[发明专利]检测基于FMCW的液位测量装置的潜在故障状态的方法

说明书

本发明涉及一种用于检测基于FMCW的液位测量设备(1)的故障状态的方法。为此，通过测量信号(s_IF)与参考信号(s_ref)的相关——尤其是互相关——来确定相关系数(K)。当相关系数(K)低于预定最小值(K_min)时，相应地检测到故障状态。以这种方式，可以以安全的程度监控液位测量设备(1)的运行，从而允许将液位测量设备(1)也应用于需要极其可靠的测量装置和测量数据的过程工厂和测量环境中。

技术领域

本发明涉及一种用于检测基于FMCW的液位测量设备的可能故障状态的方法，并且涉及一种适于执行这种方法的液位测量设备。

背景技术

在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，经常应用现场设备，这些现场设备用于记录和/或影响过程变量。为了记录过程变量，应用传感器，其例如在液位测量设备、流量计，压力和温度测量设备、pH氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等中使用。这些传感器记录对应过程变量，诸如液位、流量、压力、温度、pH值，氧化还原电位和电导率。这些大量现场设备由Endress+Hauser公司生产和销售。

对于容器中填充物的液位测量，非接触式测量方法已被证明是有效的，因为它们鲁棒且需要低维护(在本发明范围内被视为的“容器”也是敞口容器，诸如，例如大桶、湖泊，海洋或流动的水体)。非接触式测量方法的另一个优点是它们几乎连续地由此以很高的分辨率测量液位的能力。因此，为此主要应用基于雷达的测量方法。在这种情况下，已确立的测量原理是FMCW测量原理(其中FMCW代表“Frequency Modulated Continuous Wave：调频连续波”)。在这种情况下，将发射连续的雷达信号，并将在填充物表面上反射的响应信号与即时发射的雷达信号的频率进行比较。在这种情况下，雷达信号的频率位于标准化中心频率(f₀)区域内的固定频带中。根据标准，此处使用6GHz频段、26GHz频段或79GHz频段中的频段。FMCW方法的特征在于，发射频率不是恒定的，而是在一个频带内周期性地变化。在这种情况下，变化可以是线性的并且具有锯齿形或三角形的形状。然而，取决于应用，也可以使用非正弦形状的变化。

在基于FMCW的液位测量方法的情况下，一个特殊的挑战是要能够从叠加的干扰部分中区分出接收到的响应信号或从中得出的测量信号，而不必怀疑识别的正确性。在这种情况下，理想情况下的响应信号应仅通过雷达信号在填充物表面上的反射来产生。但是，由于对应错误源的干扰影响，可能会生成有缺陷的响应信号。在这种情况下，一个根本原因是接收到干扰信号，这些干扰信号是由于雷达信号在诸如搅拌器或安装在容器中的其他物体的干扰物体上的反射而引起的。但是，也可能出现装置内部干扰信号，在这种情况下，误差源例如是液位测量设备的天线单元中的反馈。

为了能够校正响应信号，在基于FMCW的液位测量的情况中，存在许多用于过滤干扰信号的技术手段。因此，从WO 2012/139852 A1中已知一种用于校准基于FMCW的液位测量设备的方法，在该方法中，在正常测量操作期间，可以借助于振荡参考反射器生成唯一的参考测量信号，该参考反射器位于测量设备和填充物之间。

在德国专利申请DE 10 2008 050 117 A1中描述了一种用于校正液位测量设备的内部干扰信号的方法。此处描述的方法基于在尽可能吸收的测试环境中测量参考测量信号，然后基于参考信号创建校正曲线。借助于这种方法，确实可以在给定的情况下对干扰信号进行补偿，但是液位测量设备的老化或结垢也会随时间改变干扰信号或测量信号。因此，当观察到补偿值的变化时，有兴趣在进行中的操作中执行校正并得出存在故障状态的结论。在以高要求的可靠性应用于关键过程工厂中的液位测量设备的情况下精确地检测这种故障状态是必要的。例如，在IEC/EN 61508标准中，针对功能安全性(也称为“安全完整性等级，SIL”)描述了这种用途的所需要求。

因此，本发明的目的是提供一种方法，利用该方法可以可靠地检测基于FMCW的液位测量设备的故障状态。

发明内容