Die Erfindung betrifft ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät, das an unterschiedlichste Anwendungen anpassbar ist

In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung relevanter Prozessparameter entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Zwecks Erfassung der jeweiligen Prozessparameter sind in den entsprechenden Feldgeräten daher geeignete Messprinzipien implementiert, um als Prozessparameter etwa einen Füllstand, einen Durchfluss, einen Druck, eine Temperatur, einen pH-Wert, ein Redoxpotential oder eine Leitfähigkeit zu erfassen. Verschiedenste Feldgeräte-Typen werden von der Firmengruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandsmessung werden daher vorwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung bezieht sich der Begriff „Radar“ auf Signale bzw. elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz). Dabei ist prinzipiell eine umso höhere Mess-Auflösung erreichbar, je höher die Frequenz ist. Als Messverfahren haben sich das Pulslaufzeit-Verfahren und FMCW („Frequency Modulated Continuous Wave“) etabliert. Näher beschrieben wird Radar-basierte Füllstandsmessung beispielsweise in „Radar Level Detection, Peter Devine, 2000“.

Typische, für Radar-basierte Füllstandsmessung zugelassene Frequenzbänder liegen bei 26GHz, 60GHz, 80GHz und 120 GHz, sowie vermehrt auch 180GHz und 240GHz. Dabei sind bei höheren Frequenzen liegenden Frequenzbänder für viele Anwendungen vorteilhaft, da bei gegebenen Antennenabmessungen eine höhere Strahlbündelung erreicht wird und in der Regel mehr Bandbreite zur Verfügung steht, die für eine größere Entfernungsauflösung eingesetzt werden kann.

Es sind jedoch auch verschiedene Nachteile bei höheren Frequenzen bzw. höheren Frequenzbändern bekannt, die in speziellen Anwendungen zu Beeinträchtigungen oder sogar zum Ausfallen des Füllstandmesswerts führen können. Diese Nachteile finden sich größtenteils in Wechselwirkungen der Radarmessung mit den zu messenden Füllgütern, den Atmosphären über den Füllgütern und teilweise auch in Behälterformen, Umwelt- und Einbaubedingungen sowie behördlichen Vorschriften. Der Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, em Radar-basiertes Füllstandsmessgerät bereitzustellen, welches diese Nachteile überwindet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Füllstandsmessgerät zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter, das zumindest folgende Komponenten umfasst:

Eine Signalerzeugungs-Einheit, die ausgelegt ist, o um innerhalb eines ersten Frequenzbandes ein erstes Radar-Signal zu erzeugen, und o um innerhalb eines zweiten Frequenzbandes ein zweites Radar-Signal zu erzeugen, wobei das zweite Frequenzband nicht mit dem ersten Frequenzband überlappt, sondern sich deutlich vom ersten Frequenzband abgrenzt, eine Antennen-Anordnung, mittels welcher im ersten Frequenzband das erste Radar-Signal sowie im zweiten Frequenzband das zweite Radar-Signal gen Füllgut aussendbar sind, und mittels welcher entsprechende Empfangs-Signale nach jeweiliger Reflektion an der Füllgut-Oberfläche empfangbar sind, und eine Auswerte-Einheit, die ausgelegt ist, o um anhand des ersten Empfangs-Signals einen ersten Füllstandswert zu bestimmen, und o um anhand des zweiten Empfangs-Signals einen zweiten Füllstandswert zu bestimmen.

Dadurch, dass das Füllstandsmessgerät potenziell in mehreren, deutlich beabstandeten Frequenzbändern entsprechende Füllstandswerte ermitteln kann, ist das Füllstandsmessgerät in verschiedensten Anwendungen einsetzbar.

Unter dem Begriff „Einheit“ wird im Rahmen der Erfindung prinzipiell eine separate Anordnung bzw. Kapselung derjenigen elektronischen Schaltungen verstanden, die für einen konkreten Einsatzzweck, bspw. zur Hochfrequenz-Signalverarbeitung oder als Schnittstelle vorgesehen sind. Das entsprechende Modul kann also je nach Einsatzzweck entsprechende Analogschaltungen zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale umfassen. Das Modul kann jedoch auch Digitalschaltungen, wie FPGA’s, Microcontroller oder Speichermedien in Zusammenwirken mit entsprechenden Programmen umfassen. Dabei ist das Programm ausgelegt, die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Schaltungen der Einheit im Sinne der Erfindung potenziell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben physikalischen Digitalschaltung betrieben werden. Dabei ist es nicht relevant, ob verschiedene elektronische Schaltungen innerhalb der Einheit auf einer gemeinsamen Leiterkarte oder auf mehreren, verbundenen Leiterkarten angeordnet sind.

Im Sinne der Erfindung ist das erste Frequenzband immer dann deutlich vom zweiten Frequenzband abgegrenzt, wenn die Mittenfrequenzen der Frequenzbänder mindestens um einen Faktor zwei auseinanderliegen und deren Bandbreite jeweils schmaler als ein Fünftel ihrer Mittenfrequenz ist. Eine deutliche Abgrenzung ist im Sinne der Erfindung auch dann gegeben, wenn die Mittenfrequenzen der Frequenzbänder mindestens um einen Faktor vier auseinanderliegen und deren Bandbreite jeweils schmaler als die Hälfte ihrer Mittenfrequenz ist. Die Mittenfrequenz eines Frequenzbandes definiert sich dabei als diejenige Frequenz, welche sich genau mittig innerhalb des Frequenzbandes befindet. Gemäß dieser Definition erstreckt sich beispielsweise ein Frequenzband bei einer Mittenfrequenz von 26 GHz und einer Bandbreite von 2 GHz entsprechend von 25 GHz bis 27 Ghz.

Um in deutlich voneinander abgegrenzten Frequenzbändern Radar-Signale erzeugen zu können, kann die Signalerzeugungs-Einheit beispielsweise ein entsprechende Anzahl an entsprechend ausgelegten, phasengesteuerten Regelschleifen (im Englischen als „PLL bzw. Phase Locked Loop“ bekannt) umfassen. Dabei versteht es sich von selbst, dass die Signalerzeugungs-Einheit im Sinne der Erfindung auch so ausgelegt werden kann, dass sie nicht nur in zwei Frequenzbändern, sondern zusätzlich innerhalb dritter Frequenzbänder, welche nicht mit dem ersten Frequenzband und dem zweiten Frequenzband überlappen, entsprechend dritte Radar-Signale erzeugen kann. Um die erfindungsgemäße Idee umsetzen zu können, muss die Auswertungs-Einheit in diesen Fällen ausgelegt sein, um anhand eines entsprechend dritten Empfangs-Signals auch einen dritten Füllstandswert zu bestimmen. Hardwaretechnisch kann das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät am einfachsten umgesetzt werden, wenn das erste Radar-Signal und das zweite Radar-Signal sequenziell abwechselnd ausgesendet werden, bzw. wenn das erste Empfangs-Signal und das zweite Empfangs-Signal entsprechend abwechselnd empfangen werden. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn die Signalerzeugungs-Einheit eine einzige PLL umfasst.

Das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät kann nicht nur an verschiedene Anwendungen angepasst werden. Weiterhin kann das Füllstandsmessgerät bei entsprechender Auslegung die bei jeweils verschiedenen Frequenzbändern ermittelten Füllstandswerte auch auf Plausibilität hin prüfen. Hierzu ist die Auswertungs-Einheit so auszulegen, dass sie den ersten Füllstandswert mit dem zweiten Füllstandswert und/oder einem etwaigen dritten Füllstandswert auf Übereinstimmung prüft. Sofern dieser innerhalb eines definierten Toleranzbereichs mit zumindest einem der andern Füllstandswerte übereinstimmt, kann das Füllstandsmessgerät die übereinstimmenden Füllstandswerte als plausibel definieren und dementsprechend als Füllstand einen dieser Füllstandswerte ausgeben. Sofern nicht alle Füllstandswerte innerhalb des definierten Toleranzbereichs übereinstimmen, oder sofern in einem Frequenzband bzw. anhand einem der Empfangs- Signale kein Füllstandswert bestimmbar ist, kann die Auswertungs-Einheit dies wiederum als einen Fehlerzustand des Füllstandsmessgerätes oder als ein definiertes Ereignis im Behälter, wie ein Entleeren/Befüllen des Füllgutes, Schaumbildung, Staub, etc. interpretieren. In diesem Fall kann das Füllstandsmessgerät das Ereignis oder den Fehlerzustand entsprechend signalisieren, bspw. über ein Display oder ein entsprechendes Ausgangssignal.

Wenn etwaige Abweichungen zwischen den Füllstandswerten, die in unterschiedlichen Frequenzbändern ermittelt sind, unerheblich oder nachweislich nicht auf Fehler zurückzuführen sind, kann die Auswertungs-Einheit bei entsprechender Auslegung als Füllstand vorzugsweise auch einen gleich oder ungleich gewichteten Mittelwert der bei den unterschiedlichen Frequenzbändern ermittelten Füllstandswerte ausgeben.

Eine weitere Variante, die je nach Anwendung vorteilhaft sein kann, besteht darin, dass die Auswertungs-Einheit anhand des ersten Empfangs-Signals, des zweiten Empfangs- Signals und/oder anhand dritter Empfangs-Signale eine Ausblend-Kurve für das Empfangs-Signal eines jeweils anderen Frequenzbandes erstellt. In diesem Fall wird die Ausblendkurve, wie aus dem Stand der Technik bekannt, signaltechnisch von der entsprechenden Kurve des Empfangs-Signals subtrahiert, um vor allem statische Stör- Echos im Empfangs-Signal zu eliminieren bzw. zu unterdrücken. Es wird also der vorteilhafte Effekt genutzt, dass in stark verschiedenen Frequenzbändern etwaige Stör- Echos in den ggf. komplexwertigen Mess-Kurven der Empfangs-Signale je nach Herkunft stärker oder schwächer ausgeprägt sind.

Neben der Veränderung von Störechos in Abhängigkeit des eingestellten Frequenzbandes können die Empfangs-Signale bzw. deren aufgezeichnete Mess-Kurven außerdem hinsichtlich Frequenzband-abhängiger Veränderungen weiterer Kenngrößen, wie beispielsweise der Amplitude eines ausgewählten Signalmaximums, einer Änderung oder einer Standardabweichung der Amplitude dieses Signalmaximums, einem Rauschniveau, und/oder der Anzahl an Signal-Maxima untersucht werden. Um die Veränderung solcher Kenngrößen in Abhängigkeit des Frequenzbandes detektieren zu können, bzw. um die entsprechenden Empfangs-Signale als Mess-Kurven aufzeichnen zu können, kann das Füllstandsmessgerät beispielsweise in einer definierten Mehrzahl an Messzyklen sowohl das erste Radar-Signal als auch das zweite Radar-Signal aussenden. Hierzu kann beispielsweise pro Messzyklus sequenziell nacheinander ein anderes Frequenzband eingestellt werden. Dadurch ist es der Auswertungs-Einheit möglich, die jeweiligen Kenngrößen der zugrundeliegenden Frequenzbänder bzw. der entsprechenden Messzyklen miteinander zu vergleichen.

Durch den Vergleich ausgewählter Kenngrößen in den Empfangs-Signalen bzw. deren Mess-Kurven kann beispielsweise festgestellt werden, welches der Frequenzbänder für die jeweilige Anwendung besonders geeignet oder ungeeignet ist. In der Folge kann die Signalerzeugungs-Einheit daher im geeignetsten Frequenzband arbeiten, das heißt, entweder lediglich das erste Radar-Signal oder das zweite Radar-Signal erzeugen. Bei Füllgut-Oberflächen, die stark streuend reflektieren, weil sie beispielsweise zerklüftet sind oder Wellen schlagen, kann das Füllstandsmessgerät dadurch beispielsweise automatisch das tiefst-mögliche Frequenzband einstellen, da dieses den breitesten Abstrahlwinkel erzeugt. Korrespondierend zur Signalerzeugungs-Einheit ist die Auswertungs-Einheit in diesem Fall so auszulegen, dass sie im Anschluss an diejenigen Messzyklen, in denen die Kenngrößen für den Vergleich ermittelt wurden, lediglich im geeigneten Frequenzband bzw. lediglich anhand dessen Empfangs-Signal den Füllstandswert ermittelt.

Die Ermittlung von spezifischen Kenngrößen aus den Frequenzband-abhängigen Empfangs-Signalen, bzw. deren Vergleich kann nicht nur dazu dienen, dass für die jeweilige Anwendung geeignetste Frequenzband zu finden. Darüber hinaus kann die Auswertungs-Einheit bei entsprechender Auslegung in Abhängigkeit der jeweils ermittelten Kenngrößen oder in Abhängigkeit von deren Vergleich wiederum auf definierte Ereignisse im Behälter, wie Schaumbildung, staubhaltige Atmosphäre oder Blasenbildung im Füllgut schließen. Auch für den Fall, dass durch dieses Verfahren solch ein etwaiges Ereignis detektiert wird, kann dies durch das Füllstandsmessgerät signalisiert werden.

Neben einer automatischen Wahl des passenden Frequenzbandes durch das Füllstandsmessgerät kann das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät hinsichtlich des gewünschten Frequenzbandes auch manuell konfigurierbar ausgelegt werden, so dass die Signalerzeugungs-Einheit je nach Anwender-seitiger Konfiguration entweder lediglich das erste Radar-Signal, das zweite Radar-Signal oder das dritte Radar-Signal erzeugt, und so dass die Auswertungs-Einheit lediglich anhand des korrespondierenden Empfangs-Signals des gewünschten Frequenzbandes den entsprechenden Füllstandswert bestimmt.

Die Antennen-Anordnung des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerätes muss derart breitbandig ausgelegt sein, dass in allen Frequenzbändern entsprechende Radar-Signale ausgesendet und empfangen werden können. Hierzu kann die Antennen-Anordnung für alle Radar-Signale bzw. alle Frequenzbänder einen gemeinsamen Primärstrahler mit entsprechend großer Bandbreite umfassen. Alternativ kann die Antennen-Anordnung für das erste und zweite Radar-Signal bzw. jedes einzelne Frequenzband jeweils einen eigenen Primärstrahler umfassen. Dabei kann bzw. können der/die Primärstrahler beispielsweise in Form einer planaren Mäander- oder Patch-Antenne realisiert sein. Zu einer stärkeren Bündelung der auszusendenden und eingehenden Radar-Signale kann die Antennen-Anordnung außerdem eine Radar-bündelnde Linse umfassen, wobei der bzw. die Primärstrahler in etwa im Fokus der Linse anzuordnen ist/sind. Je nach Auslegung der Primärstrahler und deren Anordnung in Bezug zur Linse kann die Antennen-Anordnung hierdurch entweder so ausgelegt werden, dass der Abstrahlwinkel des jeweiligen Radar-Signals umso größer ist, je tiefer dessen Frequenzband liegt, oder dass die Radar-Signale in etwa unter einem gleichen Abstrahlwinkel ausgesandt bzw. empfangen werden.

Um in den verschiedenen Frequenzbändern nicht nur ggf. verschiedene Abstrahlwinkel erzielen zu können, kann die Antennen-Anordnung das erste Radar-Signal, das zweite Radar-Signal und/oder das dritte Radar-Signal je nach Ausführungsvariante außerdem mit einer definierten Polarisation aussenden.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 : Ein Radar-basiertes Füllstandsmessgerät an einem Behälter, und

Fig. 2: Eine mögliche Ausführungsvariante der Antennen-Anordnung.

Zum prinzipiellen Verständnis des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerätes 1 ist in Fig. 1 ein Behälter s mit einem Füllgut 2 gezeigt, dessen Füllstand L zu bestimmen ist. Dabei kann der Behälter 3 je nach Art des Füllgutes 2 und je nach Einsatzgebiet bis zu mehr als 100 m hoch sein. Von der Art des Füllgutes 2 und dem Einsatzgebiet hängen auch die Bedingungen im Behälter s ab. So kann es im Falle von exothermen Reaktionen beispielsweise zu hoher Temperatur- und Druckbelastung kommen. Bei staubhaltigen oder entzündlichen Stoffen sind im Behälter-Inneren entsprechende Explosionsschutzbedingungen einzuhalten.

In der Regel ist das Füllstandsmessgerät 1 über eine separate Schn ittstellen-Ein heit, wie etwa „4-20 mA“, „PROFIBUS“, „HART“, oder „Ethernet“ mit einer übergeordneten Einheit 4, wie z. B. einem lokalen Prozessleitsystem oder einem dezentralen Server-System verbunden. Hierüber kann der gemessene Füllstandswert L übermittelt werden, beispielsweise um gegebenenfalls Zu- oder Abflüsse des Behälters 3 zu steuern. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Füllstandsmessgerätes 1 kommuniziert werden.

Um den Füllstand L unabhängig von den vorherrschenden Bedingungen ermitteln zu können, ist das Füllstandsmessgerät 1 oberhalb des Füllgutes 2 in einer bekannten Einbauhöhe h über der Sole des Behälter 3 angebracht. Dabei ist das Füllstandsmessgerät 1 derart Druck- und Mediendicht an einer entsprechenden Öffnung des Behälters 3 befestigt und ausgerichtet, dass lediglich die Antennen-Anordnung 11 des Füllstandsmessgerätes 1 in den Behälter s hinein vertikal nach unten gen Füllgut 2 gerichtet ist, während die weiteren Komponenten des Füllstandsmessgerätes 1 außerhalb des Behälters 3 angeordnet sind.

Über die Antennen-Anordnung 11 werden innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes Radar-Signale SHF in Richtung der Oberfläche des Füllgutes 2 ausgesendet. Nach Reflektion an der Füllgut-Oberfläche empfängt das Füllstandsmessgerät 1 die reflektierten Empfangs-Signale RHF wiederum über die Antennen-Anordnung 11. Dabei ist die Signallaufzeit t zwischen Aussenden und Empfang des jeweiligen Radar-Signals SHF, RHF gemäß proportional zum Abstand d zwischen dem Füllstandsmessgerät 1 und dem Füllgut 2, wobei c die Radar-Ausbreitungsgeschwindigkeit der jeweiligen Lichtgeschwindigkeit entspricht. Die Signallaufzeit t kann vom Füllstandsmessgerät 1 beispielsweise mittels des FMCW- oder mittels des Pulslaufzeit-Verfahrens bestimmt werden. Hierdurch kann das Füllstandsmessgerät 1 beispielsweise auf Basis einer entsprechenden Kalibration die gemessene Laufzeit t dem jeweiligen Abstand d zuordnen. Hierüber kann das Füllstandsmessgerät 1 gemäß d = h — L wiederum den Füllstand L bestimmen, sofern die Einbauhöhe h im Füllstandsmessgerät 1 hinterlegt wird. Zur Bestimmung der Signallaufzeit t bzw. des korrespondierenden Füllstandswertes L anhand des eingehenden Empfangs-Signals RHF umfasst das Füllstandsmessgerät 1 eine entsprechend ausgelegte Auswertungs-Einheit, in welcher beispielsweise das FMCW- oder Pulslaufzeit-Messprinzip implementiert ist. Zur Erzeugung des auszusendenden Radar-Signals SHF dient im Füllstandsmessgerät 1 eine korrespondierende Signalerzeugungs-Einheit. Die Frequenz bzw. das Frequenzband, in welchem die Signalerzeugungs-Emheit des Füllstandsmessgerätes 1 das Radar-Signal SHF erzeugt, wird maßgeblich in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Füllgutes 2 gewählt: Zu einer hochgenauen Füllstandsmessung ist prinzipbedingt ein möglichst hohes Frequenzband vorteilhaft, während bei einer unebenen oder bewegten Füllgut-Oberfläche ein möglichst bereiter Abstrahlwinkel der Antennen-Anordnung 11 und somit eine möglichst niedrige Frequenz vorteilhaft ist. Dabei handelt es sich bei dem Begriff „Abstrahlwinkel“ im Rahmen der vorliegenden Erfindung um denjenigen Raumwinkel, unter dem die Antennen-Anordnung 11 eine definierte, gleiche Sende-Intensität bzw. Empfangs-Empfindlichkeit von bspw. -3dB aufweist.

Infolge dieser unterschiedlichen Anforderungen muss für jede spezifische Anwendung ein eigener Füllstandsmessgeräte-Typ eingesetzt werden, dessen Frequenzband möglichst gut zur Anwendung passt. Das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 überwindet diesen Nachteil, indem es Radar-Signale SHFI , SHF2, SHFS in mindestens zwei, vorzugsweise drei verschiedenen Frequenzbändern aussenden kann, wobei sich die Frequenzbänder nicht überlappen, sondern deutlich voneinander abgrenzen. Um Radar- Signale SHFI , SHF2, SHFS in unterschiedlichen Frequenz-bändern erzeugen zu können, kann die Signalerzeugungs-Einheit für jedes Frequenzband beispielsweise mit einer eigenen PLL („Phase Locked Loop“) ausgestattet sein.

Bei einer entsprechenden Auslegung ist es beispielsweise möglich, das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 je nach Anwendung hinsichtlich des gewünschten Frequenzbandes manuell zu konfigurieren. Das heißt, bei grobkörnigem, schwach reflektierenden oder schwappendem Füllgut 2 kann am Füllstandsmessgerät 1 eine tiefes Frequenzband bei beispielsweise 6 GHz voreingestellt werden, während das Füllstandsmessgerät 1 bzw. die Signalerzeugungs-Einheit/Auswertungs-Einheit zwecks hochgenauer Füllstandsmessung von Flüssigkeiten mit Mikrometer-Auflösung auf ein hohes Frequenzband von beispielsweise 180 Ghz konfigurierbar ist. Genutzt werden kann eine manuelle Konfigurierbarkeit des Frequenzbandes auch, wenn im Behälter s weitere, Radar-basierte Füllstandsmessgeräte betrieben werden, deren Betrieb durch Einstellung unterschiedlicher Frequenzbänder nicht beeinflusst werden soll.

Neben einer manuellen Konfiguration des Frequenzbandes kann das erfindungsgenmäße Füllstandsmessgerät 1 auch so ausgelegt werden, dass es eines der zwei oder mehreren möglichen Frequenzbänder Ereignis-abhängig selbst einstellen kann. Ein relevantes Ereignis kann unter anderem dann vorliegen, wenn die Auswertungs-Einheit anhand des entsprechenden Empfangs-Signals RHFI , RHF2, RHF3 beispielsweise aufgrund zu geringer Signalstärke momentan keinen Füllstandswert Li , L2, L3 bestimmen kann. Als relevantes Ereignis kann beispielsweise ein Entleer-ZBefüll-Vorgang, eine Schaumbildung, eine wellige bzw. bewegte Füllgut-Oberfläche oder eine vergleichbare Füllgut-Aktivität vorhegen. Je nach Ereignis-Typ kann das Füllstandsmessgerät 1 das konkrete Ereignis entsprechend aus dem Empfangs-Signal RHFI , RHF2, RH S bzw. anhand einer spezifischen Kenngröße der entsprechenden Mess-Kurve, wie:

Der Amplitude eines ausgewählten Signalmaximums, einer Änderung oder einer Standardabweichung der Amplitude dieses Signalmaximums, einem Rauschniveau, und/oder der Anzahl an Signal-Maxima im jeweiligen Empfangs-Signal RH I , RH 2, RH S ableiten.

Durch eine automatische, Ereignis-abhängige Einstellung bzw. Änderung des Frequenzbandes kann im Falle eines solchen Ereignisses durch Auswahl eines „passenden“ Frequenzbandes ggf. nicht nur ein korrekter Füllstandswert Li, l_2, L3 bestimmt werden. Vielmehr kann das Füllstandsmessgerät 1 das zugrundeliegende Ereignis außerdem signalisieren, sofern es, wie bspw. im Falle einer Schaumbildung oder eines rotierenden Rührwerkes, bekannt bzw. anhand der Kenngröße im Empfangs-Signal RHFI , R _HF2 , R _H 3 eindeutig als solches identifizierbar ist. Als Ereignis ist beispielsweise eine bewegte Füllgut-Oberfläche denkbar: Für den Fall, dass bei solch einem Ereignis ein hohes Frequenzband eingestellt ist, führt dies aufgrund des abgelenkten Empfangs- Signals zu einem Verschwinden des entsprechenden Signal-Maximums. Wertet das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 das Empfangs-Signal RH I , RH 2, RH S hinsichtlich dieser Kenngröße aus, so kann es anhand des Ergebnisses, nämlich „kein Signal-Maximum an der entsprechenden Stelle“, für die nachfolgenden Messzyklen, bzw. bis sich der Wert dieser Kenngröße für höhere Frequenzbänder wieder ändert, das tiefst- mögliche Frequenzband eingestellt lassen. Dies erhöht bei welliger-Füllgut-Oberfläche durch den resultierenden breiten Abstrahlwinkel des Radar-Signals SH I die Wahrscheinlichkeit, dass das an der welligen Oberfläche reflektierte Empfangs-Signal RH I von der Antennen-Anordnung 11 empfangen wird, so dass ein entsprechender erster Füllstandswert Li bestimmbar ist

Je nach Art des Ereignisses kann es außerdem vorkommen, dass sich die entsprechende Kenngröße, wie beispielsweise die Signalamplitude des Füllstands-Maximums bei Schaumbildung, im Empfangssignal RH I , RH 2, RH S je nach Frequenzband ändert. Daher kann das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät 1 bzw. die Auswertungs-Einheit bei entsprechender Auslegung je nach Ereignis-Typ durch Vergleich der entsprechenden Kenngrößen auf das Vorliegen des korrespondierenden Ereignisses schließen.

Vorteilhaft an einer selbstständigen bzw. automatischen Änderung des Frequenzbandes ist außerdem, dass das Füllstandsmessgerät 1 hierdurch den ermittelten Füllstandswert Li, L2, L3 des jeweiligen Frequenzbandes auf Plausibilität hin überprüfen kann. Sofern die Füllstandswerte Li , l_2, L3 aller Frequenzbänder im Rahmen der Messgenauigkeit übereinstimmen, kann hieraus auf Plausibilität des entsprechenden Füllstandes L geschlossen werden. Im umgekehrten Fall, also sofern nicht in allen Frequenzbändern übereinstimmende Füllstandswerte Li, L2, L3 ermittelt werden, kann hieraus beispielsweise auf eine Störung oder einen Fehler im Füllstandsmessgerät 1 geschlossen werden, welches das Füllstandsmessgerät 1 wiederum entsprechend signalisieren kann.

Insbesondere zur reinen Plausibilitätsprüfung ist es vorteilhaft, wenn die Antennen- Anordnung 11 die Radar-Signale SHFI , SHF2, SH S der verschiedenen Frequenzbänder in demselben Abstrahlwinkel aussendet. In Fig. 2 ist eine hierzu geeignete Auslegungs- Variante der Antennen-Anordnung 11 gezeigt: Demnach umfasst die Antennen- Anordnung 11 für jedes der drei auszusendenden Frequenzbänder einen eigenen Primärstrahler 112a, b, c. Dabei können die Primärstrahler 112a, b, c vorzugsweise als monolithischer Bestandteil der jeweiligen Signalerzeugungs-Einheit, beispielsweise als Patch-Antenne ausgelegt werden.

Angesteuert werden die Primärstrahler 112a, b, c derart koordiniert, dass der erste Primärstrahler 112a das erste Radar-Signal SH I im niedrigsten Frequenzband von bspw. 26 GHz aussendet, bzw. das entsprechende Empfangs-Signal RH empfängt. Korrespondierend hierzu sendet der zweite Primärstrahler 112b in einem mittleren Frequenzband von bspw. 80 GHz aus, während der dritte Primärstrahler 112c im höchsten Frequenzband von bspw. 180 GHz sendet bzw. empfängt.

Damit die von den Primärstrahlern 112a, b, c erzeugten Radar-Signale SHFI , SH 2, SH S mit einer hinreichenden Bündelung ausgesendet werden, ist ihnen bei der in Fig. 2 gezeigten Antennen-Anordnung 11 eine Linse 111 vorgeschaltet. Hierzu ist die Linse 111 aus einem geeigneten Material wie bspw. PE oder PTFE gefertigt, so dass die Radar- Signale SHFI , SH 2, SH S bzw. entsprechend gebündelt werden. Dabei sind die Primärstrahler 112a, b, c in Bezug zur Linse 111 so ausgelegt und angeordnet, dass die Radar-Signale SHFI , SH 2, SH S außerhalb der Linse 111 unter einem gleichen Abstrahlwinkel ausgesandt werden. Hierzu wird die Linse 111 , wie in Fig. 2 gezeigt ist, gemäß a ~ N * _{HF1 ;2} ,3 im niedrigsten Frequenzband optimalerweise über ihren gesamten Querschnitt ausgeleuchtet. Wie die Formel beschreibt, entspricht der Gesamtquerschnitt in diesem Fall einem ganzzahligen Vielfachen N der Anzahl der Wellenlängen Ai des tiefsten Frequenzbands. Durch den zweiten Primärstrahler 112b und den dritten Primärstrahler 112c bzw. in den höheren Frequenzbändern wird dementsprechend nur diejenige Querschnittsfläche Linse 111 ausgeleuchtet, welche der Strahlbreite a2,3 des jeweiligen Primärstrahlers 112b, c entspricht, wie es auch in Fig. 2 gezeigt wird. Aufgrund der allgemein reziproken Eigenschaften der Primärstrahler 112 a,b,c bzw. der Antennen- Anordnung 11 insgesamt ist deren Abstrahlwinkel unabhängig davon, ob gesendet oder empfangen wird.

Sofern das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Füllstandsmessgerätes 1 für jedes Frequenzband explizit einen anderen Abstrahlwinkel verlangt, kann die Antennen- Anordnung 11 alternativ zu der in Fig. 2 gezeigten Darstellung für alle Radar-Signale SHFI, SHF2, SH 3, RHFI, RH 2, RH 3 bzw. alle Frequenzbänder einen gemeinsamen Primärstrahler umfassen, so dass der Abstrahlwinkel im niedrigsten Frequenzband von bspw. 26 GHz mit bspw. 12° am weitesten ist, und dass der Abstrahlwinkel im höchsten Frequenzband von bspw. 180 GHz mit bspw. 3° am niedrigsten ist. Etwaige mittlere Frequenzbänder von 60 GHz, 80 GHz oder 120 GHz können entsprechend mit einem dazwischen liegenden Abstrahlwinkel von bspw. 6° ausgesandt/empfangen werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass das erfindungsgemäße Füllstandsmessgerät auch ausgelegt werden kann, um in mehr als drei verschiedenen Frequenzbändern senden/empfangen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Füllstandsmessgerät

2 Füllgut 3 Behälter

4 Übergeordnete Einheit

I I Antennen-Anordnung

I I I Radar-bündelnde Linse

112 a,b,c Primärstrahler a Strahlbreite des jeweiligen Primärstrahlers d Entfernung h Einbauhöhe

L Füllstand

LI ,2 Füllstandswerte RHF1 ,2 Empfangs-Signale

SHF1 ,2 Radar-Signale