(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるために多くの反射パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
前記容器の中のプローブに沿ってＴＤＲ信号を周期的に検出するステップと、
振幅がゼロ値として評価される少なくとも１つの点を持つ少なくとも１つの反射のために前記ＴＤＲ信号を走査するステップと、
前記少なくとも１つの反射から基準反射を選択するステップと、
前記選択された基準反射に基準点を設定するステップと、
前記基準点に基づいて前記出力結果を計算するステップとを含むことを特徴とする、
ＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項２】
前記基準反射を選択するステップが、
前記少なくとも１つの反射のそれぞれにおいて、振幅がゼロ値として評価される連続した点の数を決めるステップと、
前記基準反射として、前記少なくとも１つの反射のうちで前記連続したゼロ値を最も多く有する１つの反射を選択するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基準反射を選択するステップが、
前記少なくとも１つの反射のそれぞれにおいて、振幅がゼロ値として評価される点によって表される、とぎれない距離を決めるステップと、
前記基準反射として、前記少なくとも１つの反射のうちで前記ゼロ値のとぎれない距離が最も大きい１つの反射を選択するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記基準反射を選択するステップが
振幅がゼロ値として評価される点の基準幅スレッショールドを定義するステップと、
前記少なくとも１つの反射のそれぞれにおいて振幅がゼロ値として評価される点の幅を決定するステップと、
前記基準反射として、前記少なくとも１つの反射のうちで前記ゼロ値の幅が前記基準幅スレッショールドよりも大きい一番右の反射を選択するステップとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
プローブに沿って基準信号を決定するステップと、
前記基準信号上に第１の基準点を確立するステップと、
周期的に前記容器の中の前記プローブに沿って、ＴＤＲ信号を検出するステップと、
振幅がゼロ値として評価される少なくとも１つの点を持つ少なくとも１つの反射に関して前記ＴＤＲ信号を走査するステップと、
前記少なくとも１つの反射から、１つの基準反射を選択するステップと、
前記基準反射上に第２の基準点を設定するステップと、
前記第１の基準点および前記第２の基準点を基にして前記出力結果を計算するステップとを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項６】
前記出力結果を計算するステップが、前記基準信号上の前記第１の基準点を前記ＴＤＲ信号上の前記第２の基準点にアラインメントし、そして前記アラインメントされた基準信号の各ポイントを前記アラインメントされたＴＤＲ信号から引き算することによってベースライン信号を計算するステップと、
前記ベースライン信号を利用して前記出力結果を計算するステップとを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
基準反射を選択するステップが、前記少なくとも１つの反射のそれぞれの、振幅がゼロ値として評価される連続した点の数を決定するステップと、
前記基準反射として、前記少なくとも１つの反射のうちで前記評価された連続したゼロ値を最も多く有する１つの反射を選択するステップとを含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
基準反射を選択するステップが、前記少なくとも１つの反射のそれぞれにおいて、振幅がゼロ値として評価される点によって表される、とぎれない距離を決めるステップと、
前記基準反射として、最も大きいとぎれない前記ゼロ値の距離を持つ前記少なくとも１つの反射の１つを選択するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項９】
基準反射を選択するステップが、振幅がゼロ値として評価される点の基準幅スレッショールドを定義するステップと、
前記少なくとも１つの反射のそれぞれにおいて振幅がゼロ値として評価される点の幅を決定するステップと、
前記基準反射として、前記少なくとも１つの反射のうちで前記ゼロ値の幅が前記基準幅スレッショールドよりも大きい一番右の反射を選択するステップとを含む、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
前記容器の中のプローブに沿って基準信号を決定するステップと、
前記基準信号を用いてプローブの終わりロケーション基準を確立するステップと、
前記プローブに沿って周期的にＴＤＲ信号を検出するステップと、
前記ＴＤＲ信号上に検出されたプローブの端ロケーションを決めるステップと、
前記ＴＤＲ信号上のプロセス変数反射を検出することを試みるステップと、
前記プローブの終わりロケーション基準、前記検出されたプローブの端ロケーションおよび前記プロセス変数反射を基にシステムステータスを決定するステップと、
前記システムステータスが機能的であるときに、前記出力結果を計算するステップとを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項１１】
検出されたプローブの終わりロケーションを確立する前記ステップが、前記ＴＤＲ信号においてプローブの終わり反射の負のピークを見つけるステップと、
前記負のピークを囲むプローブの終わりウィンドウの中で前記プローブの終わり反射の正のピークを見つけるステップと、
前記プローブの終わり反射の前記負のピークのロケーションとして、前記検出されたプローブの終わりロケーションを確立するステップとを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記基準のプローブの終わりロケーションよりも小さいとき、壊れているケーブルを表示するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも小さい測定用長さを確立するステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも小さいとき、壊れているケーブルを表示するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
さらにプローブの終わりピークトウピークスレッショールドを確立するステップと、
前記ＴＤＲ信号の上の、プローブの終わりの負のピークとプローブの終わりの正のピークを検出するステップと、
前記プローブの終わり負のピークと前記プローブの終わり正のピークとの間の差異として、プローブの終わりピークトウピーク振幅を計算するステップと、
前記プローブの終わりピークトウピーク振幅が前記プローブの終わりピークトウピークスレッショールドよりも小さいとき、高周波接続条件の損失を表示するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記プローブの終わり基準ロケーションが、前記検出されたプローブの終わりロケーションよりも小さいか、または等しく、そしてプロセス変数反射が前記プローブの終わり基準ロケーションの前に検出されるときに、前記システムステータスが機能的である、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも小さい測定用長さを確立するステップをさらに含み、
前記プローブの終わり基準ロケーションが、前記検出されたプローブの終わりロケーションよりも小さいか、または等しく、そしてプロセス変数反射が前記測定用長さの前に検出されるときに、前記システムステータスが機能的である、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも大きな最大のプローブの長さを確立するステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが、前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しく、そして前記プロセス変数反射が検出されないときに、低振幅反射条件を表示するステップとをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも大きな最大のプローブの長さを確立するステップと、
少なくとも１つの前記プロセス変数反射が検出され、そして空の容器条件が検出されたときにリセットされる低い信号タイマを確立するステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが、前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しく、そして前記プロセス変数反射が検出されず、さらに前記低い信号タイマが低い信号タイマ限界よりも大きいか、または等しいときに低振幅反射条件を示すステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが、前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しく、そして前記プロセス変数反射が検出されず、さらに前記低い信号タイマが前記低い信号タイマ限界未満であるときに、前記以前のＴＤＲ信号から計算された前記出力結果を保持し続けるステップとをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１９】
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも小さい測定用長さを確立するステップと、
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも大きな最大のプローブの長さを確立するステップと、
前記プロセス変数反射が検出されず、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも大きいか、または等しく、さらに前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記最大のプローブの長さよりも小さいか、または等しいときに、空の容器条件を表示するステップとをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項２０】
前記基準信号上に第１の基準点を確立するステップと、
振幅がゼロ値として評価される少なくとも１つの点を持つ少なくとも１つの反射に関してＴＤＲ信号を走査するステップと、
前記少なくとも１つの反射から、1つの基準反射を選択するステップと、
前記基準反射上に第２の基準点を設定するステップとをさらに含み、
これによって前記第１の基準点から前記基準信号の上の距離およびロケーションが測定され、そして前記第２の基準点から前記ＴＤＲ信号の上の距離およびロケーションが測定される、請求項１０記載の方法。
【請求項２１】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
前記容器の中のプローブに沿って基準信号を決定するステップと、
前記基準信号を用いて基準のプローブの終わりロケーションを確立するステップと、
前述の基準プローブの終わりロケーションよりも小さい測定用長さを確立するステップと、
前記基準のプローブの終わりロケーションよりも大きい最大のプローブの長さを確立するステップと、
前記プローブに沿って周期的にＴＤＲ信号を検出するステップと、
前記ＴＤＲ信号上に検出されたプローブの終わりロケーションを決めるステップと、
前記測定長さにおよび前記最大の長さに対する前記検出されたプローブの終わりロケーションの位置に基づいてシステムステータスを決定するステップと、
前記システムステータスが機能的であるときに、前記出力結果を計算するステップとを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項２２】
システムステータスを決定するステップが、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも小さいときに、壊れているケーブルを表示するステップを含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
前記容器の中のプローブに沿って基準信号を決定するステップと、
前記基準信号を用いてプローブの終わりロケーション基準を確立するステップと、
前記プローブの終わりロケーション基準よりも小さい測定用長さを確立するステップと、
前記プローブの終わりロケーション基準よりも大きい最大のプローブの長さを確立するステップと、
前記プローブに沿って周期的にＴＤＲ信号を検出するステップと、
前記ＴＤＲ信号上に検出されたプローブの端ロケーションを決めるステップと、
前記ＴＤＲ信号上のプロセス変数反射を決定することを試みるステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも小さいときに、壊れているケーブル条件を表示するステップと、
前記プロセス変数反射がプロセス変数スレッショールドよりも大きく、しかも前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さより小さくないときに、前記出力結果を計算するステップと、
前記プロセス変数反射が前記プロセス変数スレッショールド未満であって、そして前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しいときに、低振幅反射条件を表示するステップと、
前記プロセス変数反射が前記プロセス変数スレッショールドよりも小さく、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記最大のプローブの長さ未満であって、さらに前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも大きいか、または等しいときに、空の容器条件を表示するステップとを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項２４】
前記基準信号上に第１の基準点を確立するステップと、
前記ＴＤＲ信号上の第２の基準点を決定するステップとをさらに含み、
それによって、前記基準信号の上の距離およびロケーションが前記第１の基準点から計算され、
前記ＴＤＲ信号の上の距離およびロケーションが前記第２の基準点から計算される、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
容器の中の材料に関するプロセス変数に対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法において、
前記容器の中のプローブに沿って基準信号を決定するステップと、
前記基準信号を用いてプローブの終わりロケーション基準を確立するステップと、
前記プローブの終わりロケーション基準よりも小さい測定用長さを確立するステップと、
前記プローブの終わりロケーション基準よりも大きい最大のプローブの長さを確立するステップと、
前記プローブに沿って周期的にＴＤＲ信号を検出するステップと、
前記ＴＤＲ信号上に検出されたプローブの端ロケーションを決めるステップと、
前記ＴＤＲ信号上のプローブの終わりピークトウピーク振幅を決定するステップと、
前記ＴＤＲ信号上のプロセス変数反射を決定することを試みるステップと、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも小さいときに、壊れているケーブル条件を表示するステップと、
前記プロセス変数反射がプロセス変数スレッショールドよりも大きく、しかも前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さより小さくなく、さらに前記プローブの終わりピークトウピーク振幅が前記プローブの終わりデルタスレッショールドよりも小さくないとき、前記出力結果を計算するステップと、
前記プロセス変数反射が前記プロセス変数スレッショールド未満であって、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しく、そして前記プローブの終わりピークトウピーク振幅が前記プローブの終わりデルタスレッショールドより小さくないときに、低振幅反射条件を表示するステップと、
前記プロセス変数反射が前記プロセス変数スレッショールドよりも小さく、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記最大のプローブの長さ未満であって、前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも大きいか、または等しく、そして前記プローブの終わりピークトウピーク振幅が前記プローブの終わりデルタスレッショールドよりも小さくないときに、空の容器条件を表示するステップとを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための方法。
【請求項２６】
前記基準信号上の第１の基準点を確立するステップと、
前記ＴＤＲ信号上の第２の基準点を決めるステップとを含み、
これによって、前記基準信号の上の距離およびロケーションが前記第１の基準点から計算され、
前記ＴＤＲ信号の上の距離およびロケーションが前記第２の基準点から計算される、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
容器の中の材料に関するプロセス変数と対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための装置において、
周期的に、前記容器の中のプローブに沿ってＴＤＲ信号を検出するための装置と、
振幅がゼロ値として評価される少なくとも１つの点を持つ少なくとも１つの反射に関して前記ＴＤＲ信号を走査するための装置と、
前記少なくとも１つの反射から１つの基準反射を選択するための装置と、
前記基準反射上に１つの基準点を設定するための装置と、
前記基準点に基づいて前記出力結果を計算するための装置とを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための装置。
【請求項２８】
容器の中の材料に関するプロセス変数と対応する有効な出力結果を発生させるための多くの反射パルスを持つ時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための装置において、
前記容器の中のプローブに沿って基準信号を決定するための装置と、
前記基準信号を用いてプローブの終わりロケーション基準を確立するための装置と、
前記プローブに沿って周期的にＴＤＲ信号を検出するための装置と、
前記ＴＤＲ信号上に検出されたプローブの終わりロケーションを決めるための装置と、
前記ＴＤＲ信号上のプロセス変数反射を検出することを試みるための装置と、
前記プローブの終わりロケーション基準、前記検出されたプローブの終わりロケーションおよび前記プロセス変数反射を基にシステムステータスを決定するための装置と、
前記システムステータスが機能的であるときに、前記出力結果を計算するための装置とを含む、
ことを特徴とするＴＤＲ信号を処理するための装置。
【請求項２９】
測定用長さを確立するための装置と、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが前記測定用長さよりも小さいときに、壊れているケーブルを表示するための装置とをさらに含む、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記ＴＤＲ信号上で、プローブの終わりの負のピークおよびプローブの終わりの正のピークを検出するための装置と、
前記プローブの終わりの負のピークと前記プローブの終わりの正のピークとの間の差異として、プローブの終わりのピークトウピーク振幅を計算するための装置と、
前記プローブの終わりピークトウピーク振幅が、プローブの終わりピークトウピークスレッショールドよりも小さいとき、高周波接続条件の損失を示すための装置とをさらに含む、請求項２８記載の装置。
【請求項３１】
測定用長さを確立するための装置をさらに含み、
前記プローブの終わり基準ロケーションが、前記検出されたプローブの終わりロケーションよりも小さいか、または等しく、そしてプロセス変数反射が前記測定用長さの前に検出されるとき、前記システムステータスが機能的である、請求項２８記載の装置。
【請求項３２】
最大プローブ長さを確立するための装置と、
前記検出されたプローブの終わりロケーションが、前記最大のプローブの長さよりも大きいか、または等しく、さらに前記プロセス変数反射が検出されないときに、低振幅反射条件を表示するための装置とをさらに含む、請求項２８記載の装置。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記プロセス変数反射が検出され、そして空の容器条件が検出されたときにリセットされる低い信号タイマをさらに含み、
システムステータスを決定するための前記装置は前記低い信号タイマを配慮する、請求項２８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロセス変数を測定するための装置及び方法に関する。もっとくわしく言えば、本発明は信号反射の飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔを用いて、第１媒質と第２媒質との間のインターフェースのロケーション位置の正確な指示を行わせるための改良された方法に関し、また、プロセス変数に影響を与える潜在的条件、状況を検出し、補正し、又は報知応答する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロセス及び貯蔵産業は、久しく長い間、レベル、フロー流量、温度等のようなプロセスパラメータを測定するため種々の型式の装置を使用している。複数の種々異なる技術（機械的、容量的、超音波、液圧的等）が多くの適用面アプリケーション向けに測定手段として供されている。しかしながら、他の多くの適用面アプリケーションでは、利用可能な技法が解決手段を提供できず、又はリーズナブルなコストでそのような解決手段を提供することができなかった。レベル測定システムを有用に利用し得る多くのアプリケーションにとって現在利用可能なレベル測定システムは、コストが掛かり過ぎる。
【０００３】
大容量石油貯蔵のようなある用途では被測定材料物資の価値が必要とされる極めて高い精度のため要求されるレベル測定システムのハイコストを償うのに十分高いものである。そのような高価な測定システムはサーボタンクゲージングシステム又は周波数変調の連続波ＣＷレーダシステムを含んでいる。
【０００４】
更に、製造物の品質を維持し、資源を保有し、安全性を改善する等のため製造物のレベルを測定する必要性が高い多くのアプリケーションがある。しかし、プラントが、それの測定のための計装備を完全に備えるには低コストの測定システムが要求される。
【０００５】
従来の測定アプローチとは異なった要求をするあるプロセス測定アプリケーションがある。例えば、レベル測定中高い湿度及び高い圧力に対する能力を要求するアプリケーションは典型的には容量測定に依拠しなければならない。しかし、従来の容量測定システムは、材料特性を変えると誘発されるエラーの影響を受けやすい。更に、容量測定技術の本来固有の性質は、１つより多くのフルイド流体層を入れる容器におけるそのような容量レベル測定技術の使用を妨げるものである。
【０００６】
超音波飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ技術は材料特性の変化するに従って変化するレベル指示に関する問題点、困難性を低減している。しかし、超音波測定は、高温とは、高圧下で、又は真空中で作動し得ない。更に、超音波センサは、音響ノイズに対して低いトレランスを有する。
【０００７】
それらの問題点を解決するための１つの技術的アプローチは、導波パルスの使用である。それらの導波パルスは、デュアルプローブ伝送線を通って貯蔵された材料内に伝搬され、プロープインピーダンスの変化−これは液体レベルと相関するーから反射される。次いでプロセスエレクトロニクスは、飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ信号を、有意のフルイドレベル読取値に変換する。従来の導波パルス技術は、高品質の短いパルスを生じさせ、そのような短時間の事象に対して飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔを測定するのに必要とされる装置の特性性質に基づき非常に高価である。更に、そのようなプローブは、単純な構成でなく、簡単な容量レベルプローブに比して、作製するのに高価である。
【０００８】
最近、Ｎａｔｉｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  によって開発された技術は著しく安価な回路で、速く低いパワーパルスを発生し、それの戻りリターンのタイミングをとることを可能にする。例えば下記参照のこと。Ｕ．Ｓ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏｓ．  ５，３４５，４７１及び５，３６１，０７０）。然し、この新しいテクノロジィだけではレベル測定技術をプロセス及び貯蔵測定アプリケーションに利用可能に高めることはできない。当該の新規な技術により発生されたパルスは、広帯域であり、また方形波ではない。加えて、発生されたパルスは、著しく低いパワーレベルを有する。そのようなパルスは、１００ＭＨｚ以上の周波数を有し、ほぼ１ｎＷ以下の平均パワーレベルを有する。それらのファクタは、パルスをプローブのところまで往復伝搬させ、戻ったパルスを処理し解釈するのに克服すべき新たな問題を提供する。
【０００９】
反射されたパルスは、プロセス変数の測定のため、反射パルスのアライメントのために使用される基準点の決定を阻害する反射を含み得る。誤ったポイントが基準として選択された場合とか、又は、基準が測定ごとに変化する場合には、システムはプロセス変数の測定に対して誤った結果を生じる。
【００１０】
測定すべきプロセス変数は種々の理由で検出されない状態におかれることがあり、それらの種々の理由は、プローブの破損、材料レベルからの低い振幅反射、高周波コネクションのロス及び容器の空ら状態を含む。それらの条件、状況のうちの最初の３つによっては、誤ったレベル測定を来たし、この誤ったレベル測定は、補正しなければならないものであり、これに対し、後者のものは、有効なレベル測定状態コンディションである。それらの条件、状況を検出し、誤った結果を回避するためそれらの間で区別できることが重要である。
【００１１】
測定すべきプロセス変数は、反射信号の他のパルス、これらは測定すべきプロセス変数に関連性が無い、に振幅の点で類似の１つの反射パルスを生じさせ得る。システムは、誤った結果を回避するため、どの反射パルスが測定すべきプロセス変数に基づくかを決定しなければならない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、容器における材料のレベルに関連性の無いファクタに基づく反射を追跡するため、基準信号を周期的ベースで自動的に更新する方法を提供することである。それにより、材料レベルに基づく反射の検出及び適当なプロセス変数の正確な応答が可能となる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、容器の中のプローブに沿ってＴＤＲ信号を周期的に検出するステップと、
周期がゼロ値として評価される少なくとも１つの点を持つ少なくとも１つの反射のために前記ＴＤＲ信号を走査するステップと、
前記少なくとも１つの反射から基準反射を選択するステップと、
前記基準反射に基準点を設定するステップと、
前記基準点に基づいて前記出力結果を計算するステップにより解決される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１に、それらの低いパワーで、高い周波数のパルスを、プローブのところまで伝搬させ、それらの戻りをさせるため、センサ装置を設けなければならない。そのようなセンサ装置は下記特許明細書に記載されている。米国特許第５，６６１，２５１号、名称ＳＥＮＳＯＲ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  及び米国特許第５，８２７，９８５号  名称  ＳＥＮＳＯＲ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ。それらの特許明細書の開示内容は、本願明細書中に明示されている。
【００１５】
センサ装置は、ことに、プロセス容器及び貯蔵容器における材料レベルの測定に向いているが、それに限られるものでない。明らかなように、センサ装置は、フロー流量、組成、誘電率、含有湿度等のような他のプロセス変数の測定のため使用し得る。本願明細書及び請求の範囲に使用されている用語“容器”（“ｖｅｓｓｅｌ”）とは、パイプ、シュート、入れ物、タンク、貯蔵器等又は他の任意の貯蔵容器のことである。そのような貯蔵容器は、亦、燃料タンク、自動車又は車両のフルイド貯蔵システムのホスト又はエンジンオイル用の貯蔵器、液圧フルイド、ブレーキフルイド、ワイパフルイド、クーラント、パワーステアリングフルイド、トランスミッションフルイド及び燃料用のものを含み得る。
【００１６】
本発明は、従来の同軸ケーブル又はデュアル伝送線に対する代替手段として、安価な信号導体−伝送線を介して電磁エネルギを伝搬するものである。Ｇｏｕｂａｕ線は、レベル測定向けのアプリケーションを対象とし、ここでは、経済的ロッド又はケーブルプローブ（即ち、ツィン又はデュアル導体アプローチの代わりに１つの導体）が望まれる。単一導体のアプローチは、新規なパルス発生及び検出テクノロジィを活用するのみならず、経済的な容量レベルプローブに類似の手法でプローブを構成することを可能にする。
【００１７】
本発明は、詳しくは、導体からの戻ったパルスを処理し、解釈するための単一のプロセッサ装置に関する。本発明により使用される低パワーで広帯域のパルスに基づき、プロセス変数の有意の指示を行わせるためのそのような信号処理は困難である。従来の信号処理技術は、パルスの反射を監視するため、簡単なピーク検出のみを使用する。
【００１８】
本発明は、著しく高速の導波パルスの飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔの測定のため構成された信号処理回路を提供する。超音波レベル測定のような類似のプロセスにて使用される技術は広汎に異なっており、信号特性における差に基づき、導波電磁波の検出には不十分である。例えば超音波信号は、遙かにノイズ性が大きく、ほぼ１２０ｄＢ及びそれより高い大きなダイナミックレンジを有する。これに関連した導波電磁波は、ノイズが低く、超音波信号に比して低いダイナミックレンジ（１０：１より低い）を有し、周囲の環境的インピーダンスによりモディファイされる。本発明の信号処理装置は、周囲の環境的影響から、それらの低パワー信号の適当な反射パルスを決定するように構成される。
【００１９】
標準的電磁反射測定は、時間領域反射測定（ＴＤＲ）として知られている。レベル測定のためのＴＤＲ装置は、伝搬中継パルスの飛走時間ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔの測定及び伝搬中継パルスの開始個所にて受信された、引き続いて発生された反射パルスの測定を要する。この測定は、典型的には、受信したパルスの最大振幅間の時間インターバルを求めることにより実施される。時間インターバルを求めることは、送信パルスと受信パルスとの間のインターバルをカウントすることにより行われる。
【００２０】
本発明はセンサ装置のプローブ素子にコンタクト接触する材料のインターフェースにより生ぜしめられる有効反射パルス信号を求めるため信号処理回路を提供する。本発明の処理装置は、特に上述のように高速で低パワーのパルスを処理するのに有用である。信号処理装置の有利な実施例では、処理は反射パルスのアナログ出力のディジタルサンプリングに基づいて実施される。但し、明らかなように類似の信号処理技術をリアルタイムでのアナログ信号に対して使用できる。
【００２１】
本発明は、容器における材料に対するプロセス変数に相応する有効な出力結果を生成するため複数の反射パルスを有する時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号を処理するための方法を提供する。当該の方法は、容器におけるプローブに沿って基準信号を求め、そして、基準信号を用いてプローブロケーション位置の基準端部を確定するステップを有する。前記方法は又、プローブに沿ってＴＤＲ信号を周期的に検出すること、前記ＴＤＲ信号上にてプローブロケーションの検出端部を求めること、プローブロケーションの基準端部と、プローブロケーションの検出端部との間の差に基づくシステムステータスを求めること、そして、システムステータスが機能性を有している場合に出力結果を計算することの各ステップを包含する。
【００２２】
本発明は、基準信号と時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号をアラインメントさせて距離及びロケーションの計算及び比較を行うようにした方法を提供する。前記方法は、基準信号上で第１の基準点を設定し、そして、ＴＤＲ信号上で第２の基準点を設定する各ステップを含む。参照信号上での距離及びロケーションは、第１の基準点に対して相対的に計算され、そして、ＴＤＲ信号上での距離及びロケーションは、第２の基準点に対して相対的に計算される。１つの基準点を設定する方法は、順次のゼロ値の最大数を有する信号において反射を検出するステップを含み、又、そこにおいて反射が最初１つの基準スレッショールドにクロスするポイントとして基準点を設定するステップを含むものである。１つの基準点を設定する代替選択的な方法は、ゼロ値の途切れていない最大距離を表す信号において反射を検出するステップを含み、又そこにて反射が最初に１つの基準スレッショールドにクロスするポイントとして基準点を設定するステップを含むものである。１つの基準点を設定する有利な方法は、１つの基準点−幅スレッショールドより大きなゼロ値の幅を有する信号において最も右の（ｒｉｇｈｔｒｍｏｓｔ）反射を検出するステップを含み、又、そこにて反射が最初に１つの基準スレッショールドにクロスするポイントとして基準点を設定するステップを包含する。
【００２３】
本発明の１つの側面は、ケーブルの破損した状態を検出する可能性である。前記方法は、プローブロケーションの基準端部より小さい１つの測定長を設定するステップを含む。ケーブルの破損状態は、次のような場合に検出される、即ち、プローブロケーションの検出端部が測定長より小さい場合検出される。
【００２４】
本発明の別の側面は、高周波コネクター状態条件の欠如を検出する可能である。前記方法は次のような各ステップを含む、即ち、プローブのピークピークスレッショールドを設定すること、ＴＤＲ信号上で、プローブの負のピークの１つの端部及びにプローブの正のピークの端部検出すること、そして、プローブの負のピークの端部と、プローブの正のピークの端部との差としてプローブのピークピーク振幅の端部を計算することの各ステップを含む。高周波コネクション状態条件の欠如が次のような場合に検出される、即ち、プローブのピークピーク振幅の端部がプローブのピークピークスレッショールドの端部より小である場合に検出される。
【００２５】
本発明の別の側面は、低振幅レベルの反射状態条件を検出する可能性である。前記方法は、最大のプローブの長さを設定するステップを含み、前記の最大の長さは、プローブロケーションの基準端部より大である。低振幅レベル反射状態条件は、次のような場合に検出される、即ち、プローブロケーションの検出端部が最大のプローブ長さより大であるか、又はそれに等しくそして、レベルの反射が検出されなかった場合に検出される。
【００２６】
本発明の更なる側面は、次のような場合にのみ低振幅レベル反射状態条件を指示することである、即ち介在するレベル反射が検出されることなく、又は、容器の空ら状態が検出されることなく延長された期間に亘って当該の低振幅レベル反射状態条件が起こった場合のみ当該の指示をするものである。
【００２７】
本発明のなおさらなる側面は、容器の空ら状態を検出する可能である。前記方法は、プローブロケーションの基準端部より小さい測定長を設定し、そして、プローブロケーションの基準端部より大である最大のプローブ長を設定するステップと含む。容器の空ら状態は次のような場合検出される、即ち、プローブロケーションの端部は、測定長より大又はそれに等しく、プローブロケーションの端部が最大プローブ長より小又はそれに等しく、そして、レベル反射が検出されなかった場合前記の容器の空ら状態が検出される。
【００２８】
本発明の更なる目的、利点及び新規な特徴が以降の明細書の記載事項に明示されており、図面を参照して当業者には以降の記載内容に関連して明らかになる。
【００２９】
【実施例】
図面を用いて説明すると、図１は、プロセス測定のための表面波伝送線センサ装置の動作を略示する。装置１０は、貯蔵容器１４内に配された第１の媒質１１と、第２の媒質１２との間のインターフェースのようなプロセス変数のレベル測定にて使用するのに適する。第１の媒質１１は空気であり、第２の媒質１２は液体又は他の材料のようなプロセス変数である。
【００３０】
本発明は、単一の導体伝送線又はプローブ素子１８を容器１４の表面２０に固定するための機械的取付装置１６を有する。機械的取付１６は、トランシーバ２２をしてパルスを矢印２２の方向へプローブ素子上にパルスを伝送せしめることを可能にする。パルスが第１媒質１１と、第２媒質１２との間のインターフェース２６、例えば液体の上面に達すると反射パルスが矢印２８の方向に向かってプローブ素子１８へ戻される。
【００３１】
トランシーバ２２は、処理回路に結合されており、この処理回路は、反射されたパルスを検出して戻りパルスを解釈し、容器１４中の第２媒質１２のレベルを指示する出力信号を発生する。有利にはトランシーバ２２は広帯域パルスを非常に低い平均パワーレベルで例えば、ほぼ１ｎＷ以下又は１μＷ以下のピークパワーで伝送する。パルスの周波数は、有利にほぼ１００メガヘルツ以上である。
【００３２】
トランシーバ２２は、伝送パルス発生器３０を有し、この発生器３０は一連の高周波パルスを発生し、それらのパルスをケーブル３２を介して取付１６へ伝送する。トランシーバ２２も又伝送パルス発生器３０に結合されたシーケンシャル支援発生器３０を有する。サンプルパルス発生器３４は、シーケンシャル発生器３２に結合されている。サンプルホールドバッファ３６は、サンプルパルス発生器３４及びケーブル３７に結合されている。トランシーバ２２は、マイクロパワー広帯域パルスレーダ送信器であり、この送信器は、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ．に所在の  Ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  内の研究所の  Ｔｈｅ  Ｌａｗｒｅｎｃｅ  ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｎａｌ  Ｌａｂｏｌｒａｔｏｒｙ  により開発されたものである。他のトランシーバ２２も本発明の信号処理装置に使用することもでることが明らかである。
【００３３】
上述のように、取り付け装置１６は、低パワー高周波パルスを送受信するように特別に設計されなければならない。上述の共に継続する出願−その開示は、参照として明示されているーは、トランシーバ２２に対する適当な取り付け１６を提示している。エレクトロニクス及び処理回路を取り付け装置１６から離れて設けられた遠隔の取り付け個所に設けることができる。
【００３４】
線３８上のトランシーバ２２からの出力が、アンプ４０に結合されている。アンプ４０からの出力により線４２上のＴＤＲアナログ信号が送出される。本発明の有利な実施例は、ディジタルサンプリングシステムを使用し、そして、アナログ出力信号に関連するディジタル信号を処理するが、本発明の処理装置はアナログ信号を直接処理するように構築することができる。
【００３５】
本発明では、Ａ／Ｄ変換器４４がアンプ４４に結合されている。Ａ／Ｄ変換器４４の１つの出力側がマイクロプロセッサ４６の１つの入力側に結合されている。図示の実施例では、マイクロプロセッサ４６は、モトローラ社のＭＣ６８ＨＣ７１１Ｅ９のマイクロプロセッサである。但し本発明により他の適当な任意のマイクロプロセッサを使用することもできる。マイクロプロセッサ４６は、高速のクロックも低速のクロックも実現するために使用される。ほぼ２ＭＨｚの方形波であるマイクロプロセッサ４６により、生成されるＰＲＦクロックが伝送パルス発生器３２に結合供給される。マイクロプロセッサ４６も又、同期ＳＩＮＣ発振器をも実現し、この発振器はほぼ４０Ｈｚの周波数を有する方形波を発信する。同期ＳＩＮＣ発振器は、シーケンシャル支援発生器３２に結合されている。
【００３６】
マイクロプロセッサ４６は、又ＲＡＭ４８及びＥＥＰＲＯＭ５０に結合されている。マイクロプロセッサ４６の１つの出力端子が、出力側５２に結合されている。出力側５２は、４〜２０ｍＡの出力信号を喪失し、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６のレベルの指示を行うものである。
【００３７】
アンプ４０からのＴＤＲアナログ信号は、伝送線システム上で伝搬されるリアルタイム信号の等化時間信号の（ＥＴＳ）である。ＥＴＳ信号は、ディジタルサンプリングにより時間的に展開され、それにより信号をコンディショニング及びプロセッシングのための従来のハードウエアの使用を可能にする。本発明の信号処理装置は、リアルタイムであっても又はＥＴＳによるものであっても、有効なパルス反射を求めるための手段を提供するものである。それらの結果は、上面２０，底面２１，センサスタートプレート又はプローブエレメント１８の端部１９に対して相対的な媒質１１及び１２の位置に関連する情報を求めるのにフレキシビリティ融通性を可能にする。プロセス材料の位置情報は、伝送線上のインピーダンス不連続性により生ぜしめられた信号反射及び後続の信号処理により導出される。
【００３８】
ケーブル３２，取付部１６，及びプローブエレメント１８を有する伝送線の信号レスポンス応答は、境界条件の変化により生ぜしめられたインピーダンス変化及び固有の伝送設計特性に依存する。それらの境界条件は、センサ環境における変化を求めるため使用される直接又は間接的に測定されるバルクプロセス材料の大きさ又は位置に関連付けられる。所定の位置ロケーションにおけるセンサのインピーダンスは、センサの相互作用に基づくセンサの環境又は境界条件の変動、それの信号及びそれの周囲状態に従って変化し得る。
【００３９】
アンプ４０からの時間領域反射測定（ＴＤＲ）アナログ信号の一例を図２に示す。図２では、最初の大きな電圧変動又はパルス５４が取り付け部１６におけるインピーダンス変化により発生される。望ましい実施例においては、取り付け部１６は基準反射パルスとして、このインピーダンス変化を提供する。図２の第２の反射パルス５６は、容器１４の中の固有の干渉によって、発生する。この干渉反射５６は、梯子、戸、溶接のしわ、材料蓄積、または容器１４からの他の内部的要因によって生じることがある。第３の反射パルス５８は、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によってもたらされる。第４の反射パルス６０は、プローブ素子１８の末端１９によって発生される。
【００４０】
本発明は、所定の時間において、または既知の境界条件の下でセンサ性能を特徴付けまたは記録することにより、信号処理機能を初期化する。この初期特徴付けは、初期境界条件として使用することができる。換言すると、基準または初期境界信号は、第１および第２媒質１１および１２が容器１４内に入れられる前に測定され、そして蓄積されている。
【００４１】
初期境界信号（Ｉ．Ｂ．）の１例が図３に描かれている。初期境界信号は、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によって生じる反射パルスで引き起こされる有効インピーダンス変化を決めるための助けとして用いられる。図３においては、初期電圧ピークまたは反射パルス６２は、容器１４内での干渉によって生ずる。図３のパルス６２は、図２におけるパルス５６に相当する。図３におけるパルス６４は、プローブ素子１８の末端１９に相当する。
【００４２】
センサ特徴付けは、工場における校正、環境特徴付けまたはプローブマッピング、及びセンサ再特徴付け、または再校正を含んでいる。特徴付けは、最適性能を提供するために、単に１つの初期化手順の、または１つに組み合わせられた複数初期化手順の、使用を可能とするような方法で行われることができる。容器１４内の取り付け部のような、その設置環境の内部及び外部における、センサ及びその信号の特徴付けは、その初期境界条件として参照される。
【００４３】
工場における校正は、安定した既知の環境において特徴づけられたセンサ性能を含んでおり、これは装置性能に関するベースラインを提供する一方、ここではフィールド設置において遭遇する影響及び効果を無視している。タンクまたは容器１４内にセンサを取り付けるような、フィールド設置は、センサへの新しい境界条件に関する環境を存在させることができる。この条件は、容器または容器の恒久的内容物によって生じるもので、センサとそれら容器内容物の相互作用によってセンサ応答に影響を与えるものである。
【００４４】
本発明は、センサの自動再特徴付けか、または手動再特徴付けのいずれかを提供する。再特徴付けは、望ましいプロセス変数を表現する有効な信号を決定する際に補正されるべき、それらの環境変化を可能とする新しいベースラインまたはプローブマップを確立するために実行されることができる。
【００４５】
本発明の信号処理の第２フェーズは、インピーダンス変化するアナログ導体の有効な信号応答によって発生されるパルス反射を検出することを必要としている。換言すると、プロセッサ装置は、プローブ素子１８と接触している第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によって生じるインピーダンスパルス反射の位置を確認する。多くの数学的技術が、インピーダンス変化による位置情報を決定するのに使用されることができる。このインピーダンス変化は、プローブ素子１８に沿ったインピーダンス変化を原因とする、位置に関する時間的な信号反射を発生させる。
【００４６】
インピーダンス変化の検出は，図２に示されるＴＤＲアナログ出力信号に適用される、１つまたはそれ以上の引き続く技術を含むこともできる。１つの検出方法は、タイムアラインメントされたＴＤＲ信号のピーク振幅検出であり、これは図４に示されている。換言すれば、図４の信号はシフトされ、その結果として取り付け部１６におけるインピーダンス変化によって提供された初期反射パルス５４の時間として、時間ゼロがセットされる。図４においては、第１反射パルス６６は容器１４内の干渉によって生じる。第２反射パルス６８はインターフェース２６によって生じたものである。第３反射パルス７０は、プローブ素子１８の末端１９によって生じる。
【００４７】
別の検出技術は、図４のタイムアラインメントされたＴＤＲ信号の第１の微分信号の正ピークの後の第１ゼロクロスを検出することである。この微分信号は図５に描かれている。繰り返すと、第１反射パルス７２は容器１４内の干渉によって生じたものである。第２反射パルス７４はインターフェース２６によって生じ、そして第３反射パルス７６はプローブ素子１８の末端１９によって生じたものである。プロセッサ装置は、この技術を用いてピーク反射パルスの最大絶対値を決める。このことは、ロケーション７８に実例が示されている。もし、絶対最大が負の値であれば、ロケーション８０における先行するゼロクロスがインターフェース２６のロケーションであると決められる。もし、絶対最大が正のピークであれば、次の引き続くゼロクロスがインターフェース２６の表示として用いられる。
【００４８】
有効インターフェース２６を決めるための、さらに別の技術は、ベースライン信号の使用である。このベースライン信号は図６に描かれている。ベースライン信号は図４のタイムアラインメントされたＴＤＲ信号から、図３の初期境界信号を差し引くことによって決められる。このため、容器１４内の干渉によって生じたパルス反射６６は、初期境界パルス反射６２によってキャンセルされる。こうして、図６における初期パルス反射８２は、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によって生じたものである。反射パルス８４はプローブ素子１８の末端１９によって生じたものである。プロセッサは、インターフェース２６によって生じたパルス反射として、最も大きな正ピーク８６の時間を決める。
【００４９】
インターフェース２６の実際位置を決めるためのさらに別の技術は、図６のベースライン信号の第１の微分信号を用いることである。ベースライン信号の微分信号は図７に描かれている。ここでも再び指摘すると、第１反射パルス８８は、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によって生じたものである。第２反射パルス９０は、プローブ素子１８の末端１９によって生じたものである。プロセッサはパルス反射８８のピーク絶対値９２を求める。このピーク絶対値が負電圧と関連しているので、プロセッサはインターフェース２６に関する時間として、第１の先行するゼロクロス９４に進む。もし、最大絶対値が正ピークであれば、次の引き続くゼロクロスがインターフェースレベルとして用いられる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施例は、インターフェース２６の有効検出に関連するデータを検証するために、上に取り上げた技術の２つまたはそれ以上の組み合わせを用いる。信号の短期間ヒストリはまた、インターフェース２６の位置におけるあらゆる変化の有効性を具体化するのに、そしてこの変化がセンサの近傍において現在用いられているプロセス条件内で可能であることを検証するのに用いることができる。
【００５１】
本発明の望ましい実施例においては、プロセッサは上に説明された４つの技術または方法の各々を用いて、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６によって生じる有効なインピーダンス不連続のロケーションを決定する。各方法には、重み付けされた係数が割り当てられている。説明されている実施例においては、図６に描かれているベースライン信号計算には１．１の重み付け係数が割り当てられ、一方他の３つの技術には１．０の重み付け係数が割り当てられている。これらの重み付け係数は、４つの方法の間での同意の程度を示すための意味づけを提供する。もし、センサによる検出に従って計算された境界条件が、４つの方法のいくつかで実質的な同意が存在しないような形で、４つの検出方法の間で矛盾が生じるならば、有効な結果は、２つまたは３つの検出方法の間で実質的な同意が存在するかどうかに依存している。もし４つの方法のすべてによる有効インピーダンスパルスの検出において実質的な隔たりが存在するならば、最も高い重み付け係数を持つ方法が、有効な検出方法として用いられる。
【００５２】
本発明においては、マイクロプロセッサ４６は、上に説明された４つの方法の各々を用いてインターフェース２６によって生じる有効なインピーダンス変化の位置を計算するためのソフトウェアを持つようにプログラムされている。図８は、有効信号を決めるために本発明のマイクロプロセッサ４６によって実行される段階を描いている。ブロック１００に描かれているように、マイクロプロセッサ４６は最初に初期化される。信号プロセッサの動作モードがブロック１０２に描かれている。
【００５３】
最初の動作モードは図３に描かれている初期境界（Ｉ．Ｂ．）信号をセットし、そして蓄積することである。この初期境界信号は、プロセス材料が容器１４内におかれる前に発生されている。マイクロプロセッサ４６は、最初に、ブロック１０４に描かれているように入力初期境界信号を受け取る。このデータは、ブロック１０６に描かれているように、取り付け部１６によって生じた初期インピーダンス変化を基にしてアラインメントされた時間である。次に、マイクロプロセッサ４６は、初期境界条件に関連するタイムアラインメントされたデータを、ブロック１０８に描かれているようにＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積する。一旦初期境界信号が蓄積されたならば、マイクロプロセッサ４６はブロック１０２における動作モードまで戻る。
【００５４】
１つの実施例においては、容器１４内へのセンサ装置１０の初期設置の間だけは、本発明の信号プロセッサが手作業で初期境界条件を確立することもできる。別の実施例においては、初期境界条件は信号プロセッサの動作の間に、前もって決められた時間毎に更新されることもある。
【００５５】
ブロック１１０に描かれているように、信号プロセッサの通常動作の間には、マイクロプロセッサ４６は入力ＴＤＲ信号を受け取る。この入力ＴＤＲ信号は、図２に描かれているＴＤＲアナログ信号のアナログ−ディジタルコンバータ４４から得られたディジタル表現である。図２から図７においては、アナログ信号が参照されたとはいえ、本発明のマイクロプロセッサ４６がそれら信号のディジタル表現を用いることもできることは理解される。本発明によるアナログ信号を処理するのにアナログプロセッサも用いられることもまた、理解される。
【００５６】
ブロック１１２に描かれているように、マイクロプロセッサ４６は次にＴＤＲ信号のタイムアラインメントを提供する。換言すれば、マイクロプロセッサ４６は入力ＴＤＲ信号を時間シフトさせて、時間ゼロが図２に示される初期の大きな反射パルス５４によって表されている取り付け部１６のインターフェースのロケーションにおいて始まるようにする。
【００５７】
描かれている実施例においては、マイクロプロセッサ４６は、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６を表す有効パルス反射の位置を決めるのに４つの異なる検出方法を利用する。最初の方法においては、マイクロプロセッサ４６は、図８のブロック１１４に描かれているように、（図４に描かれている）タイムアラインメントされたＴＤＲ信号のピーク反射パルスを検出する。図４におけるピーク７１は、インターフェース２６に相当する有効な反射パルスである。しかし、この例においては、ピーク検出段階はピーク１１５が有効ピークであると決定してしまう。実際にはピーク１１５は容器１４内の干渉に相当するものであるが、有効パルスとされてしまうのである。このことは、タイムアラインメントされたＴＤＲ信号のピーク検出方法が単独で用いられるとき、いくらかの間違いを発生させる理由の説明となる。次に、マイクロプロセッサ４６は、図８におけるブロック１１６に描かれているように、最大パルス値の位置に相当する時間を求める。次にこの時間値は、容器１４の上面２０とインターフェース２６との間の距離に変換される。この段階はブロック１１８に描かれている。次に、第１検出方法を用いて計算されたこの距離結果が蓄積される。
【００５８】
一旦センサ上のインピーダンス変化の時間位置が導き出されたならば、検出された時間を、プロセス変数のインターフェース２６の距離等価位置に変換するのに用いることができるかなりの数の技術が存在することは理解される。複数のインピーダンス変化間の時間間隔は、数学的な関係を有しており、すなわち複数のインピーダンス変化間の時間関係は光線の速度に比例しており、そして主体となる材料の相対誘電定数の連続的関数である。もし第１媒質１１が大気であるならば、誘電定数は実質的に１．０に等しい。続いて、間隔の主体時間は、材料誘電および環境的周囲条件に関する連続的な関数関係を加えることによって補正されることができる。
【００５９】
既知の長さのセンサまたは導体を用いるような、そして次に主体材料インターフェースからプローブ素子１８の末端１９までのパルス移行時間の関係変化を用いるような、他の技術も用いることができる。換言すれば、一旦有効インピーダンスパルスのロケーションが決められたならば、インピーダンスインターフェースとプローブ素子１８の末端１９との間の時間または距離はインターフェース２６のレベルを決めるのに用いることができる。既知の長さを持つセンサの場合においては、材料インターフェース２６からプローブ素子１８の末端１９までの差異時間間隔は、材料誘電定数の連続的な関数関係で除算された主体材料１２の厚さに比例して変化する。容器１４に対して固定されたロケーションを持つプローブ素子１８を備えることにより、材料レベルまたは材料の厚さはセンサ位置に関してオフセットされる。この位置関係は簡単な数学的等式を用いて求められる。
【００６０】
同様に、各材料の相対誘電定数が既知であれば、多層材料を通過してセンサ上を移動するパルスの速度は各材料のレベルを決めるのに用いることができる。センサが容器１４に対して固定されたロケーションを有しているとき、各材料の位置はセンサ位置へのオフセットを持つ、時間差異の関数として求めることができる。センサはまた、校正及び／または材料誘電値決定のために用いることができる信号反射を作るために、既知距離においてマーカーを持つように設計されることもできる。
【００６１】
マイクロプロセッサ４６はまた、ブロック１２０に描かれているようにタイムアラインメントされたＴＤＲ信号の微分信号をも計算する。この微分信号のアナログ表現は図５に描かれている。次にマイクロプロセッサ４６は信号の絶対最大値に近い第１のゼロクロスのロケーションを決める。最大値が正の値から得られるならば、マイクロプロセッサ４６は正のピークの後の次の引き続くゼロクロスを求める。絶対最大値が負の値から得られたならば、マイクロプロセッサ４６は検出された絶対最大の前の第１ゼロクロスを求める。この段階がブロック１２２に描かれている。続いてマイクロプロセッサ４６は、ブロック１２４に描かれているように検出されたゼロクロスに相当する時間値を決める。この時間値は次に、ブロック１２６に描かれているように、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６のレベルに相当する距離に変換される。第２検出方法を用いて計算された距離が次に蓄積される。
【００６２】
第３の検出方法においては、ブロック１２８に描かれているように、マイクロプロセッサ４６は、図４においてアナログ形式で描かれているタイムアラインメントされたＴＤＲ信号から、ＥＥＰＲＯＭ５０（図３）に蓄積されている初期境界信号を差し引くことによってベースライン（ＢＬ）信号を計算する。このベースライン信号は図６にアナログ形式で描かれている。次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１３０に描かれているようにベースライン信号の正の最大値のロケーションを決定する。この正の最大値は、図６におけるロケーション８６に描かれている。次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１３２に描かれているように、検出された正の最大値に相当する時間値を決定する。続いてマイクロプロセッサ４６は、ブロック１３４に描かれているように、時間値を、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェース２６のロケーションを表す距離変化に変換する。第３の検出方法を用いて計算された距離が次に蓄積される。
【００６３】
第４の検出方法においては、マイクロプロセッサ４６は、ブロック１３６に描かれているようにベースライン信号の第１の微分信号を発生させる。ベースライン信号の第１の微分のアナログ表現は図７に描かれている。次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１３８に描かれているように、絶対最大値に隣接するゼロクロスのロケーションを決定する。もし、その絶対最大値が正の値であれば、次の引き続くゼロクロスが用いられる。もし、絶対最大値が負の値であるならば、インターフェース２６のロケーションとして最初の先行するゼロクロスが用いられる。続いてマイクロプロセッサ４６はブロック１４０において、ゼロクロスの時間位置を決定する。図７の例においては、負のピーク９２に隣接する最初の先行ゼロクロス９４が時間位置として用いられる。続いてマイクロプロセッサ４６はブロック１４２に描かれているように、時間変化を決める。次にこの時間変化は、ブロック１４４に描かれているように距離変化に変換されて、第１媒質１１と第２媒質１２との間のインターフェースのレベルの表現を提供する。第４の検出方法を用いて計算されたこの距離変化が次に蓄積される。
【００６４】
次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１４６に描かれているように、上に説明された４つの方法の各々から検出された距離の有効性をチェックする。距離変化の各々が、例えば１ミリメータのような、前もって決められた感度レベルに丸められる。
【００６５】
４つの方法の各々からの、蓄積されている４つの結果すべてが同じであれば、マイクロプロセッサ４６は有効な出力が決定されたと判断する。そこでブロック１５０に描かれているように、マイクロプロセッサは、その出力を適切な形式にフォーマットし、そしてその結果を出力５２に送る。もし、４つの検出方法からの４つの蓄積されている結果が異なるならば、マイクロプロセッサ４６はブロック１５２に描かれているように、検出方法の各々に関して確立されている重み付け係数を考慮する。この点においてマイクロプロセッサ４６は４つの蓄積されている方法の結果を、以前の結果と比較することができる。もし４つの蓄積されている結果のどれかが、前もって決められた量以上に以前の結果から隔たっているならば、マイクロプロセッサ４６は、その蓄積されている結果を無視することもできる。マイクロプロセッサ４６は、ブロック１５４に描かれているように重み付けされた結果の加算を提供する。マイクロプロセッサ４６によるこの加算の例は、以下に備えられている。次にマイクロプロセッサ４６は、ブロック１５６における重み付けされた結果を用いて、インターフェース２６からの有効なインピーダンス反射として最も適切な距離を選択する。続いてブロック１５０においてマイクロプロセッサ４６は、この選択された結果を出力する。
【００６６】
３つの異なる例が、プロセス測定上の重み付け係数の効果を説明するために備えられている。
【００６７】
【表１】
0003752411.tif 000002
【００６８】
【表２】
0003752411.tif 000003
【００６９】
【表３】
0003752411.tif 000004
【００７０】
表１においては、インターフェース２６のレベルまたは距離Ｘに関して検出された結果の各々は異なっている。この場合、最も大きな重み付けをされた係数は、最大の検出されたベースライン値が用いられていることを表示している。このため、マイクロプロセッサ４６によって選択された結果は、３７．１ｃｍである。
【００７１】
表２においては、最大ベースライン方法は３７．１ｃｍの距離を表示したままである。しかし、ＴＤＲ信号方法の微分およびベースライン信号方法の微分の両方が、３７．３ｃｍの結果を提示している。このため、２つの等しい結果が互いに加えられるとき、３７．３ｃｍの距離は２．０の重み付け係数を有する。ピークＴＤＲ信号方法からの距離３６．９ｃｍは、１．０の重み付け係数を有している。最大ベースライン方法による距離３７．１は１．１の重み付け係数を有している。このため、図８におけるブロック１５６における選択段階の間に、マイクロプロセッサ４６は２．０の最も大きな重み付け係数を、そして３７．３ｃｍの相当する距離結果を選択する。
【００７２】
表３においては、ピークＴＤＲ方法と、最大ベースライン方法の両方が３７．１ｃｍの距離結果を提示している。微分ＴＤＲ方法と微分ベースライン方法の両方とも３７．３ｃｍの結果を生じさせている。このため、距離３７．１は２．１の重み付け係数を有し、一方距離３７．３ｃｍは２．０の重み付け係数を有している。このため、マイクロプロセッサ４６は、ブロック１５６における選択段階において３７．１ｃｍの結果を選択する。
【００７３】
他の検出技術も本発明によって用いることができるのは理解される。加えて、もし、必要であれば、他の検出技術の１つに最も高い重み付け係数を適用することもできる。別の実施例においては、検出技術の各々に異なる重み付け係数を割り当てることもできる。そのような重み付け係数は、適用知識と経験に基づいて選択され、そして適用される。
【００７４】
有効インターフェース２６を決めるためのさらに別の技術は、図６に描かれたベースライン信号を用いるパターン認識である。このパターン認識技術は図６に示される反射パルス８２の全体パターンと、そして反射されたパルス８２がスレッショールド電圧に達した後に採取されたいくつかのサンプルされたポイントとを用いる。ポイントのタイミングは、有効と考えられるパターンに関する明白な境界内になくてはならない。この技術は、雑音および他の現象によって発生される信号パルススパイクによる読み取り間違いに対して保護される点で、現存するピーク検出方法よりも改善されている。
【００７５】
図９を参照すると、反射された信号２００は、立ち上がりコンポーネント２０２と、そして立ち下がりコンポーネント２０４（波線で示されている）とを含み、形状においてほとんど正弦曲線を示している。ベースライン反射信号２００は、図６において見られるように、中心は約ゼロボルトである。
【００７６】
有効インターフェース２６を決めるためのベースライン方法においては、スレッショールド電圧２１０に関して、反射された信号２００の立ち上がりコンポーネント２０２上の２つのポイント２０６及び２０８を識別することによって、反射された信号２００の立ち上がりコンポーネント２０２の中心（すなわち、プロセス材料レベル）が決められる。これらポイント２０６及び２０８の間の中間ポイントは、反射された信号２００の立ち上がりコンポーネント２０２の中心である。立ち下がりコンポーネント２０４上のポイントはゼロで置換される。
【００７７】
パターン認識技術においては、立ち下がりコンポーネント２０６上のポイントはゼロに置換されることはない。代わりに、負ポイントは２の補数技術を用いてそれらの絶対値に変換される。２の補数技術は、負の符号を持つ数の絶対値を決めるための技術として当業技術者にとっては良く知られており、そして標準的な教科書に記述され、また説明されているものである。
【００７８】
例えば、１９９０年にSaunder's College出版から発行されたDigital Concepts & Applicationsと題する教科書の２２５ページのHolt氏, Rinehart氏および Winston氏による章を参照する。２の補数技法の使用の結果、第二のポジティブゴーイングコンポーネント２１２が、２つの立ち上がりピーク２０２と２１２とを作成する。
【００７９】
パターン認識技法に従って、処理材料のための有効なインターフェース２６が、４の（４つの）ポイントパターンと、そして全体の反射されたパルス２００の二重のポジティブゴーイングピーク２０２および２１２とを使用することによって、決定される。最初のポイント２０６がスレッショールド電圧２１０に関連して検出されると、ポジティブゴーイングピーク２０２と２１２の上の第２のポイント２０８、３番目のポイント２１４および４番目のポイント２１６とは、最初のポイント２０６からの特定の時間フレーム内に起こらなければならない。この時間のフレームは、有効な、反射パルス２００の全体的な幅２１８によって決定される。４の（４つの）ポイント２０６、２０８、２１４および２１６が特定の時間のフレームの中に起こらないならば、反射したパルス２００は無効であると考えられる。
【００８０】
反射したパルス２００が有効であることがわかるならば、最初のポイント２０６と第２のポイント２０８との間の中点を計算することによって、１番目のポジティブゴーイングピーク２０２の中点（すなわち、処理材料のための有効なインターフェース２６）が決定される。パターン内のポイントの数は４に限定される必要がないことは理解されるであろう。本発明の範囲から離れることのない、追加のポイントも使用されることができる。
【００８１】
環境変化（温度、湿度、圧力）、電源変動（電圧、電流、電力）、電磁影響（ｒｆ／ｕ波から放射される電力はＩＣ出力にバイアスを生じさせる）および機械的な振動等の他の条件のような動作条件における変化が、電子的なパラメータと出力信号の望まれないドリフトを引き起こすことはよく知られている。
【００８２】
動作条件における上で説明された変動による反射した信号の時間的、電圧的ドリフトを補うために、本発明のさらなる実施例は補正用素子または要素を含んでいる。これはソフトウェアが信号処理ループを実行する都度、計算される。次に、以前に説明されたベースライン減算方法の利用前に、補正素子または要素がそれぞれの信号サンプルに加算される。
【００８３】
図１０を参照すると、ディジタル化され、そしてマイクロプロセッサ内に蓄積された初期の境界またはプローブマップタイムアラインメント信号２２０が、示されている。この信号２２０は、図３に示された信号６２に対応している。この信号２２０は、信号２２０のネガティブゴーイングコンポーネント２２４の開始センタライン２２２上に位置している開始電圧Ｖｍｉｎに対してタイムアラインメントされている。
【００８４】
図１１は、リアルタイムＴＤＲ信号２２６が初期の境界信号２２０に対して、時間と電圧の両方でドリフトしているという状況について図示している。ベースライン手順がこの状況で用いられるとき、結果は有効とはならないであろう。これらの信号ドリフトを補うために、本発明による補正素子または要素を使用して、この無効の結果が克服され、補正されることができる。リアルタイムＴＤＲ信号２２６は、新しいセンタライン２２８を有している。このセンタラインは時間においてΔｔｉだけシフトされており、また電圧においてΔＶｃｏｍｐｉだけシフトされている。
【００８５】
時間および電圧変動ΔｔｉおよびΔＶｃｏｍｐｉを得ることによって、そしてディジタル化されたリアルタイムＴＤＲ信号２２６をドリフトΔｔｉおよびΔＶｃｏｍｐｉだけ調整することによって補償を実行することができる。この補正要素Ｖｃｏｒｒは、プローブマップ信号２２０の初期限界のネガティブゴーイングコンポーネント２２４上の特定のポイント２３０を、リアルタイムＴＤＲ信号２２６のネガティブゴーイングコンポーネント２３４上のその相当するポイント２３２から引き算し、そして２の補数技法を用いてその結果を反転させることによって計算される。これは、信号２２０と２２６のオフセット極性にかかわらず、常にリアルタイムＴＤＲ信号２２６に加算される数値Ｖｃｏｒｒをもたらす。補正要素Ｖｃｏｒｒｅは、次の公式によって代数的に表される。
【００８６】
Ｖｃｏｒｒ＝−（Ｖｒｅａｌ−Ｖｐｍ），
ここでＶｃｏｒｒ＝補正要素、
Ｖｒｅａｌ＝リアルタイムＴＤＲ信号２２６上のポイント２３２、
Ｖｐｍ＝プローブマップ信号２２０上の初期境界上の相当するポイント２３０である。
【００８７】
補償されたサンプルポイントＶｃｏｍｐ（すなわち有効な信号のセンター）は、次の公式によって決定される。
【００８８】
Ｖｃｏｍｐ＝Ｖｓａｍｐｌｅ＋Ｖｃｏｒｒ
ここでＶｃｏｍｐ＝補償されたサンプルポイントの値
Ｖｓａｍｐｌｅ＝補正されていないポイントの値
Ｖｃｏｒｒ＝補正要素
時間および電圧におけるこの補償を完成させれば、ベースライン手順を実行することができる。結果としてのベースライン信号は図１２に示されている。この補償された結果は有効な反射パルスを供給する。このパルスは容易に分析されて、必要とされている有効で正確なΔｔｖａｌｉｄを提供する。
【００８９】
図９〜１２に図示されて示されているパターン認識技法と補正要素を実現するために、マイクロプロセッサ４６内にプログラムされたソフトウェアは、図１３および１４に示されるように変更される。図１３と１４は、ソフトウェア変更の結果，マイクロプロセッサ４６によって実行される追加ステップについて図示している。追加ステップは、図８に示されているステップの中の適切なロケーションに挿入されるように示されている。図８の参照数字に相当している図１３および１４における参照数字は、同じステップを指示するように意図されている。さらに、図１３および１４には示されていないとしても、ステップ１１０と１３０それぞれの前後に起こる図８に示されているステップの残り部分は、図１３および１４に示されるステップと結びついて実行されることは理解されるであろう。パターン認識技法を使用するときには、ステップ１３６〜１４０、ステップ１２０〜１２６およびステップ１１４〜１１８は実行されないであろう。しかしながら、補正要素はパターン認識技法なしでも使用されるかもしれず、その場合、図８のステップのすべてが実行されるかもしれない。
【００９０】
図１３および１４を参照すると、補正要素を計算し、そして加えるためのステップがブロック２５０に示され、さらに図８に図示される処理においてブロック１１２と１２８との間で実行される。ブロック２５０で実行されるステップの、より詳細な内訳は図１４に示される。
【００９１】
図１４参照すると、ブロック１１２においてマイクロプロセッサ４６がＴＤＲ信号のタイムアラインメントを提供した後に、ブロック２５２においてマイクロプロセッサ４６は上に指摘した公式に従って、初期境界信号２２０上の特定のポイント２３０を、リアルタイム信号２２６上の対応するポイント２３２から引き算する。ブロック２５４では、マイクロプロセッサ４６は２の補数技法を、ポイント２３２と２３０との間のネガティブな差異の値に使用する。
【００９２】
２の補数技法が適用された後に、ブロック２５２で決定された補正要素ＶｃｏｒｒがリアルタイムＴＤＲ信号の補償されていないサンプルポイントに加えられて、補償されたサンプルポイントＶｃｏｍｐの値が発生される。その後マイクロプロセッサ４６は、タイムアラインメントさせられた、そして補正されたＴＤＲ信号から、初期境界信号を引き算することによってベースライン（ＢＬ）信号を計算して、図１２にアナログ形式で描かれているようなベースライン信号を発生させる。ブロック１２３の後には、マイクロプロセッサ４６はブロック１３６、ブロック１２０、ブロック１１４に進むか、または２６０において図１３に示されるようなパターン認識技法を使用することもできることは理解されるであろう。
【００９３】
パターン認識技法を使用すると、マイクロプロセッサ４６は最初にブロック２６２において、２の補数技法をベースライン信号２００（図９参照）のネガティブゴーイングコンポーネント２０４に関して使用する。図９に示されるように、その後マイクロプロセッサ４６は、ブロック２６４において、（信号の幅２１８に基づいて決定された）前もって決められた４の（４つの）ポイントパターンを探し出す。この前もって決められたパターンが見つけられないならば、マイクロプロセッサ４６は、有効なパターンが見つけられるまでベースライン信号サンプルを捜し続ける。このステップはブロック２６６において実行される。一旦、有効なパターンが見つけられたなら、図８で示されるブロック１３０のように、マイクロプロセッサ４６は有効なベースライン信号の正の最大値のロケーションを決定する。
【００９４】
図６に示されるベースライン信号を決定するために、図３の初期境界信号は、図４のタイムアラインメントされたＴＤＲ信号から引き算される。理想的には、第１および第２媒質１１および１２が容器１４内に入れられる前に、センサ長全体にわたる初期境界信号またはプローブマップが測定され、そして蓄積される。実際には、プローブ１８が容器１４内に設置される都度、あるいは他の理由によって初期バックグランド信号が更新されるべき必要のあるときに、初期境界信号を決めるために容器１４を空にすることはしばしば実用的ではない。材料１２を含んでいる容器１４内にプローブ１８が設置されるときには、インターフェース２６より上のプローブ１８の部分は材料１２の中には浸されておらず、そしてインターフェース２６より下のプローブ１８の部分は材料１２の中に浸されている。部分プローブマッピングは、フィールド測定されたサンプルＴＤＲ信号の部分を、工場で、またはフィールドにおいて求められたバックグランド信号の部分と組み合わせて、容器１４を空にすることなしに、プローブ１８の全体の長さに関する初期境界信号を発生させる。部分プローブマッピングは、プローブ１８の設置の直後か、または初期境界信号を更新するための動作の間に行うことができる。
【００９５】
部分プローブマッピング処理は、図１５，図１６及び図１７に描かれている。図１５はプローブ１８に関して蓄積されているバックグランド信号３００を示している。バックグランド信号３００は、工場において初期的に測定されるか、または設置サイトにおいて決められるかのいずれかであり、そしてプローブ１８の後の使用のためにＥＥＰＲＯＭ５０に蓄積される。バックグランド信号３００は、過渡ポイント３１０によって分割される。部分Ａは過渡ポイント３１０より上のプローブ１８の部分に関する信号、すなわち上方部分であり、そして部分Ｂは過渡ポイント３１０より下のプローブ１８の部分に関する信号、すなわち下方部分である。
【００９６】
図１６は、プローブ１８が部分的に材料１２の中に浸されているときの、容器１４内に設置されたプローブ１８によって感知されたサンプルＴＤＲ信号３２０を示している。このサンプルＴＤＲ信号３２０は、部分プローブマップの発生に関して捕捉されたものである。このサンプルＴＤＲ信号３２０は、取り付け構造および容器１４の構造物などの内部構造によって生じるいくつかの反射パルス３２２を含んでいる。このサンプルＴＤＲ信号３２０は、バックグランド信号３００に関する過渡ポイント３１０に相当する過渡ポイント３１０によって分割される。部分Ａは過渡ポイント３１０より上のプローブ１８の部分に関する信号、すなわち上方部分であり、そして部分Ｂは過渡ポイント３１０より下のプローブ１８の部分に関する信号、すなわち下方部分である。過渡ポイント３１０は、サンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａが、材料１２内に浸されておらず、接触してもいない、そして真っ直ぐにつり下げられているプローブ１８の部分に関するものとなるように選択される。材料１２とのインターフェース２６の反射レベルは、サンプルＴＤＲ信号３２０における変動３２４によって表されている。
【００９７】
図１７は、部分プローブマップ３４０を示している。部分プローブマップ３４０は、サンプルＴＤＲ信号３２０から過渡ポイント３１０までの非浸入プローブ範囲を、バックグランド信号３００内に蓄積されているプローブ範囲の残りと組み合わせることによって計算される。こうして、図１７に示される結果的な部分プローブマップ３４０は、図１６の部分Ａである、過渡ポイント３１０より上のサンプルＴＤＲ信号３２０と、図１５の部分Ｂである、過渡ポイント３１０より下のバックグランド信号３００との組み合わせである。過渡ポイント３１０においては、バックグランド信号３００のオフセット３０６と、サンプルＴＤＲ信号３２０のオフセット３２６と間の差異に関して考慮するための調節が必要である。この調節は、サンプルＴＤＲ信号のオフセットドリフト、雑音およびリンギング減衰、およびこれまでにマップされていなかった容器１４内の異質な物体からの反射を考慮する。調節の後に、部分プローブマップ３４０はオフセット３４６を有している。
【００９８】
５メートル（１５フィート）の、最小プローブ範囲または長さは、部分プローブマップを実行するのには好都合である。過渡ポイント３１０は、これが材料１２とのインターフェース２６よりも上にあるように、同時に他方ではプローブ１８と取り付け部１６との間のインターフェースよりも少なくとも１メートルは下にあるように、選択されるべきである。正確さのためには、部分プローブマッピングはプローブ長の末端付近では実行されないようにすべきである。
【００９９】
過渡ポイント３１０における、サンプルＴＤＲ信号３２０のオフセット３２６への、そしてバックグランド信号３００のオフセット３０６への、調節の計算は、正確なプローブマッピングがなされていることを要求する。この調節は、過渡ポイント３１０における部分プローブマップ３４０が円滑になるよう、バックグランド信号３００の部分Ｂのオフセット３０６に適用される。もしこの調節が行われなければ、過渡ポイント３１０において部分プローブマップ３４０には不連続が存在するようになる。この不連続は容器１４内の材料１２のレベルを示す信号として解釈されかねない。この調節値は、多くの方法によって計算可能であるが、そのうちのいくつかが以下に説明される。
【０１００】
調節を計算する１つの方法は単純に、過渡ポイント３１０におけるサンプルＴＤＲ信号３２０と、過渡ポイント３１０におけるバックグランド信号３００との間の差異を計算することである。これは過渡ポイント３１０において、サンプルＴＤＲ信号３２０と、バックグランド信号３００との両方に関して等しい信号値を確保して、部分プローブマップ３４０内のあらゆる不連続を除去するものである。
【０１０１】
過渡ポイント３１０の周囲でのサンプルＴＤＲ信号３２０とバックグランド信号３００とにおける変動を克服するために、この２つの信号の部分にわたる平均または二乗平均平方根（ＲＭＳ）計算を実行するような、より強力な調節計算が必要とされることもある。平均またはＲＭＳのような、より強力な調節計算は信号の全体範囲にわたって、または信号のより小さな部分にわたって行うことができる。その結果、第２の方法は、部分プローブマップ３４０を発生させるために用いられた２つの信号部分の平均値間の差異として調節を計算することである。これは、バックグランド信号３００の部分Ｂにわたる平均信号値と、サンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａにわたる平均信号値との差異である。第３の方法は、２つの信号間のよりわずかな部分にわたる平均値間の差異として調節を計算することである。これは、バックグランド信号３００とサンプルＴＤＲ信号３２０両方の部分Ｂにわたる平均信号値間の差異である。第４の方法は、両方の信号の全範囲にわたる平均値間の差異として調節を計算することである。これはバックグランド信号３００の全範囲にわたる平均信号値と、サンプルＴＤＲ信号３２０の全範囲にわたる平均信号値との間の差異である。第５の方法は、２つの信号の上方部分の平均値間の差異として調節を計算することである。これはバックグランド信号３００の部分Ａにわたる平均信号値と、サンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａにわたる平均信号値との間の差異である。望ましい実施例においては、第３の方法が用いられている。
【０１０２】
調節値を計算するのに全プローブ範囲を用いる代わりに、バックグランド信号３００とサンプルＴＤＲ信号３２０上のより小さな間隔を用いることができる。別の変化した方法は、過渡ポイント３１０の周囲の小さな間隔にわたる平均信号値の間の差異として調節を計算することである。これは、過渡ポイント３１０付近のバックグランド信号３００の部分Ａの小さな間隔にわたる平均信号値と、過渡ポイント３１０付近のサンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａの小さな間隔にわたる平均信号値との間の差異である。例えば、ディジタル化された信号に関しては、調節は、過渡ポイント３１０に最も近いバックグランド信号３００の部分Ａにおける４つのサンプルポイントの平均と、過渡ポイント３１０に最も近いサンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａにおける４つのサンプルポイントの平均との間の差異である。
【０１０３】
サンプルＴＤＲ信号３２０の部分Ａと、選択された調節要素によって調節されたバックグランド信号３００の部分Ｂとの組み合わせである部分プローブマップ３４０は、初期境界信号として利用されるために蓄積される。以前に説明されたように、この初期境界信号は、容器１４内の材料１２のレベルを決めるために用いられる。
【０１０４】
上で議論したレベル測定計算は３つの主要な信号、ＴＤＲ信号、基準信号およびベースライン信号、にかかわっている。ＴＤＲ信号は、プローブ１８に沿って伝送された信号の反射を含む測定信号である。ＴＤＲ信号はアナログの信号としてトランシーバ２２によって集められ、そしてアンプ４０を通過する。望ましい実施例は、アナログのＴＤＲ信号をディジタルＴＤＲ信号に変えるのにアナログ-ディジタルコンバータ４４を使用する。ディジタルＴＤＲ信号４００の例が図１８に示されている。しかしながら、直接的にアナログのＴＤＲ信号を処理するために、本発明によってプロセッサ装置を組立てることも可能であることは理解される。ＴＤＲ信号４００では、最初の大きい反射パルス４０２は、取り付け部１６におけるインピーダンス変化のためであり、第２の大きい反射パルス４０６は材料レベル２６のためであり、そして３番目の大きい反射パルス４０４はプローブ１８の末端１９のためである。
【０１０５】
基準号は、測定されるべきレベルに関連しない、測定環境の構造物および他の要素によるバックグラウンド反射をマップするのに使用される。図１９は基準信号４１０を示す。基準信号４１０においては、最初の大きい反射パルス４１２は取り付け部１６におけるインピーダンス変化のためであり、そして第２の大きい反射パルス４１４はプローブ１８の末端１９のためである。ＥＥＰＲＯＭ５０にはいくつかの基準信号が蓄積されている。これらはレベル測定計算での使用において、システムに関するモード設定に基づいて、選択可能である。利用可能な基準信号は、工場の基準信号、ユーザの基準信号、部分的なプローブマップ、および周期的なプローブマップを含んでいる。工場の基準信号は通常、ユーザへのセンサの出荷の前に、センサ性能を特徴付ける、安定した既知の環境の中において、センサ製造施設で測定される。工場の基準信号は、出荷の前に、４つの基準信号ロケーションすべてに収納される。ユーザ基準信号はユーザによって、望ましくは容器１４が空であるときに測定が行われて、実際の環境で決定される。これは、バックグラウンド信号反射を引き起こす実際の測定環境における容器構造物および他の影響を考慮したプローブの全体の長さの基準信号を提供する。部分的なプローブマップが、ＴＤＲ信号（図１６）の非浸入のプローブ範囲を、前の基準信号からのプローブ範囲の残りに結合することによって計算される。容器１４を空にするのが実用的ではない時には、部分的なプローブマッピングが、基準信号４１０の計算を可能にする。部分的なプローブマッピングの性能は、ユーザの介入を必要とする。部分的なプローブマップと同様の周期的なプローブマップは、ＴＤＲ信号の非浸入しているプローブ範囲を前の基準信号からのプローブ範囲の残りと組み合わせる。しかしながら、周期的なプローブマッピングは以下に説明されるようにユーザ介入なしで自動的に実行される。必要な基準信号を使用して装置１０のモードを設定することができる。メモリを保存するために、選択されたモードで使用される基準信号だけがＲＡＭ４８内に維持される。
【０１０６】
ベースライン信号は、ＴＤＲ信号から基準信号を引き算することによって計算される。ベースライン信号４２０の負の値を排除するために引き算の結果にオフセットを加えることができる。図２０は、ＴＤＲ信号４００から基準信号４１０を引き算し、そして垂直軸の範囲の半分である１２８のカウントのオフセットを加えることによって計算されたベースライン信号４２０を示している。図２０に示されているベースライン信号４２０においては、最初の大きい反射パルス４２６は材料レベル２６のためであり、そして第２の大きい反射パルス４２４はプローブ１８の末端１９の反射における変化のためである。取り付け部１６のインピーダンス変化による反射４０２、４１２は、ＴＤＲ信号４００から基準信号４１０の引き算で相殺される。
【０１０７】
すべての３つの信号４００、４１０、４２０は、同じ単位を有している。垂直な軸は、パルスの振幅を表すディジタル電圧カウントの単位を有している。図１８〜２０においては、振幅情報は２５６カウントが可能な８つのビットを使用して表現されている。したがって、５Ｖの電圧範囲に関しては、１つの電圧カウントは、およそ２０ｍＶ（５Ｖ／２５６カウント）に等しい。水平の軸には、関連するパルス振幅の受信までの時間を表すディジタル時間カウントの単位がある。時間はパルスの伝播速度によって直接距離に関連するので、各ディジタル時間カウントはまた、ディジタル距離カウントをも表している。図１８〜２０においては、時間または距離情報は水平軸において５１２のカウントを可能とする９つのビットを使用して表現されている。プローブマップ長４０１は、水平軸の距離カウントでカバーされる総距離または長さである。したがって、水平の軸における１０ｍｍおよび５１２カウントの距離カウントに関しては、プローブマップ長４０１は５．１２ｍ（１０ｍｍ／カウント＊５１２カウント）である。距離測定値の分解能は、プローブマップ長さ４０１に逆比例する。プローブ１８の長さが短くなるに従い、距離カウントの大きさを減らすことによって、プローブマップ長さ４０１を短くすることができる。距離カウントの大きさを減らすことは、距離測定値の分解能を増加させる。
【０１０８】
容器１４の中の条件が変化しない限り、ベースライン信号４２０は、ほとんどのバックグラウンド雑音から免れており、そして材料レベル２６による反射パルスは最初の大きい反射パルス４２６である。あいにく時間がたつにつれて、ＴＤＲ応答は基準信号４１０と異なってくる。それがアップデートされるまでこれらの変動は基準信号４１０に含まれないので、これらの変動はＴＤＲ信号４００から基準信号４１０を引き算することによっては取り消されず、ベースライン信号４２０における反射パルスとして現れる。材料１２のレベル２６に関係のない多くの要素がＴＤＲ信号４００を経時変化させる。これらの要素は、プローブ１８上への材料の蓄積、温度変化、容器１４の条件変化および取り付け条件の変化を含んでいる。図２０で示されているように、ベースライン信号４２０はプローブマップ直後には、「クリーン」な状態である。しかし、時間経過的な変動によって、ベースライン信号は、ますます雑音を含むようになる。図２１に示される後のベースライン信号４３０は、現在のＴＤＲ信号から以前に計算された基準信号４１０を引き算した結果である。基準信号４１０と現在のＴＤＲ信号の収集の間の合間に起こるバックグラウンド雑音における変動は、後のベースライン信号４３０内においてレベル反射パルス４３６の前に雑音パルス４３２を引き起こす。この雑音パルス４３２は潜在的にレベル反射として誤った解釈をされ、そして誤ったレベル測定値をもたらす結果となり得る可能性を有している。レベル反射パルス４３６の振幅は雑音パルス４３２よりも大きいため、初めには雑音は測定に影響しない。しかしチェックされないままにしておくと、雑音パルス４３２は成長して結局、レベル反射パルス４３６の振幅に等しいか、またはそれよりも大きくなることがあり得る。
【０１０９】
周期的なプローブマッピングの処理は、基準信号４１０を現在値に保つという問題を導き出す。このようにしてバックグラウンド要素のためにＴＤＲ信号４００に含まれる変動がベースライン信号４２０を計算する際に、考慮される。基準信号４１０が「定期的に」アップデートされる限り、ベースライン信号４２０は雑音から自由な状態のままにされている。部分的なプローブマッピングにおいては、ユーザが手動で部分的なプローブマッピングの処理を作動させ、そして過渡ポイントに入ることの代わりに、周期的なプローブマップの処理は自動的にマッピングの処理を作動させ、そして周期的なプローブマッピング処理で使用されるＴＤＲ信号のレベル反射から過渡ポイントを決定することを除いて、周期的なプローブマッピングは部分的なプローブマッピングと同様である。
【０１１０】
部分的なマッピングとしては、周期的なマッピングは、新しい基準信号を計算するために基準信号の下側の部分を現在のＴＤＲ信号の上部に合わせる。周期的なプローブマッピングは基準信号４１０によって始められる。この信号は各周期的なプローブマッピング動作によって、アップデートされる。周期的なプローブマッピングで使用されるオリジナルの基準信号は、様々なシステムモードで使用される、いずれの基準信号決定方法によっても供給することができる。
【０１１１】
レベル反射パルス４０６の部分をマップアウトするのを防ぐために、周期的なプローブマッピングは容器１４の中の材料１２のレベル２６が安定するまで待っている。ＴＤＲ信号４００のレベル反射パルス４０６に対応しているベースライン信号４２０のレベル反射パルス４２６が、セットされたレベル測定の回数だけ反射ウィンドウ４４４の中に残っているならば、レベル２６は、周期的なプローブマッピングの自動起動においては十分安定していると考えられる。反射ウィンドウ４４４を狭くすることによって、周期的なプローブマッピングの起動のための安定性条件は増加する。反射ウィンドウカウンタは、レベル反射パルス４２６が反射ウィンドウ４４４内に残っている、連続した回数を追跡する。反射ウィンドウ４４４の外にレベル反射パルス４２６があるとき、反射ウィンドウカウンタはゼロにリセットされ、そして反射ウィンドウ４４４のバウンドはリセットされる。レベル反射パルス４２６が、ユーザが選択した連続的なレベル測定の回数だけ反射ウィンドウ４４４の中に残っているとき、周期的なプローブマッピングは自動的に作動される。本発明の好ましい実施例は、同じレベルにおいて４回の連続したレベル反射を必要とする。すなわち、反射ウィンドウ４４４はゼロの幅の距離カウントを持っている。
【０１１２】
周期的なプローブマッピングが作動されたときに、ＴＤＲ信号４００が集められ、そして現在のベースライン信号４３０が計算される。レベル反射パルス４３６内のレベル反射ロケーション４３８は決められている。プローブマップ長４０１およびレベル反射ロケーション４３８に基づいて、レベル反射ロケーション４３８よりも十分前に過渡ポイント４４２が選ばれる。表４は、距離カウントの数に関する異なったプローブマップ長４０１のための、レベル反射ロケーション４３８に関する過渡ポイント４４２の望ましいロケーションを記載している。過渡ポイント４４２はレベル反射ロケーション４３８に先立つべきである。
【０１１３】
【表４】
0003752411.tif 000005
【０１１４】
過渡ポイント４４２もまた、基準信号４１０に先立って見つけられる。この過渡ポイント４４２は、プローブ１８に沿った両方の信号の同じロケーションを表している。過渡ポイント４４２の前のＴＤＲ信号４００の上部４０８は、過渡ポイント４４２に引き続く先の基準信号４１０の下側の部分４１８と結合され、新しい基準信号４４０を形成する。新しい基準信号４４０における過渡ポイント４４２においては、部分４０８と４１８との間のどんな不連続も排除するためにオフセット調整が適用される。
【０１１５】
このオフセット調整は、先の信基準号４１０の信号レベル４１７と、ＴＤＲ信号４００の信号レベル４０７とにおける差異のために、過渡ポイント４４２における新しい基準信号４４０を円滑化する。過渡ポイント４４２において新しい基準信号４４０を円滑にするため、オフセット調整は、過渡ポイント４４２に続く、先の基準信号４１０の部分４１８に適用される。この調整が行われないならば、過渡ポイント４４２において新しい基準信号４４０に不連続があるかもしれない。この不連続はレベル反射信号として解釈され、そして誤ったレベル測定を引き起こしかねない。部分的なプローブマッピングに関連して以前に説明したものを含む、多くの方法によってオフセット調整値を計算することができる。
【０１１６】
周期的なプローブマッピングから生じる新しい基準信号４４０は、次にレベル測定計算における基準信号として使用され、そして後には先の基準信号として、より新規の新しい基準信号を計算する際に使用される。新しい基準信号４４０は、レベル測定計算における使用のためＲＡＭ４８に保持され、そして周期的にＥＥＰＲＯＭ５０に伝えられる。新しい基準信号４４０がＥＥＰＲＯＭ５０に移されるレートは、ユーザが選択可能である。
【０１１７】
システム１０に必要なＲＡＭ４８の量を減少させるために、プローブマッピングおよびレベル測定動作を、実際に現在のＴＤＲ信号４００を蓄積しないで、実行することができる。レベル測定が実行される都度、ＡＤ変換器４４からのディジタル電圧サンプルの連続した流れとして、ＴＤＲ信号４００がマイクロプロセッサ４６によって受け取られる。このディジタル電圧は、取り付け部１６からプローブ１８の末端１９までプローブマップ長さ４０１に沿って進行する、異なったロケーションでの反射パルスの振幅を表している。模範的な実施例では、プローブマップ長さ４０１に沿って５１２個のサンプルが存在する。レベル測定を実行する１つの方法は、基準信号４１０のすべての５１２個のサンプルと共に、ＴＤＲ信号４００のすべての５１２個のサンプルを蓄積して、そして差異プラスオフセットを取り上げて、ベースライン信号４２０のすべての５１２個のサンプルを計算することである。この方法は、ＲＡＭ４８の１．５キロバイトがこれらの３つの信号を収納するために割り当てられるのを必要とする。望ましい方法は、ＲＡＭ４８内には基準信号４１０を収納し、そしてベースライン信号４２０の５１２個のサンプルをポイント・ポイント計算し、ＴＤＲ信号４００の各ポイントとして、マイクロプロセッサ４６によって受信される。この望ましい方法は、基準信号４１０とベースライン信号４２０を収納するために割り当てられたＲＡＭ４８の１．０キロバイトを必要とするだけである。この計算がＴＤＲ信号４００からのサンプルを必要とするとき、基準信号４１０からの対応するサンプルをベースライン信号４２０からの対応するサンプルに加え、そしてベースラインオフセットを引き算するることによって、必要なサンプルを再構築することができる。
【０１１８】
システム１０に必要なＲＡＭ４８の量を減少させる望ましい方法を使用すると、周期的なプローブマッピングは図２３に概説されているように実行される。ステップ４５０で、周期的なプローブマッピングルーチンにエントリーすると、システムはレベル反射ロケーション４３８がレベル反射ウィンドウ４４４内にあるかどうかを決定する。レベル反射ロケーション４３８がレベル反射ウィンドウ４４４にないならば、ステップ４５２で反射カウンタはリセットされ、ステップ４５４で反射ウィンドウ４４４はリセットされ、そしてステップ４５６で周期的なプローブマッピングルーチンから出る。
【０１１９】
レベル反射ロケーションがレベル反射ウィンドウにあるならば、ステップ４５８で反射カウンタが増加され、ステップ４６０でシステムは反射カウンタが周期的なプローブマップ起動カウントよりも大きいか否かをチェックする。反射カウンタが周期的なプローブマップ起動カウントほど大きくないならば、ステップ４５６で周期的なプローブマップルーチンから出る。反射カウンタが周期的なプローブマップ起動カウントよりも大きいならば、ステップ４６２において周期的なプローブマッピングが自動的に作動開始される。
【０１２０】
ステップ４６２では、過渡ポイント４４２のロケーションが決められ、ステップ４６４では、ＴＤＲ信号４００のポイントと先の基準信号４１０とを使用して、過渡ポイントオフセット調整が計算され、過渡ポイント４４２における新しい基準信号４４０が円滑化される。ステップ４６６ではＴＤＲ信号４００を再構築することによって、新しい基準信号４４０の上部４０８が計算される。ＴＤＲ信号４００は、先の基準信号４１０の値プラス、ベースライン信号４２０の値マイナス、ベースラインオフセット値をとることによって過渡ポイント４４２にまでポイントアップされて再構築されたポイントである。再構築されたＴＤＲ信号値は新しい基準信号４４０の値であり、そしてこれは先の基準信号４１０の値の上に蓄積される。ステップ４６８では、新しい基準信号４４０の下側の部分４１８が計算される。新しい基準信号４４０の下側の部分４１８は、過渡ポイントオフセット調整を先の基準信号４１０の各ポイントに加えることによってポイント毎に計算されたポイント値であり、そしてこの結果は、先の基準信号４１０のポイントの上に蓄積される。
【０１２１】
ステップ４７０では、システムは新しい基準信号４４０がＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積されるべきかどうかを決める。新しい基準信号４４０がＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積されないのであれば、ステップ４７４反射カウンタはリセットされ、そしてステップ４５６では、周期的なプローブマッピングルーチンから出る。新しい基準信号４４０がＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積されるならば、ステップ４７２では新しい基準信号４４０がＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積され、ステップ４７４で反射カウンタはリセットされ、そしてステップ４５６で周期的なプローブマッピングルーチンから出る。
【０１２２】
前の周期的なプローブマップ基準信号をリセットするか、または初期化するために、新しい「初期の」周期的なプローブマップ参照信号がＥＥＰＲＯＭ５０に蓄積されるかもしれない。すべてのモードのための初期の基準信号として、工場における基準信号はＥＥＰＲＯＭ５０に収納されるが、（容器が容易に空にされる）ことが可能であれば、全体のプローブマップ長さ４０１に関してユーザの基準信号を計算することは勧められる。容器が容易に空にできないならば、プローブ１８の非浸入している部分に沿った測定環境によるバックグラウンド反射をマップするために、部分的なプローブマップが実行されるべきである。また、プローブマップ長さ４０１は、プローブ１８の長さ以上であるということも重要である。プローブマップ長さ４０１が短過ぎるならば、プローブの終わり検出に基づくアルゴリズムが適切に機能しないであろう。
【０１２３】
上で議論したレベル測定計算では、ＴＤＲおよび基準信号とは、取り付け部１６におけるインピーダンス変化によって生じた初期の反射パルスの時間に対してタイムアラインメントされている。このタイムアラインメントは、取り付け部１６からの反射パルスの時点で基準点に対して時間ゼロを、そして対応的に距離ゼロをセットするように行われる。基準点は、ベースライン信号の計算が、そして他の計算が実行される前に、ＴＤＲ信号と基準信号がアラインメントさせられるポイントである。基準点は、すべての距離計算の基準である。したがって、時間と距離測定値は、基準点によって識別される取り付け部１６のロケーションで開始されてプローブ１８に沿って計算される。
【０１２４】
好ましい条件の下では、選択された基準スレッショールド４８６以下に降下した最初のポイントに基準点を設定することができる。図２４で示されたオフセットと温度ドリフトによって引き起こされるような、より好ましくない条件では、ＴＤＲ信号４８０はプレ基準反射４８２と、取り付け部１６による基準反射４８４とを含むことができる。両方ともに基準スレッショールド４８６より下に下がるポイントを含んでいる。基準スレッショールド４８６より下に降下する最初のポイントは、プレ基準反射４８２におけるプレ基準点４８８である。これに続いて基準反射４８４におけるリアル基準点４９０が生じる。取り付け１６の反射信号によるリアル基準点４９０は、プレ基準点４８８の後に起こる。この条件の間には、計算に使用される基準点はプレ基準点４８８に不当に設定することができるか、または環境要素のためにリアル基準点４９０とプレ基準点４８８との間で切り換えが行われることがある。この切り換えは、基準信号がＴＤＲ信号４８０と誤ってアラインメントし、これは誤った結果を引き起こす。ＴＤＲ信号４８０が基準信号にアラインメントされていないとき、ベースライン信号は崩壊して、正確にレベル反射について決めることはできない。
【０１２５】
基準スレッショールド４８６に交差する多重反射によって引き起こされる問題を克服する際に使用することができる、いくつかの手順がある。ＡＤ変換器４４によってその振幅がゼロ値として評価されるＴＤＲ信号４８０のサンプルは、ゼロ値と呼ばれている。
【０１２６】
基準スレッショールド４８６に交差する多重反射によって引き起こされる問題を克服するための１つの手順は、連続したゼロ値の数を数えることである。ＡＤ変換器４４によってその振幅がゼロ値と評価されるポイントは、ＴＤＲ信号４８０において各反射にゼロ値を含んでいる。ゼロ値の最も大きい数を持つ 反射が、基準反射として選ばれる。図２４のＴＤＲ信号の上に、この方法を使用すると、第１反射４８２内の、そして第２反射４８４内のゼロ値の数がカウントされる。連続したゼロ値をより多く有しているために、反射４８４が基準反射として選択されるであろう。そして、基準点はロケーション４９０に設定されるだろう。ここでは基準反射４８４は、基準スレッショールド４８６に交差している。
【０１２７】
基準スレッショールド４８６に交差する多重反射によって引き起こされる問題を克服する第２の解決策は、ゼロの連続した値でＴＤＲ信号４８０に沿った最も大きい距離を表している反射について決めることである。この手順は、ゼロ値を表している各ポイントの検出をもって、前の手順のように始まるであろう。しかしながら、ポイントの生の数を数えることの代わりに、走査分解要素を使用して、各ポイントが距離測定値に変えられるであろう。ゼロの値であるそれぞれの反射のとぎれない距離が追跡されるであろう。ゼロ値で作り上げられる、ＴＤＲ信号４８０の最も大きいとぎれない距離を示すＴＤＲ信号４８０における反射が、基準反射として選択される。次に、選択された基準反射が最初に、基準スレッショルド４８６に交差するロケーションが、基準点が設定されるであろう。
【０１２８】
基準スレッショルド４８６に交差する多重反射によって引き起こされる問題を克服する望ましい解決策は、信号内での連続したゼロ値の一番右のストリングの開始ロケーションに基準点を設定することである。これはユーザに定義された基準幅スレッショールドと少なくとも同じくらい広いものである。これは、マイクロプロセッサ４６によってポイントごとに受け取られる都度、ＴＤＲ信号４８０に実行することができる。この処理の前に、基準幅スレッショールドが設定される。これは反射が基準反射として考えられる前に必要な連続したゼロ値の数、または反射が基準反射として考えられる前に必要な距離的な幅、を定義するものである。連続ゼロカウンタまたは距離カウンタは、信号の基準反射となりうる反射において見つけられる、連続したゼロの数を、または距離的な幅を数えるために使用されている。基準幅スレッショールドに等しいか、より多くのゼロの値の幅を有するＴＤＲ信号４８０における一番右の反射が、基準反射として選択される。基準点は、選択された基準反射４８４が最初に基準スレッショルド４８６に交差しているロケーションに設定される。この機能を実行する手順を実現するための、いくつかの方法がある。１つの例は図２５で示され、基準幅スレッショールドは連続したゼロ値の数を定義する。これは反射が基準反射であると考えられる前に必要である。
【０１２９】
この手順はステップ４９６では、これが入って来たＴＤＲ信号４８０の最初のポイントであるかどうかを決めるためにチェックする。これは新しく入って来ている信号のために、基準フラグを、そして連続ゼロカウンタを初期化するためのものである。それが最初のポイントならば、ステップ４９７で基準フラグはゼロ（０）にセットされ、そして連続ゼロカウンタはゼロ（０）にセットされる。基準フラグは、信号が現在も基準反射となりうる反射であるかどうかを示している。
【０１３０】
ステップ４９８で、このルーチンは、現在の信号値、電圧カウント値、が基準スレッショルド以下であるかどうか、チェックする。現在の信号値が基準スレッショルドを越えていれば、ステップ４９９で基準フラグはゼロ（０）にセットされ、そしてコントロールはステップ５０４に移されて、最後の信号値がゼロ値だったかどうかを決める。現在の信号値が、基準スレッショルド以下ならばその信号は基準反射であって、コントロールはステップ５００に移される。
【０１３１】
ステップ５００では、このルーチンは基準フラグがワン（１）に等しいかどうかチェックする。これは信号が既に基準反射であることを表している。基準フラグが１に等しくないならば、これは基準反射の最初のポイントであり、そしてステップ５０１では基準フラグはワン（１）に等しくセットされ、そして基準ロケーションが蓄積される。基準ロケーションは、基準反射となりうる反射が最初に基準スレッショルド以下に交差するポイントである。
【０１３２】
ステップ５０２で、このルーチンは現在の信号値、電圧値がゼロ（０の電圧カウント）かどうかチェックする。現在の信号値がゼロならば、ステップ５０３では連続ゼロカウンタが増加され、そしてＴＤＲ信号４８０の次のポイントがマイクロプロセッサ４６によって受け取られるまで、ルーチンから出る。
【０１３３】
現在の信号値が、ゼロでなく、また基準スレッショルドの下にないならば、ステップ５０４でルーチンは最後の信号値がゼロ（０の電圧カウント）だったかどうかチェックする。最後の信号値がゼロ値でなかったならば、ＴＤＲ信号４８０の次のポイントが受け取られているまで、ルーチンから出る。最後の信号値がゼロだったならば、通過した直前の信号は少なくとも１つの連続したゼロ値であり、そして処理はステップ５０５に続く。
【０１３４】
ステップ５０５でルーチンは、連続ゼロカウンタが基準幅スレッショールドよりも大きいか、または等しいかどうかをチェックする。このステップには、少なくとも１つの連続したゼロ値のストリングの上昇側の最初の非ゼロポイントにおいて達する。そしてこの瞬間に連続ゼロカウンタは、基準反射となりうる反射における連続したゼロ値の数のカウントを含んでいる。例えば、図２４の基準反射４８４に関して、領域４９２では連続ゼロカウンタはゼロ値の数のカウントを保持している。連続ゼロカウンタが基準幅スレッショールドよりも下ならば、反射は考えられず、そしてステップ５０７で連続ゼロカウンタはゼロにリセットされ、そしてＴＤＲ信号４８０の次のポイントが受け取られているまで、ルーチンから出る。
【０１３５】
連続ゼロカウンタが、基準幅スレッショールドに等しいか、またはより大きいとき、ステップ５０６で基準点が設定される。ステップ５０６で基準点は、ステップ５０１で蓄積された基準ロケーションに設定される。これは現在の基準反射のために、基準スレッショルドの下の最初のポイントに基準点を設定する。ステップ５０７で連続ゼロカウンタはゼロにリセットされ、そしてＴＤＲ信号４８０の次のポイントが受け取られているまで、この処理から出る。この処理は後に、ＴＤＲ信号４８０の中の基準反射となりうる反射に関してチェックし続ける。
【０１３６】
プローブ１８の末端１９を検出する能力は、空の容器と、低い振幅レベル反射と、壊れているプローブとの間での検出および分化を可能にする。これらの条件を検出して、区別できるということは、容器１４が空であるとき、容器１４が空ではないが何のレベル反射も認められないとき、そしてプローブ１８が壊れているときに、装置１０が適切に表示することを可能とする。装置１０の出力５２はアラームを含んでいる。このアラームはプローブ破壊条件、レベル反射なし条件が検出されたときにアクティブとされる。
【０１３７】
図２７および２８に示されるように、プローブ１８の末端１９によって引き起こされるプローブの終わり応答５１０、５２０は、通常は正のピーク５１４、５２４に隣接した鋭い負のピーク５１２、５２２によって特徴付けられる。負のピーク５１２，５２２および正のピーク５１４，５２４の振幅は、および負のピーク５１２、５２２と正のピーク５１４、５２４との間の距離は、プローブ１８のタイプに従って異なるものである。例えば、プローブ終わり応答５１０、５２０に変化を引き起こすいくつかの要素は、プローブがコーティングされているか、またはコーティングがされていないか、プローブの末端に重りがあるか、ループされているかどうか、そしてプローブの直径、を含んでいる。プローブの終わり応答５１０、５２０は、フィールド設置条件によってもまた影響される。
【０１３８】
ＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の位置は、容器１４の中の材料のレベル２６に関する、そしてプローブ１８の条件に関する、情報を提供する。プローブ１８上を移動するパルスの速度は、プローブ１８が没入している材料の誘電体によって変化する。図１に示される２つの材料の場合には、パルスはプローブ１８に沿って、最初の誘電体定数を持つ最初の材料１１の中を、そして第２の誘電体定数を持つ第２の材料１２の中を伝わる。このようにしてパルスは、最初の材料１１の中では材料１１の誘電定数に従って最初の伝播速度を有し、そして第２の材料１２の中では材料１２の誘電体定数に依存する第２の伝播速度を有する。プローブ１８の長さにおける変化、および材料１２に浸されているプローブ１８の長さにおける変化は、ＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の位置に変化を生じさせる。ＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の位置の変化は、プローブ１８の末端１９までの距離変化として察知される。空の容器１４を、低振幅レベルの反射を、そして壊れているプローブ１８検出して、区分するための方法は、ＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０に対する基準信号５２８のプローブの終わり応答５２０の位置に基づいて行われる。
【０１３９】
基準信号５２８の決定の間に、プローブ１８の末端１９の位置が求められ、そしてＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積される。プローブ１８の末端１９の位置を示すプローブ終わり位置５２６は、プローブの終わり応答５２０の負のピーク５２２のロケーションによってセットされる。プローブの終わり位置５２６は、測定長さ５３０と最大プローブ長さ５３２を計算するのに使用される。
【０１４０】
測定長さ５３０は、プローブの終わり位置５２６マイナス短縮された公差５３４として計算される。２５ｃｍの典型的な重り長さの場合で、そして最悪、約±５ｃｍの分解の場合には、３０ｃｍの値が短縮された公差５３４として適切である。測定長さ５３０には、１．０ｍの短い限界から、プローブの端の位置５２６マイナス短縮された公差５３４の長い限界までの許容できる範囲がある。短い限界は、取り付け部１６からの反射が支配的になっている領域内で測定値を防ぎ、そして長い限界は、プローブの終わり反射５２０が支配的になっている領域内で測定値を防ぐ。測定長さ５３０は、短い限界まではユーザによって手動で減少させることができる。しかし、測定長さ５３０はユーザによって、手動で増加させることはできない。
【０１４１】
基準信号５２８のアップデートの間に計算された測定長さ５３０は、ＴＤＲ信号５０８の分析の間にブロッキング距離として使用される。測定長さ５３０を超えているＴＤＲ信号５０８における反射は、材料レベルを決める際には、考えに入れられない。これは、プローブ１８の末端１９からのゴースト反射を、システムが間違ってレベル反射として検出することを防ぐ。ユーザがプローブ１８を短くしたが、しかし新しい基準信号を作成することができないときにも、測定長さ５３０がまた使用される。測定長さ５１８の手動の減少は、短くされたプローブ１８をマッピングすることなしでシステムが機能することを許容する。
【０１４２】
最大のプローブ長さ５３２は、プローブの端の位置５２６プラス長くされた公差５３６として、基準信号５２８のアップデートの間に計算される。長くされた公差５３６は、空の容器条件と低い振幅のレベル反射条件との間を区分するように使用されている。長くされた公差５３６は、プローブ１８に沿った信号の伝播速度を変える、プローブ１８上への材料蓄積および容器１４の中の材料の誘電率による影響を補償する。３０ｃｍの長くされた公差５３６に関する値が、適切であることが知られている。
【０１４３】
測定長さ５３０および最大のプローブ長さ５３２は、図２６のサンプルされたＴＤＲ信号５０８を、そして図２７の基準信号５２８を、３つのセクションに分割する。これらの値は、プローブの端の位置５２６に基づいて計算される。これは基準信号５２８への各アップデートの間にＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積される。現在のＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２が、３つの区分のうちのどこに位置しているか、を基にして異なった条件が決定される。
【０１４４】
プローブの終わり応答５１０と、壊れているプローブ応答とは非常に類似している。事実上、壊れているプローブは、プローブ１８に関するまさに別のタイプの末端１９そのものである。ＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積されているプローブの終わり位置５２６は、容器１４が空であるときのプローブ１８の末端１９のロケーションを表している。これはプローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２のＴＤＲ信号５０８に沿った最小のロケーションである。壊れているプローブを検出する条件の１つは、短くされたプローブの長さの検出である。これはプローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２のロケーションが、ＴＤＲ信号５０８に関して、基準信号５２８の決定の間に計算され、蓄積されたプローブの終わり位置５２６よりも、より短い距離であることによって表される。壊れているプローブ条件は、プローブの破損、またはプローブの末端において重りが無くなっていることによって引き起こされるかもしれない。
【０１４５】
ユーザはフィールドにおいて、プローブ１８のための新しい基準信号を決めることなくプローブ１８の長さを短くすることがあるという事実によって、壊れているプローブ検出は、複雑である。これは短くされたプローブ１８に関する新しい基準信号を決めるには、時々、容器１４を空にすることが実行不可能であるために生じるものである。システムが蓄積されたプローブの端のロケーション４２６を使用するならば、新しい基準信号を決めることなくフィールドにおいてプローブ１８を短くすることは、壊れたプローブ表示を引き起こしかねない。したがって壊れたプローブ検出のための調整可能な評価基準が実現される。測定長さ５３０は、壊れたプローブ検出のための評価基準として、使用される。現在のＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２が、測定長さ５３０の前に起こるならば、システムは壊れたプローブ表示を出力する。測定長さ５３０はＥＥＰＲＯＭ５０内に蓄積され、そしてユーザによって手動で減らされることができる。これはユーザが、壊れているプローブ条件を検出するＴＤＲ信号５０８の領域を調整することを許容する。
【０１４６】
壊れたプローブ表示を発生されるためにすべてが合致しなければならない、３つの条件がある。１番目は、上で議論したように、現在のＴＤＲ信号５０８のプローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２のロケーションによって決められた現在のプローブの終わりロケーションが、蓄積されている測定長さ５２６より少なくなければならない。第２は、プローブの終わり応答５１０は、ポジティブピークがあとに続いている、負のピークから成っていることである。これは、大きいレベル反射パルスが壊れているプローブ条件として曲解されることを防ぐことになる。第３条件は、負のピーク５１２の電圧カウントとプローブの終わり応答５１０のポジティブピーク５１４の電圧カウントとの間のプローブのピークからピークへの応答５３８の終わりが、プローブデルタ応答値の終わりよりも大きいかまたは等しくなくてはならないことである。プローブデルタ応答の終わりの望ましい値は８００ｍＶである。これは２０ｍＶの電圧カウントにおける、４０の電圧カウントに同等である。
【０１４７】
容器１４が空であるときには、どんなレベル反射パルスもない。このためシステムノイズに基づいて、システムが誤ったレベル測定を引き起こす場合があった。容器１４が空であるとき、信号雑音におけるレベル反射を発見してしまうことを防ぐために、ベースライン信号５４０の分析ではスレッショールドレベル反射値が使用される。ベースライン信号５４０（図２８）は、タイムアラインメントさせたＴＤＲ信号５０８（図２６）から、タイムアラインメントさせた基準信号５２８（図２６）を引き算することによって計算される。上側のスレッショールド５４２はベースライン信号５４０の上部に適用され、そして下側のスレッショールド５４４はベースライン信号５４０の下側の部分に適用される。スレッショールドインデックス５４６が、上側のスレッショールド５４２が使用されているベースライン信号５４０の部分を、下側のスレッショールド５４４が使用されているベースライン信号５４０の一部から分割する。
【０１４８】
基準反射によって、基準点に近い容器１４の中の取り付け部１６および環境要素から引き起こされる信号の上部に関するＴＤＲ信号５０８の、そして基準信号５２８の、より大きな振幅およびスロープのために、上側のスレッショールド５４２は下側のスレッショールド５４４よりも大きい。高い振幅の、そしてスロープの、これらの領域内でのタイムアラインメントにおける小さいエラーは、結果として起こされるベースライン信号においてより大きい雑音振幅を引き起こす。レベル反射の振幅の関数としてスレッショールド値を、例えば最後の反射された振幅未満の固定されたカウンに、設定することができる。そうでなければ、あらかじめセットされたレベルにスレッショールドを設定することができる。例えば、１２８の電圧カウントにセットされたベースラインオフセットを用いて、上側のスレッショールドを１４５カウントに、そして下側のスレッショールドを１３３カウントに、設定することができる。プローブの長さの関数として、または例えば２メーターの固定値として、スレッショールドインデックスを設定することができる。
【０１４９】
ベースライン信号５４０でにおいて側のスレッショールド５４２と、または下側のスレッショールド５４４と交差する、どんな反射パルスもないならば、これが空の容器１４か、または低い振幅レベル反射のいずれを表しているのかが決められなければならない。プローブ１８に沿った信号の伝播速度は、プローブ１８は没入している材料に基づいて変化するという事実に基づいて２つの条件を区別することができる。プローブ１８が材料に浸されているならば、プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２のロケーションは、空の容器のためのプローブの端の位置５２６から移動する。材料レベルが下がった後に残っているプローブ１８上における材料の蓄積はまた、プローブ１８に沿った信号伝播速度に影響を与える。材料蓄積の効果を配慮するために、空の容器条件と低い振幅レベル反射条件との間を区分するようにプローブ最大の長さ５３２が使用される。プローブの端の位置５２６が決定評価基準として使用されたならば、プローブ１８上における材料蓄積は、システムが低い振幅レベル反射条件と空の容器条件とを混乱させる原因となり得る。
【０１５０】
低い振幅レベル反射条件と判断するために合致されなくてはならない２つの条件がある。１番目は、プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２は、プローブ最大の長さ５３２を超えてシフトされている必要があり、このことはプローブ１８が没入している材料が信号伝播速度を変化させたことを表示している。第２は、ベースライン信号５４０の上部の上側のスレッショールド５４２を超えた、またはベースライン信号５４０の下側部分における、下側のスレッショールド５４４を超えた、ベースライン信号５４０には反射があるはずがない。これらの条件の両方が合致したとき、システムは低振幅レベル反射条件を表示する。
【０１５１】
空の容器条件に決められるための２つの条件がある。１番目は、プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２が、測定長さ５３０とプローブ最大の長さ５３２との間のウィンドウの中にあるに違いない。第２は、ベースライン信号５４０の上部において上側のスレッショールド５４２を超えて、またはベースライン信号５４０の下側の部分において下側のスレッショールド５４４を超えてベースライン信号５４０には反射があるはずがない。これらの条件の両方が合致しているとき、システムは空の容器条件を表示する。
【０１５２】
プローブの終わり応答の形が、高周波接続の損失について決めるために使用されている。高周波接続が失われたとき、ＴＤＲ信号５５０上のプローブデルタ値の終わりは、図２９に示されるように非常に小さくなる。これは高周波接続なしでは、基準点を通るどんな重要な反射パルスもないという事実のためである。
【０１５３】
高周波接続を持っている図２７のＴＤＲ信号を使用すると、プローブ応答形の終わりの決定は示される通りとなる。レベル測定の間には、ブロッキング距離５５２から最後のサンプル、この場合サンプル５１１、までのＴＤＲ信号５０８が分析される。ブロッキング距離５５２は基準点から、例えば３０ｃｍに、セットされた距離である。プローブの端のロケーションは、プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２を使用して決められる。次にシステムは、プローブの端ウィンドウ５４０内でプローブの終わり応答５１０のポジティブピーク５１４を負のピーク５１２の付近で探す。プローブの端ウィンドウ５４０は、基準反射パルスの降下しているスロープ上のポイントがプローブの終わり応答のポジティブピークとして、使用されることを防いでいる。ＴＤＲ信号５０８に沿って５１２のディジタルサンプルを抽出する場合には、プローブの端ウィンドウ５４０の望ましいサイズは負のピーク５１２のどちらかの側にも１００の距離カウントである。プローブの終わりのピークからピークへの応答５３８が、プローブの終わりのデルタスレッショールド未満であれば、システムは高周波接続の損失を表示する。電圧カウントサイズがおよそ２０ｍＶである時の、プローブの終わりデルタスレッショールドに関する望ましい値は５つの電圧カウントである。
【０１５４】
図２９は、高周波の接続が失われた後のＴＤＲ信号５５０を示している。システムはプローブの終わり応答のロケーションを探し、負のピーク５５４を発見する。次にシステムはプローブの端ウィンドウ５５６内にポジティブピークを探し、そしてポジティブピーク５５８を発見する。図２９においては、プローブの終わりのピークからピークへの応答５６０はプローブの終わりデルタスレッショールド以下であるため、システムは高周波接続の損失を表示する。
【０１５５】
図３０を参照すると、上側のスレッショールド信号レベル５６４と下側のスレッショールド信号レベル５６６とがベースライン信号５６２の分析で使用されている。高いＳＮ比を持つ好ましい条件下においては、レベル反射パルスはスレッショールド５６４、５６６のどちらかと交差する最初のパルスである。図３０は低ＳＮ比の場合を示している。ここでは雑音反射パルス５６８、レベル反射パルス５７０およびプローブの終わり反射からのゴースト反射パルス５７２のすべてはスレッショールド５６４と交差している。図３０はブロッキング距離５６４、測定長さ５７６およびスレッショールドインデックス５７８をも示している。
【０１５６】
スレッショールドは、固定レベルに設定することができ、またはそれを前の信号のレベル反射パルスの振幅の関数として設定することもできる。後者の場合では、前のベースライン信号がベースライン信号５６２だったならば、レベル反射パルス５７０の振幅が計算され、そして上側のスレッショールド５６４はより低い固定された電圧カウント、例えば４カウント（各カウントが−２０ｍVの時には−８０ｍV）、に設定され、そして下側のスレッショールド５６６はさらに低い、例えば８カウント、に設定されるであろう。これらの新しいスレッショールド５６４、５６６は、次のベースライン信号におけるレベル反射パルスを決定する際に使用されるであろう。
【０１５７】
レベル測定は、ブロッキング距離５７４と測定長さ５７６との間でスレッショールド５６４、５６６に交差するベースライン信号５６２の最大の振幅パルスによって決定される。図３０では、雑音パルス５６８、レベル反射パルス５７０およびゴースト反射パルス５７２のすべてがスレッショールド５６４と交差している。ゴースト反射パルス５７２の振幅がレベル反射パルス５７０の振幅よりも大きいとしても、それは測定長さ５７６を超えており、したがってレベル測定を行うときには考慮されない。雑音パルス５６８とレベル反射パルス５７０の両方は、ブロッキング距離５７４と測定長さ５７６との間に発生しているが、しかしレベル反射パルス５７０の振幅は雑音パルス５６８の振幅よりも大きい。したがって、容器１４の中でのレベルを決めるためには、レベル反射パルス５７０が使用される。
【０１５８】
上の診断およびレベル測定技法は、図３１に示されるように実現される。ステップ１０２、１１２および１５０に関して図３１に示されている部分的に描かれたボックスは、図８で示された同じ数字のステップを参照している。以下の議論では、図２６で示されたＴＤＲ信号５０８および図３０で示されたベースライン信号５６２が参照される。
【０１５９】
図８のステップ１１２におけるデータのタイムアラインメントに続いた図３１のステップ６００では、システムは壊れているプローブ１８がないかどうかチェックする。ステップ６００は、プローブの端のロケーション５２６が、以前に発生している測定長さ５３０より少ないかどうかチェックする。プローブの端ロケーション５２６が測定長さ５３０の前に起こるならば、ステップ６０２で壊れているプローブが表示され、そしてコントロールは図８に示されるステップ１５０に移される。
【０１６０】
壊れているプローブ１８が検出されないならば、ステップ６０４でシステムは高周波接続の損失があったかどうかチェックする。ステップ６０４では、システムはプローブの終わりのピークからピークへの応答５３８が、プローブの終わりデルタスレッショールドよりも少ないかどうかを決める。プローブの終わりのピークからピークへの応答５３８が、プローブの終わりデルタスレッショールドよりも小さいならば、ステップ６０６でシステムは高周波接続の損失を表示し、そしてコントロールは図８のステップ１５０に移される。
【０１６１】
高周波接続の損失が検出されないならば、ステップ６０８でシステムは測定範囲内にレベル反射があるか否かをチェックする。ステップ６０８でシステムは、測定範囲内で反射が検出されているかどうかをチェックする。ベースライン信号における反射パルスの振幅が、上側のスレッショールド５６４よりも、または下側のスレッショールド５６６よりも大きい場合、反射は検出される。測定範囲はブロッキング距離５７４から測定長さ５７６に広がっている。測定範囲内で反射パルスが検出されるならば、ステップ６１０では、容器１４の中の材料１２のレベルが計算される。容器１４の中の材料１２のレベルを決めるための様々な方法が、図８のステップ１１４〜１４４に示されている。
【０１６２】
材料レベルが計算された後に、ステップ６１２で低い信号タイマが、リセットされる。この信号タイマについては以下で説明される。ステップ６１４において次に、システムは周期的なマップモードであるかどうかをチェックする。システムが周期的なマップモードであるならば、基準信号は周期性を基に自動的にアップデートされる。そうでなければ、基準信号はユーザ介入なしではアップデートされない。システムが周期的なマップモードでないならば、コントロールは図８のステップ１５０に移される。システムが周期的なマップモードであるならば、ステップ６１６でレベル測定結果はフォーマットされ、そして出力され、さらにステップ６１８で図２３に示されている周期的なプローブマップルーチンが実行される。周期的なプローブマップルーチンが完了した後に、コントロールは図８に示されるステップ１０２に移される。
【０１６３】
レベル反射が測定範囲内に検出されないならば、ステップ６２０でシステムは、低い振幅レベル反射条件があるか否かをチェックする。ステップ６２０で、システムはＴＤＲ信号の上のプローブの端のロケーションは、そのときに、または後に起こる、最大のプローブ長さ５３２よりも大きいか、または等しいかをチェックする。ＴＤＲ信号５０８の上のプローブの端ロケーションが、プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２によって示される。ＴＤＲ信号のプローブの端のロケーションが最大のプローブ長さ５３２に、またはそれを越えて発生するならば、それは低振幅レベル反射条件である。最後の有効なレベル反射は、測定範囲内か、または空の容器のどちらかで検出されるので、低い信号タイマは時間を追跡している。ユーザによってセットされたタイマ限界は、アラームか他の出力が活性される前に、どれくらい長い間、低振幅レベル反射条件が許容されるかを示している。
【０１６４】
低振幅レベル反射条件が検出されるとき、ステップ６２２でシステムは、低い信号タイマがタイマ限界よりも大きいかどうかをチェックする。低い信号タイマがタイマ限界よりも大きいならば、ステップ６２４でシステムは低振幅反射レベル条件を示すために、必要な出力を起動し、そして図８に示されるステップ１５０に制御を戻す。低い信号タイマがタイマ限界ほど大きくないならば、ステップ６２６でシステムは、最後のレベル測定値を表示し続け、そして図８にされるステップ１５０に制御を戻す。
【０１６５】
低振幅レベル反射条件が検出されないならば、ステップ６２８でシステムは空の容器１４があるかどうかをチェックする。ステップ６２８で、システムはＴＤＲ信号のプローブの端のロケーションが、そのときに、または後に発生する測定長さ５３０より大きいか、または等しいかどうかをチェックする。プローブの終わり応答５１０の負のピーク５１２によって、ＴＤＲ信号５０８上のプローブの端のロケーションが示される。ＴＤＲ信号のプローブの端のロケーションが、測定長さ５３０に、またはその後に起こるならば、ステップ６３０でシステムは空の容器を示す。これは有効なレベル測定であり、そしてコントロールは、低い信号タイマをリセットするためにステップ６１２に移される。プローブの終わりが、測定長さ５３０において、またはそれを超えて現れないならば、それは低レベル反射条件として扱われ、そしてコントロールはステップ６２２に移されて、低い信号タイマがタイマ限界よりも大きいかどうかが決められる。
【０１６６】
本発明が望ましい、ある実施例を参照しながらに詳細に説明されたが、説明されたような、そして請求項に定義されるような変動と変更とは、本発明の範囲と精神の中に存在する。
【図面の簡単な説明】
【図１】容器における容器中の液体のようなプロセス変数のレベルを測定するための単一導体材料レベルセンサを略示し、又、パルス送信器及び受信器並びにプロセス変数のレベルを求めるための処理回路を示す。
【図２】送信器及び受信器により発生された時間領域反射測定（ＴＤＲ）信号のアナログ信号出力を示す。
【図３】プロセス変数が容器にて設定される前の容器の内側の初期の境界状態を指示するアナログ出力信号である。
【図４】タイムアラインメントされたアナログＴＤＲ出力信号である。
【図５】図４の時間整列されたＴＤＲ信号のアナログの微分信号である。
【図６】図３の初期境界信号が、図４のタイムアラインメントされたＴＤＲ信号から差し引かれた場合に発生されるアナログベースライン信号である。
【図７】図６のベースライン信号の微分のアナログ信号である。
【図８】プロセス変数におり生ぜしめられた反射パルスに基づくプロセス変数の実際の有効なレベル指示を求めるため本発明のプロセス処理装置により実行される各ステップを示すフローチャートである。
【図９】有効ベースライン信号を求めるパターン認識技術を示す図６に示した信号に相応するアナログベースライン信号である。
【図１０】図３に相応するアナログの初期境界又は、プローブマップ時間整列信号である。
【図１１】動作状態における変動により生ぜしめられた図１０に示す初期境界信号に対して相対的なリアルタイムの初期境界信号のドリフトをアナログ的に示す。
【図１２】図１１に示す信号におけるドリフトを保証するため、本発明により補正ファクタの適用後のベースライン信号のアナログ表示である。
【図１３】プロセス変数によって生ぜしめられた反射パルスに基づくプロセス変数の実際の有効なレベル指示を求めるため、パターン認識技術を使用し、補正ファクタを求めて適用するため、本発明の処理装置により実行される各ステップを含む図８に示すフローチャートの１セグメントを示す。
【図１４】補正ファクタを計算し、初期境界信号に補正ファクタを加えるため、図１３におけるブロック２５０にて実行されるステップを拡大するフローチャートである。
【図１５】プローブに対するバックグラウンド信号を示す。
【図１６】容器中で捕捉された１つのサンプルＴＤＲ信号を示す。
【図１７】バックグラウンド信号の部分とサンプルＴＤＲ信号の部分を組み合わせることにより発生される部分的プローブマップを示す。
【図１８】容器中のプローブに沿って捕捉されたディジタルＴＤＲ信号を示す。
【図１９】容器中のプローブに対するディジタル基準信号を示す。
【図２０】基準信号の後、まもなく計算された容器中のプローブに対するディジタルベースライン信号を示す。
【図２１】基準信号の暫時の更新なしで事後の時点にて計算された容器中のプローブに対するディジタルベースライン信号を示す。
【図２２】更新された基準信号を示す。
【図２３】周期的プローブマッピングを実施するために使用されるステップのフローチャートを示す。
【図２４】１つの基準スレッショールドにクロスするプレ基準反射を有する１つのＴＤＲ信号を示す。
【図２５】プレ基準反射に基づく問題を克服するための処理手順を示すフローチャートである。
【図２６】プローブ反射の端部を強調したディジタルＴＤＲ信号及び所属のパラメータを示す。
【図２７】ディジタル基準信号及び所属のパラメータを示す。
【図２８】上方のスレッショールド、下方のスレッショールド及びスレッショールドインデックスを有するディジタルベースライン信号を示す。
【図２９】高周波コネクションの欠如後のディジタルＴＤＲ信号を示す。
【図３０】Ｓ／Ｎ比と共にディジタルベースライン信号を示す。
【図３１】ケーブルの破損状態の検出、高周波コネクションの欠如、有効な材料レベル反射、周期的マップモードの時における周期的マッピングの作動、低振幅レベル反射及び容器の空ら状態の検出を含めた診断的及び検出ルーチンを実行するため使用されるステップのフローチャートを示す。
【符号の説明】
１０  装置
１１  第１媒体
１２  第２媒体
１４  貯蔵容器
１６  機械的取り付け装置
１８  プローブ素子
１９  末端
２０  上面
２１  底面
２２  トランシーバ
２４  矢印
２６  インターフェース
２８  矢印
３０  送信パルス発生器
３２  シーケンシャル遅延発生器
３４  サンプルパルス発生器
３６  サンプルアンドホールドバッファ
３７  ケーブル
３８  ライン
４０  増幅器
４２  ライン
４４  アナログ−ディジタルコンバータ
４６  マイクロプロセッサ
４８  ＲＡＭ
５０  ＥＥＰＲＯＭ
５２  出力
５４〜７０  パルス
７１  ピーク
７２〜７６  パルス
７８  絶対最大ロケーション
８０  ゼロクロスロケーション
８２  パルス反射
８４  反射パルス
８６  最大正ピーク
８８，９０  反射パルス
９２  ピーク絶対値
９４  ゼロクロス位置
２００  反射された信号
２０２  立ち上がりコンポーネント
２０４  立ち下がりコンポーネント
２０６，２０８  ポイント
２１０  スレッショールド電圧
２１４，２１６  ポイント
２１８  全体幅
２２０  タイムアラインメントされた信号
２２２  開始中央ライン
２２４  立ち下がりコンポーネント
２２６  リアルタイムＴＤＲ信号
２２８  新しい中心
２３０  特定ポイント
２３２  立ち下がりコンポーネント上の相当するポイント
２３４  立ち下がりコンポーネント
３００  バックグランド信号
３０６  オフセット
３１０  過渡ポイント
３２０  サンプルＴＤＲ信号
３２２  反射パルス
３２４  変動
３２６  オフセット
３４０  部分プローブマップ
３４６  オフセット
４００  ディジタルＴＤＲ信号
４０２〜４０６  反射パルス
４０８  ＴＤＲ信号上部
４１０  基準信号
４１２  反射パルス
４１７  信号レベル
４１８  基準信号下側部分
４２０  ベースライン信号
４２４  反射パルス
４２６  レベル反射パルス
４３０  ベースライン信号
４３２  雑音パルス
４３６  レベル反射パルス
４３８  レベル反射ロケーション
４４０  新しい基準信号
４４２  過渡ポイント
４４４  反射ウィンドウ
４８０  ＴＤＲ信号
４８２，４８４  反射
４８６  スレッショールド
４８８  プレ基準点
４９０  リアル基準点
５０８  ＴＤＲ信号
５１０  プローブの終わり応答
５１２，５１４  ピーク
５１８  測定長さ
５２０  プローブの終わり応答
５２２，５２４  ピーク
５２６  プローブの終わり位置
５２８  基準信号
５３０  測定長さ
５３２  最大プローブ長さ
５３４  公差
５３８  ピークへの応答
５４０  ベースライン信号
５４２，５４４  スレッショールド
５４６  スレッショールドインデックス
５６２  ベースライン信号
５６４，５６６  スレッショールド信号レベル
５６８  雑音反射パルス
５７０  レベル反射パルス
５７２  ゴースト反射パルス
５７６  測定長さ
５７８  スレッショールドインデックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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