[发明专利]借助于太赫兹脉冲测量位于容器中的填充物质的填充水平的方法

说明书

本发明涉及借助于太赫兹(THz)脉冲测量位于容器(2)中的填充物质的填充水平(L)或者借助于太赫兹(THz)脉冲确定到物体的距离(h‑L)的方法以及适合于执行这种方法的填充水平测量装置。在这种情况下，THz脉冲以重复频率(f_pulse)传输，其中根据本发明的重复频率(f_pulse)以作为传播时间(t)的函数的方式被控制：重复频率(f_pulse)在减小传播时间(t)的情况下增加且在增加传播时间(t)的情况下减小。与传统的脉冲传播时间方法相比，间距(h‑L)或填充水平(L)不是基于测量的传播时间(t)确定，而是基于重复频率(f_pulse)确定。本发明的方法的优点是：即使当THz脉冲的频率显著波动时，也能够基于THz脉冲执行精确的填充水平确定。因此，能够使用对THz脉冲的频率稳定性具有相对小的要求的很简单实施的脉冲产生单元(40)。

技术领域

本发明涉及借助于太赫兹脉冲测量位于容器中的填充物质的填充水平的方法以及适合于执行这种方法的填充水平测量装置。

背景技术

在自动化技术中，尤其是在过程自动化技术中，经常应用现场装置，所述现场装置用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是传感器，所述传感器集成在例如填充水平测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、pH-氧化还原电位测量装置、电导率测量装置等中，所述传感器记录各自相应的过程变量，填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。用于影响过程变量的是致动器，例如阀或泵，通过所述致动器可以改变管道部分中的液体流或容器中的填充水平。原则上，称为现场装置的是所有那些应用于过程附近并且传递或处理过程相关信息的装置。结合本发明，术语“现场装置”因此还包括被布置在现场级的远程I/O、无线电适配器以及通常电子部件。大量的此类现场装置由Endress+Hauser公司制造和销售。

对于填充水平测量，非接触式测量方法正变得越来越流行，因为它们坚固耐用并且其特点是维护成本低。这些方法的另一个优点是它们可以几乎连续地测量。这些方法的最爱是基于雷达的测量方法，所述测量方法根据脉冲传播时间原理工作。这种测量方法，所述测量方法也众所周知称为脉冲雷达，短微波脉冲以固定的重复频率(f_pulse)(例如，以数量级为1到2MHz)周期性地朝向填充物质传送。然后，它们的部分信号，所述部分新号反射回到传输和接收系统的方向上，在传播时间t之后被接收，所述传播时间t取决于所述部分信号在容器中行进的路径。填充水平由测量的传播时间t计算得出。

基于脉冲传播时间的现有技术的填充水平测量装置在0.2GHz到100GHz之间的微波频率工作。在这种情况下，原则上，必须使频率尽可能小地波动，以便填充水平的测量传递精确的值。频率的选择还对填充水平测量装置的设计产生很大影响。除了其他方面外，它还影响发射、接收天线的几何形状。频率越高，天线的尺寸可以越小，其辐射波瓣就不会膨胀。

小天线的优点在于，填充水平测量装置可以作为一个整体紧凑地实施。较小的空间消耗意味着将容器上的布置简化。

窄辐射圆锥体，即强聚焦微波脉冲的优点是：一方面信号效率上升，这是因为反射的微波脉冲的强度增加；另一方面，由周围物体(例如，容器壁)的反射引起的干扰回声减小了。

从这些考虑，显然选择尽可能高的微波脉冲频率是有利的。因此，这样，在小天线(例如，以非常小的凸缘实现)的情况下，可以实现窄的辐射波瓣。这些想法不仅适用于高频微波脉冲，而且还适用于太赫兹区域中的频率非常高的脉冲(太赫兹区域在下文中缩写为THz：在本发明的上下文中，所述区域包括频率范围在300GHz到3THz之间的电磁波)。

根据现有技术，已知用于在THz范围内产生电磁波的技术方案：例如，可以应用所谓的“自由电子激光器”。使用这种技术，可以产生频率相对稳定的THz范围内的电磁波。然而，这些激光器的主要部件是非常复杂的高能量粒子加速器，使得这种激光器实际上不可能具有紧凑并且低功率的构造形式。