Un sistema (10) para medir una altura de un contenido (54) de un recipiente (50),

comprendiendo: (a) almenos un transmisor (12) para transmitir un impulso (56) de energía acústica hacia la superficie superior (55) del contenido (54); (b) un conjunto de almenos tres receptores (14) no-colineares para recibir un eco (58) de dicho impulso (56), cada dicho receptor (14) generando una señal respectiva en respuesta a dicho eco (58); y (c) un aparato de procesamiento (40) para transformar juntamente dichas señales en almenos una distancia medida de dicho conjunto a dicha superficie superior (55) que incluye, para cada dicho receptor (14), un correlador (28) para correlacionar una forma de onda de dicho impulso (56) con dicha señal respectiva, así generando una señal correlacionada; y caracterizado en que dicho aparato de procesamiento (40) incluye también un moldeador de haz (30) para computar almenos una dirección de llegada de dichas señales correlacionadas desde dicha superficie superior (55) a dicho conjunto

AREA .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al monitoreo de inventario y a procesos de medición, y más concretamente, a un sistema y un procedimiento para medir el contenido de un recipiente. 5

El monitoreo de inventario líquido en general es directo. En cambio, el monitoreo de inventario de masa sólida que consisten en partículas apiladas dentro de un recipiente como un silo muchas veces es muy dificil. Ejemplos para tales inventarios de masa sólida incluyen cemento y arena para construcciones, cereales, fertilizantes etc. La medición del nivel de materias sólidas dentro de un recipiente es un problema que no ha sudi resuelto todavía de una manera adecuada. Las condiciones dentro de un recipiente son típicamente desfavorables (polvo, 10 temperaturas extremas etc.) y los contenidos de material sólido amenazado dentro de los recipientes no tienen una superficie plana y no siempre son isotrópicos. Otras dificultades surgen de la gran variedad de formas de recipientes usadas y de la atmósfera explosiva dentro de unos recipientes.

El alcance del término “recipiente” como usado aquí incluye cualquier contenedor de almacenamiento para partículas de masa sólida cuya estructura define un volumen interior para recibir y almacenar 15 los sólidos. Tal recipiente puede ser cerrado por arriba, por debajo y por todos lados, como es el caso si el recipiente es un silo, un envase o tanque, o puede ser abierto arriba o en uno o más lados. El ejemplo para un “recipiente” usado más abajo en la descripción detallada de la presente invención es un silo; pero es obvio para cualquier experto en la materia como aplicar los principios de la presente invención a cualquier tipo de recipiente.

Cinco procedimientos principales están conocidos para la medición contínua del contenido de un 20 recipiente tal como un silo.

Un sensor electromecánico de nivel (yo-yo) consiste esencialmente de un peso en un extremo de un rollo de cinta. Al peso se permite de descender en el silo hacia la profundidad en la que se situa la superficie superior del contenido. Cuando el peso reposa encima del contenido la tensión en la cinta afloja. El peso es retirado entonces hacia el punto superior de referencia. La altura del contenido es entonces inferida del tiempo requerido 25 para retraer el peso o de la medida longitud de la cinta.

Dispositivos mecánicos como sensores yo-yo no son confiables. Tienden a ser obstruidos por polvo o quedan atrapados en obstacúlos como bombas y barras en el interior de los silos.

Sensores de nivel ultrasónicos trabajan con el principio de transmisión y recepción de ondas sonoras. Ondas sonoras de alta frequencia emitidas de un transmisor se reflejan en la superficie superior del 30 contenido hacia el receptor. La altura del contenido se infiere del tiempo del viaje ida y vuelta. Tales sensores tienen un alcance limitado y trabajan mal en la presencia de polvo. Además tales dispositivos tienen que ser diseñados específicamente para diferentes tipos de silo.

Sensores de nivel por radar trabajan con el principio de transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. Ondas electromagnéticas de alta frequencia emitidas de un transmisor se reflejan en la superficie 35 superior del contenido hacia el receptor. La altura del contenido se infiere del tiempo del viaje ida y vuelta. Tales seonsores son complejos y caros.

Sensores capacitivos miden la capacitancia entre dos barras metálicas o entre una barra metálica y el suelo. Porque el contenido del silo tiene una constante dieléctrica diferente del aire la capacitancia cambia de acuerdo con el nivel de la superficie superior del contenido entre las dos barras o entre una barra y el suelo. Tales 40 sensores tienden a ser inprecisos y son sensitivos a humedad y al tipo de material almacenado en el silo.

Todos los sensores del estado de la técnica discutidos anteriormente son insensitivos a la forma de los contenidos y así son inprecisos en la presencia de un fenómeno llamado “coneamiento” que ocurre cuando partículas sólidas de masa son retiradas hacia la base del recipiente: un orificio cónico invertido cuyo ápice está directemente sobre el punto de la retirada tiende a aparecer en las partículas sólidas de masa. Un fenómeno similar 45 ocurre cuando partículas sólidas de masa son introducidas al recipiente desde arriba: los sólidos tienden a apilar en un cono cuyo ápice está directamente debajo del punto de inserción de los sólidos. Estos sensores trabajan mal también en recipientes con una geometrías complicadas y en la presencia de obstáculos.

Un medidor de peso mide el peso de un silo móvil y de su contenido midiendo la tensión de las barras que sostenienen el silo. La instalación de tales medidores es compleja, y son convenientes solamente para 50 silos móviles con piernas metálicas.

Existe entonces una necesidad ampliamente reconocida, y sería altamente ventajoso de tener, de un procedimiento para medir el contenido de un recipiente tal como un silo que superaría las desventajas de los métodos actualmente conocidos descritos anteriormente.

El patente estadounidense no. 5,337,289 de Faching et al., el patente estadounidense no. 6,634,234 de Haas y no. DE 198 60 901 enseñan todos como mapear la superficie superior de contenidos de recipiente usando transmisores direccionales. No se conoce en el estado de la técnica el uso de la formación de haz de ecos recibidos para determinar las direcciones de llegada de los ecos para mapear la superficie superior de contenidos de recipiente. 5

RESUMEN DE LA INVENCVIÓN

De acuerdo con la presente invención está proporcionado un sistema para medir la altura de un contenido de un recipiente, incluyendo: (a) almenos un transmisor para transmitir un impulso de energía acústica hacia una superficie superior del contenido; (b) un conjunto de almenos tres receptores no-colineares para recibir un eco del impulso, cada receptor produciendo una señal respectiva en repuesta al eco, y (c) un aparato de 10 procesamiento para transformar juntamente las señales en almenos una distancia medida desde el conjunto hacia la superficie superior que incluye: (i) para cada receptor un correlador para correlacionar una forma de onda del impulso con la señal respectiva, así generando una señal correlacionada, y (ii) un moldeador de haz para computar almenos una dirección de llegada de las señales correlacionadas desde la superficie superior hacia el conjunto.

De acuerdo con la presente invención está proporcionado un sistema para medir la altura de un 15 contenido de un recipiente, incluyendo: (a) un transmisor para transmitir un impulso de energía acústica hacia una superficie superior del contenido; (b) almenos un receptor para recibir un eco de los impulsos, cada uno del almenos un receptor produciendo una señal respectiva en repuesta a cada eco, y (c) un aparato de procesamiento para transformar la almenos una señal en coordenadas estimadas de una pluralidad de puntos de la superficie superior.

De acuerdo con la presente invención está proporcionado un sistema para medir la altura de un 20 contenido de un recipiente, incluyendo: (a) un transmisor para transmitir un impulso de energía acústica hacia una superficie superior del contenido; (b) almenos un receptor para recibir un eco de los impulsos, cada uno del almenos un receptor produciendo una señal respectiva en repuesta a cada eco, y (c) un conformador y repetidor de impulsos operativo para transmitir repetidamente el impulso por uso del transmisor mientras ajusta almenos un parámetro de la forma del impulso, seleccionado del grupo consistiendo de una longitud del impulso y una frecuencia del impulso, 25 en respuesta a la almenos una señal, hasta que la almenos una señal sea conveniente para computar de ella coordenadas estimadas de almenos un punto de la superficie superior.

De acuerdo con la presente invención está proporcionado un procedimiento para medir la altura de un contenido de un recipiente, incluyendo los pasos de: (a) transmitir un impulso de energía acústica hacia una superficie superior del contenido; (b) recibir un eco del impulso, usando un conjunto de almenos tres receptores no-30 colineares, cada receptor produciendo una señal respectiva en repuesta al eco, y (c) transformando las señales en almenos una distancia medida desde el conjunto hacia la superficie superior por pasos que incluyen: (i) correlacionar para cada receptor una forma... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (10) para medir una altura de un contenido (54) de un recipiente (50), comprendiendo:

(a) almenos un transmisor (12) para transmitir un impulso (56) de energía acústica hacia la superficie superior (55) del contenido (54);

(b) un conjunto de almenos tres receptores (14) no-colineares para recibir un eco (58) de dicho impulso (56), cada dicho receptor (14) generando una señal respectiva en respuesta a dicho eco (58); y 5

(c) un aparato de procesamiento (40) para transformar juntamente dichas señales en almenos una distancia medida de dicho conjunto a dicha superficie superior (55) que incluye, para cada dicho receptor (14), un correlador (28) para correlacionar una forma de onda de dicho impulso (56) con dicha señal respectiva, así generando una señal correlacionada; y caracterizado en que dicho aparato de procesamiento (40) incluye también un moldeador de haz (30) para computar almenos una dirección de 10 llegada de dichas señales correlacionadas desde dicha superficie superior (55) a dicho conjunto.

2. El sistema (10) de la reivindicación 1, en que dicho aparato de procesamiento (40) es operativo de computar para cada de dichas direcciones de llegada una dicha distancia medida correspondiente.

3. El sistema (10) de la reivindicación 1, comprendiendo adicionalmente:

(d) un termómetro (34) para medir una temperatura interior del recipiente (50) en que dicho aparato de 15 procesamiento (40) basa dicha transformación de dichas señales en dicha almenos una distancia medida sobre dicha temperatura interior medida.

4. El sistema (10) de la reivindicación 1, en que dichos receptores (14) son transductores acústicos (36) que funcionan también como transmisores (17).

5. El sistema (10) de la reivindicación 4, en que dicho aparato de procesamiento (40) es operativo para 20 calibrar dichos transductores (36) transmitiendo impulsos (56) de calibración entre dichos transductores (36).

6. El sistema (10) de la reivindicación 4, en que dichos transductores acústicos (36) transmiten dicho impulso (56) simultáneamente.

7. El sistema (10) de la reivindicación 4, en que dichos transductores acústicos (36) transmiten dicho impulso 25 (56) secuencialmente.

8. El sistema (10) de la reivindicación 1, en que dicho aparato de procesamiento (40) transforma dichas señales en una pluralidad de dichas distancias medidas.

9. El sistema (10) de la reivindicación 5, en que dicho aparato de procesamiento (40) es operativo para transformar dichas distancias medidas en una estimación de la cantidad del contento (54). 30

10. El sistema (10) de la reivindicación 1, comprendiendo adicionalmente:

(d) un conformador y repetidor de impulsos (26), operativo para transmitir repetidamente dicho impulso (56) usando dicho almenos un transmisor (12) mientras ajusta la forma de dicho impulso (56), que responde a dichas señales hasta que dichas señales sean apropriadas para dicha transformación de dichas señales por dicho aparato de procesamiento (40) en dicha almenos una distancia medida. 35

11. El sistema (10) de la reivindicación 10, en que dicho conformador y repetidor de impulsos (26) ajusta dicha forma de dicho impulso (56) ajustando un parámetro de dicha forma seleccionado del grupo que consiste de la longitud de dicho impulso (56) y la frecuencia de dicho impulso (56).

12. El sistema (10) de la reivindicación 1, en que dicho moldeador de haz (30) computa dicha almenos una dirección de llegada independientemente en cada una de una pluralidad de ranueras de tiempo con una 40 duración común que está relacionada con un ancho de banda de dicho impulso (56).

13. Un procedimiento para medir una altura de un contenido (54) de un recipiente (50), comprendiendo los pasos de:

(a) transmitir un impulso (56) de energía acústica hacia la superficie superior (55) del contenido (54);

(b) recibir un eco (58) del impulso (56), usando un conjunto de almenos tres receptores (14) no-45 colineares, cada dicho receptor (14) generando una señal respectiva en respuesta a dicho eco (58); y

(c) transformar dichas señales en almenos una distancia medida de dicho conjunto a dicha superficie superior (55), incluyendo:

(i) correlacionar para cada receptor (14) una forma de onda de dicho impulso (56) con dicha señal respectiva para generar una señal correlacionada;

y caracterizado en que dicha transformación incluye también los pasos de:

(ii) computar almenos una dirección de llegada de dichas señales correlacionadas desde dicha superficie superior (55) a dicho conjunto, y 5

(iii) computar para cada dirección de llegada la correspondiente distancia medida.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, comprendiendo adicionalmente los pasos de:

(d) medir una temperatura interior en el recipiente, dicha transformación de dichas señales en dicha almenos una distancia medida estando basada en dicha temperatura interior medida.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, en que dichas señales son transformadas en una pluralidad de 10 dichas distancias medidas, el procedimiento comprendiendo adicionalmente el paso de:

(d) transformar dichas distancias medidas en una estimación de la cantidad del contenido (54).

16. El procedimiento de la reivindicación 13, comprendiendo adicionalmente los pasos de:

(d) repetir dicha transmisión de dicho impulso (56) mientras se ajusta una forma de dicho impulso (56) en repuesta a dichas señales hasta que dichas señales estén apropriadas para dicha transformación de 15 dichas señales en dicha almenos una distancia medida.

17. El procedimiento de la reivindicación 13, en que dichos receptores (14) son transceptores (36) que ser usan también para transmitir dicho impulso (56).

18. El procedimiento de la reivindicación 17, en que dichos transceptores (36) transmiten dicho impulso (56) simultáneamente. 20

19. El procedimiento de la reivindicación 17, en que dichos transceptores (36) transmiten dicho impulso (56) secuencialmente.

20. El procedimiento de la reivindicación 13, en que dicha almenos una dirección de llegada es computada independientemente en cada una de una pluralidad de ranueras de tiempo con una duración común que está relacionada con un ancho de banda de dicho impulso (56). 25