脉冲式雷达料位计制造技术

一种用于确定包含在储罐中的产品的填充料位的脉冲式雷达料位计，其包括用于生成Tx频率信号和Rx频率信号的频率生成器。频率生成器包括用于提供振荡器频率fosc的单个振荡晶体和频率修改电路。频率修改电路包括具有PLL和分频器的路径，PLL被配置成接收振荡器频率fosc作为输入频率和递送等于振荡器频率fosc乘以M/N的经调整的输出频率，分频器被连接成接收经调整的输出频率且递送等于经调整的输出频率除以整数因子P的输出频率。PLL与整数分频器的结合被用于基于由单个振荡器提供的振荡器频率来生成Tx频率和Rx频率中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
脉冲式雷达料位计
本专利技术涉及一种具有单个振荡器的脉冲式料位计系统。
技术介绍
雷达料位计(RLG)系统被广泛用于确定包含于储罐中的产品的填充料位。雷达料位计通常通过非接触式测量装置或通过接触式测量装置来执行，在非接触式测量装置中，电磁信号朝向包含于储罐中的产品辐射，而在通常称作导波雷达(GWR)的接触式测量装置中，电磁信号通过充当波导的探头而被引向产品并进入产品。探头通常被布置成从储罐的顶部向底部垂直延伸。所发送的电磁信号在产品的表面被反射，而被反射的信号由包含于雷达料位计中的接收器或收发器接收。基于被发送和被反射的信号，可以确定与产品表面的距离。更具体地，与产品表面的距离通常基于电磁信号的发送与电磁信号在储罐的大气与储罐中所包含的产品之间的界面上的反射的接收之间的时间来确定。为了确定产品的实际填充料位，从参考位置到表面的距离基于上述时间(所谓的飞行时间(time-of-flight))和电磁信号的传播速度来确定。一种RLG涉及所谓的脉冲式RLG系统，其基于脉冲的发送与脉冲在产品表面的反射的接收之间的时间(飞行时间)差异来确定到包含在储罐中的产品表面的距离。大多数脉冲式雷达料位计系统采用时域反射仪(TDR)，该时域反射仪提供(极短的)飞行时间的时间扩展。这样的TDR雷达料位计系统生成具有第一脉冲重复频率Tx的发送脉冲序列，以及具有第二脉冲重复频率Rx的参考脉冲序列，该第二脉冲重复频率与所发送的脉冲重复频率的差异为已知的频率差Δf。这一频率差Δf通常在几Hz或几十Hz的范围内。向包含在储罐中的产品表面(非接触地或通过探头)发射发送脉冲序列，并且被反射的信号被接收且利用参考脉冲序列被采样。在测量扫频开始时，使发送信号和参考信号同步以具有相同的相位。由于频率差异，发送信号与参考信号之间的相位差将在测量扫频期间逐渐增加。反射信号的这一渐进移动时间采样(graduallyshiftingtimesampling)将提供反射脉冲的飞行时间的时间扩展版本，根据该时间扩展版本可以确定到包含在储罐中的产品表面的距离。显然，对Tx和Rx信号的频率控制对于TDRRLG的性能是关键的。目前使用若干技术来确保这样的控制。根据一种方法，使用两个相匹配的振荡器(晶体)。两个晶体要求相当长的启动时间，以使得Δ(delta)频率稳定。根据第二种方法，使用一个振荡器(晶体)来生成两个频率。一个频率是直接根据振荡器频率或振荡器频率的整数倍而生成。第二个频率通过逐渐增加第一频率的相移来生成。然而，这一解决方案需要容易由于温度变化和老化而在两个频率之间漂移的组件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用单个振荡器的、具有改进的频率生成的脉冲式雷达料位计系统。根据本专利技术的第一方面，通过用于确定包含在储罐内的产品的填充料位的脉冲式雷达料位计来达到所述和其他目的，该脉冲式雷达料位计包括：用于生成Tx频率信号和Rx频率信号的频率生成器，其中Tx频率至少是差值频率10000倍，该差值频率被定义为Tx频率与Rx频率之差；收发器，其用于提供具有等于Tx频率的脉冲重复频率的脉冲序列形式的发送信号，以及接收由发送信号在产品表面的反射而引起的反射信号；传播装置，其连接到收发器以向表面传播发送信号并且将反射信号返回到收发器；采样电路，其连接到收发器和频率发生器，并且被配置成以等于Rx频率的采样频率来对反射信号采样以提供时间扩展的储罐信号；和处理电路，其用于基于时间扩展的储罐信号来确定距离。频率生成器包括用于提供振荡器频率fosc的单个振荡晶体，以及用于根据振荡器频率而生成Tx频率和Rx频率的频率修改电路。频率修改电路包括被配置成接收振荡器频率和递送Tx频率的第一路径，以及被配置成接收振荡器频率和递送Rx频率的第二路径，第一路径和第二路径中的至少一个包括PLL(锁相环)和分频器，PLL被配置成接收所述振荡器频率fosc作为输入频率以及递送等于振荡器频率fosc的M/N倍的调整输出频率，其中M和N是整数且M＞N，而分频器被连接以接收调整输出频率和递送等于调整输出频率除以整数因子P的输出频率。通过这一设计，PLL与整数分频器的结合被用于基于由单个振荡器提供的振荡器频率而生成Tx频率和Rx频率中的至少一个。本专利技术基于以下实现：刚刚介绍的PLL的改进的准确度及其(例如通过纳入Δ-Σ(delta-sigma)控制而)改进的边带限制，使得这样的PLL可以用于提供Hz级的准确受控的Δ频率。应注意的是，N可以等于1，以使得PLL提供振荡器频率的整数倍。或者，PLL包括分频器和相位控制回路，该分频器以第一整数因子N＞1而提供了对输入频率的频率划分，而相位控制回路以第二整数因子M而提供了对被分频的输入频率的频率倍增。这样的PLL称作M/NPLL或是分数PLL，并且以可以为非整数的因子M/N而提供了倍增。在一个实施方式中，两个路径均包括PLL。在这一情况下，频率Tx和Rx二者将均被调整。在另一实施方式中，仅一个路径包括PLL，而另一个路径仅包括整数分频器。在又一实施方式中，雷达料位计包括用于接收提供给所述雷达料位计的电力的供电接口、用于暂时存储由供电接口接收的电力的能量储存装置、以及被配置成在测量扫频期间从能量储存装置向频率修改电路供电以及在两次测量扫频之间的空闲时段期间对能量储存装置充电的电力管理电路。使用能量储存装置使得能够使用频率修改电路，该频率修改电路需要比由供电接口所提供的电力。这可能在向料位计提供例如通过双线控制回路提供的有限电力的情况下是有利的。在其他实施方式中，频率修改电路被配置成通过由双线接口提供的有限电力来工作，而无需能量储存装置。附图说明将参照附图更详细地描述本专利技术，附图展示了本专利技术的当前优选实施方式。图1示意性地示出了雷达料位计；图2示出了根据本专利技术的第一实施方式的频率生成器的框图；图3示出了根据本专利技术的第二实施方式的频率生成器的框图；图4示出了图2和图3中的路径的实施方式的框图；图5示出了设有能量储存装置和电力管理电路的雷达料位计的框图。具体实施方式图1示意性地示出了一种脉冲式雷达料位计(RLG)1，其被布置成测量到储罐5中的两个(或更多个)材料3、4之间的界面2的距离。通常，第一材料3是存储在储罐中的产品，例如诸如汽油这样的液体，而第二材料4是空气或者一些其他大气。在该情况下，RLG使得能够检测到储罐中的容纳物3的表面2的距离，以及由此确定填充料位L。储罐5设有将RLG1固定在相对于储罐5底部固定的测量位置的紧固结构6。RLG1包括允许信号被发送到储罐中和从储罐中被发出的馈通结构7。馈通结构7可以被布置成提供工艺密封，从而能够承受温度、压力和储罐中所含有的任何化学成分。RLG1包括用于生成连接到收发器11的Tx频率信号以及连接到采样电路12的Rx频率信号的频率生成器10。作为示例，合适的Tx和Rx频率在0.5-10MHz的范围内，通常在1-2MHz。Rx优选地大于Tx，然而相反的关系也是可能的。关键在于Tx和Rx频率之间的差值，其需要比Tx和Rx频率小若干数量级。作为示例，差值频率以是Hz级的，小于15Hz，然而稍大的差值频率也可以与本技术相容。收发器11被布置成以脉冲序列的形式生成发送信号，脉冲序列具有等于Tx频率的脉冲重复频率。脉冲可以是DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定储罐中包含的产品的填充料位的脉冲式雷达料位计，包括：频率生成器(10)，所述频率生成器用于生成Tx频率信号和Rx频率信号，其中，Tx频率至少是差值频率的10000倍，该差值频率被定义为Tx频率与Rx频率之间的差值；收发器(11)，所述收发器用于以脉冲序列的形式提供发送信号并且接收由于所述发送信号在所述产品的表面上反射而产生的反射信号，其中所述脉冲序列具有等于所述Tx频率的脉冲重复频率；传播装置(14)，所述传播装置连接到所述收发器以用于向所述表面传播所述发送信号，以及将所述反射信号返回所述接收器；采样电路(12)，所述采样电路连接到所述收发器和所述频率生成器，并且被配置成利用等于所述Rx频率的采样频率来对所述反射信号采样，以提供时间扩展的储罐信号；以及处理电路(13)，所述处理电路用于基于所述时间扩展的储罐信号来确定所述距离；其中，所述频率生成器(10)包括：单个振荡晶体(21)和频率修改电路(22)，其中，所述单个振荡晶体用于提供振荡器频率fosc，所述频率修改电路用于根据所述振荡器频率而生成所述Tx频率和所述Rx频率，所述频率修改电路(22)包括被配置成接收所述振荡器频率和递送所述Tx频率的第一路径，以及被配置成接收所述振荡器频率和递送所述Rx频率的第二路径，所述第一路径和所述第二路径中的至少一个包括PLL(24；26a、26b)和分频器(25；27a、27b)，其中，所述PLL被配置成接收所述振荡器频率fosc作为输入频率以及递送等于所述振荡器频率fosc乘以因子M/N的经调整的输出频率，其中M和N是整数并且M＞N，所述分频器被连接成接收所述经调整的输出频率并且递送等于所述经调整的输出频率除以整数因子P的输出频率。...

【技术特征摘要】
2016.09.30 US 15/281,3871.一种用于确定储罐中包含的产品的填充料位的脉冲式雷达料位计，包括：频率生成器(10)，所述频率生成器用于生成Tx频率信号和Rx频率信号，其中，Tx频率至少是差值频率的10000倍，该差值频率被定义为Tx频率与Rx频率之间的差值；收发器(11)，所述收发器用于以脉冲序列的形式提供发送信号并且接收由于所述发送信号在所述产品的表面上反射而产生的反射信号，其中所述脉冲序列具有等于所述Tx频率的脉冲重复频率；传播装置(14)，所述传播装置连接到所述收发器以用于向所述表面传播所述发送信号，以及将所述反射信号返回所述接收器；采样电路(12)，所述采样电路连接到所述收发器和所述频率生成器，并且被配置成利用等于所述Rx频率的采样频率来对所述反射信号采样，以提供时间扩展的储罐信号；以及处理电路(13)，所述处理电路用于基于所述时间扩展的储罐信号来确定所述距离；其中，所述频率生成器(10)包括：单个振荡晶体(21)和频率修改电路(22)，其中，所述单个振荡晶体用于提供振荡器频率fosc，所述频率修改电路用于根据所述振荡器频率而生成所述Tx频率和所述Rx频率，所述频率修改电路(22)包括被配置成接收所述振荡器频率和递送所述Tx频率的第一路径，以及被配置成接收所述振荡器频率和递送所述Rx频率的第二路径，所述第一路径和所述第二路径中的至少一个包括PLL(24；26a、26b)和分频器(25；27a、27b)，其中，所述PLL被配置成接收所述振荡器频率fosc作为输入频率以及递送等于所述振荡器频率fosc乘以因子M/N的经调整的输出频率，其中M和N是整数并且M＞N，所述分频器被连接成接收所述经调整的输出频率并且递送等于所述经调整的输出频率除以整数因子P的输出频率。2.根据权利要求1所述的脉冲式雷达料位计，其中，N＝1。3.根据权利要求1所述的脉冲式雷达料位计，其中，所述PLL(24；26a、26b)包括分频器(45)和相位控制回路(40、41、42、43、44)，其中，所述分频器以第一整数因子N＞1而提供对所述输入频率的频率划分，所述相位控制回路以第二整数因子M而提供对经频率划分的输入频率的频率倍增。4.根据权利要求1所述的脉冲式雷达料位计，其中，所述PLL包括边带限制。5.根据权利要求4所述的脉冲式雷达料位计，其中，所述边带限制通过Δ-Σ调制(46、47)来实现。6.根据前述权利要求之一所述的脉冲式雷达料位计，其中，所述第一路径包括：第一分频器(23)，所述第一分频器被配置成接收所述振荡器频率作为输入频率，以及递送等于所述振荡器频率fosc除以整数因子X的输出频率，以及第二路径包括：PLL(24)，所述PLL被配置成接收所述振荡器频率作为输入频率，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔·埃里克松，
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