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Dokumentenidentifikation DE102005022558A1 23.11.2006
Titel Taktsteuervorrichtung eines Mikrowellenpulsradars
Anmelder VEGA Grieshaber KG, 77709 Wolfach, DE
Erfinder Grießbaum, Karl, 77796 Mühlenbach, DE
Vertreter Maiwald Patentanwalts GmbH, 80335 München
DE-Anmeldedatum 17.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005022558
Offenlegungstag 23.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.11.2006
IPC-Hauptklasse G01S 7/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01S 13/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01S 13/88(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01F 23/284(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H03K 5/135(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Taktsteuerschaltung zum Erzeugen eines Sendetakts (ts) und eines Abtasttakts (ta; tb; tc), wobei die Taktsteuerschaltung einen ersten Oszillator (20) zum Erzeugen eines ersten Takts (ts) einer ersten Frequenz und einen zweiten Oszillator (21) zum Erzeugen einer Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten (ta; tb; tc) einer zweiten Frequenz aufweist. Die Taktsteuerschaltung ist derart eingerichtet, dass, basierend auf dem ersten Takt (ts) und der Mehrzahl von zweiten Takten (ta; tb; tc), einem Sendepulsgenerator (2) der Sendetakt (ts) und einem Abtastpulsgenerator (6) der Abtastakt (ta; tb; tc) bereitstellbar ist.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Taktsteuerschaltung und ein Verfahren zum Erzeugen bestimmter Sende- und Abtasttakte und ein Abstandsmessgerät zum Messen von Abständen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zur kontinuierlichen Messung des Füllstands von Flüssigkeiten und Feststoffen in Behältern unter Ausnutzung der Messung von Laufzeit der elektromagnetischen Wellen werden Messvorrichtungen üblicherweise an oder in der Behälterdecke montiert, die anschließend Wellen, entweder geführt durch einen Wellenleiter oder abgestrahlt über eine Antenne, in Richtung des Füllgutes senden. Die am Füllgut reflektierten Wellen werden anschließend von der Messvorrichtung wieder empfangen. Aus der gemessenen Laufzeit ergibt sich der Abstand zwischen Sensor und Füllgut und aus der Kenntnis der Position von Sensor zum Behälterboden die gesuchte Füllhöhe.

Zur Durchführung der Laufzeitmessung dieser im Fall der über eine Antenne abgestrahlten Welle als Radar-Füllstandsensor und im Fall der geführten Welle oft als TDR-(time domaine reflectometry) Füllstandsensor bezeichneten Geräte sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Die beiden meistverwendeten sind das FMCW-Verfahren und das Puls-Radarverfahren. Beim FMCW ergibt sich die Laufzeit aus einer gemessenen Differenzfrequenz zwischen gesendetem und empfangenem linear frequenzmodulierten kontinuierlichen Hochfrequenzsignal.

Beim Pulsradar werden kurze Hochfrequenzpulse ausgesandt, die nach der entsprechenden Laufzeit wieder empfangen werden. Die dazwischen verstrichene Zeit muss möglichst exakt bestimmt werden. Da sich die Wellen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, sind die zu messenden Zeiten entsprechend kurz, so dass man üblicherweise Schaltungen verwendet, die über ein sequentielles Abtasten des Empfangssignals dieses in ein zeitgedehntes, originalgetreues Abbild verwandelt. Dieses Verfahren, das oft auch als ETS (equivalent time sampling)-Verfahren bezeichnet wird, ist in der DE 31 07 444 beschrieben. Dort, wie in der DE 029 81 5069 U1, sind außerdem Schaltungsausführungen beschrieben, mit denen die gewünschte Zeitdehnung erreicht werden kann. Grundlage des verwendeten Abtastverfahrens ist ein Abtastsignal, welches aus jedem durch einen Sendepuls ausgelösten Empfangssignal nur einen kurzen Abtastwert erzeugt. Steuert man die zeitliche Lage der Abtastwerte relativ zum Sende- bzw. Empfangssignal so, dass sich eine kontinuierliche, lineare Zunahme der Abtastzeit zwischen den Sendepulsen ergibt, dann ergeben die einzelnen Abtastwerte hintereinandergesetzt das angestrebte zeitgedehnte Empfangssignal. Der Betrag der Zunahme der Abtastzeit relativ zum Sendepuls bestimmt dabei das Maß der Zeitdehnung.

Es sind zwei Verfahren bekannt, welche die erforderliche lineare Zunahme der Abtastzeit bewirken. Das eine Verfahren ist gekennzeichnet durch einen Oszillator oder eine Taktsteuerschaltung mit nachgeschalteter einstellbarer Verzögerungsschaltung. Der von der Taktsignalquelle erzeugte Takt triggert zum einen die Aussendung der Sendepulse, zum anderen aber auch, verzögert über die einstellbare Verzögerungsschaltung, die Erzeugung des Abtastsignals. US 55 63 605 beschreibt eine Umsetzung dieses Verfahrens.

Das zweite Verfahren zur Umsetzung der linearen Zunahme der Abtastzeit weist zwei Oszillatoren auf, die sich in ihrer Frequenz leicht unterscheiden. Aus dem einen Oszillator werden Taktflanken zur Triggerung des Sendepulses abgeleitet, während aus dem anderen Oszillator Taktflanken zur Triggerung des Abtastsignals gewonnen werden. Durch den leichten Frequenzunterschied – vorzugsweise ist die Abtastwiederholfrequenz etwas geringer als die Sende-Wiederholfrequenz – verschiebt sich der Abtastzeitpunkt relativ zum Sendezeitpunkt linear von einer Sendeperiode zur nächsten. So lange der Frequenzunterschied der beiden Oszillatoren konstant gehalten wird, kann man eine hohe Linearität der Zeitverschiebung und damit eine hohe Messgenauigkeit erzielen. Aus diesem Grund führt man einen der beiden Oszillatoren so aus, dass er über einen Steuereingang über eine Frequenz variierbar ist. Seine Frequenz wird so geregelt, dass eine Frequenzdifferenz beider Oszillatoren einem vorzugebenden Sollwert entspricht. Das Verhältnis von Sende-Wiederholfrequenz zu Frequenzdifferenz bestimmt dabei den Zeitdehnungsfaktor des Abtastverfahrens.

DE 101 06 681 offenbart die Bildung der Frequenzdifferenz mittels einem digitalen Phasendetektor. Ergebnis der Bildung der Frequenzdifferenz ist üblicherweise ein meist rechteckförmiges Signal, dessen Frequenz der Differenz der beiden Oszillatorenfrequenzen entspricht. Messung und Vergleich dieser Differenz mit einem vorgegebenen Sollwert ermöglicht die Regelung des einen Oszillators. Dies kann in einfacher Weise zu einem Großteil von einem Mikrocontroller erledigt werden. Damit ist es auch möglich, durch softwarebasierte Vorgabe verschiedener Sollwerte unterschiedliche Zeitdehnungsfaktoren zur Anpassung des Sensors an veränderliche Messbedingungen einzustellen. Je kleiner jedoch die eingestellte Frequenzdifferenz, desto problematischer ist die genaue Regelung der Frequenzdifferenz, da man zur Messung der Differenzfrequenz die Zeitdauer entsprechend einer vollen Periode benötigt, beispielsweise von einer ansteigenden Flanke des Rechtecksignals bis zur nächsten, so dass die Zeitabstände, in denen die Regelung aktiv werden kann, mit sinkender Differenzfrequenz immer größer werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Taktsteuerung effektiv zu realisieren.

Die Aufgabe wird durch eine Taktsteuerschaltung und durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Sendetakts und eines Abtasttakts sowie durch ein Abstandsmessgerät zum Messen von Abständen mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Taktsteuerschaltung zum Erzeugen eines Sendetakts und eines Abtasttakts bereitgestellt. Die Taktsteuerschaltung umfasst einen ersten Oszillator zum Erzeugen eines ersten Takts einer ersten Frequenz und einen zweiten Oszillator zum Erzeugen einer Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten einer zweiten Frequenz, wobei basierend auf dem ersten Takt und der Mehrzahl der zweiten Takte einem Sendepulsgenerator der Sendetakt und einem Abtastpulsgenerator der Abtasttakt bereitstellbar ist.

Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Sendetakts und eines Abtasttakts für eine Taktsteuerschaltung geschaffen. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein erster Takt einer ersten Frequenz, zum Beispiel mittels eines ersten Oszillators, erzeugt, in einem zweiten Schritt wird eine Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten einer zweiten Frequenz, zum Beispiel mittels eines zweiten Oszillators, erzeugt, und in einem dritten Schritt wird ein Sendepulsgenerator mit dem Sendetakt und ein Abtastpulsgenerator mit dem Abtasttakt versorgt, basierend auf dem ersten Takt und der Mehrzahl von zweiten Takten.

Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Abstandsmessgerät zum Messen von Abständen mit einer erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung bereitgestellt.

Erfindungsgemäß kann die Taktsteuerschaltung aus zwei Oszillatoren jeweils einen ersten Takt und, zum ersten Takt ggf. zeitlich versetzt und mit leicht unterschiedlicher Frequenz, eine Mehrzahl von zweiten Takten erzeugen. Diese zweiten Takte sind gegeneinander ebenso zeitlich versetzt, können jedoch die selbe Frequenz aufweisen. Der erzeugte erste Takt kann im Folgenden als Sendetakt einen Sendepulsgenerator triggern, und einer der Mehrzahl von zweiten Takten kann als Abtasttakt einen Abtastpulsgenerator triggern, oder vice versa. Die Mehrzahl von zweiten Takten oder der erste Takt kann darüber hinaus ausschließlich oder zusätzlich zum Regulieren oder Steuern der Oszillatoren selbst verwendet werden.

In dem Falle der Triggerung der Pulsgeneratoren kann die Taktsteuerschaltung durch gezieltes Bereitstellen der Sende- und Abtasttakte die Pulsgeneratoren derart steuern, dass mittels dem sequentiellen Abtastverfahren ein orginalgetreues und zeitgedehntes Ausgangsignal des empfangenen Sendepulses erzeugt wird. Dabei können die Abtastpulse die reflektierten Sendepulse immer zu einem zeitlich versetzten Zeitpunkt abtasten. Da die Frequenz des Abtasttakts und somit des Abtastpulses beispielsweise geringer als die der Sendepulse sein kann, tastet der Abtastpuls mit einem zum Sendepuls immer größer werdenden zeitlichen Versatz die reflektierten Sendepulse ab. Da die Laufzeit der Sendepulse sich über die Messdauer kaum ändert, erhält man (nachdem der Abtastpuls eine volle Periode von einem Sendepuls zum nächsten abgetastet und wieder den Startwert eines Sendepulses erreicht hat) ein originalgetreues und zeitgedehntes Abbild einer Periode des Sendezyklus.

In dem Falle der Regulierung und der Steuerung der Oszillatoren kann die Taktsteuerschaltung durch Vergleich des ersten Takts mit einem zweiten Takt aus der Mehrzahl von zweiten Takten die Frequenzdifferenz und/oder den zeitlichen Versatz zwischen ersten und zweiten Takt einstellen. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann beispielsweise eine Differenzfrequenz sein. Anhand dieser Differenzfrequenz ist es nunmehr möglich, beispielsweise mittels Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert, einen der Oszillatoren (oder auch beide) zu regeln oder zu steuern.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung kann darin bestehen, mittels der Mehrzahl von Abtasttakten die Abtastung des Empfangssignals auf einen bestimmten Teilbereich des Gesamtbereichs zwischen zwei Sendeimpulsen einzustellen und die Messhäufigkeit bzw. die Abtasthäufigkeit zu erhöhen. Wählt man aus Gründen der Leistungseinsparung relativ niedrige Sende- und Abtastwiederholfrequenzen, so wird üblicherweise verfahrensbedingt der gesamte Bereich zwischen zwei Sendepulsen zum Zwecke der Zeitdehnung abgetastet, obwohl für eine Füllstandsmessung behälterabhängig nur ein Entfernungsbereich von Null bis hin zu maximal einigen zehn Metern von Interesse sein kann. Mit der erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung kann nun gezielt ein bestimmter Abtasttakt erzeugt werden, mit dem der entsprechende Abtastpuls gezielt einen bestimmten Teilbereich eines Sendepulses und somit eines bestimmten Entfernungsbereichs abtastet. Ein weiterer Vorteil der Taktsteuerschaltung besteht darin, dass kaum Unlinearitäten in den an der Schaltungsumsetzung beteiligten elektronischen Komponenten auftreten. Diese Abweichungen von einer linearen Charakteristik können üblicherweise nur durch einen sehr hohen Schaltungsaufwand gelöst werden. Mittels der Erzeugung von Takten bzw. Taktflanken über Oszillatoren können Unlinearitäten und somit der Schaltungsaufwand verringert werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Steuerung der Taktverzögerung und die Regelung der Differenzfrequenz beispielsweise über einen Mikrocontroller mit daran angeschlossenen D/A-Wandlern erfolgen kann und dadurch sowohl der innerhalb des Empfangssignals abgetastete Entfernungsbereich als auch der gewählte Zeitdehnungsfaktor sehr flexibel an die Messsituation angepasst werden können. Die genaue Regelung der Frequenzdifferenz kann wichtig für eine unverzerrte Zeitdehnung sein und kann damit zu einer hohen Messgenauigkeit führen.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der erste Oszillator und/oder der zweite Oszillator einstellbar, steuerbar oder regelbar ausgebildet sein. Damit kann beispielsweise die Frequenz und/oder das Taktsignal variabel eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Taktsteuerschaltung ferner mindestens ein Zeitverzögerungsglied (Delay) zum Erzeugen der Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten.

Bei Vorsehen einer Mehrzahl von Zeitverzögerungsgliedern können diese seriell oder parallel zu einem zweiten Takt geschalten sein. Ein Zeitverzögerungsglied kann einen beliebigen Takt empfangen und an seinem Ausgang einen zu dem eingegangenen Takt zeitlich versetzten Takt ausgeben. Bei einer parallelen Schaltung der Zeitverzögerungsglieder können mittels unterschiedlich eingestellten Zeitverzögerungsgliedern jeweils unterschiedlich zeitversetzte Takte erzeugt werden. Hingegen bei einer seriellen Anordnung der Zeitverzögerungsglied können durch diese Reihenschaltung mittels gleich eingestellten Zeitverzögerungsgliedern jeweils unterschiedlich zeitversetzte Takte erzeugt werden. Durch die Verwendung von Zeitverzögerungsgliedern mit derselben Zeitverzögerung lassen sich die Kosten reduzieren.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das mindestens eine Zeitverzögerungsglied mittels einem Steuereingang variabel einstellbar, steuerbar oder regelbar ausgebildet. Damit kann die zeitliche Verschiebung der Takte gezielt eingestellt werden, so dass bei Änderung der Umgebungsbedingungen nicht alle Zeitverzögerungsglieder ersetzt werden müssen. Somit kann eine Taktsteuerschaltung für mehrere Umgebungsbedingungen, zum Beispiel wechselnde Behältergrößen, eingesetzt werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Taktsteuerschaltung ferner mindestens eine Differenzbildungseinheit. Diese Differenzbildungseinheit kann einen ersten Takt und einen der Mehrzahl von zweiten Takten empfangen und durch Vergleich eine Differenzfrequenz bilden. Diese Differenzfrequenz spiegelt die zeitliche Verschiebung und den Frequenzunterschied zwischen Sende- und Abtasttakt wieder, so dass diese Differenzfrequenz zum Steuern und Regeln der Taktsteuerschaltung herangezogen werden kann. Differenzbildungseinheiten können mittels verschiedener Verfahren und Bauteile bereitgestellt werden, wie zum Beispiel durch Mischung der Frequenzen, Verwendung von Koinzidenzschaltungen oder Verwendung von digitalen Phasendetektoren.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Taktsteuerschaltung ferner mindestens ein Logikgatter, wobei das Logikgatter zum Empfangen der Abtastakte und zum Bereitstellen einer gemeinsamen Differenzfrequenz ausgebildet sein kann. Das Logikgatter kann dabei ein UND-Gatter und/oder ein ODER-Gatter und/oder ein Inverter sein bzw. eine Kombination solcher Gatter sein. Dieses derart gebildete Ausgangssignal weist alle Taktflanken der unterschiedlichen Eingangstakte auf und kann mit dem ersten Takt in der Differenzbildungseinheit verglichen werden, um somit eine Differenzfrequenz zu bilden, die die gleichen Taktflanken wie alle Eingangssignale des Logikgatters aufweist.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Taktsteuerschaltung ferner eine Steuer- oder Regeleinheit, die den ersten und/oder zweiten Oszillator regelt oder steuert. Dabei kann in einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel die Steuer- oder Regeleinheit derart ausgebildet sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Differenzfrequenz mit einem Sollwert vergleicht und dementsprechend die Oszillatoren regelt. In einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Steuer- oder Regeleinheit über einen Eingang mit beispielsweise einer Messablaufsteuerung, einem Mikrocontroller oder einem Prozessor verbunden werden, um beispielsweise anhand der Differenzfrequenz die Oszillatoren zu steuern. Eine manuelle Regelung kann ebenfalls bereitgestellt werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Taktsteuerschaltung ferner eine Auswahleinrichtung, wobei die Auswahleinrichtung die zweiten Takte empfängt und einen gezielt ausgewählten zweiten Takt auswählt. Der erste Takt und der gezielt ausgewählte der zweiten Takte können im Anschluss als Sendepuls an einen Sendepulsgenerator und als Abtastpuls an einen Abtastpulsgenerator weitergegeben werden. Mittels der gezielten Auswahl der zweiten Takte wird eine Möglichkeit geschaffen, aufgrund der zeitlichen Verschiebung der zweiten Takte zum ersten Takt bestimmte Entfernungsbereiche abzutasten und mit vorgebbarer, insbesondere erhöhter, Häufigkeit einen bestimmten Messbereich wiederholt abzutasten. Dabei kann in einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel die Auswahleinrichtung derart ausgebildet sein, dass über einen Steuereingang eine Messablaufsteuerung, ein Mikrocontroller oder ein Prozessor anschließbar ist, um die Auswahl der zweiten Takte zu steuern.

Es können auch mehrere erste Takte gebildet werden, von denen dann einer gezielt als Sendetakt oder als Abtasttakt ausgewählt wird. Der Sendetakt kann durch den ersten Takt gebildet werden, und der Abtasttakt durch den ausgewählten der zweiten Takte. Oder es kann der Abtasttakt durch den ersten Takt gebildet werden, und der Sendetakt durch den ausgewählten der zweiten Takte.

Unter einem Oszillator kann ein Taktgenerator verstanden werden, der einen Takt mit einer bestimmten Frequenz (z.B. 4 MHz) generieren kann. Die Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen der beiden Oszillatoren kann zum Beispiel in der Größenordnung von 40 Hz liegen.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann beispielsweise mittels eines Zeitverzögerungsglieds eine Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten erzeugt werden. Diese zum ersten Takt zeitlich verschobenen zweiten Takte können im Anschluss die Steuerung und Regelung der Oszillatoren der Taktsteuerschaltung optimieren und/oder mittels der Triggerung des Abtastpulsgenerators die Abstandsmessung verbessern und präzisieren.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann beispielsweise mittels einer Differenzbildungseinheit jeweils eine Differenzfrequenz durch Vergleich des ersten Takts mit einem jeweiligen der zweiten Takte gebildet werden. Diese so erzeugte Differenzfrequenz kann zur Steuerung oder Regelung der Oszillatoren verwendet werden. Durch die Mehrzahl von zweiten Takten können mehrere Differenzfrequenzen gebildet werden, so dass die Oszillatoren häufiger überprüft und gegebenenfalls nachgeregelt werden können. Dies erhöht die Präzision und Qualität der Taktsteuerschaltung und der Abstandsmessung enorm.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann beispielsweise mit einer Steuer- und Regeleinheit die Differenzfrequenz mit einem Sollwert verglichen werden und entsprechend des Ergebnisses des Vergleichs der erste und/oder die zweiten Takte, einschließlich der zeitlichen Verzögerung und der Frequenz, eingestellt werden. Beispielsweise kann die Steuer- und Regeleinheit mit einem Prozessor, einem Mikrocontroller oder einer Messablaufsteuerung verbunden werden um die Takte, zum Beispiel über Oszillatoren, einzustellen. Die Oszillatoren können auch manuell eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann gezielt, beispielsweise mit einer Auswahleinheit, selektiv ein bestimmter erster und/oder zweiter Takt an einen Sendepulsgenerator als Sendetakt und/oder an einen Abtastpulsgenerator als Abtasttakt bereitgestellt werden. Somit kann ein bestimmter zeitlich verzögerter zweiter Takt als Abtastpuls einen Abtastpulsgenerator triggern, um somit die Messhäufigkeit eines bestimmten Messbereichs bzw. Abstandbereichs zu erhöhen. Darüber hinaus kann in einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens die Auswahleinrichtung über einen Prozessor, eine Messablaufsteuerung, einen Mikrocontroller oder manuell gesteuert werden und somit die zweiten Takte ausgewählt werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann beispielsweise mit einem Logikgatter aus der Mehrzahl von zweiten Takten ein gemeinsames Ausgangssignal gebildet werden. Damit kann die Häufigkeit der Messung erhöht werden. Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens bildet zum Beispiel eine Differenzbildungseinheit eine gemeinsame Differenzfrequenz, die aus dem ersten Takt und dem gemeinsamen Taktsignal aus der Mehrzahl von zweiten Takten gebildet wird. Damit kann der Schaltungsaufwand enorm reduziert werden, da zum Beispiel nur eine Differenzbildungseinheit ausreichend sein kann.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann beispielsweise mit einem variabel einstellbaren Zeitverzögerungsglied die Zeitverzögerung eines zweiten Takts eingestellt werden und der zweite Takt als Abtastpuls einem Abtastpulsgenerator und/oder als Sendepuls einem Sendepulsgenerator zugeführt werden und/oder für eine Differenzbildungseinheit zur Bildung einer Differenzfrequenz bereitgestellt werden. Mittels der freien Einstellbarkeit dieses variablen Zeitverzögerungsglieds kann beliebig über zum Beispiel eine Messablaufsteuerung, einen Prozessor, einen Mikrocontroller oder manuell die zeitliche Verschiebung der zweiten Takte eingestellt werden. Zugleich kann die Taktsteuerschaltung an geänderte Bedingungen variabel angepasst werden, da zum Beispiel bei geänderten zeitlichen Verschiebungen die Zeitverzögerungsglieder nicht mehr ausgetauscht werden müssen. Damit können die Kosten und der Zeitaufwand beim Anpassen an neue Bedingungen enorm reduziert werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Abstandsmeßgeräts umfaßt das Abstandsmeßgerät ferner zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung einen Sendepulsgenerator, einen Abtastpulsgenerator und einen Abtastmischer. Die Taktsteuerschaltung stellt einen Sendetakt zum Triggern des Sendepulsgenerators und einen Abtasttakt zum Triggern des Abtastpulsgenerators bereit, wobei der Sendepulsgenerator gemäß dem Sendetakt Sendepulse erzeugt und der Abtastpulsgenerator gemäß dem Abtasttakt Abtastpulse erzeugt. In dem Abtastmischer werden die von einer Füllgutoberfläche reflektierten Sendepulse mittels der Abtastpulse abgetastet und die Abtastwerte an einem Ausgang bereitgestellt.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Abstandsmessgeräts kann an dem Ausgang des Abtastmischers ein orginalgetreues und/oder zeitgedehntes Abbild der reflektierten Sendepulse bereitgestellt werden. Damit können die Abstandsmessungen präziser und genauer ausgewertet und verarbeitet werden und zugleich Fehlmessungen reduziert und vermieden werden.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Abstandsmessgeräts ist dieses ein Füllstandsmessgerät zum Messen eines Füllstands eines Füllguts (zum Beispiel von Flüssigkeiten und Feststoffen) in Behältern.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Abstandsmessgeräts kann dieses ein Mikrowellenpulsradargerät sein und zum Beispiel unter Ausnutzung der Messung der Laufzeit von elektromagnetischen Wellen Abstände bestimmen.

Die erfindungsgemäße Taktsteuerschaltung ermöglicht eine Verbesserung der Messgenauigkeit von Abständen mit deutlich geringerem Schaltungsaufwand. Ein bestimmter Messbereich kann durch die Verwendung einer Mehrzahl von Abtasttakten deutlich häufiger gemessen werden, womit Abstandsänderungen sofort gemessen werden und die Wahrscheinlichkeit einer Fehlmessung deutlich verringert wird. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Taktsteuerschaltung durch die Mehrzahl von Abtasttakten eine deutlich verbesserte Kontrolle und Einstellmöglichkeit der ersten und zweiten Takte auf.

Die Ausgestaltungen der Taktsteuerschaltung gelten auch für das Verfahren und für das Abstandsmessgerät und umgekehrt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im Folgenden sind zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1a ein Blockschaltbild einer Abtastschaltung eines Pulsradars mit einem Oszillator und einstellbarer Verzögerung;

1b ein Zeitdiagramm der Signale bezüglich 1a;

2a ein Blockschaltbild einer Abtastschaltung eines Pulsradars mit zwei Oszillatoren und Differenzfrequenz-Regelung;

2b ein Zeitdiagramm der Signale bezüglich 2a;

3a ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung zur Erzeugung der Sende- und Abtasttakte eines Pulsradars;

3b ein Zeitdiagramm der Signale bezüglich 3a;

4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung mit seriell geschalteten Zeitverzögerungsgliedern;

5 ein Blockschaltbild einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung mit einem Logikgatter;

6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung mit einem variabel einstellbaren Zeitverzögerungsglied;

7 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung mit einem variabel einstellbaren Zeitverzögerungsglied.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

In 1a ist eine Abtastschaltung eines Pulsradars in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.

Ein Oszillator 1 erzeugt einen Sendetakt ts, der durch Triggerung eines Sende-Puls-Generators 2 die Erzeugung von Sendepulsen steuert. Die so erzeugten Sendepulse werden über den Richtkoppler 3 überwiegend zur Antenne 4 geleitet und von dieser in Richtung der Füllgutoberfläche abgestrahlt. Die im Behälter von einem Füllgut reflektierten Pulse werden nach einer ihrer Laufzeit entsprechenden Zeitspanne wieder empfangen und über den Richtkoppler 3 als Empfangssignal zum Abtastmischer 5 geleitet. Dort werden mit Hilfe von Abtastpulsen, welche im Abtastpulsgenerator 6 gebildet werden, dem Empfangssignal innerhalb definierter kurzer Zeitspannen Abtastwerte entnommen. Die Abtastwerte aus den einzelnen Sende-/Empfangsperioden ergeben am Ausgang 7 zusammen das Zwischenfrequenzsignal (ZF), welches eine zeitgedehnte Kopie des Empfangssignals darstellt.

Die Erzeugung der Abtastpulse wird durch die Taktsteuerschaltung 8 gesteuert, die aus dem schon erwähnten Sendetakt einen Abtasttakt ta erzeugt. Dies geschieht durch das steuerbare Zeitverzögerungsglied 9, welches die an seinem Eingang anstehende Triggerflanke des Sendetaktes ts um eine definierte Zeitspanne verzögert an seinen Ausgang ausgibt. Der Betrag dieser Zeitspanne wird durch eine Regeleinrichtung 10 bestimmt. Diese wiederum wird durch den Sollwert 11 gesteuert, der von einer nicht dargestellten Ablaufsteuerung linear verändert wird. Die Regeleinrichtung 10 erhält über einen zweiten Eingang den Istwert 12 der Zeitverzögerung, der durch die Differenzbildungseinheit 13 aus dem verzögerten Takt ta und dem nicht verzögerten Takt ts gebildet wird.

Die sich durch diese Regelung ergebende lineare zunehmende Zeitverzögerung zwischen den beiden Takten ist in 1b dargestellt.

In der oberen Zeile ist der Sendetakt ts in kurzen zeitlichen Abschnitten, unterbrochen durch längere Pausen, dargestellt. Die untere Zeile zeigt zeitlich korreliert den Abtasttakt ta. Zu Beginn eines Messzyklus, also zur Zeit ts1 bzw. ta1, sind die Flanken der beiden Taktsignale nahezu zeitsynchron, da die eingestellte Zeitverzögerung des Verzögerungsgliedes 9 minimal ist. In der Folge steigt die Zeitverzögerung von Taktperiode zu Taktperiode linear an, so dass sich die Flanken ta2, ta3 usw. bis zu tan quasi kontinuierlich gegenüber den Flanken ts2, ts3 usw. bis zu tsn nach hinten verschieben. Nach einem bestimmten Betrag der Verschiebung, der sich aus dem interessierenden Zeitbereich des Empfangssignals ergibt und den Messbereich des Sensors festlegt, wird die Verzögerung zum Zeitpunkt ts1' bzw. ta1' wieder auf den Anfangswert zurückgesetzt und es beginnt ein neuer Messzyklus.

Mit diesem Verfahren können durch die Steuerung der Verzögerung beliebige Messbereiche mit frei wählbarem Zeitdehnungsfaktor abgetastet werden. Problematisch hinsichtlich der erzielbaren Linearität und damit Genauigkeit ist die Regelschleife, die ständig auf einen neuen Sollwert einregeln muss und dazu immer den exakten Istwert benötigt.

In 2a ist ein anderes Verfahren zur Taktsteuerschaltung für ein Pulsradar in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.

Es unterscheidet sich von dem Blockschaltbild aus 1a im Bereich der Taktsteuerschaltung 8. Alle rechts davon liegenden Blöcke entsprechen genau den 1a und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Die Taktsteuerschaltung 8 enthält zwei Oszillatoren 20 und 21, die mit etwa der selben Frequenz schwingen. An diesen Stellen können Oszillatoren verwendet werden, die aufgrund ihrer hohen Güte wenig Frequenzjitter erzeugen, beispielsweise Quarzoszillatoren. Während das Ausgangssignal des einen Oszillators 20 als Sendetakt ts den Sendepulsgenerator 2 triggert, werden die Abtastpulse des Abtastpulsgenerators 6 vom Ausgangssignal ta des zweiten Oszillators 21 gesteuert. Die Differenzbildungseinheit 23 bildet die Differenzfrequenz aus den beiden Takten ts und ta, die über einen Differenzfrequenzausgang 24 einem Regler 25 zugeführt werden. Der Regler 25 vergleicht die aktuell gemessenen Differenzfrequenzen 24 mit einem vorgegebenen Sollwert 26 und verändert die Schwingfrequenz des justierbaren Oszillators 21 so, dass die Regelabweichung minimal wird.

In 2b sind die entsprechenden Taktsignale in analoger Form zu 1b dargestellt.

Während zum Zeitpunkt ts1 gleich ta1 beide Takte zeitsynchron sind, verschiebt sich die Flanke des Abtasttaktes ta wegen der niedrigeren Frequenz des Oszillators 21 kontinuierlich gegenüber der Flanke des Sendetaktes ts. Zum Zeitpunkt tsn = tan sind die beiden Takte genau gegenphasig. Gleichphasigkeit erreichen sie wieder im Zeitpunkt ts1' gleich ta1', womit ein neuer Durchlauf beginnt. Die dritte Zeile von 2b zeigt das von der Differenzbildungseinheit gebildete Differenzfrequenzsignal 24. Die Bildung dieses Signals kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, z.B. mit einer Mischerschaltung, einem digitalen Phasendetektor oder einer Koinzidenzschaltung. Diese Schaltungsprinzipien sind dem Fachmann bekannt, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Die Frequenz des Differenzfrequenzsignals 24 ist genauso groß wie die Differenz der Frequenzen der beiden Taktsignale. Durch Messung der Periodendauer der Differenzfrequenz 24, also der Dauer von ta1 bis zu ts1', erhält der Regler 25 die Information über den aktuellen Istwert der zu regelnden Größe. Über den Vergleich mit dem Sollwert 26 kann damit die Regelung aktiv werden. Im Regler 25 können beispielsweise ein Mikrocontroller mit Timer zur Zeitmessung, ein Digital-Analog-Wandler zur Ausgabe des Steuerwertes an dem justierbaren Oszillator 21sowie die entsprechende Software zur Steuerung des Controllers enthalten sein. Alternativ dazu ist auch eine Regelung über einen üblichen Phasenregelkreis (PLL = Phase Locked Loop) oder Frequenzregelkreis möglich. Bei Einsatz hochwertiger Oszillatoren kann die Frequenzregelung sehr stabil aufgebaut werden, und die Abtastlinearität und damit die Entfernungsmessgenauigkeit ist entsprechend hoch, so lange Frequenzdriften der Oszillatoren rechtzeitig erkannt und ausgeregelt werden können.

Bei sehr niedriger Differenzfrequenz 24 kann die Messung ihrer Periodendauer zwangsläufig nur noch in großen zeitlichen Abständen ein Ergebnis liefern. Eine eventuelle Regelabweichung wird dadurch erst mit Verspätung erkannt und ausgeregelt, wodurch die Messgenauigkeit deutlich beeinträchtigt wird.

Ein Nachteil gegenüber dem Verfahren aus 1 besteht darin, dass die Abtastung immer den gesamten Bereich einer Sendetakt-Periode überstreicht, so dass immer der gesamte, durch die Sende-Wiederholfrequenz vorgegebene Messbereich abgetastet wird. Ein vorzeitiges Rücksetzen der Abtastung auf den Startwert, beispielsweise nachdem ein gerade interessierender Teil des Messbereichs untersucht wurde, ist auf diese Art nicht möglich.

In 3a ist eine Taktsteuerschaltung zum Erzeugen bestimmter Sende- und Abtasttakte ts, ta, tb, tc und zum Messen von Abständen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Einige der in 1a, 2a gezeigten Komponenten sind auch in 3a gezeigt. Diesbezüglich wird auf die entsprechende obige Beschreibung ausdrücklich Bezug genommen.

Die Taktsteuerschaltung umfasst dabei u.a. einen ersten Oszillator 20 zum Erzeugen eines ersten Takts ts einer ersten Frequenz und einen zweiten Oszillator 21 zum Erzeugen einer Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten ta, tb und tc einer zweiten Frequenz. Basierend auf dem ersten Takt und der Mehrzahl der zweiten Takte wird dem Sendepulsgenerator 2 der Sendetakt ts und dem Abtastpulsgenerator 6 der Abtasttakt ta oder tb oder tc bereitgestellt.

In 3a wird eine exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Taktsteuerschaltung 8 umfasst die beiden Oszillatoren 20 und 21, die Differenzbildungseinheit 23, die die Differenzfrequenz 24 bildet, und die Steuer- und Regeleinheit 25, die den Sollwert 26 mit der Differenzfrequenz 24, 34 oder 36 abgleicht. Im Vergleich zu der in 2 gezeigten Vorrichtung umfasst die Taktsteuerschaltung 8 aus 3a mindestens eine weitere Differenzbildungseinheit 33 oder 35, mindestens ein Zeitverzögerungsglied 31 oder 32 und vorzugsweise eine Auswahleinrichtung 37. Die Komponenten rechts neben der erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung, nämlich der Sendepulsgenerator 2, der Abtastpulsgenerator 6, der Abtastmischer 5, der Richtkoppler 3 und die Antenne 4, funktionieren entsprechend der Beschreibung von 1a und werden nicht noch einmal beschrieben.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus mindestens einem der beiden Oszillatoren, hier dem Oszillator 21, mindestens zwei Ausgangstakte mit unterschiedlicher Zeitverzögerung, hier die zweiten Takte ta, tb oder tc, abgeleitet. Während ta den ersten von dem ersten Takt ts unterschiedlichen zweiten Takt des Oszillators 21 darstellt, entsteht ein von dem zweiten Takt ta zeitlich verschobener Takt tb, der im Zeitverzögerungsglied 31 um eine bestimmte Zeitdauer t1 verschoben wird. Entsprechend kann ein weiterer zeitlich verschobener Takt tc durch das zweite Zeitverzögerungsglied 32 entstehen. Die zusätzlichen Takte ta, tb und tc werden in den Differenzbildungseinheiten 23, 33 und 35 jeweils zur Bildung von Differenzfrequenzen 24, 34 und 36 verwendet.

In 3b wird dies näher gezeigt. Von oben nach unten sind folgende Signale dargestellt:

Der Sendetakt ts, der Ausgangstakt des Oszillators 21 ta, die Differenzfrequenz 24, zweiter zeitlich verschobener zweiter Takt tb, die Differenzfrequenz 34, dritter zeitlich verschobener zweiter Takt tc und die Differenzfrequenz 36. Die oberen drei Signale bedürfen keiner weiteren Erläuterung, da sie den in 2b gezeigten entsprechen. Der zweite zeitlich verschobene zweite Takt tb ist gegenüber dem Takt ta um einen bestimmten zeitlichen Betrag verschoben, so dass sich Gleichphasigkeit mit dem Sendetakt ts zu einem anderen Zeitpunkt, nämlich dem Punkt tb1, einstellt. Folglich findet ein Signalwechsel des zugehörigen Differenzfrequenzsignals 34 auch genau zu diesem Zeitpunkt statt. Gleiches gilt für den Takt tc und das zugehörige Differenzfrequenzsignal 36 im Zeitpunkt tc1. Alle drei so entstandenen Differenzfrequenzsignale können von der Regeleinheit 25 hinsichtlich ihrer Periodendauer vermessen und als jeweils aktueller Istwert zur Regelung verwendet werden. Durch die zeitliche Verschiebung der zweiten Takte ta, tb, tc gegeneinander sind die daraus gebildeten Differenzfrequenzen 24, 34 und 36 im gleichen Verhältnis zueinander verschoben. Da Informationen über die aktuelle Regelabweichung immer dann verfügbar sind, wenn eine Flanke eines Differenzsignals auftritt, ergibt sich für die Regelung der Vorteil von deutlich kürzeren Zeitabständen der Messung und Nachregelung.

Durch die Auswahleinrichtung 37 ist es weiterhin möglich, einen der drei unterschiedlichen zweiten Takte ta, tb oder tc zur Ansteuerung des Abtastpulsgenerators auszuwählen. Die Auswahl erfolgt über den Eingang 38 und kann von einer Steuerschaltung in Form eines Mikrocontrollers vorgenommen werden. Je nachdem, welchen der unterschiedlich verzögerten Takte ta, tb oder tc man gerade auswählt, wird ein unterschiedlicher Entfernungsbereich des Radarsensors abgetastet. Interessiert gerade nur ein bestimmter Entfernungsbereich, so kann immer genau derjenige Abtasttakt ta, tb oder tc aus den verfügbaren ausgewählt werden, der diesen Bereich über einen bestimmten Zeitraum hinweg abtastet.

Dies soll an einem Beispiel verdeutlicht werden: Die Sende-Wiederhol-Frequenz des Sendetaktes beträgt 2,5 MHz. Daraus folgt ein maximaler Messbereich von 60 m, der sich aus der Division von Periodendauer 400 ns und der Konstante der entfernungsabhängigen Laufzeit der Welle 6,667 ns/m ergibt. Wählt man bei der dargestellten erfindungsgemäßen Taktsteuerschaltung 8 die beiden Zeitverzögerungsglieder 31 und 32 derart, dass für tb = 133 ns und tc = 267 ns Zeitverzögerung bestehen, so kann man immer genau den Takt als Abtasttakt durchschalten, dessen Differenzfrequenz zuvor Gleichphasigkeit in Form einer steigenden Flanke anzeigte. Bezogen auf 3b wird also ab dem Zeitpunkt ta1 der Takt ta durchgeschaltet und der Messbereich, beginnend bei 0 Meter abgetastet. Nach einer Flankenverschiebung von 133 ns relativ zum Sendetakt, entsprechend einer Messentfernung von 20 m, ist der Zeitpunkt tc1 erreicht und man wird nun den Takt tc durchschalten, wodurch die Abtastung wieder beim Entfernungswert null Meter beginnt. Ist wieder die Entfernung 20 m erreicht, wechselt man auf den Takt tb und tastet zum dritten Mal den Bereich zwischen null m und 20 m ab. Dadurch erreicht man, dass nicht der maximale Messbereich von 60 m, sondern nur der in diesem Beispiel interessante Bereich zwischen 0 m und 20 m dreifach in der gleichen Zeit untersucht werden kann.

In 4 ist eine Taktsteuerschaltung gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die sich im Vergleich zu der Vorrichtung in 3a nur in der Anordnung der Zeitverzögerungsglieder 31' und 32' unterscheidet. Während die Zeitverzögerungsglieder 31 und 32 in 3a parallel angeordnet sind, ist in 4 eine serielle Anordnung implementiert. Dadurch können beispielsweise gleiche Zeitverzögerungen für alle Glieder gewählt werden.

In 5 wird eine weitere Variante des Schaltungsprinzips von 4 dargestellt, wobei nur die Teile dargestellt sind, die zur Erläuterung des Unterschieds von Bedeutung sind.

Die rechteckförmigen Abtasttakte besitzen hierbei ein stark unsymmetrisches Verhältnis von High- und Low-Pegel. Durch ein Logikgatter, vorzugsweise mit einem ODER-Gatter 39, ergibt sich ein Ausgangssignal 40, welches alle Flanken der unterschiedlichen Eingangssignale aufweist. Der Vergleich mit dem ebenfalls unsymmetrischen Sendetaktsignal in der Differenzbildungseinheit 23 liefert ein Differenzfrequenzsignal 24', das in zeitgedehnter Form die gleichen Flanken wie das Eingangssignal 40 enthält und damit in vorteilhafter Weise eine deutlich häufigere Messung des Sollwertes und damit eine bessere Regelung oder Steuerung ermöglicht. Im Unterschied zu der Ausführung von 4 ist hier eine einzige Differenzbildungseinheit 23 eingesetzt.

In 6 ist eine Taktsteuerschaltung gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, die ein variabel einstellbares Zeitverzögerungsglied 41 aufweist. Dieses wird durch eine Messablaufsteuerung, beispielsweise einem Mikrocontroller, gesteuert, so dass die Zeitverzögerung durch den Eingang 42 vorzugsweise gestuft veränderbar ist. Die Zeitpunkte der Umschaltung und die Stufen der variablen Zeitverzögerung können so geschickt gewählt werden, dass die Abtastung der Füllstandsmessvorrichtung immer in einem vorher festgelegten Entfernungsbereich stattfindet, der nur einen Teil des maximal möglichen Messbereichs umfasst.

Angelehnt an obiges Zahlenbeispiel wählt man beispielsweise Stufen von null ns, 133 ns und 257 ns Zeitverzögerung. Die erste Stufe von 0 ns wird zuerst eingeschaltet und die steigende Flanke des Differenzsignals abgewartet. An diesem Punkt beginnt die Abtastung des Entfernungsbereichs bei 0 m. Man behält diese Stufe bei bis zu einem Entfernungsbereich von ca. 20 m und schaltet dann die Zeitverzögerung auf 257 ns um. Dadurch ergibt sich wegen der Gleichphasigkeit des Sende- und Abtasttaktes zu diesem Zeitpunkt eine neue Flanke des Differenzfrequenzsignals. Gleichzeitig beginnt die Abtastung wieder bei null m Messentfernung. Nach Abtastung des interessierenden Messbereichs bis 20 m schaltet man dann auf 133 ns Zeitverzögerung um und erhält eine weitere Flanke des Differenzfrequenzsignals sowie eine weitere Abtastung des ausgewählten Teils des Gesamtmessbereichs. Danach schaltet man wieder zurück auf 0 ns Zeitverzögerung und beginnt den Zyklus von vorne. So erreicht man die gleichen Vorteile wie mit der Anordnung nach 3a, jedoch mit weniger Schaltungsaufwand, da nur eine Differenzbildungseinheit 23, ein Zeitverzögerungsglied 41 und kein Umschalter 37 notwendig ist.

In 7 soll gezeigt werden, daß der Abtasttakt ta unverändert vom Stand der Technik direkt vom Oszillator 21 zum Abtastpulsgenerator geleitet werden kann. Nur das Signal, welches zur Differenzbildungseinheit 23 geht, wird durch das variable Zeitverzögerungsglied 41 verzögert. Damit erhält man bei Umschaltung in den passenden Zeitpunkten, wie oben geschildert, mehrere Flanken des Differenzfrequenzsignals und damit häufigere Information über den Regel-Ist-Wert, was zu einer verbesserten Regelung führt. Selbstverständlich ist es umgekehrt genauso möglich, nur den Takt zum Abtastpulsgenerator zu verzögern, und nicht den Takt zur Differenzbildungseinheit, was zwar die Regelung nicht verbessert, sondern nur die Auswahl eines Teils des Gesamtbereichs ermöglicht. Gleiches gilt natürlich auch für die in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen. Darüber hinaus ist es selbstverständlich ebenso möglich, anstatt des Abtasttaktes den Sendetakt oder beide Takte zu verzögern.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" und „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.


Anspruch[de]
Taktsteuerschaltung zum Erzeugen eines Sendetakts (ts) und eines Abtasttakts (ta; tb; tc), wobei die Taktsteuerschaltung aufweist

einen ersten Oszillator (20) zum Erzeugen eines ersten Takts (ts) einer ersten Frequenz,

einen zweiten Oszillator (21) zum Erzeugen einer Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten (ta; tb; tc) einer zweiten Frequenz,

wobei die Taktsteuerschaltung derart eingerichtet ist, dass basierend auf dem ersten Takt (ts) und der Mehrzahl von zweiten Takten (ta; tb; tc) einem Sendepulsgenerator (2) der Sendetakt (ts) und einem Abtastpulsgenerator (6) der Abtasttakt (ta; tb; tc) bereitstellbar ist.
Taktsteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Oszillator (20) und/oder der zweite Oszillator (21) einstellbar, steuerbar oder regelbar ist oder sind. Taktsteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend mindestens ein Zeitverzögerungsglied (31; 32) zum Erzeugen der Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten (ta; tb; tc). Taktsteuerschaltung nach Anspruch 3, umfassend eine Mehrzahl von Zeitverzögerungsgliedern (31; 32), von denen zumindest ein Teil zueinander seriell und/oder parallel geschaltet ist. Taktsteuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das mindestens eine Zeitverzögerungsglied (41) mittels eines Steuereingangs (42) variabel einstellbar, steuerbar oder regelbar ausgebildet ist. Taktsteuerschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Differenzbildungseinheit (23; 33; 35) zum Bilden mindestens einer Differenzfrequenz (24; 34; 36) aus dem ersten Takt (ts) und der Mehrzahl von zweiten Takten (ta, tb, tc). Taktsteuerschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend ein Logikgatter (39), wobei das Logikgatter (39) zum Empfangen der Abtasttakte (ta; tb; tc) und zum Bereitstellen eines gemeinsamen Ausgangssignals (40) ausgebildet ist. Taktsteuerschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Steuer- oder Regeleinheit (25) zum Steuern oder Regeln des ersten Oszillators (20) und/oder des zweiten Oszillators (21). Taktsteuerschaltung nach Anspruch 8, wobei die Steuer- oder Regeleinheit (25) zum Vergleich einer Differenzfrequenz (24; 34; 36) mit einem Sollwert ausgebildet ist. Taktsteuerschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner umfassend eine Auswahleinrichtung (37) zum Auswählen eines der zweiten Takte (ta; tb; tc), wobei einer des ersten Takts (ts) und des ausgewählten zweiten Takts (ta; tb; tc) einem Sendepulsgenerator (2) als der Sendetakt (ts) und der andere des ersten Takts (ts) und des ausgewählten zweiten Takts (ta; tb; tc) einem Abtastpulsgenerator (6) als der Abtasttakt (ta; tb; tc) zuführbar ist. Taktsteuerschaltung nach Anspruch 10, wobei die Auswahleinrichtung (37) über einen Steuereingang (38) steuerbar ist. Verfahren zum Erzeugen eines Sendetakts (ts) und eines Abtasttakts (ta; tb; tc) für eine Taktsteuerschaltung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Erzeugen eines ersten Takts (ts) einer ersten Frequenz,

– Erzeugen einer Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten (ta; tb; tc) einer zweiten Frequenz,

– Versorgen eines Sendepulsgenerators (2) mit dem Sendetakt (ts) und eines Abtastpulsgenerators (6) mit dem Abtasttakt (ta; tb; tc) basierend auf dem ersten Takt (ts) und der Mehrzahl von zweiten Takten (ta; tb; tc).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mittels einer Zeitverzögerung die Mehrzahl von zeitlich gegeneinander verschobenen zweiten Takten (ta; tb; tc) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei jeweils eine Differenzfrequenz (24; 34; 36) durch Vergleich des ersten Takts (ts) und einem jeweiligen der zweiten Takte (ta; tb; tc) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Differenzfrequenz (24; 34; 36) mit einem Sollwert (26) verglichen wird und wobei entsprechend des Vergleichs die Frequenz einer der ersten und der zweiten Takte (ts; ta; tb; tc) eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei mittels Auswählens eines der zweiten Takte (ta; tb; tc) dem Sendepulsgenerator (2) der Sendetakt oder dem Abtastpulsgenerator (6) der Abtasttakt bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Auswahl basierend auf einer Messablaufsteuerung gesteuert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei mittels einer Logikoperation (39) aus der Mehrzahl von zweiten Takten (ta; tb; tc) ein Ausgangssignal (40) gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 18, wobei mittels einer Differenzbildungseinheit (23) eine Differenzfrequenz (24') aus dem Ausgangssignal (40) und dem ersten Takt (ts) gebildet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19 wobei mittels einer Messablaufsteuerung die Zeitverzögerung eines Takts (ts; ta; tb; tc) eingestellt wird und wobei der Takt (ts; ta; tb; tc) einen Abtastpulsgenerators (6) und/oder einen Sendepulsgenerator (2) triggert und/oder für eine Differenzbildungseinheit (23) zur Bildung einer Differenzfrequenz (24; 34; 36) bereitgestellt wird. Abstandsmessgerät zum Messen von Abständen,

– mit einer Taktsteuerschaltung (8) gemäß den Ansprüchen 1 bis 11.
Abstandsmessgerät nach Anspruch 21,

– mit dem Sendepulsgenerator (2),

– mit dem Abtastpulsgenerator (6),

– mit einem Abtastmischer (5),

wobei mittels der Taktsteuerschaltung der Sendeakt (ts) zum Triggern des Sendepulsgenerators (2) und der Abtasttakt (ta; tb; tc) zum Triggern des Abtastpulsgenerators (6) bereitstellbar ist,

wobei der Sendepulsgenerator (2) zum Erzeugen von Sendepulsen gemäß dem Sendetakt (ts) und zum Weiterleiten der Sendepulse zum Senden über eine Antenne (4) eingerichtet ist,

wobei der Abtastpulsgenerator (6) zum Erzeugen von Abtastpulsen gemäß dem Abtasttakt (ts) und zum Weiterleiten der Abtastpulse an den Abtastmischer (5) eingerichtet ist, und

wobei im Abtastmischer (5) mittels der Abtastpulse von den von einer Füllgutoberfläche reflektierten Sendepulsen Werte abtastbar sind und an einem Ausgang (7) bereitstellbar sind.
Abstandsmessgerät nach Anspruch 22, wobei der Abtastmischer (5) an einem Ausgang (7) ein originalgetreues und/oder zeitgedehntes Abbild der reflektierten Sendepulse bereitstellt. Abstandmessgerät nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Abstandsmessgerät ein Füllstandsmessgerät ist. Abstandmessgerät nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Abstandmessgerät ein Mikrowellenpulsradargerät ist.






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