具有增强的定时控制的调频连续波雷达物位计制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有增强的定时控制的调频连续波雷达物位计。该雷达物位计系统能够在测量状态与信号处理状态之间被控制。在测量状态下，第一定时信号生成电路被启用，微波信号源生成与来自第一定时信号生成电路的第一定时信号有关的具有时变频率的发送信号，采样器在与第一定时信号有关的采样时刻对混合器信号进行采样。在信号处理状态下，第一定时信号生成电路被禁用，信号处理器使用来自第二定时信号生成电路的第二定时信号基于混合器信号的采样值来确定填充物位。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及雷达物位计系统。
技术介绍
由于在20世纪70年代和20世纪80年代雷达物位计作为商品被开发，因此，调频连续波(FMCW)已经成为用于高精度应用的主要的测量原理。FMCW测量包括：向罐中发送扫过几GHz数量级的频率范围的信号。例如，信号可以在9GHz至10.5GHz、25GHz至27GHz或者77GHz至80GHz的范围内。所发送的信号被罐中的物品的表面反射并且已延迟了一定时间的表面回波信号被返回至测量仪器。表面回波信号与所发送的信号进行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已经发生的所发送的信号的频率变化相等的频率。如果使用线性扫描，则也被称为中间频率(IF)的该差频与距反射表面的距离成比例。通常将混合器信号称为IF信号。最近，FMCW原理已经被改进，而且如今通常涉及不发送连续扫描而发送具有实际上幅度恒定的步进频率的信号。当所发送的信号和所接收的信号被混合时，每个频率步进将提供恒定的一条分段常量IF信号，从而提供IF信号的一个“样本”。为了清楚地确定分段常量IF信号的频率，将要求频率的数量N大于采样定理所规定的数量。然后，以与常规FMCW系统中的方式类似的方式使用IF信号的频率来确定距反射表面的距离。典型值可以为在被分成1000至1500个步进的30米距离中200至300个IF周期。还应当注意，可以对通过连续频率扫描产生的连续IF信号进行采样以允许进行数字处理。虽然常规FMCW系统(连续以及步进)精确度很高，但是相对耗电，这使得它们不太适合能源有限的应用。这样的应用的示例包括由双线式接口如4mA至20mA回路提供动力的现场设备以及由内部电源提供动力的无线设备。
技术实现思路
鉴于以上，本技术的总体目标是：提供更节能的使用FMCW测量原理的填充物位确定。因此，根据本技术，提供了一种用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：微波信号源，其能够被控制以生成具有时变频率的电磁发送信号；传播装置，其连接至微波信号源，并且该传播装置被布置成朝罐中的物品的表面传播电磁发送信号并且传播由从表面返回的、发送信号在表面处的反射而引起的电磁表面回波信号；混合器，其连接至微波信号源和传播装置，并且该混合器被配置成使发送信号与表面回波信号混合以形成混合器信号；采样电路，其连接至混合器，所述采样电路用于对混合器信号进行采样以提供混合器信号的采样值；第一定时信号生成电路，其连接至微波信号源和采样电路，第一定时信号生成电路用于向微波信号源和采样电路提供第一定时信号；信号处理电路，用于基于混合器信号的采样值来确定填充物位；第二定时信号生成电路，其连接至信号处理电路，第二定时信号生成电路用于向信号处理电路提供第二定时信号；以及测量控制电路，用于在第一定时信号生成电路被启用的测量状态与第一定时信号生成电路被禁用的信号处理状态之间对雷达物位计系统进行控制，其中，在测量状态下，测量控制电路：控制微波信号源以生成与来自第一定时信号生成电路的第一定时信号有关的具有时变频率的发送信号；以及控制采样电路以在与来自第一定时信号生成电路的第一定时信号有关的采样时刻对混合器信号进行采样；以及在信号处理状态下，测量控制电路：控制信号处理电路以使用来自第二定时信号生成电路的第二定时信号基于所述混合器信号的采样值来确定填充物位。应当注意，信号传播装置可以是任何适当的辐射天线或传输线探头。天线的示例包括喇叭式天线、棒状天线、阵列天线和抛物面天线等。传输线探头的示例包括单线探头(Goubau探头)、双线探头和同轴探头等。本技术基于以下认知：FMCW类型的传统雷达物位计系统能耗相对高的重要原因是由于对高精确度且温度稳定的定时的需求。为了提供此高精确度且温度稳定的定时，可以采用高性能定时电路如所谓的温度补偿晶体振荡器(TCXO)。然而，TCXO具有相对高的功耗如以mW的数量级。本技术人现在已经意识到：高精确度且温度稳定的定时仅是填充物位确定过程的一部分所必需的，而对填充物位确定过程的其余部分而言，定时的稳定性和精确度远不那么重要。通过提供至少两个不同的定时信号生成电路并且分别在定时临界测量操作期间与信号处理期间启用这些定时信号生成电路中的不同的定时信号生成电路，可以提供能耗显著下降的雷达物位计系统。这又使得能够实现或者至少便于FMCW类型雷达物位计系统在本地通电或回路供电应用中的使用。具体地，可以仅为了发送信号的生成以及对混合器信号进行采样而启用相对精确且稳定的第一定时信号生成电路，而不太精确且温度不太稳定的第二定时信号生成电路可以用于对混合器信号的采样值的进一步处理。因此，根据实施例，与第二定时信号生成电路相比，第一定时信号生成电路可以温度上更稳定。换言之，第一定时信号生成电路可以被配置成提供呈现由给定的非零温度变化引起的第一频率变化的所述第一定时信号；第二定时信号生成电路可以被配置成提供呈现由给定的温度变化引起的第二频率变化的第二定时信号，其中，第一频率变化小于第二频率变化。此外，与第二定时信号生成电路相比，第一定时信号生成电路可以呈现较小的相位噪声。第一定时信号生成电路的示例最大额定相位噪声(@1KHz载波偏移)可以为-110dBc/Hz或更小，而第二定时信号生成电路的示例最大额定相位噪声(@1KHz载波偏移)可以为-80dBc/Hz或更大。为了提供期望的高精确度且温度稳定的第一定时信号，第一定时信号生成电路可以有利地包括晶体振荡器、优选地温度补偿晶体振荡器(TCXO)。各种适当的TCXO广泛地可获得并且为本领域普通技术人员所熟知。根据本技术的雷达物位计系统的各种实施例，第二定时信号生成电路可以有利地为RC振荡器(电阻电容振荡器)。虽然不如TCXO那样精确且温度稳定，但是适当的RC振荡器的能耗要低的多。对于同一振荡器频率范围，RC振荡器的能耗可以小于TCXO的能耗的十分之一。为了提高性能并且降低成本，信号处理电路和第二定时信号生成电路可以设置在同一集成电路中，该集成电路可以被称为测量控制单元或“MCU”。换言之，第二定时信号生成电路可以由集成电路中的内置振荡器(内部时钟)组成。根据实施例，MCU可以另外地包括采样电路，该采样电路可以有利地对来自混合器的混合器信号(IF信号)进行采样和AD转换。此外，MCU可以另外地至少部分地包括测量控制电路。此外，第一定时信号生成电路可以设置在上面提到的集成电路(MCU)外部。有利地，可以以至少一个分立定时电路如至少一个TCXO的形式设置第一定时信号生成电路。根据本技术的实施例，雷达物位计系统还可以包括连接在能源与第一定时信号生成电路之间的切换电路。能源可以是本地的或远程的。此外，测量控制电路可以被配置成：通过控制切换电路以使第一定时信号生成电路与能源连接来启用第一定时信号生成电路；以及通过控制切换电路以使第一定时信号生成电路与能源断开来禁用第一定时信号生成电路。在实施例中，测量控制电路可以另外地将MCU配置成：当第一定时信号生成电路已经被启用时，基于外部的第一定时信号生成电路进行操作；测量控制电路还可以将MCU配置成：在禁用第一定时信号生成电路之前，基于内部的第二定时信号生成电路进行操作。此外，物位计系统还可以有利地包括本地能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统，所述雷达物位计系统包括：微波信号源，其能够被控制以生成具有时变频率的电磁发送信号；传播装置，其连接至所述微波信号源，并且所述传播装置被布置成：朝所述罐中的所述物品的表面传播所述电磁发送信号，并且传播由从所述表面返回的、所述发送信号在所述表面处的反射而引起的电磁表面回波信号；混合器，其连接至所述微波信号源和所述传播装置，并且所述混合器被配置成使所述发送信号与所述表面回波信号混合以形成混合器信号；采样电路，其连接至所述混合器，所述采样电路用于对所述混合器信号进行采样以提供所述混合器信号的采样值；第一定时信号生成电路，其连接至所述微波信号源和所述采样电路，所述第一定时信号生成电路用于向所述微波信号源和所述采样电路提供第一定时器信号；信号处理电路，用于基于所述混合器信号的所述采样值来确定所述填充物位；第二定时信号生成电路，其连接至所述信号处理电路，所述第二定时信号生成电路用于向所述信号处理电路提供第二定时信号；以及测量控制电路，用于在所述第一定时信号生成电路被启用的测量状态与所述第一定时信号生成电路被禁用的信号处理状态之间对所述雷达物位计系统进行控制，其中：在所述测量状态下，所述测量控制电路：控制所述微波信号源以生成与来自所述第一定时信号生成电路的所述第一定时信号有关的具有所述时变频率的所述发送信号；以及控制所述采样电路以在与来自所述第一定时信号生成电路的所述第一定时信号有关的采样时刻对所述混合器信号进行采样；以及在所述信号处理状态下，所述测量控制电路：控制所述信号处理电路以使用来自所述第二定时信号生成电路的所述第二定时信号基于所述混合器信号的所述采样值来确定所述填充物位。...

【技术特征摘要】
2016.06.29 US 15/196,2331.一种用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统，所述雷达物位计系统包括：微波信号源，其能够被控制以生成具有时变频率的电磁发送信号；传播装置，其连接至所述微波信号源，并且所述传播装置被布置成：朝所述罐中的所述物品的表面传播所述电磁发送信号，并且传播由从所述表面返回的、所述发送信号在所述表面处的反射而引起的电磁表面回波信号；混合器，其连接至所述微波信号源和所述传播装置，并且所述混合器被配置成使所述发送信号与所述表面回波信号混合以形成混合器信号；采样电路，其连接至所述混合器，所述采样电路用于对所述混合器信号进行采样以提供所述混合器信号的采样值；第一定时信号生成电路，其连接至所述微波信号源和所述采样电路，所述第一定时信号生成电路用于向所述微波信号源和所述采样电路提供第一定时器信号；信号处理电路，用于基于所述混合器信号的所述采样值来确定所述填充物位；第二定时信号生成电路，其连接至所述信号处理电路，所述第二定时信号生成电路用于向所述信号处理电路提供第二定时信号；以及测量控制电路，用于在所述第一定时信号生成电路被启用的测量状态与所述第一定时信号生成电路被禁用的信号处理状态之间对所述雷达物位计系统进行控制，其中：在所述测量状态下，所述测量控制电路：控制所述微波信号源以生成与来自所述第一定时信号生成电路的所述第一定时信号有关的具有所述时变频率的所述发送信号；以及控制所述采样电路以在与来自所述第一定时信号生成电路的所述第一定时信号有关的采样时刻对所述混合器信号进行采样；以及在所述信号处理状态下，所述测量控制电路：控制所述信号处理电路以使用来自所述第二定时信号生成电路的所述第二定时信号基于所述混合器信号的所述采样值来确定所述填充物位。2.根据权利要求1所述的雷达物位计系...

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