[发明专利]填充水平测量装置

说明书

本发明涉及一种用于基于飞行时间原理来测量容器(12)中的材料的填充水平(11)的测量装置(1)，其包括用于生成、发射和接收测量信号(S)，并且还用于将所述测量信号(S)转换成模拟中频信号(S_IF)的部件(2‑9)，所述中频信号(S_IF)具有在预定频率范围内的期望信号频率，包括与容器(12)中的材料的填充水平(11)相对应的信息，其中提供模数转换器(16)，所述模数转换器(16)用于随后对所述中频信号(S_IF)进行采样，所述模数转换器(16)采用小于中频信号(S_IF)的期望信号频率的采样频率(f_s)。

技术领域

本发明涉及一种用于基于飞行时间原理测量容器中的材料的填充水平的填充水平测量装置，其包括用于生成、发射和接收测量信号，并且还用于将所述测量信号转换成模拟中频信号的部件，所述中频信号具有在预定频率范围内的期望信号频率，包括与容器中的材料的填充水平相对应的信息。

本发明特别涉及采用超声波和/或电磁测量信号的、诸如基于雷达的测量装置的填充水平装置。这种填充水平测量装置例如由Endress+Hauser联合公司在Prosonic、Micropilot和Levelflex商标下提供。在本发明意义上的填充水平测量装置不应理解为限于硬件部件的单一集合，而是也可以是空间分离单元的系统。测量装置可以被视为包括传感器和发射器，其中传感器用于将诸如罐中的材料的填充水平的过程变量转换成电信号，并且其中发射器用于采样和处理该电信号，以便产生对应于待测量的物理状况的过程变量的值。根据情况，发射机可以进一步用于发射和/或保存所确定的过程值以供进一步使用。传感器通常包括微处理器和/或微控制器以及各种其它电气和电子电路。传感器和发射器可以集中在单个单一装置中，或者它们可以在空间上分离。在传感器和发射器空间分离的情况下，提供诸如电缆或无线通信手段之类的某种通信手段。发射机和传感器之间的区别并不总是被严格地应用，因为传感器在某些情况下用于对测量信号进行预处理，有时甚至包括微处理器。

背景技术

基于超声波和雷达的测量装置在测量精度、可靠性和成本方面都有广泛的应用。填充水平测量装置的这些方面至少部分地由在装置的构造中使用的部件的质量和/或特性决定。在今天的市场中，填充水平测量装置通常采用窄带宽带通滤波器来滤除中频信号频率范围之外的噪声分量，以及用于采用具有高采样率的、对中频信号进行采样的模数转换器。在本发明意义上的高采样率是至少是中频信号频率的两倍但也可以高得多的采样率。在超声波测量装置的情况下的中频信号应理解为超声波测量装置中的超声波转换器输出的信号的频率。在例如德国专利公开DE00102009026885A1中描述了用于超声波填充水平装置的窄带宽带通滤波器的应用，其中描述了在带通滤波器的选择和应用中的带宽和噪声之间的权衡。基于超声波或雷达的填充水平测量装置的模拟中频信号通常包括在0kHz和200kHz之间，特别是在10kHz和100kHz之间的信号频率。

高速模数转换器和窄带宽带通滤波器以及诸如对数放大器的部件通常是昂贵的并且具有高能量需求。在德国专利公开DE102006006572A1中，原则上，建议可以进行中频信号的采样和数字化，其中，为了节省能量以及减少填充水平测量装置的存储以及计算要求，不满足Nyquist-Shannon(奈奎斯特-香农)采样定理的要求。这可以被实现为使得在采样数字值之间的时间差(所述值被交替地分配给两个组之一)大于中频频率的两倍的倒数。奈奎斯特-香农采样定理的必要条件要求采样率是待采样的信号的频率的至少两倍，而由于采样值的这种数字排序致使不再满足奈奎斯特-香农采样定理的必要条件。

发明内容

本发明的目的是提出一种在避免不必要的成本和能量需求的同时进行精确和可靠的测量的填充水平测量装置。