发明内容

因此，可期望提供用于特别是按照无创方式来确定容器中介质的混合状态和/或监测介质的混合过程的改进方法和对应测量系统。

这通过独立权利要求的主题来实现，其中另外的实施例被结合在从属权利要求和以下描述中。

应当注意，本发明的以下描述方面同样适用于确定容器中的介质的混合状态的方法、程序元素、计算机可读介质和测量系统。

按照第一方面，提供有一种确定容器中的介质的混合状态和/或监测介质的混合过程的方法。该方法包括下列步骤：

-例如由测量系统的一个或多个超声装置至少部分经过介质来传送和/或发射多个超声信号，并且在至少部分穿过介质之后接收多个超声信号；

-例如由测量系统的控制器来确定、计算和/或估算（compute）用于多个所接收超声信号中的每个的至少一个传播量的至少一个传播值，其中传播量指示和/或表示超声信号与介质的交互；

-例如由控制器基于所确定传播值来确定、计算和/或估算至少一个波动量的至少一个波动值，其中至少一个波动量指示所确定传播值的方差（variance）和/或与其相互关连；以及

-基于所确定的至少一个波动值来确定介质的混合状态，其中混合状态指示介质的均质性。

通常，使用声(例如超声)信号(所述声信号可由可被布置在容器的外壁和/或内壁上的一个或多个声装置（例如超声装置）、超声传送器和/或超声换能器发射和/或接收)，有利地允许以高精度和准确性来确定介质的混合状态、均质性和/或不均质性，而无需干预介质、无需影响物理和/或化学特性和/或无需影响介质的混合过程。术语传送器应该还被理解为发射器的同义词。术语换能器应该被理解为表示在一个装置中组合发射器和接收器的装置或元件。相应地，本发明允许按照无创和/或非侵入式方式来监测例如过程工业中的容器和/或储罐中的混合过程，特别是无需打开容器和/或无需中断混合过程。

在过程工业中，通常在某个时间周期内操作混合器和/或推进器，该时间周期可宽松地（generously）设置，以确保和/或实现介质在所有条件下(例如比如在介质的不同温度等)的充分混合。相应地，在常规方式中，介质通常被混合和/或搅动持续预定时间周期，该时间周期可比用来实现介质的充分混合和/或均质性所要求的时间周期要长，因为在这类常规方式中没有进行混合状态的测量，特别是联机测量。

与此相反，本发明允许基于至少一个波动值来确定混合状态。因此，通过本发明方法，混合过程能够在预期时间点停止，可能比常规方式更迟或更早，因为能够例如在混合过程期间联机监测介质的混合状态和/或均质性(或者均质性等级)。这可有利地节省时间和/或降低生产成本。而且，可通过本发明方法有利地避免介质和/或物质(例如比如生物材料和/或聚合物)的过度混合(在其物理和/或化学特性方面可受到影响)。

介质例如可表示至少两个成分、物质、组分和/或材料的混合物。通常，介质和/或其一个或多个成分可以是流体、液体、气体和/或固体材料或液化固体或固体-流体混合物，例如比如悬浮液、溶胶、固体泡沫等。而且，至少两个成分在相上可有所不同，例如一个成分可以是流体，而另一个成分可以是固体材料。

在本公开的上下文中，与所确定传播值的方差或另一个统计性质相互关连的至少一个波动量的至少一个波动值可表示和/或可用作用于介质的混合状态和/或用于介质的均质性(或者不均质性)的等级的指示符和/或签名。但是可选地，确定混合状态的步骤可包括确定指示介质的均质性的等级的混合量的值，其中混合量的值可从至少一个波动值来得出。

重新描述第一方面，多个(即，至少两个)超声信号可至少部分经过介质来传送，并且例如由测量系统的一个或多个超声装置来接收。换言之，实际上，仅发射一个信号是充分的，所述信号在经过介质的传播/传送期间生成多个信号。作为示例，至少一个超声装置可包括发射一个或多个超声信号的至少一个超声发射器(和/或超声发送器)以及接收一个或多个超声信号的至少一个超声接收器，其中至少一个发射器和至少一个接收器可被布置在容器的相反侧上。备选地或另外地，至少一个超声装置可配置成发射一个或多个超声信号，其中至少一个超声装置可配置成接收在容器壁上的反射之后的一个或多个超声信号。例如，控制器可耦合到一个或多个超声装置，其中控制器可配置成例如通过向一个或多个超声装置提供相应控制信号来控制一个或多个超声装置和/或触发超声信号的传送。控制器可配置成确定用于至少两个超声信号中的每个的传播值。此外，控制器可配置成基于至少两个所确定传播值在混合时间内计算和/或估算至少一个波动量的至少一个波动值。

换言之：a)存在因运动和不均质性引起的随时间的方差（variance）；b)存在空间方差，该空间方差能够采用多个路径来测量；c)存在用来还相互关连作为到达时间和幅度及其变化的不同信号的可能性。a)和b)均能够被组合以形成这里所指的“波动值”。特别是对于a)，更复杂的统计方差可能有兴趣使用，因为能够将(预计)时标用于形成这些值。对于b)，信号之间的相关性可能是感兴趣的。当然，a)和b)作为示例也可被组合成甚至更复杂的“波动量”。

应当注意，如果多于两个超声信号被传送和/或接收，则可对多个超声信号中的至少两个和/或对多个超声信号中的至少子集来确定传播值。此外，可基于所确定传播值的至少子集，例如基于如对于多个超声信号中的至少两个所确定的至少两个所确定传播值，计算和/或确定至少一个波动值。

按照实施例，确定用于多个所接收超声信号中的每个的至少一个传播值的步骤能够包括确定用于多个超声信号中的每个的传播时间，该传播时间指示经过介质的相应超声信号的飞行时间。其中，超声信号中的每个的传播时间可被定义为超声信号的发射与相应超声信号的接收之间的时间。备选地或另外地，至少一个传播量指示经过介质的超声信号的飞行时间。

在本公开的上下文中，超声信号的传播时间可表示相应超声信号的飞行时间的值。因此，在本公开的上下文中，传播时间能够对应于传播值，以及飞行时间能够对应于传播量。

如上文所述，介质例如可包括将要被混合的至少两个成分和/或物质。由于至少两个成分中的音速可有所不同，所以超声信号的传播时间可取决于由相应超声信号所穿过的至少两个成分中的每个的体积。同样，传播时间(例如飞行时间)可取决于路径长度和/或相应超声信号经过成分中的每个已经行进的总体或总路径长度的部分。换言之，由于被混合的至少两个成分(例如至少两个流体)的音速可相互有所不同，所以超声信号中的每个的传播时间可取决于由相应超声信号所穿过的至少两个成分的划分、份额（share）和/或比率。随着混合过程继续进行，路径长度和/或超声信号经过成分中的每个的总路径长度的部分的相对份额可在时间上改变，这例如通过搅动随时间推移变得越来越均质的不均质介质所引起。

相应地，确定用于超声信号中的每个的传播时间并且确定与所确定传播时间的方差相互关连的至少一个波动值允许可靠和精确地确定介质的混合状态、均质性的等级和/或不均质性的等级。

为了确定应用超声信号中的每个的传播时间，可确定相应超声信号的发射与接收之间的时间周期。例如，控制器可在第一时刻触发超声信号的发射。控制器可进一步配置成在第二时刻检测超声信号的接收，其中传播时间可作为第一与第二时刻之间的时间周期来给出。

按照实施例，确定用于多个所接收超声信号中的每个的至少一个传播值的步骤包括确定用于多个超声信号中的每个的衰减值(例如幅度衰减值)，该衰减值指示通过介质对相应超声信号的衰减。备选地或另外地，至少一个传播量指示通过介质对超声信号的衰减。

通过待混合介质的至少两个成分和/或物质对超声信号的衰减和/或幅度衰减例如根据至少两个成分的密度可有所不同。换言之，衰减值可指示通过介质对相应超声信号的阻尼。相应地，超声信号中的每个的衰减值还可提供与路径长度和/或超声信号中的每个已经穿过至少两个成分中的每个的总路径长度的部分的相对份额有关的信息。

相应地，确定用于超声信号中的每个的衰减值并且确定与衰减值的方差相互关连的至少一个波动值允许可靠和精确地确定混合状态，即，均质性的等级和/或不均质性的等级。

在本公开的上下文中，超声信号的衰减值可表示相应超声信号的衰减的值。因此，在本公开的上下文中，衰减值能够对应于传播值，以及衰减能够对应于传播量。

应当注意，对于超声信号中的每个或者至少子集，可确定传播时间和衰减值。换言之，对于超声信号中的每个或者至少子集，可确定与传播时间对应的第一传播值以及与衰减值对应的第二传播值。相应地，第一波动值可基于多个超声信号中的至少两个的所确定传播时间来确定，以及第二波动值可基于多个超声信号中的至少两个的衰减值来确定。这可允许基于第一和第二波动值对混合状态的确定的真实性检查。而且，可增加混合状态的确定的准确性和/或精度。附加选项是交叉关联的计算。其他可能的测量值例如可能是发送器与接收器之间的相、波图案的失真或者所接收波的包络形状及其性质。

按照实施例，该方法进一步包括将所确定的至少一个波动值与阈值进行比较，其中阈值可指示介质的某个和/或预定均质性等级。可选地，该方法可进一步包括在达到阈值时例如由控制器来触发控制信号。控制信号然后例如可用来停止和/或终止混合过程。

按照实施例，确定至少一个波动值包括确定所确定传播值相对于参考值的相对方差和/或相对方差值。备选地或另外地，至少一个波动量包括所确定传播值相对于参考值的相对方差。通常，传播值的相对方差可提供用于确定和/或估计混合状态、均质性(或者不均质性)、均质性(或者不均质性)的等级和/或混合过程的状态的可靠量度。

通常，相对方差(和/或相对方差值)可被定义为传播值相对于参考值的平方偏差的预计和/或预计值。换言之，相对方差可表示用于传播值相对于参考值的二阶统计矩。

按照实施例，确定至少一个波动值包括确定用于传播值相对于参考值的具有二、优选地至少为三的阶数的统计矩。通常，具有三或以上的阶数的统计矩可允许准确地确定混合状态。

按照实施例，确定至少一个波动值包括确定用于所确定传播值的傅立叶变换。至少一个波动量的至少一个值然后可基于所确定传播值中的至少两个的傅立叶变换来确定。其中，傅立叶变换例如可表示快速傅立叶变换。傅立叶变换可例如由控制器来确定。通常，通过傅立叶变换将传播值变换到频率空间中和/或将传播值分为频率分量可允许根据频率或频率分量全面和有效地分析传播值。

按照实施例，参考值是传播量的平均值和/或传播量的传播值的平均值。备选地或另外地，参考值是传播量和/或传播值的预计值。但是通常，传播量的任意值可用作参考值。

按照实施例，在不同时间至少部分经过介质来传送多个超声信号中的至少两个。相应地，还可在不同时间接收至少两个超声信号。但是，取决于经过介质的超声信号的传播时间，至少两个超声信号可在不同时间经过介质被传送，但是同时被接收。作为示例，至少两个超声信号中的一个可在第一时刻被传送，而至少两个超声信号中的另一个可在第二时刻被传送，该第二时刻与第一时刻有所不同。通过在不同时间经过介质传送至少两个超声信号，两个超声信号可被介质以不同方式影响，例如因为它们可例如在介质被搅动和/或旋转时穿过介质的不同体积和/或部分。相应地，基于在不同时间所传送的至少两个超声信号的传播值来确定至少一个波动值可允许增加介质的总体混合状态和/或均质性的确定的准确性和可靠性。另外，它可允许混合状态的空间信息的重构。

按照实施例，沿至少部分不同的路径至少部分经过介质来传送多个超声信号中的至少两个。相应地，至少两个超声信号可穿过介质的不同体积和/或部分。因此，基于沿至少部分不同的路径所传送的至少两个超声信号所确定的至少一个波动值可允许可靠地确定介质的混合状态和/或均质性的等级。

作为示例，多个超声装置可沿容器的圆周来布置，和/或可沿容器的圆周方向相互间隔开。这可确保从不同超声装置所发射的超声信号沿至少部分不同的路径穿过介质。但是，不同的路径可选地可彼此相交。而且，当超声信号由单个超声装置在不同时间来传送时，相应超声信号可例如因介质的移动(所述移动可例如通过搅动介质引起)而沿不同路径穿过介质。

按照实施例，多个所接收超声信号中的至少一个在容器的容器壁(例如内壁)上的反射之后被接收。作为示例，至少一个超声装置可被布置在容器内部，例如在容器的内壁上，其中超声装置可配置成在介质的方向上发射超声信号，并且在超声信号至少部分已经穿过介质之后并且在超声信号在容器壁上已经被反射之后接收超声信号。

按照实施例，超声信号或者多个超声信号在时间序列中至少部分经过介质来传送，其中该方法进一步包括确定多个超声信号的超声信号的所确定传播值的时间系列的步骤。换言之，传播量可作为基于传播值的时间系列的时间的函数来确定。

按照实施例，该方法进一步包括：

-确定传播值的时间系列的至少两个极值（extrema）(例如至少两个连续极值)之间的时间周期；以及

-基于传播值的时间系列的至少两个极值(例如至少两个连续极值)之间的所确定时间周期来确定介质的旋转速度、旋转频率和/或旋转速率，所述介质以其旋转。

当搅动介质时，介质的至少一部分可以以某个旋转速度、某个旋转频率和/或某个旋转速率进行旋转。相应地，可按照和/或对应于介质的旋转移动周期地调制对于在不同时间和/或沿经过介质的不同路径穿过介质的超声信号所确定的传播值。因此，传播值和/或传播量可在时间上周期地改变，和/或在极端值之间和/或极值之间振荡。通常，至少两个极值可表示最大数和/或最小数。因此，至少两个极值(例如比如至少两个连续极值)之间的时间周期允许确定旋转速度、旋转频率和/或旋转速率。因此，基于传播值、传播值的时间系列和/或作为时间的函数的传播量，能够确定与介质有关以及与混合过程有关的附加信息。

按照实施例，该方法进一步包括：

-确定用于在第一时间周期期间至少部分经过介质所传送和/或在第一时间周期期间所接收的多个超声信号中的第一子集的至少一个波动量的第一波动值；

-确定用于在第二时间周期期间至少部分经过介质所传送和/或在第二时间周期期间所接收的多个超声信号中的第二子集的至少一个波动量的第二波动值，其中第二时间周期与第一时间周期至少部分有所不同；以及

-基于将第一波动值与第二波动值进行比较来确定介质的混合状态。

通常，由于介质的均质性的等级例如因介质的混合和/或搅动而随时间增加，所以波动量(所述波动量与所确定传播值的方差相互关连)可随时间减小。相应地，比较对于在第一时间周期期间穿过介质的超声信号所确定的第一波动值以及对于在第二时间期间穿过介质的超声信号所确定的第二波动值可提供用于介质的混合状态和/或用于介质的均质性的等级的清楚指示和/或签名。

按照第二方面，提供有一种程序元素和/或计算机程序，该程序元素和/或计算机程序在由测量系统的控制器(和/或控制器的处理器)执行时指示测量系统执行如上文和下文所述的方法。

按照第三方面，提供有一种存储程序元素的非暂时计算机可读介质，该程序元素在由测量系统的控制器(和/或控制器的处理器)执行时指示测量系统执行如上文和下文所述的方法。

按照第四方面，提供有一种测量系统，该测量系统配置成执行如上文和下文所述的方法。特别是，测量系统包括：至少一个超声装置，所述至少一个超声装置配置成发射和接收超声信号；以及控制器。

其中，控制器可配置成例如基于处理由至少一个超声装置所接收的超声信号和/或基于处理由至少一个超声装置所提供的电信号来确定用于由至少一个超声装置所接收的每个超声信号的至少一个传播量的至少一个传播值，其中电子信号可指示所接收超声信号。此外，控制器可配置成基于所确定传播值中的至少子集和/或至少两个来确定至少一个波动量的至少一个波动值。

至少一个超声装置可包括至少一个超声发射器或换能器和至少一个超声接收器，其中至少一个超声发射器和至少一个超声接收器可配置成被布置在容器的相反侧上，使得具有介质的容器可至少部分被布置在它们之间。备选地或另外地，至少一个超声装置可配置和/或布置成接收在容器的容器壁上的反射之后的超声信号。

此外，测量系统可包括多个超声装置，其中超声装置可配置成被布置在容器上的不同位置处，使得由超声装置所发射和/或接收的超声信号可沿经过容器的相互至少部分有所不同的传播路径穿过容器。

应当注意，上文和下文参照本发明的一个方面所述的特征、功能、元素和/或步骤同样适用于上文和下文所述的本发明的任何其他方面。特别是，如上文和下文参照按照第一方面所述的方法所述的特征和/或步骤同样适用于按照第二方面所述的程序元素，适用于按照第三方面所述的计算机可读介质，和/或适用于按照第四方面所述的测量系统，并且反之亦然。

在下文，概括本公开的各个方面、细节、示例和/或优点。一个或多个超声装置(例如超声换能器)可被布置和/或附连到容器或储罐壁。一个或多个超声装置可被布置和/或配置成使得超声信号能够在容器内部经过介质的直接路径中传送。例如，超声信号可从单个发射器行进到单个超声装置的单个接收器。由于在例如待混合介质的两个成分中的超声信号的音速和/或速度可以是不同的，所以超声信号的飞行时间和/或传播时间可取决于沿经过介质的超声信号的相应路径的介质的至少两个成分的划分和/或分布。如果介质的每个成分(例如每个液体)中的音速为已知(情况很少是这样)，则能够大体上估计超声信号的相应路径中和/或沿相应路径的每个成分(例如每个液体)的份额。此外，传播时间和/或飞行时间的变化和/或方差可以是用于介质的均质性的指示符。按照本公开，超声信号的传播时间和/或飞行时间随时间的方差和/或例如对平均传播时间和/或飞行时间的相对方差允许估计均质量或等级，并且因此估计混合过程的状态。

此外，由于混合的典型时标可例如根据流体运动(例如湍流或层状)来知道，所以容器的大小、推进器的类型等和/或因测量过程引起的随机变化能够与因介质的不均质性或者均质性引起的方差加以区分。除此之外，时间相关性和/或其他统计方法可用作对超声信号的传播时间的替代或补充。此外，多个超声装置可用来比较例如容器的不同部分中的局部液体划分。换言之，可使用空间而不是时间方差的测量。而且，一个或多个超声装置以及从例如相反容器壁的反射和/或例如因液体-液体界面处的散射引起的幅度衰减可用作对飞行时间和/或传播值的替代或补充。

此外，如果介质的成分是不能混合的并且具有不同密度，则可在混合过程开始之前单独确定对应声速。因此，能够确定例如所预计的最大变化。

而且，可测量介质中悬浮的来自微粒(例如胶体)的声散射。微粒可例如在容器的一侧上被激励，以及散射信号可经过容器底部来接收或者反过来。此外，除了两个成分(例如液相)的混合之外，还可确定流体中的微粒的扩散。而且，声衰减(与声速相似)将取决于材料。

本发明的这些及其他方面将从下文中所描述的实施例变得明显并且参考这些实施例而阐明。