DE19844855A1

DE19844855A1 - Operating method for circuit for receiving ultrasonic signals involves detecting noise pulses, regulating gain of amplifier so that only useful pulse appears at circuit output

Info

Publication number: DE19844855A1
Application number: DE1998144855
Authority: DE
Inventors: Peter Luehr
Original assignee: PIL SENSOREN GmbH
Current assignee: PIL SENSOREN GmbH
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-27

Abstract

The method involves detecting whether noise pulses from disturbance objects are arriving in addition to the useful pulse from the measurement object and regulating the gain of the amplifier (V) connected to the ultrasonic transducer (S/E) to a value whereby only the useful pulse appears at the circuit output (A). An Independent claim is also included for a circuit for implementing the method.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a method for operating a Circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung ist aus der DE-33 39 984 A1 bekannt und umfaßt eine Signalverarbeitungsschaltung mit einem Verstärker mit einem steuerbaren Verstärkungsfaktor und einen Schwellenwert-Diskriminator. Eine Verstärkungssteuerschaltung steuert dort die Verstärkung des Verstärkers während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Beginn eines jeden Ultraschall-Sendeimpulses gemäß einer gespeicherten Funktion, die entsprechend dem Ausschwingverhalten des Wandlers so festgelegt ist, daß die vom Ausschwingen des Wandlers stammenden elektrischen Empfangssignale nach der Verstärkung kleiner als der Schwellenwert des Schwellenwert- Diskriminators sind, aber möglichst nahe an diesen Schwellenwert herankommen. Dadurch wird die Auswertung von Echoimpulsen möglich, die während des Ausschwingens des Wandlers eintreffen. Darüber hinaus ist noch eine Verstärkungs-Regelanordnung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Meßentfernung auf die Verstärkung des Verstärkers Einfluß nimmt, um bei wachsender Meßentfernung durch entsprechend hohe Verstärkung die schwachen Echoimpulse noch auswerten zu können.A generic circuit arrangement is known from DE-33 39 984 A1 and comprises a signal processing circuit with an amplifier with a controllable Gain factor and a threshold discriminator. A Gain control circuit controls the gain of the amplifier during one predetermined period of time after the start of each ultrasonic transmission pulse a stored function that corresponds to the decay behavior of the converter it is determined that the electrical originating from the swinging out of the transducer Receive signals after amplification less than the threshold of the threshold Are discriminators, but come as close as possible to this threshold. Thereby the evaluation of echo pulses is possible, which during the swinging out of the Converters arrive. In addition, there is a gain control arrangement provided that depending on the measuring distance on the gain of the Amplifier influences in order to increase the measuring distance by correspondingly high Amplification to be able to evaluate the weak echo impulses.

Beim Betrieb einer solchen. Schaltungsanordnung besteht offenbar das Problem, daß neben dem eigentlichen vom Meßobjekt herstammenden Nutz-Echoimpuls noch weitere Echoimpulse von Störobjekten vorliegen können, wodurch die Auswertung zu keinem eindeutigen Ergebnis führt.When operating one. Circuit arrangement apparently there is the problem that in addition the actual useful echo impulse originating from the measurement object still further Echo pulses from interfering objects can be present, which means that the evaluation does not result in any leads to a clear result.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung für den Empfang von Ultraschall-Signalen vorzugeben, bei dem nur eine Auswertung des Nutz-Echoimpulses erfolgt. The object of the present invention is to provide a method for operating a Specify circuitry for the reception of ultrasonic signals, in which only the useful echo pulse is evaluated.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Schaltungstechnische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This problem is solved in accordance with the characteristic features of 1. Circuitry configurations of the invention Procedures can be found in the dependent claims.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Using the exemplary embodiments shown in the drawings, the following is shown Invention explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung und ein Diagramm zur Veranschaulichung von zugehörigen Signalen; Fig. 1 shows a device for level measurement and a graph illustrating corresponding signals;

Fig. 2 eine erste Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 shows a first circuit arrangement for carrying out the method according to the invention;

Fig. 3 eine zweite Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 3 shows a second circuit arrangement for carrying out the method according to the invention; and

Fig. 4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Nebeneffektes des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 is a timing diagram to explain an advantageous side effect of the method according to the invention.

Gemäß Fig. 1 ist ein Behälter B angeordnet, der mit einer Flüssigkeit F oder einem sonstigen Meßgut bis zu einem bestimmten Pegel P gefüllt ist. Es sei z. B. angenommen, daß die Flüssigkeit über einen Füllrohrstutzen R, der in den Behälter B hineinragt, zugeführt wird. Weiter sei angenommen, daß die Flüssigkeit aufschäumt, so daß sich Schaum S auf der Flüssigkeit und möglicherweise auch Schaum S' auf der Wand des Behälters befindet. Über dem Behälter B ist ein Ultraschall-(US)-Sender/Empfänger-(S/E) angeordnet, dessen Aufbau und Betriebsweise bekannt ist. Der in dem US- Sender/Empfänger (S/E) enthaltene Wandler wird angeregt, um Ultraschallwellen gegen die Flüssigkeit F in dem Behälter B zu richten, und er ist anschließend nach einer Ausschwingzeit in der Lage, von der Flüssigkeit auf dem Pegel P reflektierte Ultraschallwellen zu detektieren.According to FIG. 1, a container B is arranged, which is filled with a liquid F or another material to be measured up to a certain level P. It is e.g. B. assumed that the liquid is supplied via a filler neck R, which protrudes into the container B. It is further assumed that the liquid foams, so that foam S is on the liquid and possibly also foam S 'on the wall of the container. An ultrasound (US) transmitter / receiver (S / E) is arranged above the container B, the structure and mode of operation of which is known. The transducer contained in the US transmitter / receiver (S / E) is excited to direct ultrasonic waves against the liquid F in the container B and is then able to reflect from the liquid at level P after a decay time Detect ultrasonic waves.

Neben dem Behälter B sind Signaldiagramme dargestellt, die dem Anregungsimpuls und den Echoimpulsen zuzuordnen sind, wie sie von dem Sender ausgesendet und von dem Empfänger entsprechend ihrer Laufzeit empfangen werden. Durch Demodulation und Schwellwertdiskriminierung entstehen die daneben abgebildeten Rechteckimpulse. Geht man davon aus, daß der Nutz-Echoimpuls die größte Leistung beinhaltet und regelt man die Verstärkung eines in der Auswertekette vorhandenen Verstärkers soweit herunter, daß nur noch ein Impuls - nämlich der Nutz-Echoimpuls - die Auswertekette durchläuft, so wird jegliche Mehrdeutigkeit der Echo-Auswertung vermieden.In addition to the container B, signal diagrams are shown, which show the excitation pulse and can be assigned to the echo pulses, as emitted by the transmitter and by the Receivers are received according to their duration. Through demodulation and Threshold discrimination results in the rectangular pulses shown next to it. Go one assumes that the useful echo pulse contains the greatest power and is regulated the amplification of an amplifier present in the evaluation chain so far that only one pulse - namely the useful echo pulse - passes through the evaluation chain, see above any ambiguity of the echo evaluation is avoided.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 gezeigt. Der Sender/Empfänger (S/E) ist im Empfangsbetrieb an einen Verstärker V angeschlossen, der in bekannter Weise in seiner Verstärkung regelbar ist. Die empfangenen Echoimpulse werden diesem Verstärker und anschließend einem Schwellwertdiskriminator D zugeführt, der im wesentlichen durch Demodulation die Einhüllende der Echoimpulse erzeugt und durch Vergleich mit einem Schwellwert Rechteckimpulse unterschiedlicher Breite erzeugt. Diese Rechteckimpulse werden einem Komparator K zugeführt, der diese aufsummiert und mit einem Referenzwert Ref vergleicht, mit solange eine die Verstärkung des Verstärkers V herabsetzende Regelspannung zu erzeugen, bis in der empfangenen Echo-Impulsfolge nur noch ein Echoimpuls, nämlich der Echo-Nutzimpuls vorliegt, so daß ein eindeutiges Meßergebnis vorhanden ist.A circuit arrangement for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 2. The transmitter / receiver (S / E) is connected in reception mode to an amplifier V, the gain of which can be regulated in a known manner. The received echo pulses are fed to this amplifier and then to a threshold discriminator D, which essentially generates the envelope of the echo pulses by demodulation and generates rectangular pulses of different widths by comparison with a threshold value. These square-wave pulses are fed to a comparator K, which adds them up and compares them with a reference value Ref, with generating a control voltage that reduces the amplification of the amplifier V until only one echo pulse, namely the echo useful pulse, is present in the received echo pulse sequence. so that a clear measurement result is available.

Eine weitere Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt. Dort werden die diskriminierten Echoimpulse vom Meßobjekt und von störenden Nebenobjekten einem Mikroprozessor µp zugeführt, der die Impulse zählt und mit einem Ausgangsanschluß solange auf die Verstärkung des Verstärkers V einwirkt, bis im Meßintervall nur noch ein Impuls festgestellt wird. Da die Messung zyklisch durchgeführt wird, kann die Verstärkung soweit heruntergeregelt werden, daß z. B. in einem Meßintervall gar kein Impuls mehr erfaßt wird, sondern z. B. nur noch in 90% der Meßintervalle.Another circuit for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 3. There, the discriminated echo pulses from the test object and from interfering secondary objects are fed to a microprocessor μp, which counts the pulses and acts on the amplification of the amplifier V with an output connection until only one pulse is found in the measurement interval. Since the measurement is carried out cyclically, the gain can be reduced so far that, for. B. no pulse is detected in a measuring interval, but z. B. only in 90% of the measuring intervals.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat neben dem Vorteil der eindeutigen Ermittlung des Meßwertes noch den Vorteil, daß dieser Meßwert auch präziser ermittelt wird. Dies sei anhand von Fig. 4 erläutert.In addition to the advantage of clearly determining the measured value, the method according to the invention also has the advantage that this measured value is also determined more precisely. This will be explained with reference to FIG. 4.

Regelt man die Verstärkung nicht, so wird z. B. durch ein Meßobjekt mit guter Reflexion ein großer Echoimpuls erzeugt und durch ein Meßobjekt mit geringer Reflexion ein kleiner Echoimpuls. Erfolgt sodann die Auswertung des Echoimpulses immer dann, wenn z. B. die Vorderflanke des Echoimpulses einen vorgegebenen Schwellwertpegel übersteigt, so ergeben sich unterschiedliche Zeitpunkte bei einer Auswertung unterschiedlich großer Echoimpulse, die nicht durch den Abstand des Meßobjektes, sondern durch das Auswerteverfahren selbst vorgegeben sind. Dies gilt auch für eine Änderung des Dämpfungsverhaltens der Meßstrecke, z. B. durch Änderungen oder Zusammensetzung der Atmosphäre sowie Temperaturänderungen der gesamten Meßanordnung.If you do not regulate the gain, z. B. by a measurement object with good reflection generates a large echo pulse and a small one due to a measurement object with low reflection Echo pulse. Then takes place the evaluation of the echo pulse whenever z. B. the Leading edge of the echo pulse exceeds a predetermined threshold level, see above there are different times when evaluating different sizes Echo impulses, not by the distance of the object to be measured, but by the Evaluation methods themselves are specified. This also applies to a change in the Damping behavior of the measuring section, e.g. B. by changes or composition of Atmosphere and temperature changes of the entire measuring arrangement.

Durch das Herunterregeln der Verstärkung solange, bis alle Nebenimpulse verschwinden und der Nutz-Echoimpuls gerade noch nicht verschwindet, wird somit die Auswertegenauigkeit erhöht.By reducing the gain until all secondary impulses disappear and the useful echo pulse just does not disappear, the Evaluation accuracy increased.

Claims

1. A method for operating a circuit arrangement for the reception of ultrasonic signals with an ultrasonic transducer and a downstream amplifier with controllable gain and an evaluation circuit downstream of the controllable amplifier for the received signal, characterized by a determination as to whether, in addition to the useful pulse coming from the measurement object, further from Interference impulses coming and there are regulation of the amplification of the amplifier to a value at which only the useful pulse arrives at the output of the circuit.

2. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1 with a Demodulator and a pulse shaper by means of the received ultrasound signals, characterized in that the receive pulses a comparator (K) be added, which adds up the received pulses and with a Reference value (Ref) is compared and if there are several receive pulses within one Measuring interval regulates the gain of the amplifier back until only one Impulse (useful pulse) is received.

3. Circuit arrangement for performing the method according to claim 1 with a Demodulator and a pulse shaper by means of the received ultrasound signals, characterized in that a microprocessor (µp) is arranged, to which the receive pulses are supplied and which counts the receive pulses and with one output regulates the gain of the amplifier (V) until only another pulse (useful pulse) is received.