem das Gesamtmesssignal STX +SRX in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal SZF umgewandelt wird, entspricht dabei einem Quotienten der Pulsrepetierfrequenz fPRF des Sendesignals STX geteilt durch eine Differenz der Pulsrepetierfrequenz fPRF des Sendesignal STX und der Abtastfrequenz fSampl des Abtastsignals SSampl. k T = f P R F f D i f f = f P R F f P R F f S a m p l f H F f Z F

Figure DE102005049500B4_0001
The transformation factor k T , with which the total measuring signal S TX + S RX in a lower frequency intermediate frequency signal S ZF is converted, corresponds to a quotient of the pulse repetition frequency f PRF of the transmission signal S TX divided by a difference of the pulse repetition frequency f PRF of the transmission signal S TX and the sampling frequency f Sampl of the sampling signal S Sampl . k T = f P R F f D i f f = f P R F f P R F - f S a m p l f H F f Z F
Figure DE102005049500B4_0001

Eine Zwischenfrequenz fZF des so erzeugten Zwischenfrequenzsignals SZF liegt bei derartigen Vorrichtungen 1 zur Ermittlung des Füllstands I üblicherweise in einem Frequenzbereich von 50 bis 200 kHz; falls erforderlich kann der Frequenzbereich aber auch höher oder niedriger gewählt werden. Empirisch wird in den Messgeräten der Anmelderin die Zwischenfrequenz fZF auf ca. 160 kHz eingestellt. Die Abhängigkeit der Zwischenfrequenz fZF von dem Verhältnis von Abtastfrequenz fSampl und Pulsrepetierfrequenz fPRF , wie in der zweiten Gleichung (Gl. 2) gezeigt, lässt sich aus der ersten Gleichung (Gl. 1) herleiten. f Z F = f H F ( 1 f S a m p l f P R F )

Figure DE102005049500B4_0002
An intermediate frequency f IF of the intermediate frequency signal thus generated S ZF lies with such devices 1 for determining the level I usually in a frequency range of 50 to 200 kHz; if necessary, the frequency range can be selected higher or lower. Empirically, the intermediate frequency f IF is set to about 160 kHz in the measuring instruments of the applicant. The dependence of the intermediate frequency f ZF on the ratio of the sampling frequency f Sampl and the pulse repetition frequency f PRF As shown in the second equation (equation 2), it can be deduced from the first equation (equation 1). f Z F = f H F ( 1 - f S a m p l f P R F )
Figure DE102005049500B4_0002

Falls erforderlich, wird das Zwischenfrequenzsignal SZF , das gegenüber der Gesamtmesssignale STX +SRX um einen Transformationsfaktor kT zeitgedehnt ist, in geeigneter Weise durch eine Filter-/Verstärkereinheit 22 als ein gefiltertes Zwischenfrequenzsignal SgefZF verstärkt und gefiltert, bevor es in der Regel-/Auswerteeinheit 15 oder weiteren Auswertungsschaltungen als Echokurve oder Hüllkurve ausgewertet wird.If necessary, the intermediate frequency signal S ZF that compared to the total measuring signals S TX + S RX a transformation factor k T is time-expanded, suitably by a filter / amplifier unit 22 as a filtered intermediate frequency signal S gefZF amplified and filtered before it in the control / evaluation unit 15 or further evaluation circuits is evaluated as echo curve or envelope.

Diese Differenzfrequenz fSweep wird aus zwei Gründen bestimmt; erstens wird durch diesen Regelkreis 24 die momentane Ansteuerung und Triggerung des Abtasttaktoszillators 17 und möglicherweise auch des Sendetaktoszillators 18 durch die Regel-/Auswerteeinheit 15 überprüft und zweitens wird aus dem Quotienten der bekannten oder gemessenen Pulsrepetierfrequenz fPRF und der Differenzfrequenz fSweep ein Transformationsfaktor kT in der Regel-/Auswerteeinheit 15 ermittelt. In der Regel-/Auswerteeinheit 15 kann ferner auch schon die Laufzeit t der Messsignale, sowie der Füllstand I durch Echosignalauswertung des gefilterten Zwischenfrequenzsignals SZF und durch die Kenntnis des Transformationsfaktors kT ermittelt werden.This difference frequency f sweep is determined for two reasons; Firstly, this loop is controlled by 24 the instantaneous control and triggering of the sampling clock oscillator 17 and possibly also the transmit clock oscillator 18 through the control / evaluation unit 15 secondly, it is calculated from the quotient of the known or measured pulse repetition frequency f PRF and the difference frequency f sweep a transformation factor k T in the control / evaluation unit 15 determined. In the control / evaluation unit 15 can also already the term t the measurement signals, as well as the level I by echo signal evaluation of the filtered intermediate frequency signal S ZF and by knowing the transformation factor k T be determined.

In dieser Ausgestaltung wird in dem NF-Schaltungsteil 20 der Sende-/Empfangseinheit 17 durch das sequentielle Abtasten der Pulsrepetierfrequenz fPRF mit der Abtastfrequenz fSampl mittels eines Frequenzumsetzers 11 eine Differenzfrequenz fSweep zwischen dem Abtasttaktoszillator 13 und dem Sendetaktoszillator 12 ermittelt Diese Differenzfrequenz fSweep bzw. deren Differenzzeit tSweep wird in der Regel-/Auswerteeinheit 15 verarbeitet und gemessen. Die Differenzzeit tSweep entspricht dem Kehrwert der Differenzfrequenz fSweep . Über einen Rückkoppelzweig steuert die Regel-/Auswerteeinheit 15 den ansteuerbaren Abtasttaktoszillator 13 entsprechend der ermittelten Differenzfrequenz fSweep oder der Differenzzeit tSweep wieder an. Durch diesen Aufbau ist ein Regelkreis 24 geschaffen worden, der die Differenzfrequenz fSweep weitgehend auf dem gewünschten Sollwert der Differenzfrequenz fSweep_setpoint, z.B. 21,73913 Hz, einstellt. Das Ansteuern des steuerbaren Abtasttaktoszillators 13 und gegebenenfalls des Sendetaktoszillators 12 erfolgt durch eine Frequenzregeleinheit 10, die bei spannungsgesteuerten Oszillatoren, z.B. VCO oder Oszillator mit einer parallelen frequenzveränderlicher Kapazitätsdiode, eine Regelspannung Vc als entsprechende Regelgröße c_var ausgibt oder die bei digital ansteuerbaren Oszillatoren, z.B. NCO, einen digitalen Regelwert Vdig als Regelgröße c_var ausgibt. Die Frequenzregeleinheit 10 wird mittels einer so genannten Dreipunktregelung durch ein Aufwärts-Regelsignal RUp und ein Abwärts-Regelsignal RDown von der Regel-/Auswerteeinheit 15 so eingestellt, dass eine am Ausgang der Frequenzregeleinheit 10 anliegende Regelgröße c_var den steuerbaren Abtastoszillator 12 entsprechend ansteuert. Die entsprechende Ansteuerung des Abtastoszillators 12 erfolgt in der Art und Weise, dass die Erzeugung des definierten Sollwerts der Differenzfrequenz fsweep_setpoint zwischen der Pulsrepetierfrequenz fPRF und der Abtastfrequenz fSample bewirkt wird. Als Regelgröße c_var kann beispielsweise entweder ein Regelspannung VC oder ein digitaler Regelwert Vdig verwendet werden. Die Frequenzregeleinheit 10 ist beispielsweise als ein RC-Glied bzw. eine Ladungspumpe ausgestaltet, welche die Regelspannung VC , die die Abtastfrequenz fSampl des Abtastoszillators 12 regelt, stabilisiert. Mit Aufwärts-Regelsignalen RUp wird beispielsweise die Ladungsspannung der Ladungspumpe erhöht und mit Abwärts-Regelsignalen RDown erniedrigt. Die eingestellte Regelgröße c_var bzw. Regelspannung Vc wird über eine Messleitung von der Regel-/Auswerteeinheit 15 ermittelt Diese Ermittlung ist notwendig, da im Normalfall nur die Differenzfrequenz fsweep ermittelt wird und zur Bestimmung des Gradienten die tatsächlich erzeugte Regelgröße c_var bzw. Regelspannung VC benötigt wird. In der Regel-/Auswerteeinheit 15 ist beispielsweise ein Mikrocontroller 16 integriert, der die Regelung steuert und den Regelalgorithmus ausführt.In this embodiment, in the LF circuit part 20 the transmitting / receiving unit 17 by sequentially sampling the pulse repetition frequency f PRF with the sampling frequency f Sampl by means of a frequency converter 11 a difference frequency f sweep between the sampling clock oscillator 13 and the transmit clock oscillator 12 determines this difference frequency f sweep or their difference time t sweep is in the control / evaluation unit 15 processed and measured. The difference time t sweep corresponds to the reciprocal of the difference frequency f sweep , The control / evaluation unit controls via a feedback branch 15 the controllable sampling clock oscillator 13 according to the determined difference frequency f sweep or the difference time t sweep back to. This structure is a loop 24 been created, the difference frequency f sweep largely at the desired setpoint of the difference frequency f Sweep _ setpoint , eg 21.73913 Hz. Driving the controllable sampling clock oscillator 13 and optionally the Sendetaktoszillators 12 done by a frequency control unit 10 , In voltage-controlled oscillators, eg VCO or oscillator with a parallel variable-frequency capacitance diode, a control voltage V c as a corresponding controlled variable c_var outputs or the digitally controllable oscillators, eg NCO, a digital control value V dig as a controlled variable c_var outputs. The frequency control unit 10 is by means of a so-called three-step control by an upward control signal R Up and a down-control signal R down from the control / evaluation unit 15 set so that one at the output of the frequency control unit 10 applied control variable c_var the controllable sampling oscillator 12 controls accordingly. The corresponding control of the sampling oscillator 12 takes place in such a way that the generation of the defined desired value of the difference frequency f sweep_setpoint between the pulse repetition frequency f PRF and the sampling frequency f sample is effected. As a controlled variable c_var For example, either a standard voltage V C or a digital control value V dig be used. The frequency control unit 10 is designed, for example, as an RC element or a charge pump, which is the control voltage V C representing the sampling frequency f Sampl of the sampling oscillator 12 regulates, stabilizes. With up-level control signals R Up For example, the charge voltage of the charge pump is increased and with down-control signals R down decreased. The set controlled variable c_var or control voltage V c is via a measuring line from the control / evaluation 15 Determined This determination is necessary because normally only the difference frequency f sweep is determined and for the determination of the gradient the actually generated control variable c_var or control voltage V C is needed. In the control / evaluation unit 15 is for example a microcontroller 16 integrated, which controls the control and executes the control algorithm.

In 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Regelkennlinie con_char der Differenzzeit tsweep mit den sicheren Regelbereich E und kritischen Regelbereichen A, B, C, F, sowie dem Störungsbereich D dargestellt. Auf der Ordinate des Koordinatensystems ist die Differenzzeit tSweep und auf der Abszisse des Koordinatensystems ist die Regelspannung VC als Regelgröße c_var angezeigt. Als Regelgröße c_var ist in diesem Beispiel eine analoge Regelspannung VC angezeigt worden; dessen ungeachtet ist auch jede andere Regelgröße c_var wie beispielsweise ein digitaler Regelwert Vdig oder eine mechanische Regelgröße anwendbar. Die Regelkennlinie con_char der Differenzzeit tsweep ist in 3 komplett dargestellt, jedoch ist es auch möglich, dass nur abschnittsweise einzelne Eigenschaften, wie z.B. Grenzwertüberschreitung und/oder der Gradient grad der Regelkennlinie con_char bei einer aktuellen Regelspannung Vact , ermittelt werden. Die Regelkennlinie con_char der Differenzzeit tsweep bzw. die abschnittsweise bestimmte Eigenschaften können beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass an dem Abtastoszillator 12 aus 2 die Regelspannung VC bzw. Regelgröße c_var stetig verändert wird und entsprechende Werte der Differenzzeit tsweep bzw. Differenzfrequenz fSweep von der Regel-/Auswerteeinheit 15 bestimmt und abgespeichert werden. Aus der Ermittlung dieser Werte kann auf die Lage des aktuellen Arbeitspunktes OP in den entsprechenden Regelbereichen A, B, C, D, E, F zurück geschlossen werden. Liegt der Arbeitspunkt OP in einem kritischen Regelbereich A, B, C, F oder einem Störungsbereich D, so wird der Regelalgorithmus unterbrochen und eine erneute Einregelung in einem sicheren Regelbereich E gestartet. Die Initiierung der Regelung in einem sicheren Regelbereich E erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Regelspannung VC auf einen Minimalwert der Regelspannung Vmin gebracht wird und folglich stetig erhöht wird, bis ein Sollwert des Arbeitspunktes OP_setpoint bzw. ein Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint durch die Regel-/Auswerteeinheit 15 ermittelt wird. Ein Arbeitspunkt OP kann nicht in den kritischen Regelbereichen A, B liegen, da die Regelspannung VC sich erfindungsgemäß nur zwischen einem Minimalwert der Regelspannung Vmin und einem Maximalwert der Regelspannung Vmax einstellen lässt. Diese Begrenzungswerte der Regelspannung VC wurden deshalb erzeugt, da diese Differenzzeit tSweep unterhalb eines minimalen Grenzwerts der Differenzzeit tSweep_min , z.B. unter 1 ms (Millisekunde), liegen und hier Arbeitspunkte OP und Gradienten grad nicht exakt ermittelt werden können.In 3 is an embodiment of the control characteristic con_char the difference time t sweep with the safe control range e and critical control areas A . B . C . F , as well as the fault area D shown. On the ordinate of the coordinate system is the difference time t sweep and on the abscissa of the coordinate system is the control voltage V C as a controlled variable c_var displayed. As a controlled variable c_var is an analog control voltage in this example V C have been displayed; regardless of this, every other variable is also valid c_var such as a digital control value V dig or a mechanical controlled variable applicable. The control characteristic con_char the difference time t sweep is in 3 shown completely, but it is also possible that only sections of individual properties, such as exceeding the limit and / or the gradient grad of the control characteristic con_char at a current control voltage V act , be determined. The control characteristic con_char The difference time t sweep or the properties determined in sections can be generated, for example, by applying to the sampling oscillator 12 out 2 the control voltage V C or controlled variable c_var is changed continuously and corresponding values of the difference time t sweep or difference frequency f sweep from the rule / evaluation 15 be determined and stored. From the determination of these values can be based on the location of the current operating point operating room in the corresponding control areas A . B . C . D . e , F be closed back. Is the working point operating room in a critical control area A . B . C . F or a fault area D , the control algorithm is interrupted and a renewed adjustment in a safe control range e started. The initiation of control in a safe control area e takes place, for example, in that the control voltage V C to a minimum value of the control voltage V min is brought and thus steadily increased until a target value of the operating point OP_setpoint or a setpoint of the difference time t sweep _ setpoint by the control / evaluation unit 15 is determined. An operating point operating room can not be in the critical control areas A . B lie, because the control voltage V C According to the invention only between a minimum value of the control voltage V min and a maximum value of the control voltage V max can be set. These limiting values of the control voltage V C were generated because of this difference time t sweep below a minimum limit of the difference time t sweep_min , eg less than 1 ms (millisecond) lie, and here operating points operating room and gradients Degree can not be determined exactly.

Die Lage des Sollwerts des Arbeitspunktes OP_setpoint ist so gewählt, dass ein Einregeln der Differenzzeit tSweep bzw. Differenzfrequenz fSweep durch eine entsprechende Regelspannung VC leicht möglich ist. Ist hingegen die Lage des Sollwerts der Differenzzeit tSweep_setpoint bzw. des Sollwerts der Differenzfrequenz fSweep­_setpoint so gewählt, dass eine geringfügige Änderung der Regelspannung VC eine große Änderung der Differenzzeit tSweep bzw. Differenzfrequenz fSweep verursacht, indem der Arbeitspunkt OP an einer Stelle der Regelkennlinie con_char liegt, an der der Gradient grad sehr groß ist, so ist eine exakte Einregelung auf den Sollwert des Arbeitspunktes OP_setpoint nur erschwert möglich ist. Aufgrund des Gradienten grad wird bestimmt mit welcher Genauigkeit die Regelspannung VC verändert werden muss, damit eine bestimmte Änderung der Differenzzeit tSweep bzw. Differenzfrequenz fSweep erreicht werden kann. Demzufolge wird bei Ermittlung eines großen Gradienten grad die Regelspannung VC mit einer höheren Genauigkeit durch einen exakteren, langsameren Regelalgorithmus, der nur kleine Änderungen der Spannung vornimmt verändert. Ist hingegen der Gradient grad klein, wird die Regelspannung VC in größeren Änderungsschritten verändert, da sich hier eine Änderung der Differenzzeit tSweep nicht so stark auswirkt.The position of the setpoint of the operating point OP_setpoint is chosen so that adjusting the difference time t sweep or difference frequency f sweep by a corresponding control voltage V C is easily possible. On the other hand, is the position of the setpoint of the difference time t Sweep_setpoint or the setpoint of the difference frequency f Sweep_setpoint selected so that a slight change in the control voltage V C a big change in the difference time t sweep or difference frequency f sweep caused by the working point operating room at one point of the control characteristic con_char lies where the gradient Degree is very large, so is an exact adjustment to the setpoint of the operating point OP_setpoint only difficult is possible. Due to the gradient Degree is determined with which accuracy the control voltage V C must be changed so that a certain change in the difference time t sweep or difference frequency f sweep can be achieved. As a result, when a large gradient is detected, the control voltage becomes V C with a higher accuracy by a more exact, slower control algorithm that changes only small changes in voltage. Is the gradient, on the other hand Degree small, becomes the control voltage V C changed in larger change steps, since this is a change of the difference time t sweep not so strong.

Die Regelkennlinie con_char bzw. die Regelcharakteristik der Differenzzeit tSweep weist bei einer bestimmten Polstellen-Regelspannung VPol eine Polstelle auf. An dieser Polstelle der Regelkennlinie con_char sind die Abtastfrequenz fSample des angesteuerten Abtastoszillators 12 und die Pulsrepetierfrequenz fPRF des Pulsrepetieroszillators 13 exakt gleich. Aufgrund der Polstelle der Regelkennlinie con_char der Differenzzeit tSweep ist es möglich, die selbe Differenzzeit tSweep mittels einer ersten Regelspannung VC1 im sicheren Regelbereich E und mittels einer zweiten Regelspannung VC2 im kritischen Regelbereich F zu erzeugen. Die erste Regelspannung VC1 im sicheren Regelbereich E ist hierbei entsprechend kleiner als die Polstellen-Regelspannung VPol und die zweite Regelspannung VC2 im kritischen Regelbereich F ist entsprechend größer als die Polstellen-Regelspannung VPol ausgelegt. Oberhalb eines maximalen Grenzwerts der Differenzzeit tSweep_max , der über dem Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint liegt, wird der Regelalgorithmus unterbrochen und die Regelung der Differenzzeit tSweep bzw. der entsprechenden Differenzfrequenz fSweep im sicheren Regelbereich E wieder erneut gestartet. Durch die Bildung dieses maximalen Grenzwerts der Differenzzeit tSweep_max ist eine schnelle Regelung der Differenzzeit tSweep auf einen Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint erst möglich. Die Regelung in dem kritischen Regelbereich C um die Polstelle, in der die Differenzzeit tSweep hohe, unzweckmäßige Werte annimmt und dadurch lange Mess- und Regelzeiten verursacht, wird folglich verhindert. Der konträre Fall, dass die Regelkennlinie con_char bzw. die Regelcharakteristik der Differenzfrequenz fSweep - gewissermaßen der Kehrwert der Differenzzeit tSweep - eine Nullstelle mit einem Umkehrpunkt aufweist, ist aufgrund der Analogie zu obigen Ausführungen in 2 nicht explizit ausgeführt worden.The control characteristic con_char or the control characteristic of the difference time t sweep has at a certain Polstellen-control voltage V Pol on a pole. At this pole of the control characteristic con_char are the sampling frequency f sample the driven sampling oscillator 12 and the pulse repetition frequency f PRF the pulse repetition oscillator 13 exactly the same. Due to the pole of the control characteristic con_char the difference time t sweep is it possible to have the same difference time t sweep by means of a first control voltage V C1 in the safe control area e and by means of a second control voltage V C2 in the critical control range F to create. The first control voltage V C1 in the safe control area e is correspondingly smaller than the Polstellen-control voltage V pol and the second control voltage V C2 in the critical control range F is correspondingly larger than the pole position control voltage V pol designed. Above a maximum limit value of the difference time t Sweep_max , which is above the setpoint of the difference time t Sweep_setpoint is, the control algorithm is interrupted and the control of the difference time t sweep or the corresponding difference frequency f sweep in the safe control area e started again. By forming this maximum limit of the difference time t Sweep_max is a fast regulation of the difference time t sweep to a setpoint of the difference time t sweep _ setpoint only possible. The regulation in the critical control range C around the pole, in which the difference time t sweep high, inappropriate values and thereby causes long measurement and control times, is thus prevented. The contrary case that the control characteristic con_char or the control characteristic of the difference frequency f sweep - in a sense the reciprocal of the difference time t sweep - has a zero point with a reversal point, is due to the analogy to the above in 2 not explicitly executed.

In 4 ist ein Zustandsdiagramm der Signale des Regelkreises 24 aus 2 aufgezeigt. Das Zustandsdiagramm besteht aus fünf Signalkennlinien, die alle derselben Zeiteinheit bzw. Zeitskala ts folgen. Die oberste, erste Signalkennlinie der Versorgungsspannung P zeigt den Zeitpunkt der Initialisierung des Mikrocontrollers Int_µC bzw. den Startzeitpunkt der Spannungsversorgung des Mikrocontrollers 16 bzw. der gesamten Regel-/Auswerteeinheit 15 an. Die dritte und vierte Signalkennlinie gibt die Regelsignale RC zur Aufwärts-Regelung RUP und zur Abwärts-Regelung RDown an, die Signale zur Ansteuerung einer Frequenzregeleinheit 10 aufzeigen. Die fünfte Signalkennlinie stellt die Regelspannung VC dar, die beispielsweise von der Frequenzregeleinheit 10 ausgegeben wird und einen spannungsgesteuerten Abtasttaktoszillator 12 steuert. Die Rückkopplung des Regelkreises 24 bzw. die Ansteuerung des Abtasttaktoszillators 12 über eine Frequenzregeleinheit 10 wird durch die Signalkennlinien drei, vier und fünf erreicht. Die zweite Signalkennlinie des Differenzsignals SSweep mit der variierenden Differenzzeit tSweep stellt das erzeugte Regelergebnis des Regelkreises 24 dar.In 4 is a state diagram of the signals of the control loop 24 out 2 demonstrated. The state diagram consists of five signal characteristics, all the same time unit or time scale t s consequences. The highest, first signal characteristic of the supply voltage P shows the timing of the initialization of the microcontroller Int_μC or the start time of the power supply of the microcontroller 16 or the entire control / evaluation unit 15 at. The third and fourth signal characteristic are the control signals R C for up-regulation R UP and for down-regulation R down on, the signals for controlling a frequency control unit 10 show. The fifth signal characteristic represents the control voltage V C which is output, for example, from the frequency control unit 10 and controls a voltage-controlled sampling clock oscillator 12. The feedback of the control loop 24 or the control of the sampling clock oscillator 12 via a frequency control unit 10 is achieved by the signal characteristics three, four and five. The second signal characteristic of the difference signal S sweep with the varying difference time t sweep represents the generated control result of the control loop 24 represents.

Durch Einschalten der Versorgungsspannung P wird der Mikrocontroller 16 bzw. die Regel-/Auswerteeinheit 15 initialisiert. Dabei kommt es vor, dass aufgrund zurückliegender Regelprozessphasen und dem Betriebszustand oder Einschwingverhalten der elektrischen Bauteile in diesem Zustand eine nicht zuvor definierbare aktuelle Regelspannung Vact am Abtastoszillator 12 anliegt. Aus diesem Grund wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst eine Arbeitspunkterkennung OP_ID durchgeführt, die in einem ersten Regelschritt eine erste Differenzzeit tSweep1 mit der entsprechenden aktuellen Regelspannung Vact bzw. vierten Regelspannung VC4 ermittelt. Darauf folgend wird in einem weiteren Regelschritt eine zweite Regelspannung VC2 eingestellt und eine entsprechende zweite Differenzzeit tSweep2 ermittelt wird. Aus dem Quotienten der Differenz der ersten Differenzzeit tSweep1 und zweiten Differenzzeit tSweep2 zu der Differenz der entsprechenden Regelspannungen VC4 , VC2 wird ein Gradient grad bzw. eine Steigung bestimmt Entsprechendes ist auch mit Erzeugen einer ersten Regelspannungen VC1 und einer dritten Regelspannung VC3 und Ermitteln der entsprechenden Differenzzeiten tSweep1 , tSweep2 durchführbar. Durch die Ermittlung des Gradienten grad und durch die Ermittlung des Überschreitens oder Einhaltens des Grenzwerts der Differenzfrequenz tSweep_setpoint kann sehr schnell bestimmt werden, ob der Arbeitspunkt OP der Regelung in einem kritischen Regelbereich A, B, C, F oder in einem sicheren Regelbereich E liegt. In 4 ist das Beispiel aus 3 aufgegriffen worden, dass die aktuelle Regelspannung Vact bei der Initialisierung des Mikrocontrollers Init_µC bzw. der Initialisierung der Regel-/Auswerteeinheit 15 im kritischen Regelbereich F lokalisiert wurde und ein diesem kritischen Regelbereich F entsprechender Gradient grad existiert. In diesem Fall regelt der Regelalgorithmus die aktuelle Regelspannung Vact auf einen Minimalwert der Regelspannung Vmin herunter, wodurch eine erneute Einregelungsphase im sicheren Regelbereich E gestartet wird. Beim Start dieser Einregelungsphase liegt eine große Abweichung der aktuellen Differenzzeit tSweep zum Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint vor. Weshalb die aktuelle Differenzfrequenz tSweep durch eine plusweitenmodulierte Regelung C_PWM mit pulsweitenmodulierten Regelsignalen RPWM , die sowohl als Aufwärts-Regelsignale RUp als auch Abwärts-Regelsignale RDown ausgestaltet sind, verändert wird. Die Aufwärts-Regelsignale RUp und Abwärts-Regelsignale RDown steuern hierbei die Frequenzregeleinheit 10 an, welche eine entsprechende Regelspannung VC erzeugt. Ein an der Frequenzregeleinheit 10 anliegendes Aufwärts-Regelsignal RUp bewirkt einen Anstieg der Regelspannung VC am Ausgang der Frequenzregeleinheit 10. Hingegen bewirkt ein an der Frequenzregeleinheit 10 anliegendes Abwärts-Regelsignal RDown ein Absinken der Regelspannung VC . Ist die Abweichung der aktuellen Differenzzeit tSweep zum Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint nur noch gering, so wird in eine impulsfolgenmodulierte Regelung C_Toggle mit impulsfolgenmodulierten Regelsignalen RToggle gewechselt, in der die Frequenzregeleinheit 10 nur noch mit kurzen Impulsfolgen von sehr kurzen Impulsen angesteuert wird. Durch die kurzen Impulse der impulsfolgenmodulierten Regelsignale RToggle ist es möglich, dass nur noch eine geringfügige Änderung der Differenzfrequenz tSweep vorgenommen werden kann. Durch dieses Verfahren, dass bei geringen Abweichungen der Differenzzeit tSweep von dem Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint ein impulsfolgenmoduliertes Regelsignal RToggle zur Feineinregelung eingesetzt wird, tritt nur ein geringes Einschwingverhalten der Regelung auf. Ist die Differenzzeit tSweep auf den Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint eingeregelt, so ist der Sollwert des Arbeitspunktes OP_setpoint im sicheren Regelbereich E eingestellt. Durch einzelne kurze Impulse des Abwärts-Regelsignals RDown und des Aufwärts-Regelsignals RUp kann bei einer eingeregelten Differenzzeit tSweep auf den Sollwert der Differenzzeit tSweep_setpoint einer tendenziellen Regelabweichung entgegengewirkt werden. Hierzu wird beispielsweise die Periode je nach Tendenz der Regelabweichung unterbrochen, bzw. ein oder mehrer kurze Impulse werden ausgelassen. By switching on the supply voltage P is the microcontroller 16 and the control / evaluation 15 initialized. It happens that due to past control process phases and the operating state or transient response of the electrical components in this state, a not previously definable current control voltage V act at the sampling oscillator 12 is applied. For this reason, in the method according to the invention first a work point detection OP_ID performed in a first control step, a first difference time t sweep1 with the corresponding current control voltage V act or fourth control voltage V C4 determined. Subsequently, in a further control step, a second control voltage V C2 set and a corresponding second difference time t Sweep2 is determined. From the quotient of the difference of the first difference time t Sweep1 and second difference time t Sweep2 to the difference of the corresponding control voltages V C4 . V C2 becomes a gradient Degree or a slope determines the same is also true with generating a first control voltages V C1 and a third control voltage V C3 and determining the corresponding difference times t Sweep1 . t Sweep2 feasible. By determining the gradient Degree and by determining the crossing or-compliance with the limit value of the difference frequency sweep t _ setpoint can be determined very quickly whether the operating point operating room the regulation in a critical control area A . B . C . F or in a safe control area e lies. In 4 is the example 3 been picked up that the current control voltage V act during the initialization of the microcontroller Init_μC or the initialization of the control / evaluation unit 15 in the critical control range F was localized and this critical control area F corresponding gradient Degree exist. In this case, the control algorithm regulates the current control voltage V act to a minimum value of the control voltage V min down, creating a re-lock phase in the safe control area e is started. At the start of this Einregelungsphase is a large deviation of the current difference time t sweep to the setpoint of the difference time t sweep _ setpoint . Why the current difference frequency t sweep by a plus-wide-modulated control C_PWM with pulse width modulated control signals R PWM acting as both up-level control signals R Up as well as down-control signals R down are designed, changed. The upward control signals R Up and down control signals R Down control the frequency control unit 10 on which a corresponding control voltage V C generated. One at the frequency control unit 10 applied upstream control signal R Up causes an increase in the control voltage V C at the output of the frequency control unit 10 , On the other hand causes a at the frequency control unit 10 applied down-regulation signal R down a drop in the control voltage V C , Is the deviation of the current difference time t sweep to the setpoint of the difference time t Sweep_setpoint only small, so is in a pulse train modulated control C_Toggle with pulse train modulated control signals R toggle changed in the frequency control unit 10 only with short pulse trains of very short pulses is driven. Due to the short pulses of the pulse train modulated control signals R toggle It is possible that only a slight change in the difference frequency t sweep can be made. By this procedure, that with small deviations of the difference time t sweep from the setpoint of the difference time t Sweep_setpoint a pulse train modulated control signal R toggle is used for fine adjustment, occurs only a low transient response of the scheme. Is the difference time t sweep adjusted to the setpoint of the difference time t sweep _ setpoint , then the setpoint of the operating point OP_setpoint in the safe control area e set. By single short pulses of the down-regulation signal R down and the up-control signal R Up With an adjusted differential time t sweep can be set to the setpoint value of the difference time t Sweep_setpoint a tendency to be counteracted. For this purpose, for example, the period is interrupted depending on the tendency of the control deviation, or one or more short pulses are omitted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Messumformertransmitters
33
Messeinheitmeasuring unit
3a3a
Antenneantenna
3b3b
OberflächenwellenleiterSurface waveguide
44
Oberfläche, GrenzschichtSurface, boundary layer
55
Füllgut; Mediumcontents; medium
66
Prozessraumprocess space
77
Behältercontainer
88th
EnergieversorgungsleitungPower line
99
Feldbusfieldbus
10 10
FrequenzregeleinheitFrequency control unit
1111
Frequenzumsetzerfrequency converter
1212
erster Oszillator, Abtasttaktoszillatorfirst oscillator, sampling clock oscillator
1313
zweiter Oszillator, Sendetaktoszillatorsecond oscillator, transmit clock oscillator
1414
Kommunikations-/VersorgungseinheitCommunication / supply unit
1515
Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
1616
Mikrocontrollermicrocontroller
1717
Sende-/EmpfangseinheitTransmit / receive unit
18 1918 19
Sendeimpulsgenerator AbtastschaltungTransmit pulse generator sampling circuit
2020
NF-SchaltungsteilLF-circuit portion
2121
HF-SchaltungsteilRF circuit part
2222
Verstärker-/FiltereinheitAmplifier / filter unit
2323
Sende-/EmpfangsweicheTransmit / receive switch
2424
Regelkreis loop
SHF S HF
hochfrequentes Messsignalhigh-frequency measurement signal
STX S TX
Sendesignalsend signal
SRX S RX
Reflexionssignalreflection signal
SZF S ZF
ZwischenfrequenzsignalIntermediate frequency signal
SSweep S sweep
Differenzsignaldifference signal
SPRF S PRF
PulsreptiersignalPulsreptiersignal
fPRF f PRF
PulsreptierfrequenzPulsreptierfrequenz
SSample S sample
Abtastsignalsampling
fSample f sample
Abtastfrequenzsampling
fSweep f sweep
Differenzfrequenzdifference frequency
tSweep t sweep
Differenzzeittime difference
tSweep1 t Sweep1
erste Differenzzeitfirst difference time
tSweep2 t Sweep2
zweite Differenzzeitsecond difference time
fSweep_setpoint f Sweep_setpoint
Sollwert der DifferenzfrequenzSetpoint of the difference frequency
tSweep_setpoint t Sweep_setpoint
Sollwert der DifferenzzeitSetpoint of the difference time
tSweep_max t Sweep_max
maximaler Grenzwert der Differenzzeitmaximum limit value of the difference time
tSweep_min t sweep_min
minimaler Grenzwert der Differenzzeitminimum limit value of the difference time
PP
Versorgungsspannungsupply voltage
Init_µCInit_μC
Initialisierung des MikrocontrollersInitialization of the microcontroller
C_PWMC_PWM
plusweitenmodulierte Regelungplus-width modulated control
C_ToggleC_Toggle
impulsfolgenmodulierte Regelungpulse sequence modulated control
OPoperating room
Arbeitspunktworking
OP_setpointOP_setpoint
Sollwert des ArbeitspunktSetpoint of the operating point
OP_IDOP_ID
ArbeitspunkterkennungWorking point detection
RC R C
Regelsignalecontrol signals
RUp R Up
Aufwärts-RegelsignaleUp-control signals
RDown R down
Abwärts-RegelsignaleDown control signals
RPWM R PWM
pulsweitenmoduliertes Regelsignalpulse width modulated control signal
RToggle R toggle
impulsfolgenmoduliertes Regelsignalpulse sequence modulated control signal
c_varc_var
Regelgrößecontrolled variable
c_var1c_var1
erste Regelgrößefirst controlled variable
c_var2c_var2
zweite Regelgrößesecond controlled variable
gradDegree
Gradient; Änderungsmaß; SteigungGradient; of change; pitch
VC V C
Regelspannungcontrol voltage
VC1 V C1
erste Regelspannungfirst control voltage
VC2 V C2
zweite Regelspannungsecond control voltage
VC3 V C3
dritte Regelspannungthird control voltage
VC4 V C4
vierte Regelspannungfourth control voltage
Vmax V max
Maximalwert der RegelspannungMaximum value of the control voltage
Vmin V min
Minimalwert der RegelspannungMinimum value of the control voltage
Vact V act
aktuellen Regelspannung, Istwert der Regelspannungcurrent control voltage, actual value of the control voltage
Vset V set
Sollwert der RegelspannungSetpoint of the control voltage
VPol V pol
Polstellen-RegelspannungPole control voltage
Vdig V dig
digitaler Regelwertdigital control value
con_charcon_char
RegelkennlinieControl characteristic
Ee
sichere Regelbereichesafe control areas
A, B, C, FA, B, C, F
kritische Regelbereichecritical control areas
DD
StörungsbereichError scope
kT k T
Transformationsfaktortransforming factor
dd
Distanzdistance
hH
Höheheight
ll
Füllstandlevel
tt
Laufzeitrunning time
ts t s
Zeitskalatimescale
xx
Laufstreckerunning track

Claims (11)

Verfahren zur Bestimmung des Füllstands (l) anhand der Laufzeit (t) eines hochfrequenten Messsignals (SHF), das mittels eines Transformationsverfahrens mit einem bestimmten Transformationsfaktors (kT) in ein niederfrequenteres Zwischenfrequenzsignal (SZF) transformiert wird, - wobei der Transformationsfaktor (kT) aus einer Differenzfrequenz (fSweep) oder einer Differenzzeit (tSweep) eines Differenzsignals (SSweep) zwischen einem Pulsrepetiersignal (SPRF) mit einer Pulsrepetierfrequenz (fPRF) und einem Abtastsignal (SSampl) mit einer Abtastfrequenz (fSampl) erzeugt und ermittelt wird, - wobei die Pulsrepetierfrequenz (fPRF) und/oder die Abtastfrequenz (fSampl) anhand einer Regelung mit einer Regelgröße (c_var) durch einen entsprechenden Regelalgorithmus so verändert werden/wird, dass die Differenzfrequenz (fSweep) auf einen Sollwert der Differenzfrequenz (fSweep_setpoint) oder die Differenzzeit (tSweep) auf einen Sollwert der Differenzzeit (tSweep_setpoint) geregelt wird, - wobei zwischen zumindest zwei Werten der Differenzfrequenz (fSweep) oder zwischen zumindest zwei Werten der Differenzzeit (tSweep) in Abhängigkeit von der Regelgröße (c_var) ein Gradient (grad) bestimmt wird, - wobei anhand des Gradienten (grad) und der Differenzfrequenz (fSweep) oder der Differenzzeit (tSweep) bei eingestellter Regelgröße (c_var) ein Arbeitspunkt (OP) der Regelung bestimmt wird, und dementsprechend der Regelalgorithmus angepasst wird.Method for determining the filling level (l) on the basis of the transit time (t) of a high-frequency measuring signal (S HF ) which is transformed by means of a transformation process with a specific transformation factor (k T ) into a lower-frequency intermediate-frequency signal (S ZF ), - the transformation factor ( k T ) from a difference frequency (f sweep ) or a difference time (t sweep ) of a difference signal (S sweep ) between a pulse repetition signal (S PRF ) with a pulse repetition frequency (f PRF ) and a sampling signal (S Sampl ) with a sampling frequency (f Sampl ) is generated and determined, - whereby the pulse repetition frequency (f PRF ) and / or the sampling frequency (f Sampl ) are so changed by a control with a controlled variable (c_var) by a corresponding control algorithm that the difference frequency (f sweep ) on a setpoint of the difference frequency (f sweep_setpoint ) or the difference time (t sweep ) to a setpoint of the difference time (t sweep_se tpoint ), wherein a gradient (grad) is determined between at least two values of the difference frequency (f sweep ) or between at least two values of the difference time (t sweep ) as a function of the controlled variable (c_var), wherein on the basis of the gradient (grad) and the difference frequency (f sweep ) or the difference time (t sweep ) with set control variable (c_var) an operating point (OP) of the control is determined, and accordingly the control algorithm is adjusted. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polarisation oder das Vorzeichen der Differenzfrequenz (fSweep) des Differenzsignals (SSweep) oder der Differenzzeit (tSweep) mittels des Gradienten (grad) ermittelt wird.Method according to Claim 1 , wherein the polarization or the sign of the difference frequency (f sweep ) of the difference signal (S sweep ) or the difference time (t sweep ) by means of the gradient (grad) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Regelkennlinie (con_char) des Differenzsignals (SSweep) aufgenommen wird, indem die Differenzfrequenz (fSweep) oder die Differenzzeit (tSweep) in Abhängigkeit von der sich ändernden Regelgröße (c_var) bestimmt und abgespeichert wird.Method according to Claim 1 in which a control characteristic (con_char) of the difference signal (S sweep ) is recorded by determining and storing the difference frequency (f sweep ) or the difference time (t sweep ) as a function of the changing controlled variable (c_var). Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Regelalgorithmus den Arbeitspunkt (OP) in einen definierten sicheren Regelbereich (E) zurücksetzt, indem die Regelgröße (c_var) auf einen Minimalwert zurückgesetzt wird, wenn der Arbeitspunktes (OP) in einem kritischen Regelbereich (A; B; C; F) der Regelung ermittelt wird.Method according to Claim 1 or 3 wherein the control algorithm resets the operating point (OP) to a defined safe control range (E) by resetting the controlled variable (c_var) to a minimum value when the operating point (OP) is in a critical control range (A; B; C; F) the scheme is determined. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Regelalgorithmus den Arbeitspunkt (OP) auf den Sollwert des Arbeitspunkts (OP_setpoint) einregelt, indem die Regelgröße (c_var) stetig verändert wird, wenn der Arbeitspunkt (OP) in einem definierten sicheren Regelbereich (E) der Regelung ermittelt wirdMethod according to Claim 3 or 4 , wherein the control algorithm adjusts the operating point (OP) to the setpoint of the operating point (OP_setpoint) by the control variable (c_var) is continuously changed when the operating point (OP) in a defined safe control range (E) of the control is determined Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei von dem Regelalgorithmus eine Störung erkannt wird, falls der Arbeitspunkt (OP) permanent im Störungsbereich (D) oberhalb eines maximalen Grenzwerts der Differenzfrequenz (fSweep) oder unterhalb eines minimalen Grenzwerts der Differenzzeit (tSweep) ermittelt wird.Method according to Claim 3 . 4 or 5 in which a fault is detected by the control algorithm if the operating point (OP) is permanently determined in the fault area (D) above a maximum limit value of the difference frequency (f sweep ) or below a minimum limit value of the difference time (t sweep ). Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4, 5 oder 6, wobei bei einem definierten Grenzwert der Regelabweichung der Differenzfrequenz (fSweep) von dem Sollwert der Differenzfrequenz (fSweep_setpoint) oder der Differenzzeit (tSweep) von dem Sollwert der Differenzzeit (tSweep_setpoint) in dem Regelalgorithmus ein Fehlerzähler inkrementiert wird, wenn dieser Grenzwert überschritten wird, oder dekrementriert wird, wenn dieser Grenzwert eingehalten wird.Method according to Claim 1 . 3 . 4 . 5 or 6 wherein at a defined limit value of the deviation of the difference frequency (f sweep ) from the setpoint of the difference frequency (f sweep_setpoint ) or the difference time (t sweep ) from the setpoint of the difference time (t sweep_setpoint ) in the control algorithm, an error counter is incremented, if this limit value is exceeded or decremented if this limit is met. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein maximaler Zählwert des Fehlerzählers eingestellt wird, bei dem der Fehlerzähler gelöscht wird, der Regelalgorithmus unterbrochen wird und der Arbeitspunkt (OP) in den definierten sichereren Regelbereichen (E) der Regelkennlinie (con_char) durch Zurückfahren der Regelgröße (c_var) auf einen Minimalwert versetzt wird.Method according to Claim 7 , wherein a maximum count of the error counter is set, in which the error counter is deleted, the control algorithm is interrupted and the operating point (OP) in the defined safer control ranges (E) of the control characteristic (con_char) by returning the controlled variable (c_var) to a minimum value is offset. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, wobei als Regelgröße (c_var) bis zu einem ersten Toleranzwert eine große Regelabweichung der Differenzfrequenz (fSweep) von dem Sollwert der Differenzfrequenz (fSweep_setpoint) oder der Differenzzeit (tSweep) vom Sollwert der Differenzzeit (tSweep_setpoint) ein pulsweitenmoduliertes Regelsignal (RPWM) von dem Regelalgorithmus bewirkt wird.Method according to Claim 1 or 7 , wherein as a controlled variable (c_var) up to a first tolerance value a large deviation of the difference frequency (f sweep ) from the setpoint of the difference frequency (f sweep_setpoint ) or the difference time (t sweep ) from the setpoint of the difference time (t sweep_setpoint ) a pulse width modulated control signal (R PWM ) is effected by the control algorithm. Verfahren nach Anspruch 1, 7 oder 9, wobei als Regelgröße (c_var) bis zu einem zweiten Toleranzwert einer mittleren Regelabweichung der Differenzfrequenz (fSweep) von dem Sollwert der Differenzfrequenz (fSweep_setpoint) oder der Differenzzeit (tSweep) vom Sollwert der Differenzzeit (tSweep_setpoint) ein impulsfolgenmoduliertes Regelsignal (RToggle) von dem Regelalgorithmus bewirkt wird.Method according to Claim 1 . 7 or 9 , wherein as a controlled variable (c_var) up to a second tolerance value of a mean deviation of the difference frequency (f sweep ) from the setpoint of the difference frequency (f sweep_setpoint ) or the difference time (t sweep ) from the setpoint of the difference time (t sweep_setpoint ) a pulse train modulated control signal (R Toggle ) is effected by the control algorithm. Verfahren nach Anspruch 1, 7, 9 oder 10, wobei bis zu einem dritten Toleranzwert einer tendenziellen Regelabweichung der Differenzfrequenz (fSweep) von dem Sollwert der Differenzfrequenz (fSweep_setpoint) oder der Differenzzeit (tSweep) vom Sollwert der Differenzzeit (tSweep_setpoint) nicht sofort mit einer entsprechenden Regelgröße (c_var) entgegen geregelt wird, sondern eine Tendenz der Regelabweichungen bestimmt wird und ein tendenzielles Regelsignal (SDrift), das zu dem impulsfolgenmodulierten Regelsignal (RToggle) oder zu dem pulsweitenmodulierten Regelsignal (RPWM) hinzugefügt wird, erzeugt wird.Method according to Claim 1 . 7 . 9 or 10 , up to a third tolerance value of a tendency deviation of the difference frequency (f sweep ) from the setpoint of the difference frequency (f sweep_setpoint ) or the difference time (t sweep ) from the setpoint of the difference time (t sweep_setpoint ) not immediately with a corresponding control variable (c_var) contrary is controlled, but a tendency of the deviations is determined and a tendency control signal (S drift ), which is added to the pulse train modulated control signal (R toggle ) or to the pulse width modulated control signal (R PWM ) is generated.
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