具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪制造技术

本发明专利技术涉及具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪。根据本发明专利技术的雷达水准仪系统包括用于生成输出信号的PLL电路。PLL电路配置成指示PLL电路的锁状态，并且信号修改电路连接到PLL电路，用于接收输出信号，并且用于修改输出信号的至少一个性质以便形成传输信号。信号修改电路被布置并配置成接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的至少一个性质。

【技术实现步骤摘要】
具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪
本专利技术涉及雷达水准仪系统，并且涉及使用雷达水准仪系统来确定填充水平的方法。
技术介绍
由于雷达水平计量在1970年代和1980年代已被开发为商业产品，所以调频连续波(FMCW)已成为针对高准确度应用的占优势的测量原理。FMCW测量包括将信号传输到罐中，所述信号在几个GHz量级的频率范围之上扫描。例如，信号可以处于25-27GHZ或9-1.5GHz的范围内。传输的信号被罐中内容的表面(或任何其它阻抗迁移)反射，并且已被延迟一定时间的回声信号返回到仪表。回声信号与传输的信号相混合以生成混合器信号，该混合器信号具有与在时间延迟期间发生的传输信号的频率变化相等的频率。如果使用线性扫描，则也被称为中频(IF)的这个差频与到反射表面的距离成比例。混合器信号通常被称为IF信号。最近，FMCW原理已被改进，并且今天典型地涉及不是传输连续扫描，而是传输具有拥有实际上恒定的振幅的步进频率的信号。当传输的信号和接收的信号混合时，每个频率步长会提供一个恒定分段的恒定IF信号，这样一来就提供了 IF信号的一个“样本”。为了毫无疑义地确定分段恒定IF信号的频率，将会需要大于采样定理所规定数目的频率数N。然后以与传统FMCW系统中类似的方式使用IF信号的频率来确定到反射表面的距离。典型的值可以是1000-1500个步长中划分的30m距离处200-300个IF周期。注意，由连续频率扫描引起的连续IF信号也可以被采样以便允许数字处理。尽管高度准确，但是传统的FMCW系统(连续以及步进)相对而言功耗大，使得它们较少适合于电力受限的应用。这种应用的例子包括由二线接口如4-20mA回路供电的现场装置以及由内部电源(例如电池或太阳能电池)供电的无线装置。
技术实现思路
考虑到上述境况，本专利技术的一般目的是要使用FMCW测量原理来提供更有能效的填充水平确定。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括:收发器，用于生成、传输和接收电磁信号；信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平，所述收发器包括:PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及频率修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号，其中，所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制，并且其中，所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述第一状态迁移到所述第二状态。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括:收发器，用于生成、传输和接收电磁信号；信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平，所述收发器包括:PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及放大电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于放大所述输出信号以形成所述传输信号，其中，所述放大电路在其中所述输出信号被所述放大电路以第一放大因数放大的低放大状态和其中所述输出信号被所述放大电路以比所述第一放大因数高的第二放大因数放大的高放大状态之间可控制，并且其中，所述放大电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述低放大状态迁移到所述高放大状态。根据本专利技术的第三方面，提供了一种使用雷达水准仪系统来确定罐中的产品的填充水平的方法，所述雷达水准仪系统包括:PLL电路，用于生成输出信号；以及信号修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于修改所述输出信号的至少一个性质以便形成传输信号，所述方法包括以下步骤:向所述信号修改电路提供指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号；响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，由所述信号修改电路修改所述输出信号的至少一个性质以形成所述传输信号；朝向所述产品的表面传播所述传输信号；接收由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号；以及基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平。根据本专利技术的第四方面，提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括:收发器，用于生成、传输和接收电磁信号；信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平，所述收发器包括:PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及信号修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于修改所述输出信号的至少一个性质以形成所述传输信号，其中，所述信号修改电路在由所述输出信号的至少一个性质的第一修改引起的第一信号修改状态和由所述输出信号的至少一个性质的不同于所述第一修改的第二修改引起的第二信号修改状态之间可控制，并且其中，所述信号修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述第一信号修改状态迁移到所述第二信号修改状态。锁相环(PLL)电路可以是能够指示PLL电路的锁状态的任何种类的PLL电路。具体地，PLL电路可以是所谓的模拟或线性PLL (LPLL)、数字PLL (DPLL)、全数字PLL (ADPLL)或软件 PLL (SPLL)0可以从包括锁定状态和非锁定状态的组中选择PLL电路的“锁状态”。在其“锁定状态”下，PLL电路的输出信号相对于朝向PLL电路的输入参考信号被相位锁定,而在其“非锁定状态”下，PLL电路的输出信号相对于输入参考信号未被相位锁定。大多数当前商业上可得的PLL部件都包括锁检测电路，并且具有用于提供指示PLL的锁状态的信号的输出。在US5866582中描述了这样的锁检测电路的例子，其整体内容通过引用结合于此。本专利技术基于以下认识:以PLL电路的锁状态为条件，通过对来自PLL电路的输出信号进行修改，可以在使用PLL电路的雷达水准仪系统中节省能量。在PLL电路处于其锁定状态之前，输出信号一般不可用于填充水平测量。因此，在修改输出信号的性质以形成将要朝向产品的表面传播的传输信号上花费的能量或多或少被浪费。本专利技术人已认识到，响应于PLL电路处于其中它可以输出足够稳定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括：收发器，用于生成、传输和接收电磁信号；信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平，所述收发器包括：PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及频率修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号，其中，所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制，并且其中，所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述第一状态迁移到所述第二状态。

【技术特征摘要】
2013.03.07 US 13/788,7001.一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括: 收发器，用于生成、传输和接收电磁信号； 信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平， 所述收发器包括: PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及频率修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号，其中，所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制，并且其中，所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述第一状态迁移到所述第二状态。2.根据权利要求1所述的雷达水准仪系统，其中，所述PLL电路具有:第一输出端，用于提供所述输出信号； 以及第二输出端，用于提供指示所述PLL电路的锁状态的锁状态信号，并且 其中，所述频率修改电路具有:第一输入端，其连接到所述PLL电路的所述第一输出端，用于接收所述输出信号；以及第二输入端，其连接到所述PLL电路的所述第二输出端，用于接收所述锁状态信号。3.根据权利要求2所述的雷达水准仪系统，其中，所述PLL状态信号基于来自所述PLL电路的所述锁状态信号以及来自所述处理电路的信号。4.根据权利要求3所述的雷达水准仪系统，其中，来自所述处理电路的信号是指示所述PLL电路被启用的PLL启用信号。5.根据权利要求1所述的雷达水准仪系统，其中，所述PLL电路具有:第一输出端，用于提供所述输出信号；以及第二输出端，用于提供指示所述PLL电路的锁状态的锁状态信号， 其中，所述频率修改电路连接到所述PLL电路的所述第一输出端以接收所述输出信号，并且所述处理电路连接到所述PLL电路的所述第二输出端以接收所述锁状态信号， 其中，所述处理电路配置成基于所述锁状态信号生成所述PLL状态信号，并且其中，所述处理电路连接到所述频率修改电路，以便向所述频率修改电路提供所述PLL状态信号。6.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统，其中，所述频率修改电路包括至少一个频率倍增器。7.根据权利要求6所述的雷达水准仪系统，其中，所述频率倍增器配置成将所述输出信号的频率乘以至少为二的因数。8.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统，进一步包括:放大电路，用于放大所述传输信号，所述放大电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而放大所述传输信号。9.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统，其中，所述雷达水准仪系统包括:频率控制电路，其耦合到所述PLL电路，用于控制所述PLL电路以便以不同频率序列的形式生成所述输出信号。10.根据权利要求9所述的雷达水准仪系统，其中，所述频率控制电路配置成控制所述PLL电路，以便以具有单调变化频率的频率扫描的形式生成所述输出信号。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔·克列曼，安德斯·伊尔斯科格，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE