DE102005058114A1

DE102005058114A1 - Interspace measurement e.g. fill level measurement, method, involves obtaining strobe pulses from amplitude comparison of two signals e.g. strobe pulse production signals, that run according to different exponential functions

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Publication number: DE102005058114A1
Application number: DE200510058114
Authority: DE
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: DE102005058114B4

Abstract

The method involves producing successive time delayed strobe pulses for measuring delay of microwaves between a microwave transmitter (1) and a microwave receiver (2). The strobe pulses coincide with the reflection impulses, and a sum of the delay is determined as a product of dead time of strobe pulses and ordinal number of strobe pulses. The strobe pulses are obtained from an amplitude comparison of two signals e.g. strobe pulse production signals that run according to different exponential functions. An independent claim is also included for a circuit for implementing a method for measuring interspace e.g. fill level.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsmessung, insbesondere zur Füllstandsmessung, nach dem Radarprinzip, bei dem also mittels kurzer elektromagnetischer Wellen = Mikrowellen der Abstand zwischen einem Mikrowellensender bzw. einem Mikrowellenempfänger und einem die Mikrowellen reflektierenden Objekt gemessen wird, nämlich die Summe der Laufzeit der gesendeten Mikrowellen = Sendeimpulse zwischen dem Mikrowellensender und dem Objekt sowie der Laufzeit der reflektierten Mikrowellen = Reflektionsimpulse zwischen dem Objekt und dem Mikrowellenempfänger gemessen und aus der Summe der Laufzeiten der zu messende Abstand errechnet wird, wobei zur Messung der Laufzeiten aufeinanderfolgende zeitverzögerte Abtastimpulse erzeugt werden, festgestellt wird, mit welchen Abtastimpulsen die Reflektionsimpulse koinzidieren, und die Summe der Laufzeiten als das Produkt aus der Zeitverzögerung eines Abtastimpulses und der Ordnungszahl der Abtastimpulse, mit denen die Reflektionsimpulse koinzidieren, bestimmt wird.The The invention relates to a method for distance measurement, in particular for level measurement, according to the radar principle, ie by means of short electromagnetic Waves = microwaves the distance between a microwave transmitter or a microwave receiver and an object reflecting the microwaves is measured, namely the Sum of the transit time of the transmitted microwaves = transmission pulses between the microwave transmitter and the object and the transit time of the reflected microwaves = Reflectance pulses measured between the object and the microwave receiver and from the sum of the transit times the distance to be measured is calculated is, wherein the measurement of the transit times consecutive time-delayed sampling pulses are generated, it is determined with which sampling pulses the Reflection pulses coincide, and the sum of the transit times as the product of the time delay a sampling pulse and the ordinal number of sampling pulses, with which the reflection pulses coincide is determined.

Eingangs ist gesagt, daß das in Rede stehende Verfahren insbesondere zur Füllstandsmessung bestimmt ist, also zur Bestimmung des Füllstandes bzw. der Füllhöhe eines Mediums, insbesondere – aber nicht ausschließlich – eines flüssigen Mediums in einem Behälter. Gleichwohl kann dieses Verfahren ganz allgemein zur Abstandsmessung zwischen einem Mikrowellensender bzw. einem Mikrowellenempfänger und einem die Mikrowellen reflektierenden Objekt angewendet werden. Wenn und soweit im folgenden primär die Füllstandsmessung behandelt wird, so soll also darin keinesfalls eine Beschränkung der erfindungsgemäßen Lehre gesehen werden.input it is said that method in question is intended in particular for level measurement, So to determine the level or the filling height of a Medium, in particular - but not exclusively - one liquid Medium in a container. Nevertheless, this method can generally be used for distance measurement between a microwave transmitter or a microwave receiver and an object reflecting the microwaves are applied. If and as far as the following primarily the level measurement is treated, so it should not under any circumstances limit the teaching of the invention be seen.

Zum Verständnis dessen, was nachfolgend ausgeführt wird, wird – wie üblich – das allgemeine Fachwissen des relevanten Fachmannes vorausgesetzt, eines an einer wissenschaftlichen Hochschule ausgebildeten Diplom-Ingenieurs der Elektrotechnik (oder auch eines Diplom-Physikers). Dieses hier relevante allgemeine Fachwissen ist anschaulich dokumentiert in der Arbeit "Grundlagen der Radartechnik zur Füllstandsmessung" von Dr.-Ing. Detlef Brumbi, 4. überarbeitete und erweiterte Auflage, Mai 2003.To the understanding of what is stated below becomes, as usual, the general expertise provided by the relevant specialist, one at a scientific College-trained electrical engineering graduate (or also a graduated physicist). This general expertise relevant here is vividly documented in the paper "Fundamentals of radar technology for level measurement" by Dr.-Ing. Detlef Brumbi, 4th revised and extended edition, May 2003.

Zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten oder festen Stoffen in Behältern haben sich viele Verfahren herausgebildet (vgl. Brumbi, aaO, Kapitel 3.1 Seiten 11 und 12), nämlich unter anderem die Radar-Füllstandsmessung, wobei man verschiedene Radar-Verfahren unterscheidet (vgl. Brumbi, aaO, Kapitel 3.3, Seiten 13 und 14), nämlich unter anderem das Puls-Radar, das CW-Radar und das FMCW-Radar, und bei der Radar-Füllstandsmessung werden häufig das Puls-Radar oder das FMCW-Radar angewendet.to Measurement of the level of liquids or solids in containers Many methods have emerged (see Brumbi, loc 3.1 pages 11 and 12), namely including radar level measurement, differentiating between different radar methods (see Brumbi, loc. Chapter 3.3, pages 13 and 14), namely, inter alia, the pulse radar, the CW radar and the FMCW radar, and in radar level measurement are often the Pulse radar or the FMCW radar applied.

Hier geht es um das Puls-Radar (vgl. Brumbi aaO, Kapitel 3.5, Seite 15). Bei dem Puls-Radar liegt die technische Schwierigkeit darin, die Laufzeit der gesendeten Mikrowellen = Sendeimpulse zwischen dem Mikrowellensender und dem die Sendeimpulse reflektierenden Objekt sowie die Laufzeit der reflektierten Mikrowellen = Reflektionsimpulse zwischen dem Objekt und dem Mikrowellenempfänger sehr genau zu messen; für eine Genauigkeit der Abstandsmessung von 1 mm ist eine Genauigkeit der Zeitmessung von etwa 6 ps notwendig.Here it is about the pulse radar (see Brumbi, op. cit., chapter 3.5, page 15). In the pulse radar, the technical difficulty lies in the Running time of the transmitted microwaves = transmission pulses between the Microwave transmitter and the object that reflects the transmitted pulses and the transit time of the reflected microwaves = reflection pulses to measure very accurately between the object and the microwave receiver; for one Accuracy of the distance measurement of 1 mm is an accuracy of Time measurement of about 6 ps necessary.

Im Stand der Technik hat man das Problem der Genauigkeit der Zeitmessung durch eine sogenannte Zeitdehnung gelöst (vgl. Brumbi, aaO, Kapitel 8.6, Seiten 57 und 58). Dabei besteht die entsprechende Schaltung im Prinzip aus zwei Oszillatoren, die mit einem kleinen Frequenzversatz schwingen, stabilisiert durch eine PLL. Die Abtastung der Reflektionsimpulse erfolgt bei jedem Reflektionsimpuls mit einer Zeitverzögerung, aus der sich ein Zeitdehnfaktor bestimmen läßt.in the The prior art has the problem of the accuracy of the time measurement solved by a so-called time expansion (see Brumbi, loc. cit., chapter 8.6, Pages 57 and 58). There is the corresponding circuit in Principle of two oscillators with a small frequency offset swing, stabilized by a PLL. The sampling of the reflection pulses occurs with each reflection pulse with a time delay, from which a time expansion factor can be determined.

Aus der USA-Patentschrift 3,832,900 sind ein Verfahren und eine Schaltung zur Abstandsmessung nach dem Radarprinzip bekannt, bei dem die emittierten Sendeimpulse in zweierlei Hinsicht genutzt werden. Zum einen werden die Sendeimpulse in üblicher Weise in Richtung auf das reflektierende Objekt ausgesendet, wobei die Sendeimpulse zumindest teilweise reflektiert und als Reflektionsimpulse zurückgestrahlt und von einer Empfangseinheit empfangen werden. Zum anderen wird in der Empfangseinheit synchron zur Emittierung der Sendeimpulse über eine Vielzahl von Verzögerungsgliedern mit bekannter und voneinander abweichender Totzeit gleichzeitig eine Vielzahl von zeitverzögerten Abtastimpulsen erzeugt, deren zeitlicher Versatz folglich bekannt ist. Die von dem Objekt reflektierten und aufgrund der Laufzeit eben falls verzögerten Reflektionsimpulse werden in der Empfangseinheit über eine Vielzahl von Koinzidenz-Schaltkreisen gleichzeitig mit der Vielzahl von zeitverzögerten Abtastimpulsen verglichen, wobei nur jener Koinzidenz-Schaltkreis ein Ausgangssignal liefert, der das im gleichen Zeitfenster liegende Auftreffen von Reflektionsimpulsen und zeitverzögerten Abtastimpulsen detektiert. Das Verfahren ist insbesondere gerätetechnisch sehr aufwendig, da proportional zur Erhöhung der Meßgenauigkeit auch die Anzahl der Zeitverzögerungs- und Koinzidenz-Schaltkreise erhöht werden muß.Out U.S. Patent 3,832,900 is a method and circuit for distance measurement according to the radar principle known, in which the emitted Transmit pulses are used in two ways. For one thing the transmission pulses in usual Sent way in the direction of the reflective object, where the transmission pulses at least partially reflected and reflected back as reflection pulses and received by a receiving unit. The other is in the receiving unit in synchronism with the emission of the transmission pulses via a Variety of delay elements with known and divergent dead time simultaneously a variety of time-delayed ones Generates sampling pulses, whose temporal offset is therefore known is. The reflected from the object and due to the running time just in case delayed Reflection pulses are received in the receiving unit via a plurality of coincidence circuits simultaneously compared to the plurality of time delayed sampling pulses, where only that coincidence circuit provides an output signal, the lying in the same time window impingement of reflection pulses and delayed Sensing pulses detected. The method is in particular device technology very expensive, as proportional to the increase in accuracy and the number the time delay and Coincidence circuits increased must become.

Zur Vermeidung des zuvor beschriebenen Nachteils ist aus dem Stand der Technik bekannt (siehe z. B. die USA-Patentschrift 5,563,605), die Vielzahl von Zeitverzögerungs- und Koinzidenz-Schaltkreise zu ersetzen durch einen einzigen Zeitverzögerungs-Schaltkreis mit variabler Zeitverzögerung und durch einen einzigen Koinzidenz-Schaltkreis. Die grundlegende Idee besteht darin, Sendeimpulse in gewohnter Weise zu emittieren und die Reflektionsimpulse zunächst mit Abtastimpulsen mit bekannter Zeitverzögerung zu vergleichen, womit bei Feststellung einer Koinzidenz von Reflektions- und Abtastimpulsen auch die Laufzeit der Reflektionsimpulse bekannt ist. Es ist unmittelbar einleuchtend, daß bei diesem gerätetechnisch einfacheren Verfahren zur Ermittlung der Laufzeit der Reflektionsimpulse die variable Zeitverzögerung der Abtastimpulse so lange verändert werden muß, bis eine Koinzidenz von Abtast- und Reflektionsimpulsen festgestellt wird.To avoid the above drawback, it is known in the art (see, for example, U.S. Patent No. 5,563,605) to replace the plurality of time delay and coincidence circuits with a single time delay circuit with a variable time delay coincidence circuit. The basic idea is To emit transmit pulses in the usual way and to compare the reflection pulses first with sampling pulses with a known time delay, whereby when determining a coincidence of reflection and Abtastimpulsen the term of the reflection pulses is known. It is immediately obvious that in this device technically simpler method for determining the duration of the reflection pulses, the variable time delay of the sampling pulses must be changed until a coincidence of sampling and reflection pulses is detected.

Soll bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ein Objektbereich von einer Mindestentfernung bis zu einer Maximalentfernung mit einer bestimmten Auflösung erfaßt werden, ist also eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Laufzeitmessungen erforderlich, wobei die kürzeste variable Verzögerungszeit so eingestellt wird, daß sie der detektierbaren Mindestentfernung entspricht, und wobei die späteren Abtastimpulse nachfolgend um eine Zeit verzögert werden, die der gewünschten räumlichen Auflösung entspricht. Soll beispielsweise eine Auflösung im Millimeter-Bereich erzielt werden, so muß die Zeitverzögerung von einem Abtastimpuls zum nächsten Abtastimpuls um etwa 6 ps inkrementiert werden. Demzufolge sind zur vollständigen Abtastung einer Meßstrecke von beispielsweise einem Meter mit einer Auflösung von einem Millimeter insgesamt 1000 Einzelmessungen im zuvor genannten Sinne notwendig, wobei die Zeitverzögerung während der 1000 Messungen schrittweise um insgesamt 6 ns zu erhöhen ist.Should in the method described above, an object area of one Minimum distance up to a maximum distance with a certain resolution detected So, is a lot of consecutive runtime measurements required, with the shortest variable delay time is set so that they corresponds to the minimum detectable distance, and wherein the later sampling pulses subsequently delayed by one time Be the one you want spatial resolution equivalent. For example, if you want a resolution in the millimeter range be achieved, the Time Delay from one sample pulse to the next Scanning pulse to be incremented by about 6 ps. Accordingly, are to the full Scanning a test section for example one meter with a resolution of one millimeter in total 1000 individual measurements in the aforementioned sense necessary, the Time Delay while 1000 increments incrementally by a total of 6 ns.

Allgemein gilt, daß zur vollständigen meßtechnischen Erfassung einer räumlichen Meßstrecke mit einer bestimmten Auflösung bei dem zuvor beschriebenen Verfahren eine Vielzahl von Messungen erforderlich ist, beginnend mit einer Messung der Ordnungszahl 1, mit der die Detektion des kürzesten Abstandes möglich ist, und endend mit einer Messung der Ordnungszahl n, mit der die längste Objektentfernung detektiert werden kann. Damit korrespondierend kann auch von einer Ordnungszahl der Abtastimpulse gesprochen werden, wobei dem Abtastimpuls mit der geringsten Zeitverzögerung die Ordnungszahl 1 zukommt und dem Abtastimpuls mit der größten Zeitverzögerung die Ordnungszahl n.Generally applies that to complete metrological Capture a spatial Measuring section with a certain resolution In the method described above, a large number of measurements are required is, starting with a measurement of atomic number 1, with which the Detection of the shortest distance possible is, and ending with a measurement of the atomic number n, with which the longest Object distance can be detected. Correspondingly can also be spoken by an ordinal number of sampling pulses, wherein the sampling pulse with the least time delay, the Ordnungszahl 1 and the sampling pulse with the largest time delay the Ordinal number n.

Die Genauigkeit des erläuterten Verfahrens hängt in ganz entscheidender Weise von der Präzision ab, mit der Signale zeitverzögert werden können.The Accuracy of the explained Method hangs in a decisive way from the precision, with the signals Time Lag can be.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um variable Zeitverzögerungen schaltungstechnisch zu erzeugen, insbesondere sich linear erhöhende Zeitverzögerungen, bei denen also jeweils zwei aufeinanderfolgende zeitverzögerte Abtastimpulse um ein festes Zeitinkrement erhöhte Verzögerungszeiten aufweisen.It Various methods are known for variable time delays circuitry, in particular linearly increasing time delays, in which case in each case two consecutive time-delayed sampling pulses increased by a fixed time increment Have delay times.

Zur technischen Realisierung einer präzisen, sich linear erhöhenden Zeitverzögerung ist beispielsweise bekannt, die Amplitude zweier sägezahnförmiger Signale miteinander zu vergleichen, wobei das erste sägezahnförmige Signal eine relativ niedrige Frequenz f₁ bzw. eine relativ große Periodendauer T₁ aufweist und das zweite sägezahnförmige Signal eine relativ hohe Frequenz f₂ bzw. eine relativ kurze Periodendauer T₂ aufweist.For the technical realization of a precise, linearly increasing time delay, it is known, for example, to compare the amplitude of two sawtooth-shaped signals, the first sawtooth-shaped signal having a relatively low frequency f ₁ or a relatively large period T ₁ and the second sawtooth-shaped signal having a relative high frequency f ₂ or a relatively short period T ₂ has.

Im folgenden sei zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Einfachheit halber angenommen, daß beide sägezahnförmigen Signale die gleiche Amplitude aufweisen. Die Periodendauer T₂ des zweiten sägezahnförmigen Signals entspricht der mit dieser Methode maximal erzielbaren Zeitverzögerung. Unter der Voraussetzung, daß die Periodendauer T₁ des ersten sägezahnförmigen Signals ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer T₂ des zweiten säge zahnförmigen Signals ist, ergibt sich die maximale Ordnungszahl n aus dem Quotienten der Periodendauer T₁ des ersten sägezahnförmigen Signals zu der Periodendauer T₂ des zweiten sägezahnförmigen Signals, also zu n = T₁/T₂.In the following, to simplify the operation, it is assumed for the sake of simplicity that both sawtooth-shaped signals have the same amplitude. The period T _{2 of} the second sawtooth signal corresponds to the maximum achievable with this method time delay. Assuming that the period T _{1 of} the first sawtooth signal is an integer multiple of the period T _{2 of} the second saw tooth-shaped signal, the maximum ordinal number n results from the quotient of the period T _{1 of} the first sawtooth signal to the period T ₂ of second sawtooth-shaped signal, ie to n = T ₁ / T ₂ .

Die Erzeugung der beiden sägezahnförmigen Signale beginnt gleichzeitig zu Beginn eines Meßintervalls. Die ansteigende Flanke des ersten sägezahnförmigen Signals wird innerhalb der großen Periodendauer T₁ von der ansteigenden Flanke des zweiten sägezahnförmigen Signals insgesamt n-mal von unten nach oben geschnitten. Es leuchtet aus der Anschauung unmittelbar ein, daß die Zeitdauer vom Start eines zweiten sägezahnförmigen Signals bis zu dem Zeitpunkt, in dem dieses zweite sägezahnförmige Signal das erste sägezahnförmige Signal schneidet, fortschreitend – von Messung zu Messung – linear größer wird, ganz einfach deshalb, weil die Amplitude des ersten sägezahnförmigen Signals über den Zeitraum seiner Periodendauer T₁ ständig zunimmt. Diese linear zunehmende Zeitdauer vom Start der Generierung eines der insgesamt n zweiten sägezahnförmigen Signale bis zum Schnittpunkt mit dem ersten sägezahnförmigen Signal wird als die variable – linear zunehmende – Zeitverzögerung zur Generierung der Abtastimpulse verwendet. Da die Zeitverzögerung in n Intervallen insgesamt den Wertebereich von 0 s bis zur Periodendauer T₂ des zweiten sägezahnförmigen Signals durchläuft, berechnet sich die kleinste Verzögerungszeit und damit das konstante Zeitinkrement T_v zweier aufeinanderfolgender Zeitverzögerungen zu Tv = T2/(T1/T2) = T2 2/T1. The generation of the two sawtooth signals begins simultaneously at the beginning of a measurement interval. The rising edge of the first sawtooth-shaped signal is cut from the rising edge of the second sawtooth-shaped signal a total of n times from bottom to top within the large period T ₁ . It is immediately apparent from the notion that the time from the start of a second sawtooth signal to the time that this second sawtooth signal intersects the first sawtooth signal progressively increases linearly from measurement to measurement, simply because the amplitude of the first sawtooth-shaped signal continuously increases over the period of its period T ₁ . This linearly increasing time period from the start of generation of one of the total of n second sawtooth-shaped signals to the point of intersection with the first sawtooth-shaped signal is used as the variable - linearly increasing - time delay for generating the sampling pulses. Since the time delay in n intervals overall passes through the value range from 0 s to the period T _{2 of} the second sawtooth-shaped signal, the smallest delay time and thus the constant time increment T _{v of} two successive time delays are calculated T v = T 2 / (T 1 / T 2 ) = T 2 2 / T 1 ,

Wenn das erste sägezahnförmige Signal mit einer Frequenz f₁ von 10 Hz generiert wird und das zweite sägezahnförmige Signal mit einer Frequenz f₂ von 1 MHz generiert wird, folgt daraus eine minimale Zeitverzögerung und damit ein korrespondierendes Zeitinkrement T_v von 10 ps und damit eine örtliche Auflösung im Millimeter-Bereich.If the first sawtooth-shaped signal with a frequency f ₁ of 10 Hz is generated and the second sawtooth-shaped signal is generated with a frequency f ₂ of 1 MHz, this results in a minimum time delay and thus a corresponding one Time increment T _v of 10 ps and thus a local resolution in the millimeter range.

Im folgenden wird in Verbindung mit einer Skizze – 1 – das zuvor erläuterte Verfahren nochmals verdeutlicht, für eine Frequenz f₁ von 10 Hz und eine Frequenz f₂ von 1 MHz, bei dem also die maximale Ordnungszahl n = T₁/T₂ = 100.000 beträgt, innerhalb des gesamten Meßintervalls von 0,1 s also 100.000 Meßschritte durchgeführt werden. (In der Skizze sind jedoch nur die Meßschritte mit den Ordnungszahlen 1 bis 4 und 999.997 bis 100.000 dargestellt.)The following is in conjunction with a sketch - 1 - illustrates the previously explained method again, for a frequency f ₁ of 10 Hz and a frequency f ₂ of 1 MHz, in which therefore the maximum atomic number n = T ₁ / T ₂ = 100,000, within the entire measuring interval of 0.1 s so 100,000 measurement steps are performed. (In the sketch, however, only the measuring steps with atomic numbers 1 to 4 and 999.997 to 100.000 are shown.)

Nach dem ersten Meßschritt beträgt die Zeitverzögerung t_V = 10 ps, d.h. 10 ps nach dem Start des zweiten Meßschritts wird die ansteigende Flanke des ersten sägezahnförmigen Signals von der ansteigenden Flanke des zweiten sägezahnförmigen Signals von unten nach oben geschnitten und der erste Abtastimpuls erzeugt. Nach dem zweiten Meßschritt beträgt die Zeitverzögerung t_V = 2T_v = 20 ps, d. h. 20 ps nach dem Start des dritten Meßschritts wird die ansteigende Flanke des ersten sägezahnförmigen Signals von der ansteigenden Flanke des zweiten sägezahnförmigen Signals von unten nach oben geschnitten und der zweite Abtastimpuls erzeugt, usw., bis nach dem Meßschritt 99.999 die Zeitverzögerung t_V = 99.999 T_v = 0,99999 μs und nach dem Meßschritt 100.000 die Zeitverzögerung t_V = 100.000 T_v = 1 μs beträgt und der 100.000. Abtastimpuls erzeugt wird. Abhängig davon, nach welchem Abtastimpuls – bzw. dem dadurch generierten Abtastintervall – der Koinzidenz-Schaltkreis das Eintreffen eines Reflektionsimpulses feststellt, ergibt sich die Laufzeit für den entsprechenden Sendeimpuls und den zugehörigen Reflektionsimpuls, und aus der so festgestellten Laufzeit wird dann der Abstand zwischen dem Mikrowellensender und dem Mikrowellenempfänger, zu dem der Koinzidenz-Schaltkreis gehört, berechnet.After the first measuring step, the time delay t _V = 10 ps, ie 10 ps after the start of the second measuring step, the rising edge of the first sawtooth signal is cut from the rising edge of the second sawtooth signal from bottom to top and the first sampling pulse is generated. After the second measuring step, the time delay t _V = 2T _v = 20 ps, ie 20 ps after the start of the third measuring step, the rising edge of the first sawtooth signal is cut from the rising edge of the second sawtooth signal from bottom to top and the second sampling pulse produced, etc., until after the measuring step 99.999 the time delay t _V = 99.999 T _v = 0.99999 μs and after the measuring step 100.000 the time delay t _V = 100.000 T _v = 1 μs and the 100.000. Scanning pulse is generated. Depending on which sampling pulse - or the sampling interval generated thereby - the coincidence circuit determines the arrival of a reflection pulse, the runtime for the corresponding transmit pulse and the associated reflection pulse results, and from the travel time thus determined, the distance between the microwave transmitter and the microwave receiver to which the coincidence circuit belongs.

An dieser Stelle sei noch angemerkt, daß üblicherweise der Abstand zwischen dem Mikrowellensender und dem reflektierenden Objekt einerseits sowie der Abstand zwischen dem reflektierenden Objekt und dem Mikrowellenempfänger andererseits gleich ist, üblicherweise also eine zu dem Mikrowellensender gehörende Sendeantenne auch als Empfangsantenne für den Mikrowellenempfänger arbeitet.At This point should be noted that usually the distance between the microwave transmitter and the reflective object on the one hand and the distance between the reflective object and the microwave receiver is the same is, usually So a belonging to the microwave transmitter transmitter antenna as well Reception antenna for the microwave receiver is working.

Der Erfindung liegt nun als Aufgabe zugrunde, Überlegungen anzustellen, ob, und wenn ja wie, das zuvor im einzelnen erläuterte Verfahren noch verbessert werden kann.Of the The invention is now based on the task of considering whether and if so how, the process explained in detail before still improved can be.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastimpulse aus einem Amplitudenvergleich von zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufenden Signa len (= Abtastimpulserzeugungssignale) gewonnen werden. Während also bei dem bekannten, zuvor im einzelnen beschriebenen Verfahren die Abtastimpulse aus einem Amplitudenvergleich von zwei sägezahnförmigen Signalen (als Abtastimpulserzeugungssignale) gewonnen werden, also aus linear ansteigenden Signalen (mit den Frequenzen f₁ und f₂ und den Periodendauern T₁ und T₂), werden erfindungsgemäß nichtlineare Signale verwendet, nämlich solche, die nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufen, auch hier mit den Frequenzen f₁ und f₂ und den Periodendauern T₁ und T₂.The inventive method is now initially and essentially characterized in that the sampling pulses from an amplitude comparison of two extending to different exponential functions Signa sources (= Abtastimpulserzeugungssignale) are obtained. Thus, while in the known, previously described in detail method, the sampling pulses from an amplitude comparison of two sawtooth signals (as Abtastimpulserzeugungssignale) are obtained, ie from linearly rising signals (with the frequencies f ₁ and f ₂ and the periods T ₁ and T ₂ ) , Non-linear signals are used according to the invention, namely those that run according to different exponential functions, here with the frequencies f ₁ and f ₂ and the periods T ₁ and T ₂ .

Welcher Vorteil wird nun mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem bekannten, zuvor im einzelnen erläuterten Verfahren erreicht?Which one Advantage will now be with the inventive method over the known, achieved previously explained in detail method?

Die Erzeugung sägezahnförmiger Signale ist im Stand der Technik umfangreich bekannt. Beispielsweise führt die Aufladung eines Kondensators mit einem konstanten Strom zu einer sägezahnförmig ansteigenden Spannung am Kondensator, also zu einem sägezahnförmigen Signal. Benötigt wird also eine Konstantstromquelle. Einerseits ist eine solche Konstantstromquelle schaltungstechnisch etwas aufwendig. Andererseits beeinflußt jede Abweichung des tatsächlich gelieferten Stromes von einem wirklichen konstanten Strom die Linearität der am Kondensator gewonnenen Spannung und damit die Genauigkeit der Messung.The Generation of sawtooth signals is well known in the art. For example, the leads Charging a capacitor with a constant current to one sawtooth rising Voltage at the capacitor, so to a sawtooth-shaped signal. Is needed so a constant current source. On the one hand, such a constant current source circuitous somewhat elaborate. On the other hand, each influences Deviation of the actual supplied current from a real constant current the linearity of the capacitor gained voltage and thus the accuracy of the measurement.

Gegenüber der Erzeugung sägezahnförmiger Impulse ist die Erzeugung von nach Exponentialfunktionen verlaufenden Signalen schaltungstechnisch einfacher. Die nach Exponentialfunktionen verlaufenden Signale können nämlich durch rechteckförmige Signale – vorzugsweise gleicher Amplitude – dadurch gewonnen werden, daß die rechteckförmigen Signale über jeweils einen Widerstand jeweils einen Kondensator aufladen, so daß an den Kondensatoren zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufende Signale – die Abtastimpulserzeugungssignale – entstehen, – nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufend dann, wenn die Zeitkonstanten, also die Produkte aus den zahlenmäßigen Werten der Widerstände und den zahlenmäßigen Werten der Kondensatoren unterschiedlich sind.Opposite the Generation of sawtooth pulses is the generation of signals which proceed according to exponential functions circuitry easier. The exponential functions Signals can namely by rectangular Signals - preferably same amplitude - by be won that the rectangular Signals over one resistor each charge a capacitor, so that on two capacitors according to different exponential functions running signals - the Sampling pulse generation signals - arise, - according to different Exponential functions running when the time constants, So the products of the numerical values of the resistances and the numerical values the capacitors are different.

Die Bereitstellung von rechteckförmigen Signalen – durch Rechteckgeneratoren – ist nicht nur schaltungstechnisch einfacher als die Bereitstellung kon stanter Ströme durch Konstantstromquellen, rechteckförmige Signale lassen sich auch genauer generieren als konstante Ströme. Im übrigen können mit nur einem Rechteckgenerator ohne weiteres rechteckförmige Signale unterschiedlicher Frequenzen erzeugt werden, nämlich einfach dadurch, daß das von einem Rechteckgenerator gewonnene rechteckförkmige Signal mit einer bestimmten Frequenz frequenzvervielfacht oder frequenzgeteilt wird.The provision of rectangular signals - by square-wave generators - is not only simpler circuitry than the provision of constant currents by constant current sources, rectangular signals can also generate more accurate than constant currents. Incidentally, rectangular signals of different frequencies can be generated with only one square-wave generator without further ado, namely simply by the fact that the signal obtained by a rectangular generator is correct eckförkmige signal frequency-multiplied or frequency-divided with a certain frequency.

Daß aus sägezahnförmigen Signalen, also aus linear ansteigenden Signalen, linear zunehmende Zeitverzögerungen gewonnen werden können, liegt in der Natur der Sache, überrascht also nicht. Überraschend ist jedoch, daß aus Signalen, die nicht linear ansteigen, die vielmehr nach Exponentialfunktionen verlaufen, linear ansteigende Zeitverzögerungen gewonnen werden können. Dies gilt jedenfalls theoretisch. In der Praxis kann es zu Linearitätsabweichungen im Promillebereich kommen. Diese Linearitätsabweichungen können dadurch eliminiert werden, daß die Amplitude der rechteckförmigen Signale mit der Frequenz f₁ und der Periodendauer T₁ geringfügig verändert wird, so daß diese Amplitude geringfügig kleiner oder geringfügig größer als die Amplitude des rechteckförmigen Signals mit der Frequenz f₂ und der Periodendauer T₂ ist.The fact that linearly increasing time delays can be obtained from sawtooth-shaped signals, that is, from linearly rising signals, is inherent in the nature of things, so it is not surprising. It is surprising, however, that linearly increasing time delays can be obtained from signals which do not increase in a linear manner but which rather follow exponential functions. This is true in theory. In practice, there may be linearity deviations in the per thousand range. These linearity deviations can be eliminated by slightly changing the amplitude of the rectangular signals having the frequency f ₁ and the period T ₁ , so that this amplitude is slightly smaller or slightly larger than the amplitude of the rectangular signal with the frequency f ₂ and the period T is ₂ .

Wie zuvor ausgeführt, können die nach Exponentialfunktionen verlaufenden Signale durch rechteckförmige Signale dadurch gewonnen werden, daß die rechteckförmigen Signale über jeweils einen Widerstand jeweils einen Kondensator aufladen, so daß an den Kondensatoren zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufende Signale – die Abtastimpulserzeugungssignale – entstehen, – nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufend dann, wenn die Zeitkonstanten, also die Produkte aus den zahlenmäßigen Werten der Widerstände und den zahlenmäßigen Werten der Kondensatoren unterschiedlich sind. Die sich ergebenden Zeitverzögerungen sind abhängig vom Verhältnis des Produktes aus dem Zahlenwert des ersten Widerstandes und dem Zahlenwert des ersten Kondensators zu dem Produkt aus dem Zahlenwert des zweiten Widerstandes und des zweiten Kondensators. Folglich beeinflussen Toleranzen und Temperaturdriften der verwendeten Widerstände und Kondensatoren die Zeitverzögerungen, was natürlich nicht gewollt ist. Diese Beeinflussung kann dadurch eliminiert werden, daß das Verhältnis des Produktes aus dem Zahlenwert des ersten Widerstandes und dem Zahlenwert des ersten Kondensators zu dem Produkt aus dem Zahlenwert des zweiten Widerstandes und dem Zahlenwert des zweiten Kondensators gemessen wird und bei einer sich einstellenden Abweichung von dem rechnerisch vorgegebenen Wert dieses Verhältnisses eine entsprechende Korrektur vorgenommen wird. Die Messung des Verhältnisses des Produktes aus dem Zahlenwert des ersten Widerstandes und dem Zahlenwert des ersten Kondensators zu dem Produkt aus dem Zahlenwert des zweiten Widerstandes und dem Zahlenwert des zweiten Kondensators, nachfolgend mit α bezeichnet, kann durch zwei Spannungsmessungen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, und zwar nach der Gleichung

As stated above, the signals passing after exponential functions can be obtained by rectangular signals in that the rectangular signals each charge a capacitor via one resistor, so that at the capacitors two signals extending to different exponential functions - the Abtastimpulerzeugungssignale - arise - for different Exponential functions proceed when the time constants, ie the products of the numerical values of the resistors and the numerical values of the capacitors, are different. The resulting time delays depend on the ratio of the product of the numerical value of the first resistor and the numerical value of the first capacitor to the product of the numerical value of the second resistor and the second capacitor. Consequently, tolerances and temperature drifts of the resistors and capacitors used affect the time delays, which of course is not wanted. This influence can be eliminated by measuring the ratio of the product of the numerical value of the first resistor and the numerical value of the first capacitor to the product of the numerical value of the second resistor and the numerical value of the second capacitor and, if the deviation is different from that of the second capacitor predetermined value of this ratio is made a corresponding correction. The measurement of the ratio of the product of the numerical value of the first resistor and the numerical value of the first capacitor to the product of the numerical value of the second resistor and the numerical value of the second capacitor, hereinafter referred to as α, can be performed by two voltage measurements at two different times, according to the equation

Dabei können die Werte U_x (Δt_x) von einem TAC (TAC = time to analog converter) erzeugt werden. Ein dem Ergebnis überlagerter Offset wird durch die Differenzbildung eliminiert. Da beide Werte von demselben TAC erzeugt werden, werden Toleranzen des TAC ausgeglichen.The values U _x (Δt _x ) can be generated by a TAC (TAC = time to analog converter). An offset offset to the result is eliminated by the difference formation. Since both values are generated by the same TAC, tolerances of the TAC are compensated.

Gegenstand der Erfindung ist nicht nur das zuvor beschriebene Verfahren, Gegenstand der Erfindung ist auch eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Schaltung ist zunächst und im wesentlichen gekennzeichnet durch mindestens einen Rechteckgenerator, ein Zeitverzögerungsglied zur Erzeugung einer sich ändernden, linear ansteigenden Zeitverzögerung, einen Sendeimpulsgenerator, einen von dem Zeitverzögerungsglied gesteuerten Abtastimpulsgenerator, ein Koppelglied zum Auskoppeln der Sendeimpulse und Einkoppeln der Empfangsimpulse und einen Koinzidenz-Schaltkreis, wobei das Zeitverzögerungsglied aus einem Amplitudenvergleich von zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufenden Signalen (Abtastimpulserzeugungssignale) mit Hilfe des Abtastimpulsgenerators Abtastimpulse generiert und wobei durch den Koinzidenz-Schaltkreis detektiert wird, zu welchem Abtastimpuls ein Empfangsimpuls koinzidiert.object The invention is not only the method described above, subject matter The invention is also a circuit for carrying out this method. These Circuit is first and essentially characterized by at least one square-wave generator, a time delay element for Generating a changing, linear increasing time delay, a transmit pulse generator, one of the time delay element controlled sampling pulse generator, a coupling element for decoupling the transmission pulses and coupling of the received pulses and a coincidence circuit, wherein the time delay element from an amplitude comparison of two to different exponential functions extending signals (Abtastimpulerzeugungssignale) using the Abtastimpulsgenerators generates sampling pulses and wherein by the Coincidence circuit is detected, to which sampling pulse a received pulse coincides.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltung auszugestalten und weiterzubilden, insbesondere bezüglich der konkreten Realisierung der erfindungsge mäßen Schaltung. Dazu wird ergänzend verwiesen auf die den Patentansprüchen 1 und 6 nachgeordneten Patentansprüche und auf die nachfolgende Erläuterung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigenin the Individual there are now various possibilities, the inventive method and the circuit according to the invention to design and develop, especially with regard to concrete realization of the erfindungsge MAESSEN circuit. In addition, reference is made to the claims 1 and 6 subordinate claims and to the following explanation in conjunction with the drawing. In the drawing show

2 eine sehr schematische Skizze einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, 2 a very schematic sketch of a preferred embodiment of the circuit according to the invention,

3 eine detailliertere Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehörenden Zeitverzögerungsgliedes, 3 a more detailed representation of a preferred embodiment of belonging to the circuit arrangement according to the invention time delay element,

4 eine der Skizze in 1 entsprechende Skizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 4 one of the sketch in 1 corresponding sketch for explaining the method according to the invention and

5 eine Darstellung eines Zeitverzögerungs-Meßkreises, der zu einer erfindungsgemäßen Schaltung gehören könnte, in 2 jedoch nicht dargestellt ist. 5 a representation of a time delay measuring circuit, which could belong to a circuit according to the invention, in 2 but not shown.

Erfindungsgemäß geht es, wie weiter oben im einzelnen ausgeführt ist, um ein Verfahren zur Abstandsmessung, insbesondere zur Füllstandsmessung, nach dem Radarprinzip, bei dem also mittels kurzer elektromagnetischer Wellen = Mikrowellen der Abstand zwischen einem Mikrowellensender 1 bzw. einem Mikrowellenempfänger 2 und einem die Mikrowellen reflektierenden, nicht dargestellten Objekt gemessen wird, nämlich die Summe der Laufzeit der gesendeten Mikrowellen = Sendeimpulse zwischen dem Mikrowellensender 1 und dem Objekt sowie der Laufzeit der reflektierten Mikrowellen = Reflektionsimpulse zwischen dem Objekt und dem Mikrowellenempfänger 2 gemessen und aus der Summe der Laufzeiten der zu messende Abstand errechnet wird. Wie die 2 zeigt, sind der Mikrowellensender 1 und der Mikrowellenempfänger 2 ortsgleich realisiert; eine zu dem Mikrowellensender 1 gehörende, nicht dargestellte Sendeantenne arbeitet auch als nicht dargestellte Empfangsantenne für den Mikrowellenempfänger 2. Der Abstand zwischen dem Mikrowellensender 1 und dem reflektierenden Objekt einerseits sowie der Abstand zwischen dem reflektierenden Objekt und dem Mikrowellenempfänger 2 andererseits ist also gleich.According to the invention, as described above in detail, a method for Ab level measurement, in particular for level measurement, according to the radar principle, in which therefore by means of short electromagnetic waves = microwaves, the distance between a microwave transmitter 1 or a microwave receiver 2 and a microwave reflecting, not shown object is measured, namely the sum of the transit time of the transmitted microwave = transmission pulses between the microwave transmitter 1 and the object and the transit time of the reflected microwaves = reflection pulses between the object and the microwave receiver 2 measured and calculated from the sum of the maturities of the distance to be measured. As the 2 shows are the microwave transmitter 1 and the microwave receiver 2 realized in the same place; one to the microwave transmitter 1 belonging, not shown transmitting antenna also operates as a receiving antenna, not shown for the microwave receiver 2 , The distance between the microwave transmitter 1 and the reflective object on the one hand and the distance between the reflective object and the microwave receiver 2 on the other hand is the same.

Bei dem in Rede stehenden Verfahren werden zur Messung der Laufzeiten aufeinanderfolgende zeitverzögerte Abtastimpulse erzeugt, wird festgestellt, mit welchen Abtastimpulsen die Reflektionsimpulse koinzidieren, und wird die Summe der Laufzeiten als das Produkt aus der Zeitverzögerung eines Abstandsimpulses und der Ordnungszahl der Abtastimpulse, mit denen die Reflektionsimpulse koinzidieren, bestimmt.at The method in question will be used to measure transit times consecutive time-delayed Generates sampling pulses, it is determined with which sampling pulses the reflection pulses coincide, becoming the sum of the transit times as the product of the time delay of a pitch pulse and the ordinal number of the sampling pulses, with which the reflection pulses coincide, determined.

Zum grundsätzlichen Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens insoweit, als es dem im Stand der Technik bekannten Verfahren entspricht, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die weiter oben gemachten, sehr ausführlichen Ausführungen verwiesen.To the basic understanding the method according to the invention insofar as it corresponds to the method known in the art from the invention proceeds, is made on the above, very detailed References.

Zu der in 2 dargestellten Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehören – neben dem Mikrowellensender 1 und dem Mikrowellenempfänger 2 – zunächst ein erster Rechteckgenerator 3, ein erstes Zeitverzögerungsglied 4 zur Erzeugung einer sich ändernden, linear ansteigenden Zeitverzögerung, ein Sendeimpulsgenerator 5, ein vom ersten Zeitverzögerungsglied 4 gesteuerter Abtastimpulsgenerator 6, ein Koppelglied 7 zum Auskoppeln der Sendeimpulse und Einkoppeln der Reflektionsimpulse und ein Koinzidenz-Schaltkreis 8, mit dessen Hilfe festgestellt wird, mit welchen Abtastimpulsen die Reflektionsimpulse koinzidieren.To the in 2 shown circuit for carrying out the method according to the invention include - in addition to the microwave transmitter 1 and the microwave receiver 2 - First, a first square wave generator 3 , a first time delay element 4 to generate a changing, linearly increasing time delay, a transmit pulse generator 5 , one from the first time delay 4 controlled sampling pulse generator 6 , a coupling link 7 for decoupling the transmission pulses and coupling the reflection pulses and a coincidence circuit 8th , with the aid of which it is determined with which sampling pulses the reflection pulses coincide.

Das erste Zeitverzögerungsglied 4 generiert aus einem Amplitudenvergleich von zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufenden Signalen = Abtastimpulserzeugungssignale mit Hilfe des Abtastimpulsgenerators 6 zeitversetzte Abtastimpulse. Durch den Koinzidenz-Schaltkreis 8, der einerseits an den Ausgang des Abtastimpulsgenerators 6 und andererseits an den schaltungsmäßigen Ausgang des Koppelgliedes 7 angeschlossen ist, wird detektiert, mit welchem Abtastimpuls ein Reflektionsimpuls koinzidiert.The first time delay element 4 generates from an amplitude comparison of two signals running according to different exponential functions = sampling pulse generation signals by means of the sampling pulse generator 6 time shifted sampling pulses. Through the coincidence circuit 8th on the one hand to the output of the sampling pulse generator 6 and on the other hand to the circuit output of the coupling element 7 is connected, it is detected with which sampling pulse a reflection pulse coincides.

Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ist zwischen dem ersten Rechteckgenerator 3 und dem Sendeimpulsgenerator 5 ein zweites Zeitverzögerungsglied 9 mit einer festen Zeitverzögerung vorgesehen.At the in 2 illustrated preferred embodiment of the circuit according to the invention is between the first rectangular generator 3 and the transmit pulse generator 5 a second time delay 9 provided with a fixed time delay.

Wie die 3 zeigt, besteht das erste Zeitverzögerungsglied 4 aus einem zweiten Rechteckgenerator 10 und einem dritten Rechteckgenerator 11, einem ersten Widerstand 12 und einem ersten Kondensator 13, einem zweiten Widerstand 14 und einem zweiten Kondensator 15 sowie einem Komparator 16. An den zweiten Rechteckgenerator 10 ist die Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand 12 und dem ersten Kondensator 13 und an den dritten Rechteckgenerator 11 ist die Reihenschaltung aus dem zweiten Widerstand 14 und dem zweiten Kondensator 15 angeschlossen. Die Verbindung zwischen dem ersten Widerstand 12 und dem ersten Kondensator 13 ist an den ersten Eingang 17 des Komparators 16 angeschlossen, und die Verbindung zwischen dem zweiten Widerstand 14 und dem zweiten Kondensator 15 ist an den zweiten Eingang 18 des Komparators 16 angeschlossen. Mit Hilfe des zweiten Rechteckgenerators 10 und der daran angeschlossenen Reihenschaltung aus dem ersten Widerstand 12 und dem ersten Kondensator 13 und mit Hilfe des dritten Rechteckgenerators 11 und der daran angeschlossenen Reihenschaltung aus dem zweiten Widerstand 14 und dem zweiten Kondensator 15 werden zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufende Signale = Abtastimpulserzeugungssignale gewonnen. Der Ausgang 19 des Komparators 16 stellt über den Abtastimpulsgenerator 6 die Abtastimpulse zur Verfügung.As the 3 shows, there is the first time delay element 4 from a second rectangular generator 10 and a third rectangle generator 11 , a first resistance 12 and a first capacitor 13 , a second resistor 14 and a second capacitor 15 and a comparator 16 , To the second square generator 10 is the series connection of the first resistor 12 and the first capacitor 13 and to the third rectangle generator 11 is the series connection of the second resistor 14 and the second capacitor 15 connected. The connection between the first resistor 12 and the first capacitor 13 is at the first entrance 17 of the comparator 16 connected, and the connection between the second resistor 14 and the second capacitor 15 is at the second entrance 18 of the comparator 16 connected. With the help of the second square-wave generator 10 and the series connection of the first resistor connected thereto 12 and the first capacitor 13 and with the help of the third square-wave generator 11 and the series connection of the second resistor connected thereto 14 and the second capacitor 15 For example, two signals = sampling pulse generation signals, which are executed according to different exponential functions, are obtained. The exit 19 of the comparator 16 represents via the sampling pulse generator 6 the sampling pulses available.

Bei der in 2 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung ist dem ersten Zeitverzögerungsglied 4, das sich ändernde, linear ansteigende Zeitverzögerungen erzeugt, der Abtastimpulsgenerator 6 nachgeschaltet, der also von dem ersten Zeitverzögerungsglied 4 gesteuert wird. Ein solcher Aufbau ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr ist es durchaus möglich, das erste Zeitverzögerungsglied 4 so auszuführen, daß in dem Zeitverzögerungsglied 4 zwei nach unterschiedlichen Exponentialfunktionen verlaufende Signale generiert werden, ein Amplitudenvergleich dieser Signale vorgenommen wird und aus dem Amplitudenvergleich direkt Abtastimpulse erzeugt werden.At the in 2 schematically illustrated preferred embodiment of a circuit according to the invention is the first time delay element 4 generating varying, linearly increasing time delays, the sampling pulse generator 6 downstream of the first time delay element 4 is controlled. However, such a structure is not mandatory. Rather, it is quite possible, the first time delay element 4 be executed so that in the time delay element 4 two signals running according to different exponential functions are generated, an amplitude comparison of these signals is carried out and sampling pulses are generated directly from the amplitude comparison.

In Verbindung mit der Skizze in 1 ist eingangs das Verfahren erläutert worden, von dem die Erfindung ausgeht. Ein Vergleich der Skizze in 4 mit der Skizze in 1 macht deutlich, worin sich das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich von dem Verfahren unterscheidet, von dem die Erfindung ausgeht. Während bei dem Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, aus sägezahnförmigen Signalen linear ansteigende Zeitverzögerungen gewonnen werden, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren linear ansteigende Zeitverzögerungen aus zwei unterschiedlich nach Exponentialfunktionen verlaufenden Signalen gewonnen. Im übrigen gilt bezüglich der Darstellung in 4 das, was einleitend in Verbindung mit der Darstellung in 1 erläutert worden ist.In conjunction with the sketch in 1 In the beginning, the method from which the invention proceeds is explained. A comparison of the sketch in 4 with the sketch in 1 makes it clear in which method according to the invention differs substantially from the method from which the invention proceeds. While in the method, from which the invention proceeds, linearly increasing time delays are obtained from sawtooth-shaped signals, in the method according to the invention linearly increasing time delays are obtained from two signals which proceed differently according to exponential functions. Incidentally, with respect to the representation in 4 that which is preliminary in connection with the presentation in 1 has been explained.

Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung ist dem Koinzidenz-Schaltkreis 8 noch ein Verstärker 20, ein Filter 21, ein A/D-Wandler 22 und ein Steuer- und Auswerte-Schaltkreis 23 nachgeschaltet. Außerdem ist zwischen dem Sendeimpulsgenerator 5 und dem Abtastimpulsgenerator 6 einerseits und dem Steuer- und Auswerte-Schaltkreis 23 andererseits ein Zeitverzögerungs-Meßkreis 24 vorgesehen, der in seinem grundsätzlichen Aufbau in 5 dargestellt ist.At the in 2 illustrated preferred embodiment of a circuit according to the invention is the coincidence circuit 8th another amplifier 20 , a filter 21 , an A / D converter 22 and a control and evaluation circuit 23 downstream. In addition, between the transmit pulse generator 5 and the sampling pulse generator 6 on the one hand and the control and evaluation circuit 23 on the other hand, a time delay measuring circuit 24 provided in its basic structure in 5 is shown.

Wie die 5 zeigt, weist der Zeitverzögerungszeit-Meßkreis 24 ein NOR-Gatter 25 und eine an den Ausgang des NOR-Gatters 25 angeschlossene, aus einem dritten Widerstand 26 und einem dritten Kondensator 27 bestehende Reihenschaltung auf. Der Ausgang des Sendeimpulsgenerators 5 ist direkt an den ersten Eingang des NOR-Gatters 25 angeschlossen, und der Ausgang des Abtastimpulsgenerators 6 ist über ein nicht dargestelltes Invertierelement an den zweiten Eingang des NOR-Gatters 25 angeschlossen. An der Verbindung zwischen dem – an den Ausgang des NOR-Gatters 25 angeschlossenen – dritten Widerstand 26 und dem dritten Kondensator 27 entsteht ein analoges Signal, das proportional der jeweiligen Zeitverzögerung ist. Mit dem Zeitverzögerungszeit-Meßkreis 24 kann also direkt die jeweilige Zeitverzögerung gemessen werden. Der gemessene Wert wird dann mit dem rechnerischen Wert verglichen, und bei einer Abweichung des gemessenen Werts von dem errechneten Wert, resultierend aus Toleranzen und Temperaturdriften der Bauelemente, wird die Abweichung – ganz oder teilweise – eliminiert. Dazu ist ein Korrekturausgang 28 des Steuer- und Auswerte-Schaltkreises 23 mit einem Korrektureingang 29 des ersten Zeitverzögerungsgliedes 4 verbunden.As the 5 shows, the time delay time measuring circuit 24 a NOR gate 25 and one to the output of the NOR gate 25 connected, from a third resistor 26 and a third capacitor 27 existing series connection. The output of the transmit pulse generator 5 is directly to the first input of the NOR gate 25 connected, and the output of the sampling pulse generator 6 is an unillustrated inverter to the second input of the NOR gate 25 connected. At the connection between the - to the output of the NOR gate 25 connected - third resistor 26 and the third capacitor 27 An analogue signal is generated which is proportional to the respective time delay. With the time delay time measuring circuit 24 Thus, the respective time delay can be measured directly. The measured value is then compared with the calculated value, and if the measured value deviates from the calculated value resulting from tolerances and temperature drifts of the components, the deviation is eliminated, in whole or in part. This is a correction output 28 of the control and evaluation circuit 23 with a correction input 29 of the first time delay element 4 connected.

Eingangs ist ausgeführt, daß es vorliegend bei dem zur Abstandsmessung angewendeten Radarprinzip um das Puls-Radar geht. Bei diesem Puls-Radar kann es sich um freistrahlendes Radar oder um ein geführtes Radar handeln.input is executed that it in the case of the radar principle used for distance measurement goes to the pulse radar. This pulse radar can be free-radiating Radar or a guided Radar act.

Beim freistrahlenden Radar werden die Mikrowellen von einer Antenne in Richtung auf das reflektierende Objekt abgestrahlt. Beim geführten Radar werden die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters geführt; der Wellenleiter kann ein Hohlleiter, ein Zweileitersystem (Coax-Leitung, Stegleitung) oder ein Oberflächenwellenleiter (Sommerfeld-Leitung, Goubau-Leitung, Lochstreifen, ...) sein. Im übrigen kann mit modulierten oder mit unmodulierten Radarimpulsen gearbeitet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltung werden vorzugsweise die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters geführt, und es wird vorzugsweise mit unmodulierten Radarimpulsen gearbeitet. Darauf ist die Lehre der Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie kann vielmehr auch bei einem freistrahlenden Radar und/oder mit modulierten Radarimpulsen realisiert werden.At the Free-radar radar, the microwaves from an antenna in Direction radiated to the reflective object. At the guided radar the microwaves are guided along a waveguide; of the Waveguide can be a waveguide, a two-wire system (coax line, Ridge line) or a surface waveguide (Sommerfeld pipe, Goubau pipe, tape, ...) his. For the rest, can worked with modulated or with unmodulated radar pulses become. In the method according to the invention and in connection with the circuit according to the invention are preferably the microwaves are guided along a waveguide, and it is preferably worked with unmodulated radar pulses. That's the lesson but not limited to the invention. She can also with a free radar and / or with modulated radar pulses will be realized.

Claims

Method for distance measurement, in particular for level measurement, according to the radar principle, in which therefore by means of short electromagnetic waves = microwaves the distance between a microwave transmitter or a microwave receiver and an object reflecting the microwaves is measured, namely the sum of the transit time of the transmitted microwaves = transmission pulses between the microwave transmitter and the object and the transit time of the reflected microwaves = reflected pulses between the object and the microwave receiver and is calculated from the sum of the transit times of the distance to be measured, wherein for measuring the transit times successive time-delayed sampling pulses are generated, it is determined with which Abtastimpulsen the reflection pulses coincide, and the sum of the transit times is determined as the product of the time delay of a sampling pulse and the ordinal number of sampling pulses with which the reflection pulses coincide, d adurch characterized in that the sampling pulses from an amplitude comparison of two different exponential functions extending signals (Abtastimpulerungsungsignals) are obtained.

Method according to claim 1, characterized in that that the according to exponential functions signals by rectangular signals - preferably same amplitude - won be over one resistor each charge a capacitor, so that on the capacitors two running according to different exponential functions Signals - the Sample pulse generation signals - arise.

A method according to claim 2, characterized gekenn is characterized in that the ratio of the product of the numerical value of the first resistor and the numerical value of the first capacitor to the product of the numerical value of the second resistor and the numerical value of the second capacitor is measured and at a deriving deviation from the mathematical predetermined value of this ratio appropriate correction is made.

Method according to claim 3, characterized that the Measurement of the ratio of the product from the numerical value of the first resistor and the Numerical value of the first capacitor to the product of the numerical value of the second resistor and the numerical value of the second capacitor by two voltage measurements at two different times carried out becomes.

Method according to claim 4, characterized in that that the Voltage measurement by means of a TAC (TAC = time to analog converter) respectively.

Circuit for carrying out the method according to one of Claims 1 to 5, characterized by at least one first square-wave generator ( 3 ), a first time delay element ( 4 ) for generating a changing, linearly increasing time delay, a transmit pulse generator ( 5 ), one of the first time delay element ( 4 ) controlled sampling pulse generator ( 6 ), a coupling element ( 7 ) for decoupling the transmission pulses and coupling the reflection pulses and a coincidence circuit ( 8th ), wherein the first time delay element ( 4 ) from an amplitude comparison of two signals which proceed according to different exponential functions (sampling pulse generation signals) with the aid of the sampling pulse generator ( 6 ) Generates sampling pulses and wherein the coincidence circuit ( 8th ) is detected with which sampling pulse a reflection pulse coincides.

Circuit according to Claim 6, characterized in that between the first square-wave generator ( 3 ) and the transmit pulse generator ( 5 ) a second time delay element ( 9 ) is provided with a fixed time delay.

Circuit according to Claim 6 or 7, characterized in that the first time delay element ( 4 ) from a second rectangular generator ( 10 ) and a third rectangular generator ( 11 ), a first resistor ( 12 ) and a first capacitor ( 13 ), a second resistor ( 14 ) and a second capacitor ( 15 ) and a comparator ( 16 ) that the second square wave generator ( 10 ) the series connection of the first resistor ( 12 ) and the first capacitor ( 13 ) and to the third rectangular generator ( 11 ) the series connection of the second resistor ( 14 ) and the second capacitor ( 15 ), that the connection between the first resistor ( 12 ) and the first capacitor ( 13 ) to the first entrance ( 17 ) of the comparator ( 16 ) and the connection between the second resistor ( 14 ) and the second capacitor ( 15 ) to the second input ( 18 ) of the comparator ( 16 ) and that the output ( 19 ) of the comparator ( 16 ) provides the sample pulse generation signals.

Circuit according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the coincidence circuit ( 8th ) an amplifier ( 20 ), a filter ( 21 ), an A / D converter ( 22 ) and a control and evaluation circuit ( 23 ) are connected downstream.

Circuit according to one of Claims 6 to 9, characterized in that between the transmission pulse generator ( 5 ) and the sampling pulse generator ( 6 ) on the one hand and the control and evaluation circuit ( 23 ) On the other hand, a time delay time measuring circuit ( 24 ) is provided.

Circuit according to Claim 10, characterized in that the time delay time measuring circuit ( 24 ) a NOR gate ( 25 ) and one to the output of the NOR gate ( 25 ) connected series circuit of a third resistor ( 26 ) and a third capacitor ( 27 ) having.