DE102008029771A1

DE102008029771A1 - Anordnung zur Füllstandsmessung

Info

Publication number: DE102008029771A1
Application number: DE102008029771A
Authority: DE
Inventors: Peter KLÖFER; Winfried Mayer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2009-12-31
Also published as: US8511159B2; US20100000314A1

Abstract

Es ist eine Anordnung zur Messung von Füllständen von in Behältern (3, 23) befindlichen Füllgütern (1) mit einem einzigen entfernt von den Messorten (X, X1, X2, X3), an denen ein Füllstand gemessen werden soll, angeordneten, nach dem Laufprinzip arbeitenden Füllstandmessgerät (5) mit einer Antenne (7) zum gerichteten Senden der Mikrowellen und zum Empfangen von Mikrowellen beschrieben, mit einer Spiegelanordnung (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f), die mindestens einen an einem Messort (X, X1, X2, X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten Spiegel (13, 25, 27, 25', 27', 29) aufweist, die von der Antenne (7) in deren Senderichtung (S) gesendete Mikrowellen auf die Füllgutoberfläche überträgt und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne (7) überträgt, und einer Messgeräteelektronik (9), der im Messbetrieb mit der Antenne (7) aufgenommene Empfangssignale zugeführt werden und die anhand der Empfangssignale die Laufzeiten der an den Messorten (X, X1, X2, X3) an der Füllgutoberfläche reflektierten Mikrowellen bestimmt und daraus anhand der Positionen der oberhalb des Füllguts (1) an den Messorten (X, X1, X2, X3) angeordneten Spiegel (13, 25, 27, 25', 27', 29) die Füllstände an den Messorten (X, X1, X2, X3) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Füllständen von in Behältern befindlichen Füllgütern mit einem nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät, das im Messbetrieb Mikrowellen sendet und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos nach einer vom zu messenden Füllstand abhängigen Laufzeit wieder empfängt und anhand von deren Laufzeit den Füllstand bestimmt.
Derartige berührungslos arbeitende Messgeräte werden in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, z. B. in der verarbeitenden Industrie, in der Chemie oder in der Lebensmittelindustrie.
1 zeigt eine solche Anordnung zur Füllstandsmessung, wie sie heute üblicher Weise eingesetzt wird. Dabei befindet sich das Füllgut 1 in einem Behälter 3 auf dem das mit Mikrowellen nach dem Laufzeitprinzip arbeitende Füllstandsmessgerät 5 angeordnet ist. Das Füllstandsmessgerät 5 weist eine Antenne 7 auf, über die von einer Messgerätelektronik 9 generierte Mikrowellen gesendet und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit wieder empfangen und der Messgerätelektronik 9 zugeführt werden. Die Messgerätelektronik 9 ermittelt die zugehörige Laufzeit und berechnet daraus anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen und der Einbauhöhe des Messgeräts 5 den Füllstand.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen bei denen das Füllstandsmessgerät bzw. dessen Antenne nicht unmittelbar über dem Füllgut angeordnet werden kann. Ein Beispiel hierfür sind Anwendungen, bei denen oberhalb des Füllguts sehr raue Umgebungsbedingungen herrschen, denen die Antenne bzw. das Messgerät, insb. dessen elektronische Komponenten, nicht standhalten können. So können beispielsweise bei mit sehr heißen Füllgütern, z. B. metallischen Schmelzen, gefüllten Behältern oberhalb des Füllguts enorm hohe Temperaturen auftreten, die das Messgerät bzw. dessen Antenne innerhalb kürzester Zeit nachhaltig beschädigen oder sogar vollständig zerstören würden. Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen mit sehr großer Dampf- oder Staubentwicklung. Sowohl Dampf als auch Staub lagert sich auf der Antenne ab und führen zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Sende- und/oder Empfangseigenschaften des Messgeräts.
Ein weiteres Beispiel sind Anwendungen, bei denen mit einem einzigen Füllstandsmessgerät Füllstände an zwei oder mehr räumlich voneinander getrennten Messorten gemessen werden sollen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zur Füllstandsmessung mit einem mit Mikrowellen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandsmessgerät anzugeben, mit der es möglich ist, das Füllstandsmessgerät entfernt von mindestens einem Messort anzuordnen, an dem mit dem Füllstandsmessgerät ein Füllstand gemessen werden soll.
Hierzu besteht die Erfindung in einer Anordnung zur Messung von Füllständen von in Behältern befindlichen Füllgütern an mindestens einem vorgegebenen Messort, mit

– einem entfernt von dem Messort bzw. den Messorten angeordneten mit Mikrowellen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandmessgerät mit einer Antenne zum gerichteten Senden der Mikrowellen und zum Empfangen von Mikrowellen,
– einer Spiegelanordnung,
– die mindestens einen an einem Messort oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel aufweist, und
– die von der Antenne in deren Senderichtung gesendete Mikrowellen an den Messorten auf die Füllgutoberfläche überträgt, und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne überträgt, und
– einer Messgerätelektronik,
– der im Messbetrieb mit der Antenne aufgenommene Empfangssignale zugeführt werden, und
– die anhand der Empfangssignale die Laufzeiten der an den Messorten an der Füllgutoberfläche reflektierten Mikrowellen bestimmt und daraus anhand der Positionen der oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel die an den Messorten vorliegenden Füllstände ermittelt.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist die Antenne außerhalb des Behälters oberhalb des Füllguts angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie im Messbetrieb Mikrowellen in eine Senderichtung ausstrahlt, die über die Füllgutoberfläche hinweg verläuft. Die Spiegelanordnung weist einen einzigen am Messort oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel auf, auf den im Messbetrieb die in Senderichtung ausgestrahlten Mikrowellen auftreffen. Dieser ist gegenüber der Senderichtung derart geneigt angeordnet, dass am Spiegel in Senderichtung auftreffende Mikrowellen von diesem am Messort auf die Füllgutoberfläche reflektiert werden, und dass deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos von dem Spiegel zurück zur Antenne übertragen werden.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung

– weist die Spiegelanordnung mindestens zwei Spiegel auf,
– von denen einer ein in Senderichtung der Antenne angeordneter Umlenkspiegel ist, und
– von denen ein anderer ein am Messort oberhalb des Füllguts angeordneter Spiegel ist,
– wobei die Spiegel durch deren Ausrichtung eine Strahlführung für die Mikrowellen vorgeben, durch die von der Antenne ausgesendete Mikrowellen zur Füllgutoberfläche reflektiert werden und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne reflektiert werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung

– weist die Antenne eine Senderichtung auf, die oberhalb des Füllguts über das Füllgut hinweg verläuft,
– weist die Spiegelanordnung mindestens einen entlang einer durch die Senderichtung definierten Achse an einem Messort oberhalb des Füllguts angeordneten für Mikrowellen teildurchlässigen Spiegel und einen in Senderichtung gesehen hinter dem bzw. hinter den teildurchlässigen Spiegeln an einem weiteren Messort oberhalb des Füllguts angeordneten weiteren Spiegel auf, und
– weisen der bzw. die teildurchlässigen Spiegel und der weitere Spiegel eine Ausrichtung auf, durch die in Senderichtung darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts abgestrahlt werden, und an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel zurück reflektierte Echos von dem Spiegel entgegen der Senderichtung in Richtung der Antenne abgestrahlt werden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung

– umfasst die Spiegeleinrichtung
– einen Umlenkspiegel, der die von der Antenne in deren Senderichtung ausgesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung umlenkt, die oberhalb des Füllguts über das Füllgut hinweg verläuft,
– mindestens einen für Mikrowellen teildurchlässigen an einem Messort oberhalb des Füllguts entlang einer durch die Strahlrichtung definierten Achse angeordneten Spiegel, und
– einen in Strahlrichtung gesehen hinter dem bzw. hinter den teildurchlässigen Spiegeln an einem weiteren Messort oberhalb des Füllguts angeordneten weiteren Spiegel,
– weisen der bzw. die teildurchlässigen Spiegel und der weitere Spiegel eine Ausrichtung auf, durch die in Strahlrichtung darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts abgestrahlt werden, und durch die an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel zurück reflektierte Echos von dem jeweiligen Spiegel entgegen der Strahlrichtung in Richtung des Umlenkspiegels abgestrahlt werden, über den die darauf entgegen der Strahlrichtung eintreffenden Mikrowellen entgegen der Senderichtung in Richtung der Antenne abgestrahlt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung

– weist die Antenne eine Senderichtung auf, die oberhalb des Füllguts über das Füllgut hinweg verläuft,
– weist die Spiegelanordnung mindestens einen entlang der Senderichtung an einem Messort oberhalb des Füllguts in einen Strahlengang der Mikrowellen eingesetzten einen Teilbereich des Strahlengangs überdeckenden Spiegel und einen in Senderichtung gesehen hinter dem bzw. hinter den die Teilbereiche überdeckenden Spiegeln an einem weiteren Messort oberhalb des Füllguts angeordneten weiteren Spiegel auf, und
– weisen der bzw. die die Teilbereiche überdeckenden Spiegel und der weitere Spiegel eine Ausrichtung auf, durch die in Senderichtung darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts abgestrahlt werden, und an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel zurück reflektierte Echos von dem Spiegel entgegen der Senderichtung in Richtung der Antenne abgestrahlt werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung

– umfasst die Spiegeleinrichtung
– einen Umlenkspiegel, der die von der Antenne in deren Senderichtung ausgesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung umlenkt, die oberhalb des Füllguts über das Füllgut hinweg verläuft,
– mindestens einen entlang der Strahlrichtung an einem Messort oberhalb des Füllguts in den Strahlengang der Mikrowellen eingesetzten einen Teilbereich des Strahlengangs überdeckenden Spiegel, und
– einen in Strahlrichtung gesehen hinter dem bzw. hinter den jeweils einen Teilbereich überdeckenden Spiegeln an einem weiteren Messort oberhalb des Füllguts angeordneten weiteren Spiegel,
– weisen der bzw. die Teilbereiche überdeckenden Spiegel und der weitere Spiegel eine Ausrichtung auf, durch die in Strahlrichtung darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts abgestrahlt werden, und durch die an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel zurück reflektierte Echos von dem jeweiligen Spiegel entgegen der Strahlrichtung in Richtung des Umlenkspiegels abgestrahlt werden, über den die darauf entgegen der Strahlrichtung eintreffenden Mikrowellen entgegen der Senderichtung in Richtung der Antenne abgestrahlt werden.

Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung gemäß einer der Weiterbildungen, bei dem

– über die Antenne Mikrowellen ausgesendet werden,
– die gesendeten Mikrowellen über die Spiegelanordnung in eine der Anzahl der an den Messorten oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel entsprechenden Anzahl von Teilstrahlen aufgeteilt werden, die an den einzelnen durch die Positionen der Spiegel vorgegebenen Messorten auf die Füllgutoberfläche auftreffen und dort reflektiert werden,
– die an den Messorten von der Füllgutoberfläche reflektierten Echos der einzelnen Teilstrahlen über die Spiegelanordnung der Antenne zugeführt werden,
– anhand eines von der Antenne aufgenommen Empfangssignals die Laufzeiten bestimmt werden die die jeweiligen Teilstrahlen und deren Echos für den Weg von der Antenne zu dem dem Messort entsprechenden Ort auf der Füllgutoberfläche und zurück zur Antenne benötigen, und
– anhand dieser Laufzeiten und den Positionen der jeweiligen an den Messorten oberhalb der Füllgutoberfläche angeordneten Spiegeln der Füllstand an den Messorten bestimmt wird.

Gemäß einer Weiterbildung weisen weiter von der Antenne entfernte Spiegel eine größere Spiegelfläche auf als näher an der Antenne angeordnete Spiegel, wobei die Entfernung zwischen der Antenne und dem jeweiligen Spiegel gleich dem von den gesendeten Mikrowellen auf dem Weg von der Antenne zu dem jeweiligen Spiegel entlang des durch die Spiegelanordnung vorgegebenen Strahlenpfades zurückgelegte Wegstrecke ist.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weisen die Spiegel eine Formgebung auf, die bei der Reflektion der darauf eintreffenden Mikrowellen eine Bündelung derselben bewirkt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist mindestens ein über der Füllgutoberfläche angeordneter Spiegel mindestens einen Referenzreflektor auf, der darauf auftreffende Mikrowellen entgegen deren Einfallsrichtung zurück reflektiert.
Gemäß einer Ausgestaltung der beiden ersten Weiterbildungen sind die teildurchlässigen Spiegel metallische Spiegel, in deren Mitte ein für Mikrowellen durchlässiges Fenster, insb. eine Öffnung, vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät weist den Vorteil auf, dass das Messgerät und dessen Antenne entfernt von den Messorten, an denen mit dem Messgerät die Füllstände gemessen werden, an innerhalb weiter Grenzen frei wählbaren Orten angeordnet werden kann. Die Übertragung der Mikrowellen zu dem bzw. den Messorten wird durch die Spiegelanordnungen bewirkt. Die Spiegelanordnungen sind unempfindlich gegenüber rauen Umgebungstemperaturen, hohen Temperaturen und Feuchtigkeit. Diese sowohl für das Messgerät als auch die Antenne schädlichen Umwelteinflüsse beeinträchtigen das Übertragungsverhalten der Spiegelanordnung praktisch nicht.
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen sechs Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt: eine Anordnung zur Füllstandsmessung mit einem auf einem Behälter montierten Füllstandsmessgerät, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Füllstandsmessung mit einer Spiegelanordnung mit einem einzigen oberhalb des Füllguts in Senderichtung der Antenne angeordneten Spiegel;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Füllstandsmessung mit einer Spiegelanordnung mit einem in Senderichtung der Antenne angeordneten Umlenkspiegel und einem oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel;
4 zeigt einen Spiegel mit strahlbündelnder Wirkung;
5 zeigt einen mit Referenzreflektoren ausgestatten Spiegel;
6 zeigt eine erfindungsgemäße mit teildurchlässigen Spiegeln ausgestattete Anordnung mit der Füllstände an verschiedenen Messorten messbar sind;
7 zeigt einen teildurchlässigen Spiegel;
8 zeigt eine erfindungsgemäße mit in einen Teilbereich des Strahlengangs hineinragenden Spiegeln ausgestattete Anordnung mit der Füllstände an verschiedenen Messorten messbar sind;
9 zeigt eine erfindungsgemäße mit teildurchlässigen Spiegeln und einem in Senderichtung der Antenne angeordneten Umlenkspiegel ausgestattete Anordnung, mit der Füllstände an verschiedenen Messorten messbar sind;
10 zeigt eine erfindungsgemäße mit in einen Teilbereich des Strahlengangs hineinragenden Spiegeln und einem in Senderichtung der Antenne angeordneten Umlenkspiegel ausgestattete Anordnung mit der Füllstände an verschiedenen Messorten messbar sind;
11 zeigt eine Prinzipskizze einer von einem Empfangssignal abgeleiteten Echofunktion.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung von Füllständen eines in einem Behälter 3 befindlichen Füllgutes 1. Die Anordnung verwendet ein handelsübliches mit Mikrowellen nach dem Laufzeitprinzip arbeitendes Füllstandsmessgerät 5. Derartige Füllstandsmessgeräte 5 werden beispielsweise von der Anmelderin unter dem Produktnamen Micropilot vertrieben. Das Füllstandsmessgerät 5 weist eine Antenne 7 zum gerichteten Senden und zum Empfangen von Mikrowellen auf, und dient dazu im Messbetrieb Mikrowellen zu senden und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos nach einer vom Füllstand abhängigen Laufzeit zu empfangen.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist das Füllstandsmessgerät 5 und insb. dessen Antenne 7 in einiger Entfernung von dem Messort X, an dem der Füllstand gemessen werden soll, angeordnet.
Wenn das Füllstandsmessgerät 5 aus den eingangs genannten Gründen, wie z. B. am Messort X herrschenden hohen Temperaturen, Staub oder Dampf, nicht unmittelbar oberhalb des Füllguts 1 in bzw. über dem Behälter 3 angeordnet werden kann, ist es vorzugsweise, wie in 2 dargestellt, komplett außerhalb des Behälters 3 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Spiegelanordnung 11 die aus einem oder mehreren Spiegeln besteht. Davon ist mindestens ein Spiegel 13 an einem Messort X oberhalb des Füllguts 1 im oder über dem Behälter 3 angeordnet.
Die Spiegelanordnung 11 überträgt die von der Antenne 7 in deren Senderichtung S gesendeten Mikrowellen an den Messorten X auf die Füllgutoberfläche und sie überträgt in umgekehrter Richtung deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne 7. im Messbetrieb werden die von der Antenne 7 aufgenommenen Empfangssignale einer Messgerätelektronik 9 des Füllstandsmessgeräts 5 zugeführt. Diese ermittelt anhand der Empfangssignale die Laufzeiten, die die Mikrowellen für den durch die Spiegelanordnung 11, die Position der Antenne 7 und den Füllstand vorgegebenen Weg von der Antenne 7 zur Füllgutoberfläche und zurück benötigen, und leitet daraus anhand der Position des bzw. der an dem Messort X bzw. an den Messorten oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Spiegel 13 die zugehörigen Füllstände ab.
Hierzu leitet die Messgerätelektronik 9 aus dem Empfangssignal eine die Echoamplituden als Funktion der Laufzeit darstellende Echofunktion ab. Jeder Wert dieser Echofunktion entspricht der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand entlang des durch die Position der Antenne 7 und der Spiegelanordnung 11 vorgegebenen Weges von der Antenne 7 reflektierten Echos.
Zur Bestimmung der Laufzeiten können alle bekannten Verfahren angewendet werden, die es ermöglichen, verhältnismäßig kurze Entfernungen mittels reflektierter Mikrowellen zu messen. Die bekanntesten Beispiele sind das Pulsradar und das Frequenzmodulations-Dauerstrichradar (FMCW-Radar).
Beim Pulsradar werden periodisch kurze Mikrowellen-Sendeimpulse gesendet, die von der Füllgutoberfläche reflektiert und nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden. Die empfangene Signalamplitude als Funktion der Zeit stellt die Echofunktion dar. Jeder Wert dieser Echofunktion entspricht der Amplitude eines in einem bestimmten Abstand von der Antenne reflektierten Echos.
Beim FMCW-Verfahren wird eine kontinuierliche Mikrowelle gesendet, die periodisch linear frequenzmoduliert ist, beispielsweise nach einer Sägezahnfunktion. Die Frequenz des empfangenen Echosignals weist daher gegenüber der Augenblicksfrequenz, die das Sendesignal zum Zeitpunkt des Empfangs hat, eine Frequenzdifferenz auf, die von der Laufzeit des Echosignals abhängt. Die Frequenzdifferenz zwischen Sendesignal und Empfangssignal, die durch Mischung beider Signale und Auswertung des Fourierspektrums des Mischsignals gewonnen werden kann, entspricht somit dem Abstand der reflektierenden Fläche von der Antenne. Ferner entsprechen die Amplituden der Spektrallinien des durch Fouriertransformation gewonnenen Frequenzspektrums den Echoamplituden. Dieses Fourierspektrum stellt daher in diesem Fall die Echofunktion dar.
Aus der Echofunktion wird mindestens ein Nutzecho bestimmt, das der Reflexion des Sendesignals am Messort X an der Füllgutoberfläche entspricht. Aus der Laufzeit des Nutzechos ergibt sich bei einer bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen unmittelbar die Wegstrecke die die Mikrowellen auf ihrem durch die Spiegelanordnung 11 vorgegebenen Weg von der Antenne 7 zur Füllgutoberfläche und zurück durchlaufen. Das Füllstandsmessgerät 5 bestimmt anhand dieser Laufzeiten und der Position des am jeweiligen Messort X über dem Füllgut 1 angeordneten Spiegels 13 den aktuellen Füllstand an diesem Messort X.
Vorzugsweise werden hochfrequente Mikrowellen, z. B. Mikrowellen mit einer Frequenz von mehr als 60 GHz, und entsprechend hierfür ausgelegte Antennen 7 verwendet. Hohe Frequenzen bieten den Vorteil, dass durch sie eine für die erfindungsgemäße Verwendung besonders gut geeignete Richtcharakteristik erzielbar ist, die sich durch einen geringen Öffnungswinkel der gesendeten Mikrowellenstrahlen auszeichnet.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Füllstandsmessgerät 5 seitlich neben dem Behälter 3 auf einer Höhe angeordnet, die oberhalb der Füllgutoberfläche liegt. Die Antenne 7 ist derart ausgerichtet, dass sie Mikrowellen in einer Senderichtung S aussendet, die oberhalb des Füllguts 1 parallel zur Füllgutoberfläche über die Füllgutoberfläche hinweg verläuft.
Die Spiegelanordnung 11a von 2 besteht aus einem einzigen am Messort X oberhalb des Füllguts 1 angeordneten in den Strahlengang eingesetzten Spiegel 13, auf den im Messbetrieb die in Senderichtung S ausgestrahlten Mikrowellen auftreffen. Der Spiegel 13 ist gegenüber der Senderichtung S derart geneigt angeordnet, dass er in Senderichtung S darauf auftreffende Mikrowellen nahezu senkrecht auf die Füllgutoberfläche reflektiert. Das Füllgut 1 reflektiert die darauf auftreffenden Mikrowellen in Form eines Echos zum Spiegel 13 zurück. Dort findet erneut eine Reflektion statt, durch die die Echos von dem Spiegel 13 zur Antenne 7 übertragen werden.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Senderichtung S der Antenne 7 und die entsprechende Ausgestaltung der Spiegelanordnung 11b unterscheidet.
Das Füllstandsmessgerät 5 und dessen Antenne 7 sind auch hier außerhalb des Behälters 3 angeordnet. Die Antenne 7 weist eine Ausrichtung auf, bei der die Senderichtung S senkrecht nach oben (parallel zur Oberflächennormale auf die Füllgutoberfläche) verläuft. Die Spiegelanordnung 11b weist einen in Senderichtung S der Antenne 7 oberhalb der Antenne 7 und oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Umlenkspiegel 15 auf, der dazu dient, die gesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung S' umzulenken, die parallel zur Füllgutoberfläche oberhalb des Füllguts 1 über den Behälter 3 hinweg führt. Diese Umlenkung wird durch eine entsprechende Ausrichtung des Umlenkspiegels 15 erreicht. Die Strahlrichtung S' entspricht der Senderichtung S der in 2 dargestellten Antenne 7. Die Spiegelanordnung 11b umfasst weiter den am Messort X oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Spiegel 13, der hier in den durch die Strahlrichtung S' vorgegebenen Strahlengang eingesetzt ist.
Im Messbetrieb werden die von der Antenne 7 in Senderichtung S ausgestrahlten Mikrowellen über den Umlenkspiegel 15 auf den Spiegel 13 gerichtet, der wiederum gegenüber der Strahlrichtung S' derart geneigt angeordnet ist, dass am Spiegel 13 reflektierten Mikrowellen am Messort X nahezu senkrecht auf die Füllgutoberfläche auftreffen. Das Füllgut 1 reflektiert die darauf auftreffenden Mikrowellen in Form eines Echos zum Spiegel 13 zurück. Die Echos werden über eine Reflektion am Spiegel 13 und eine Reflektion am Umlenkspiegel 15 zur Antenne 7 zurück übertragen.
Auch hier wird der Füllstand wieder anhand der Laufzeit bestimmt, die die Mikrowellen für den durch die Spiegelanordnung 11b, die Position der Antenne 7 und die Lage der Füllgutoberfläche definierten Weg von der Antenne 7 zur Füllgutoberfläche und zurück benötigen.
Selbstverständlich kann das Füllstandsmessgerät 5 auch an anderen als den dargestellten Orten außerhalb des Behälters 3 angeordnet sein, und die Antenne 7 kann eine andere Ausrichtung und damit eine andere als die dargestellten Senderichtungen S aufweisen. In dem Fall werden beispielsweise zwischen den in Senderichtung S eingesetzten Umlenkspiegel 15 und den oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Spiegel 13 weitere Spiegel zwischengeschaltet, durch die die auf den Umlenkspiegel 15 einfallenden Mikrowellen auf den oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Spiegel 13 gerichtet werden. Die an der Füllgutoberfläche reflektierten Mikrowellen durchlaufen die jeweilige Spiegelanordnung dann in umgekehrter Richtung und werden durch sie zur Antenne 7 zurück reflektiert.
Vorzugsweise sind die Spiegel 13, 15 Planarspiegel, die beispielsweise aus ebenen Metallplatten, z. B. aus einem Edelstahl, bestehen. Planarspiegel sind kostengünstig herstellbar und können auf einfache Weise installiert werden.
Alternativ können auch Spiegel verwendet werden, deren Formgebung bei der Reflektion der darauf eintreffenden Mikrowellen eine Bündelung derselben bewirkt. Hierdurch wird einer natürlichen Aufweitung des gesendeten Mikrowellenstrahls auf dessen Weg von der Antenne 7 zur Füllgutoberfläche und zurück entgegengewirkt. Derartige Spiegel werden beispielsweise in Spezialanwendungen, z. B. bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, bei großen von den Mikrowellen zurückzulegenden Entfernungen oder geringem Reflektionsvermögen der Füllgutoberfläche, zur Verbesserung der Strahlführung eingesetzt. Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in 4 dargestellt. Der dort dargestellte Spiegel 17 ist ein metallischer oder ein eine metallische Beschichtung aufweisender Parabolschirm, der einen darauf auftreffenden Strahl reflektiert und bündelt. Ein in einer Einfallsrichtung E darauf auftreffender Mikrowellenstrahl wird in einer durch Form und Ausrichtung des Spiegels 17 vorgegebenen Ausfallrichtung A gebündelt abgestrahlt. Der gleiche Bündelungseffekt tritt natürlich in der umgekehrten Strahlrichtung ein, wenn ein Strahl entgegen der in 4 dargestellten Ausfallrichtung A von unten auf den Spiegel 17 auftrifft und entgegen der in 4 dargestellten Einfallsrichtung E nach links gebündelt abgestrahlt wird. Durch diese Bündelung der Mikrowellen wird die Verlustleistung gering gehalten.
In Verbindung mit Spiegelanordnungen 11, die zwei oder mehr Spiegel 13, 15 aufweisen, werden die Abmessungen der Spiegel 13, 15 vorzugsweise derart gewählt, dass weiter von der Antenne 7 entfernte Spiegel, wie der Spiegel 13 in 3, eine größere wirksame Spiegelfläche aufweisen als näher an der Antenne 7 angeordnete Spiegel, hier der Umlenkspiegel 15 von 3. Dabei ist die Entfernung zwischen der Antenne 7 und dem jeweiligen Spiegel 13, 15 gleich dem von den gesendeten Mikrowellen auf dem Weg von der Antenne 7 zu dem jeweiligen Spiegel 13, 15 entlang des durch die Spiegelanordnung 11 vorgegebenen Strahlenpfades zurückgelegte Wegstrecke. Hierdurch lässt sich die Verlustleistung, die aufgrund der durch den Öffnungswinkel der gesendeten Mikrowellenstrahlen auftretenden Strahlverbreiterung entlang dieses Weges auftritt, reduzieren.
Vorzugsweise weist der am Messort X über der Füllgutoberfläche angeordnete Spiegel 13 mindestens einen Referenzreflektor 19 auf, der dazu dient einen kleinen Teil TR der auf den Spiegel 13 einfallenden Mikrowellen unmittelbar entgegen der Einfallsrichtung E zurück zu reflektieren. Der entgegen der Einfallsrichtung E zurückreflektierte Teil TR wird über die Spiegelanordnung 11 zurück zur Antenne 7 geführt und bewirkt ein Referenzecho, dass aufgrund seiner festen Laufzeit auf einfache Weise anhand des Empfangssignal ermittelt werden kann. Das Referenzecho und dessen Laufzeit bilden damit einen festen Bezugspunkt für die Ermittlung des am Messort X an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos und dessen Laufzeit.
5 zeigt den Spiegel 13 mit drei exemplarisch darauf angeordneten Arten von Referenzreflektoren 19a, 19b, 19c.
Der in der Mitte des Spiegels 13 angeordnete Referenzreflektor 19a wird durch einen Spiegelausschnitt gebildet, der eine raue Oberfläche aufweist, die eine diffuse Reflektion bewirkt. Bei der diffusen Reflektion wird ein Teil TR der in Einfallsrichtung E auf die raue Oberfläche auftreffenden Mikrowellen antiparallel zur Einfallsrichtung E zurückreflektiert.
Der am oberen Rand des Spiegels 13 angeordnete Referenzreflektor 19b weist eine Reflektorfläche 21 auf, deren Flächennormale antiparallel zu einer Einfallsrichtung E verläuft. Auf die Reflektorfläche 21 in Einfallsrichtung E auftreffende Mikrowellen werden antiparallel zur Einfallsrichtung E zurück reflektiert.
Der an dem unteren Rand des Spiegels 13 angeordnete Reflektor 19c ist ein Retroreflektor, wie er z. B. in Katzenaugen verwendet wird. Retroreflektoren sind auch unter der Bezeichnung Corner Reflektor, Rückstrahler, Tripelspiegel oder Winkelreflektor bekannt. Sie bestehen in der Regel aus drei senkrecht zueinander angeordneten dreieckigen Spiegelflächen, die zu einer Ecke zusammengefügt sind, in der einfallende Mikrowellen reflektiert und entgegen deren Einfallsrichtung E wieder abgestrahlt werden.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Spiegelanordnungen 11 im Gegensatz zum Füllstandsmessgerät 5 und zu dessen Antenne 7 mechanisch sehr robust und extrem temperaturbeständig sind. Ein weiterer Vorteil der Spiegelanordnung 11 besteht darin, dass die durch die Spiegelanordnung 11 bewirkte Strahlführung der Mirkowellen in hohem Maße unempfindlich gegenüber Verunreinigungen, wie z. B. Staub, und gegenüber Feuchtigkeit, z. B. in Form von Dampf und oder Kondensat, ist.
Es gibt Anwendungen bei denen in einem Behälter an unterschiedlichen Orten unterschiedliche Füllstände vorliegen können. Ein Beispiel hierfür sind Behälter, z. B. Tanks oder Fässer, die auf beweglichen oder schwankenden Plattformen angeordnet sind. Ein weiteres Beispiel sind Schüttgutbehälter, in denen das Füllgut 1 Schüttkegel ausbildet.
6 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Füllstandsmessung, mit der es möglich ist, mit einem einzigen entfernt von den Messorten X1, X2, X3 angeordneten Füllstandsmessgerät 5 die Füllstände an den verschiedenen Messorten X1, X2, X2 zu messen. Dazu wird auch hier eine Spiegelanordnung 11c verwendet, die die von der Antenne 7 gesendeten Mikrowellen von der Antenne 7 zu den verschiedenen Messorten X1, X2, X3 in den Behälter 23 überträgt und deren an den jeweiligen Orten X1, X2, X3 an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne 7 überträgt.
Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 7 außenseitlich am Behälters 23 auf einer Höhe angeordnet, die oberhalb des Füllguts 1 liegt und weist eine Senderichtung S auf, die oberhalb des Füllguts 1 über das Füllgut 1 hinweg verläuft. Die dargestellte Spiegelanordnung 11c umfasst zwei entlang einer durch die Senderichtung S definierten Achse in Senderichtung S hintereinander angeordnete für Mikrowellen teildurchlässige, jeweils an einem Messort X1, X2 oberhalb des Füllguts 1 angeordnete Spiegel 25, 27. Sofern dies, z. B. aufgrund der Größe des Behälters 23 und/oder der Anzahl der Orte, an denen der Füllstand gemessen werden soll, erforderlich ist, können, soweit die Messdynamik des Füllstandsmessgerät 5 dies zulässt, noch weitere teildurchlässige Spiegel entlang dieser Achse angeordnet werden. Hinter dem in Senderichtung S gesehen letzten teildurchlässigen Spiegel 27 ist an einem weiteren Messort X3 ein weiterer Spiegel 29 oberhalb des Füllguts 1 angeordnet.
Die teildurchlässigen Spiegel 25, 27 und der weitere Spiegel 29 weisen eine Ausrichtung auf, durch die in Senderichtung S darauf auftreffende und daran reflektierten Mikrowellen an den Messorten X1, X2, X3 in Richtung des Füllguts 1 abgestrahlt werden. An der Füllgutoberfläche erfolgt dann jeweils eine Reflektion, durch die Mikrowellen zu dem jeweiligen Spiegel 25, 27, 29 zurück reflektiert werden. Der jeweilige Spiegel 25, 27, 29 strahlt diese zurückreflektierten Echos dann wiederum entgegen der Senderichtung S in Richtung der Antenne 7 ab.
Als teildurchlässige Spiegel 25, 27 können beispielsweise metallische Spiegel eingesetzt werden, die ein für Mikrowellen durchlässiges Fenster 31 aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel hierzu ist in 7 dargestellt. Dort ist das Fenster 31 in der Mitte des teildurchlässigen Spiegels 25, 27 angeordnet und durch eine Öffnung gebildet.
An jedem teildurchlässigen Spiegel 25, 27 wird der darauf in Senderichtung S auftreffenden Mikrowellenstrahl aufgeteilt in einen auf das Füllgut 1 gerichteten Anteil A1 und einen in Senderichtung S fortlaufenden Anteil A2.
Alternativ hierzu können anstelle der teildurchlässigen Spiegel 25, 27 auch Spiegel 25', 27' verwendet werden, die am jeweils zugehörigen Messort X1, X2 oberhalb des Füllguts 1 derart in den Strahlengang eingesetzt sind, dass sie jeweils einen Teilbereich T1, T2 des Strahlengangs überdecken. Ein Ausführungsbeispiel mit einer entsprechenden Spiegelanordnung 11d ist in 8 dargestellt. Auch die Teilbereiche T1, T2 des Strahlengangs überdeckenden Spiegel 25', 27' bewirken jeweils eine Aufspaltung des in Senderichtung S ausgestrahlten Mikrowellenstrahls in einen auf den jeweiligen Spiegel 25', 27' auftreffenden von diesem in Richtung des Füllguts 1 reflektierten Anteil R1, R2, und einen an dem jeweiligen Spiegel 25', 27' vorbei in Senderichtung S fortlaufenden Anteil S2, S3. Werden mehrere jeweils einen Teilbereich T1, T2 des Strahlengangs überdeckende Spiegel 25', 27' hintereinander angeordnet, so ist der jeweils in Senderichtung S nachfolgende Spiegel 27' derart anzuordnen, das er in den Strahlengang, der durch die an den davor angeordneten Spiegeln 25' vorbei in Senderichtung S fortlaufenden Anteile S2 des gesendeten Mikrowellenstrahls gegeben ist, hinein ragt. Entsprechend ist auch der nachfolgende Spiegel 29 so anzuordnen, dass der an allen jeweils Teilbereiche T1, T2 des Strahlengangs abdeckenden Spiegel 25', 27' vorbei gestrahlte Anteil S3 der Mikrowellen möglichst vollständig von diesem Spiegel 29 reflektiert wird. Dies ist beispielsweise durch die in 8 dargestellte stufenförmige Anordnung der Spiegel 25', 27', 29 realisierbar. Auch hier weisen die die Teilbereiche T1, T2 des Strahlengangs überdeckenden Spiegel 25', 27' und der weitere Spiegel 29 eine Ausrichtung auf, durch die in Senderichtung S darauf auftreffende und daran reflektierten Mikrowellen an den Messorten X1, X2, X3 in Richtung des Füllguts 1 abgestrahlt werden. An der Füllgutoberfläche erfolgt dann jeweils eine Reflektion, durch die Mikrowellen zu dem jeweiligen Spiegel 25', 27', 29 zurück reflektiert werden. Der jeweilige Spiegel 25', 27', 29 strahlt diese zurückreflektierten Echos dann wiederum entgegen der Senderichtung S in Richtung der Antenne 7 ab.
Vorzugsweise weisen auch hier die an den Messorten X1, X2, X3 über der Füllgutoberfläche angeordneten Spiegel 25, 27, 29 bzw. die Spiegel 25', 27', 29 mindestens einen Referenzreflektor 19 auf, durch den ein kleiner Teil TR1, TR2, TR3 der in Senderichtung S darauf auftreffenden Mikrowellen unmittelbar entgegen der Senderichtung S zurück reflektiert wird. Als Referenzreflektor 19 eignen sich auch hier die bereits anhand von 5 erläuterten Referenzreflektoren 19a, 19b und 19c.
Auch hier weisen weiter von der Antenne 7 entfernt angeordnete Spiegel 27', 27, 29 vorzugsweise eine größere Spiegelfläche auf als näher an der Antenne 7 angeordnete Spiegel 25, 27, 25', 27', wobei die Entfernung zwischen der Antenne 7 und dem jeweiligen Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 auch hier gleich dem von den gesendeten Mikrowellen auf dem Weg von der der Antenne 7 zu dem jeweiligen Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 entlang des durch die Spiegelanordnung 11c, 11d vorgegebenen Strahlenpfades zurückgelegte Wegstrecke ist.
Bei Bedarf können auch hier anstelle der planaren Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 Spiegel, wie z. B. der in 4 dargestellte Spiegel 17 eingesetzt werden, die eine Formgebung aufweisen, die bei der Reflektion der darauf eintreffenden Mikrowellen eine Bündelung derselben bewirkt.
Anstelle der in 6 und 8 dargestellten Anordnungen, bei der die Antenne 7 derart ausgerichtet ist, dass deren Senderichtung S oberhalb des Füllguts 1 über das Füllgut 1 hinweg verläuft, kann natürlich auch hier eine andere Antennenausrichtung gewählt werden. In dem Fall umfassen die Spiegelanordnung 11e, 11f, wie in 9 und 10 dargestellt, mindestens einen zusätzlichen Umlenkspiegel 33, der die von der Antenne 7 in deren Senderichtung S ausgesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung S' umlenkt, die oberhalb des Füllguts 1 über das Füllgut 1 hinweg verläuft. Der übrige Aufbau der Anordnungen ist identisch zu den in 6 und 8 dargestellten Anordnungen, wobei die Spiegel 25, 27, 25', 27' und 29 natürlich nun entlang der durch die Strahlrichtung S' definierten Achse an den Messorten X1, X2, X3 oberhalb des Füllguts angeordnet sind. Die an der Füllgutoberfläche zu den jeweiligen Spiegeln 25, 27, 25', 27', 29 zurück reflektierte Echos werden von dem jeweiligen Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 entgegen der Strahlrichtung S' in Richtung des Umlenkspiegels 33 abgestrahlt, über den die darauf eintreffenden Mikrowellen dann entgegen der Senderichtung S in Richtung der Antenne 7 abgestrahlt werden.
Im Messbetrieb werden über die Antenne 7 Mikrowellen ausgesendet. Die gesendeten Mikrowellen werden über die Spiegelanordnung 11c, 11d, 11e, bzw. 11f in eine der Anzahl der an vorgegebenen Messorten X1, X2, X3 oberhalb des Füllguts 1 angeordneten Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 entsprechenden Anzahl von Teilstrahlen R1, R2, R3 aufgeteilt, die dann an den einzelnen durch die Position der Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 vorgegebenen Orten X1, X2, X3 auf die Füllgutoberfläche auftreffen und dort reflektiert werden. Die an dem jeweiligen Messort X1, X2, X3 von der Füllgutoberfläche reflektierten Echos der einzelnen Teilstrahlen R1, R2, R3 werden über die Spiegelanordnung 11c, 11d, 11e, 11f zurück zur Antenne 7 geführt. Die Antenne 7 empfängt folglich ein Empfangssignal, dass einer Überlagerung alter zu der Antenne 7 zurück reflektierten Echos entspricht. Dieses Empfangssignal wird dem Messgerät 5 zugeführt und von der Messgerätelektronik 9 in eine Echofunktion umgewandelt, die die Amplitude des Empfangssignals als Funktion der zwischen dem Aussenden der Mikrowellen und dem Empfangen der jeweiligen Echos vergangenen Laufzeit wiedergibt.
11 zeigt eine Prinzipskizze einer solchen Echofunktion, in der lediglich die Maxima des Empfangssignals wiedergegeben sind. Das Empfangssignal entspricht dem Empfangssignal einer Anordnung gemäß 6, 8, 9 oder 10, bei der jeder der über dem Füllgut 1 angeordneten Spiegel 25, 27, 25', 27', 29 mit einem Referenzreflektor 19 ausgestattet ist. Folglich entspricht das erste Maximum einer Reflektion TR1 an dem Reflektor 19 des ersten Spiegels 25, 25 und das zweite Maximum wird durch die Reflektion des ersten Teilstrahls R1 an der Füllgutoberfläche am Messort X1 des ersten Spiegels 25, 25' bewirkt. Das dritte Maximum entspricht einer Reflektion TR2 an dem Reflektor 19 des zweiten Spiegels 27 und das vierte Maximum wird durch die Reflektion des zweiten Teilstrahls R2 an der Füllgutoberfläche am Messort X2 des zweiten Spiegels 27, 27' bewirkt. Das fünfte Maximum entspricht einer Reflektion TR3 an dem Reflektor 19 des letzten Spiegels 29 und das sechste Maximum ist auf die Reflektion des dritten Teilstrahls R3 an der Füllgutoberfläche am Messort X3 dieses weiteren Spiegels 29 zurück zu führen.
Es werden die Laufzeiten t1, t2, t3 der von der Antenne 7 aufgenommen Echos E(R1), E(R2), E(R3) bestimmt, die die jeweiligen Teilstrahlen R1, R2, R3 und deren Echos für den Weg von der Antenne 7 zu dem jeweiligen Ort X1, X2, X3 auf der Füllgutoberfläche und zurück zur Antenne 7 benötigen, und anhand dieser Laufzeiten t1, t2, t3 und den Positionen der jeweiligen an den Messorten X1, X2, X3 oberhalb der Füllgutoberfläche angeordneten Spiegeln 25, 27, 25', 27', 29 der Füllstand an den jeweiligen Messorten X1, X2, X3 bestimmt.
Dabei erleichtern die durch die Referenzreflektoren 19 erzeugten Referenzechos E(TR1), E(TR2), E(TR3) nicht nur die Erkennung und die Findung der an den Messorten X1, X2, X3 an der Füllgutoberfläche reflektierten Nutzechos E(R1), E(R2), E(R3), sondern auch die nachfolgende Füllstandsbestimmung. Es genügt in diesem Fall die Laufzeitdifferenz zwischen der Laufzeit t_R1, t_R2, t_R3 des jeweiligen Referenzechos E(TR1), E(TR2), E(TR3) und der Laufzeit t1, t2, t3 des dem gleichen Messort X1, X2, X3 zuzuordnenden Nutzechos E(R1), E(R2), E(R3) zu bestimmen. Hieraus ergeben sich anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen unmittelbar die Abstände zwischen den jeweiligen Reflektoren 19 der Spiegel 25, 27, 29 und der Füllgutoberfläche und damit der Füllstand. Bei exzentrisch angeordneten Reflektoren 19 ist gegebenenfalls ein additiver Korrekturfaktor in die Berechnung einzubeziehen, der die exzentrische Position des Reflektors 19 auf dem jeweiligen Spiegel 25, 27, 29 berücksichtigt.
Mit den in den 6, 8, 9 und 10 dargestellten Spiegelanordnungen 11c, 11d, 11e, 11f können auf analoge Weise auch Füllstände in verschiedenen zueinander benachbarten entlang einer gemeinsamen Achse hintereinander angeordneten Behältern mit einem einzigen Füllstandsmessgerät 5 gemessen werden. Hierzu werden die einzelnen Spiegel 25, 27,25', 27', 29 entsprechend auf die einzelnen Behälter verteilt angeordnet.

1: Füllgut
3: Behälter
5: Füllstandsmessgerät
7: Antenne
9: Messgerätelektronik
11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f: Spiegelanordnung
13: Spiegel
15: Umlenkspiegel
17: Spiegel
19, 19a, 19b, 19c: Referenzreflektor
21: Reflektorfläche
23: Behälter
25: erster teildurchlässiger Spiegel
25': den Strahlengang teilweise überdeckender Spiegel
27: zweiter teildurchlässiger Spiegel
27': den Strahlengang teilweise überdeckender Spiegel
29: weiterer Spiegel
31: Fenster
33: Umlenkspiegel

Claims

Anordnung zur Messung von Füllständen von in Behältern (3, 23) befindlichen Füllgütern (1) an mindestens einem vorgegebenen Messort (X, X1, X2, X3) mit – einem entfernt von dem Messort (X) bzw. von den Messorten (X, X1, X2, X3) angeordneten mit Mikrowellen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Füllstandmessgerät (5) mit einer Antenne (7) zum gerichteten Senden der Mikrowellen und zum Empfangen von Mikrowellen, – einer Spiegelanordnung (11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f), – die mindestens einen an einem Messort (X, X1, X2, X3) oberhalb des Füllguts angeordneten Spiegel (13, 25, 27, 25', 27' 29) aufweist, und – die von der Antenne (7) in deren Senderichtung (S) gesendete Mikrowellen an den Messorten (X, X1, X2, X3) auf die Füllgutoberfläche überträgt und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zurück zur Antenne (7) überträgt, und – einer Messgerätelektronik (9), – der im Messbetrieb mit der Antenne (7) aufgenommene Empfangssignale zugeführt werden, und – die anhand der Empfangssignale die Laufzeiten der an den Messorten (X, X1, X2, X3) an der Füllgutoberfläche reflektierten Mikrowellen bestimmt und daraus anhand der Positionen der oberhalb des Füllguts (1) angeordneten Spiegel (13, 25, 27, 25', 27', 29) die an den Messorten (X, X1, X2, X3) vorliegenden Füllstände ermittelt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem – die Antenne (7) außerhalb des Behälters (3) oberhalb des Füllguts (1) angeordnet ist, und derart ausgerichtet ist, dass sie im Messbetrieb Mikrowellen in eine Senderichtung (S) ausstrahlt, die über die Füllgutoberfläche hinweg verläuft, – die Spiegelanordnung (11a) einen einzigen am Messort (X) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten Spiegel (13) aufweist, – auf den im Messbetrieb die in Senderichtung (S) ausgestrahlten Mikrowellen auftreffen, – der gegenüber der Senderichtung (S) derart geneigt angeordnet ist, – dass am Spiegel (13) in Senderichtung (S) auftreffende Mikrowellen von diesem am Messort (X) auf die Füllgutoberfläche reflektiert werden, und – dass deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos von dem Spiegel (13) zur Antenne (7) übertragen werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem die Spiegelanordnung (11b) mindestens zwei Spiegel (13, 15) aufweist, – von denen einer ein in Senderichtung (S) der Antenne (7) angeordneter Umlenkspiegel (15) ist, und – von denen ein anderer ein am Messort (X) oberhalb des Füllguts (1) angeordnet Spiegel (13) ist, – wobei die Spiegel (13, 15) durch deren Ausrichtung eine Strahlführung für die Mikrowellen vorgeben, durch die von der Antenne (7) ausgesendete Mikrowellen zur Füllgutoberfläche reflektiert werden und deren an der Füllgutoberfläche reflektierten Echos zur Antenne (7) zurück reflektiert werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem – die Antenne (7) eine Senderichtung (S) aufweist, die oberhalb des Füllguts (1) über das Füllgut (1) hinweg verläuft, – die Spiegelanordnung (11c) mindestens einen entlang einer durch die Senderichtung (S) definierten Achse an einem Messort (X1, X2) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten für Mikrowellen teildurchlässigen Spiegel (25, 27) und einen in Senderichtung (S) gesehen hinter dem bzw. hinter den teildurchlässigen Spiegeln (25, 27) an einem weiteren Messort (X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten weiteren Spiegel (29) aufweist, und – der bzw. die teildurchlässigen Spiegel (25, 27) und der weitere Spiegel (29) eine Ausrichtung aufweisen, durch die in Senderichtung (S) darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts (1) abgestrahlt werden, und an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel (25, 27, 29) zurück reflektierte Echos von dem Spiegel (25, 27, 29) entgegen der Senderichtung (S) in Richtung der Antenne (7) abgestrahlt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem – die Spiegeleinrichtung (11e) – einen Umlenkspiegel (33) umfasst, der die von der Antenne (7) in deren Senderichtung (S) ausgesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung (S') umlenkt, die oberhalb des Füllguts (1) über das Füllgut (1) hinweg verläuft, – mindestens einen für Mikrowellen teildurchlässigen an einem Messort (X1, X2) oberhalb des Füllguts (1) entlang einer durch die Strahlrichtung (S') definierten Achse angeordneten Spiegel (25, 27) aufweist, und – einen in Strahlrichtung (S') gesehen hinter dem bzw. hinter den teildurchlässigen Spiegeln (25, 27) an einem weiteren Messort (X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten weiteren Spiegel (29) umfasst, – der bzw. die teildurchlässigen Spiegel (25, 27) und der weitere Spiegel (29) eine Ausrichtung aufweisen, durch die in Strahlrichtung (S') darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts (1) abgestrahlt werden, und durch die an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel (25, 27, 29) zurück reflektierte Echos von dem jeweiligen Spiegel (25, 27, 29) entgegen der Strahlrichtung (S') in Richtung des Umlenkspiegels (33) abgestrahlt werden, über den die darauf entgegen der Strahlrichtung (S') eintreffenden Mikrowellen entgegen der Senderichtung (S) in Richtung der Antenne (7) abgestrahlt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem – die Antenne (7) eine Senderichtung (S) aufweist, die oberhalb des Füllguts (1) über das Füllgut (1) hinweg verläuft, – die Spiegelanordnung (11d) mindestens einen entlang der Senderichtung (S) an einem Messort (X1, X2) oberhalb des Füllguts (1) in einen Strahlengang der Mikrowellen eingesetzten, einen Teilbereich (T1, T2) des Strahlengangs überdeckenden Spiegel (25', 27') und einen in Senderichtung (S) gesehen hinter dem bzw. hinter den die Teilbereiche (T1, T2) überdeckenden Spiegeln (25', 27') an einem weiteren Messort (X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten weiteren Spiegel (29) aufweist, und – der bzw. die die Teilbereiche (T1, T2) überdeckenden Spiegel (25', 27') und der weitere Spiegel (29) eine Ausrichtung aufweisen, durch die in Senderichtung (3) darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts (1) abgestrahlt werden, und an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel (25', 27', 29) zurück reflektierte Echos von dem Spiegel (25', 27', 29) entgegen der Senderichtung (S) in Richtung der Antenne (7) abgestrahlt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem – die Spiegeleinrichtung (11f) – einen Umlenkspiegel (33) umfasst, der die von der Antenne (7) in deren Senderichtung (S) ausgesendeten Mikrowellen auf eine Strahlrichtung (S') umlenkt, die oberhalb des Füllguts (1) über das Füllgut (1) hinweg verläuft, – mindestens einen entlang der Strahlrichtung (S') an einem Messort (X1, X2) oberhalb des Füllguts (1) in den Strahlengang eingesetzten, einen Teilbereich (T1, T2) des Strahlengangs überdeckenden Spiegel (25', 27') aufweist, und – einen in Strahlrichtung (S') gesehen hinter dem bzw. hinter den jeweils einen Teilbereiche (T1, T2) überdeckenden Spiegeln (25', 27') an einem weiteren Messort (X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten weiteren Spiegel (29) umfasst, – der bzw. die Teilbereiche (T1, T2) überdeckenden Spiegel (25', 27') und der weitere Spiegel (29) eine Ausrichtung aufweisen, durch die in Strahlrichtung (S') darauf auftreffende daran reflektierten Mikrowellen in Richtung des Füllguts (1) abgestrahlt werden, und durch die an der Füllgutoberfläche zu dem jeweiligen Spiegel (25', 27', 29) zurück reflektierte Echos von dem jeweiligen Spiegel (25', 27', 29) entgegen der Strahlrichtung (S') in Richtung des Umlenkspiegels (33) abgestrahlt werden, über den die darauf entgegen der Strahlrichtung (S') eintreffenden Mikrowellen entgegen der Senderichtung (S) in Richtung der Antenne (7) abgestrahlt werden.
Verfahren zum Betrieb einer Anordnung gemäß Anspruch 4,5, 6 oder 7, bei dem – über die Antenne (7) Mikrowellen ausgesendet werden, – die gesendeten Mikrowellen über die Spiegelanordnung (11c, 11d, 11e, 11f) in eine der Anzahl der an den Messorten (X1, X2, X3) oberhalb des Füllguts (1) angeordneten Spiegel (25, 27, 25', 27' 29) entsprechenden Anzahl von Teilstrahlen (R1, R2, R3) aufgeteilt werden, die an den einzelnen durch die Position der Spiegel (25, 27, 25', 27', 29) vorgegebenen Messorten (X1, X2, X3) auf die Füllgutoberfläche auftreffen und dort reflektiert werden, – die an den Messorten (X1, X2, X3) von der Füllgutoberfläche reflektierten Echos der einzelnen Teilstrahlen (R1, R2, R3) über die Spiegelanordnung (11c, 11d, 11e, 11f) der Antenne (7) zugeführt werden, – anhand eines von der Antenne (7) aufgenommen Empfangssignals die Laufzeiten (t1, t2, t3) bestimmt werden die die jeweiligen Teilstrahlen (R1, R2, R3) und deren Echos für den Weg von der Antenne (7) zu dem dem Messort (X1, X2, X3) entsprechenden Ort auf der Füllgutoberfläche und zurück zur Antenne (7) benötigen, und – anhand dieser Laufzeiten (t1, t2, t3) und den Positionen der jeweiligen an den Messorten (X1, X2, X3) oberhalb der Füllgutoberfläche angeordneten Spiegeln (25, 27, 25', 27' 29) der Füllstand an den Messorten (X1, X2, X3) bestimmt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der weiter von der Antenne (7) entfernte Spiegel (13, 25, 27, 25', 27, 29) eine größere Spiegelfläche aufweisen als näher an der Antenne (7) angeordnete Spiegel (15, 33, 25, 25', 27, 27'), wobei die Entfernung zwischen der Antenne (7) und dem jeweiligen Spiegel (13, 15, 25, 27, 25', 27', 29, 33) gleich dem von den gesendeten Mikrowellen auf dem Weg von der Antenne (7) zu dem jeweiligen Spiegel (13, 15, 25, 27, 25', 27', 29, 33) entlang des durch die Spiegelanordnung (11, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) vorgegebenen Strahlenpfades zurückgelegte Wegstrecke ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem die Spiegel (17) eine Formgebung aufweisen, die bei der Reflektion der darauf eintreffenden Mikrowellen eine Bündelung derselben bewirkt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein über der Füllgutoberfläche angeordneter Spiegel (13, 25, 27, 25', 27', 29) mindestens einen Referenzreflektor (19, 19a, 19b, 19c) aufweist, der darauf auftreffende Mikrowellen entgegen deren Einfallsrichtung (S, S') zurück strahlt.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die teildurchlässigen Spiegel (25, 27) metallische Spiegel sind, in deren Mitte ein für Mikrowellen durchlässiges Fenster (31), insb. eine Öffnung, vorgesehen ist.