用于确定过程变量的方法和雷达料位计技术

一种包括收发器电路系统的雷达料位计，该收发器电路系统被配置成获得储罐信号，该储罐信号包括表示表面回波的峰值以及由表面回波的附近的幻影回波引起的至少一个峰值。该料位计还包括：储罐信号滤波器，该储罐信号滤波器接收储罐信号作为输入并且提供回波阈值分布，该阈值分布具有与储罐信号中的一个峰值基本一致的至少一个局部最大值；以及处理电路系统，该处理电路系统被配置成使用回波阈值分布以忽略储罐信号中的与幻影反射相关联的峰值。因此，对储罐信号的滤波提供了与储罐信号中的(一个或多个)峰值对准的适应性阈值。通过在表面回波识别中使用该阈值，可以忽略在储罐信号中出现的至少一些幻影回波。

【技术实现步骤摘要】
用于确定过程变量的方法和雷达料位计
本专利技术涉及用于确定过程变量的方法和雷达料位计，过程变量例如是储罐中的物品的填充料位。
技术介绍
雷达料位计(RLG)适用于对容纳在储罐中的物品(诸如工艺流体、粒状化合物和其他材料)的例如填充料位的过程变量进行测量。这样的雷达料位计的示例可以包括：用于发射和接收微波的收发器电路系统；被布置成朝向表面引导微波并且将被表面反射的微波返回至收发器的信号传播装置；以及被适配为基于由收发器发射和接收到的微波之间的关系来确定填充料位的处理电路系统。存在用于执行雷达料位计的不同的原理，包括调频连续波(FMCW)和时域反射法(TDR)。基于FMCW的RLG将发射具有逐渐变化的频率的雷达扫描，并且将所接收到的信号与原始信号进行混合(零差混合)以形成频域储罐信号。基于TDR的RLG将发射非常短的脉冲(ns量级)的脉冲序列，并且在采样和保持电路中使用原始信号对所接收到的信号进行采样，由此形成时域储罐信号。在这两种情况下，储罐信号将包括指示来自储罐的回波的一组峰值，并且这些峰值中之一与来自表面的回波相对应。该处理被配置成识别并且通常还跟踪相关的回波，以便将表面回波与其他回波区分开，其他回波诸如是来自储罐中的结构的反射、双重反弹等。然后，可以使用表面回波来确定到表面的距离，并且因此确定填充料位。然而，每个回波通常还会引起位于“实际”回波两侧的一系列较小的“幻影(ghost)”回波。这样的幻影回波可能是由RLG电子器件的缺陷引起的，并且可能干扰回波识别。例如，处理电路系统可能将幻影回波与实际回波混淆，并且花费计算资源来跟踪这些幻影回波。此外，当表面通过储罐中的结构时，即当在一段时间内表面回波非常接近来自反射结构的较强的回波或者与来自反射结构的较强的回波完全重合时，幻影回波可能降低性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是缓解上述问题，并且提供一种具有降低幻影回波的负面影响的储罐信号处理的雷达料位计。根据本专利技术的第一方面，通过用于确定储罐中的物品的过程变量的雷达料位计来实现该目的和其他目的，该料位计包括收发器电路系统，该收发器电路系统被配置成生成和发射电磁发射信号ST，接收从储罐反射的电磁返回信号，以及将返回信号与发射信号组合以形成储罐信号，该储罐信号包括表示来自储罐的内部的回波的多个峰值，其中一个峰值表示表面回波，并且至少一个峰值是由在表面回波的附近的幻影回波引起的。该料位计还包括：储罐信号滤波器，该储罐信号滤波器接收储罐信号作为输入并且提供回波阈值分布，该阈值分布具有与储罐信号中的一个峰值基本一致的至少一个局部最大值；以及处理电路系统，该处理电路系统被配置成将表面回波与储罐信号中的其他回波区分开，以及基于表面回波来确定过程变量，其中该处理电路系统被配置成使用回波阈值分布以忽略储罐信号中的与幻影反射相关联的峰值。根据本专利技术的第二方面，通过用于确定储罐中的物品的过程变量的方法来实现该目的和其他目的，该方法包括以下步骤：生成电磁发射信号并且允许该电磁发射信号传播进入储罐中；接收由发射信号在储罐中的反射引起的电磁返回信号；将返回信号与发射信号组合以形成储罐信号，该储罐信号包括表示来自储罐的内部的回波的多个峰值，其中一个峰值表示表面回波，并且至少一个峰值是由在表面回波的附近的幻影回波引起的；对储罐信号进行滤波以提供回波阈值分布，阈值分布具有与储罐信号中的一个峰值基本一致的至少一个局部最大值；以及对储罐信号进行处理以将表面回波与其他回波区分开，并且基于表面回波来确定过程变量，其中在处理中使用回波阈值分布以忽略储罐信号中的与幻影回波相关联的峰值。因此，对储罐信号的滤波提供了与储罐信号中的(一个或多个)峰值对准的适应性阈值。通过在表面回波识别中使用该阈值，可以忽略在储罐信号中出现的至少一些幻影回波。如上所述，这样的幻影回波可能是由收发器电子器件的缺陷引起的，并且可能降低雷达料位计的性能。特别地，由于与表面回波相关联的幻影回波将呈现与表面回波的行为类型相同的类型的行为，因此当表面通过储罐中的引起干扰回波的结构时，这样的幻影回波可能会被误认为是表面回波。与处理中采用的许多其他阈值(例如在CFAR处理中采用的信噪比阈值)相反，在已经识别储罐信号中的任何峰值之前采用根据本专利技术的滤波器。因此，本专利技术使得识别储罐信号中的较少的峰值，因此该处理需要较少的计算能力。在特定实施方式中，对储罐信号的处理包括：识别一组回波，以及选择作为该组中的回波之一的表面回波。在这样的情况下，阈值分布用于减少组中的回波的数目，从而明显简化处理。阈值分布可以具有连续的导数，即具有免于不连续和尖角的平滑形状。这样的阈值分布与现有技术的阈值是完全不同的，现有技术的阈值通常是单个恒定阈值或者一组不同的分段恒定的阈值。滤波器可以包括一组可调参数，在特定实现方式中，该可调参数可以是基于已知要出现的幻影回波的特性来设定的。通过调整这些参数，滤波可以因此被特别地配置成有效地去除幻影回波。本专利技术可以在非接触式RLG以及导波雷达料位计中实现，并且与FMCW处理以及时域反射法(TDR)相结合地实现。附图说明将参照示出本专利技术的当前优选实施方式的附图更详细地描述本专利技术。图1a和图1b示意性地示出了适用于实现本专利技术的两种类型的雷达料位计。图2是根据本专利技术的实施方式的图1a和图1b中的处理电路系统的示意性框图。图3a和图3b示出了储罐信号的部分和阈值分布的相应部分。图4a和图4b是指示随着时间的推移而跟踪的回波和到表面的距离的图。图5a至图5f示出了与图4a的图中的六个不同时间点相对应的储罐信号。具体实施方式图1a至图1b示出了可以应用本专利技术的雷达料位计(RLG)1的两个示例。RLG1安装在储罐2上，并且被布置成对例如储罐2中的两种材料4、5之间的界面的料位L的过程变量进行测量。通常，第一种材料是存储在储罐中的液体4，例如汽油，而第二种材料是储罐中的空气或者其他气氛5。在该情况下，界面简单地是物品的表面3。雷达料位计1包括连接至处理电路系统7的收发器电路系统6。收发器电路系统6可以是能够发射和接收电磁信号的一个功能单元，或者可以是包括单独的发射器单元和接收器单元的系统。收发器电路系统6的元件通常以硬件来实现，并且形成通常被称作微波单元的集成单元的部分。为了简单起见，在下面的描述中将收发器电路系统称作“收发器”。处理电路系统7可以包括以硬件实现的模拟处理以及由存储在存储器中的并且由嵌入式处理器执行的软件模块实现的数字处理的组合。本专利技术不限于特定实现，并且可以设想被发现适合于实现本文描述的功能的任何实现方式。收发器6电连接至合适的信号传播装置10，该信号传播装置10被布置成允许电磁信号朝向物品4的表面3传播，并且返回该电磁信号的来自储罐的反射。收发器6被配置成生成和发射通过信号传播装置朝向物品4的表面3传播的电磁发射信号ST。电磁返回信号SR由在表面3的反射引起的，并且由信号传播装置10返回并且馈送回至收发器6。处理电路系统7被配置成通过分析发射信号ST和返回信号SR来确定在储罐的顶部的参考位置与表面3之间的距离。该处理通常包括生成储罐信号或者“回波曲线”，其包括表示来自所述储罐的内部的回波的多个峰值。其中一个峰值表示来自表面3的回波。在频域储罐信号的情况下，信号的幅度被表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定储罐(2)中的物品的过程变量的雷达料位计(1)，所述雷达料位计包括：收发器电路系统(6)，所述收发器电路系统(6)被配置成：‑生成和发射电磁发射信号(ST)，‑接收从所述储罐反射的电磁返回信号，以及‑将所述返回信号(SR)与所述发射信号(ST)组合以形成储罐信号(20)，所述储罐信号包括表示来自所述储罐的内部的回波的多个峰值，所述峰值中之一(31)表示表面回波，并且至少一个峰值是由在所述表面回波的附近的幻影回波引起的；储罐信号滤波器(24)，所述储罐信号滤波器(24)接收所述储罐信号作为输入并且提供回波阈值分布(25)，所述回波阈值分布具有与所述储罐信号中的所述峰值中之一(31)基本一致的至少一个局部最大值(35)；以及处理电路系统(7)，所述处理电路系统(7)被配置成：‑将表面回波与所述储罐信号中的其他回波区分开，以及‑基于所述表面回波来确定所述过程变量，其中，所述处理电路系统(7)被配置成使用所述回波阈值分布(25)以忽略所述储罐信号中的与幻影反射相关联的峰值。

【技术特征摘要】
2017.09.29 US 15/720,0541.一种用于确定储罐(2)中的物品的过程变量的雷达料位计(1)，所述雷达料位计包括：收发器电路系统(6)，所述收发器电路系统(6)被配置成：-生成和发射电磁发射信号(ST)，-接收从所述储罐反射的电磁返回信号，以及-将所述返回信号(SR)与所述发射信号(ST)组合以形成储罐信号(20)，所述储罐信号包括表示来自所述储罐的内部的回波的多个峰值，所述峰值中之一(31)表示表面回波，并且至少一个峰值是由在所述表面回波的附近的幻影回波引起的；储罐信号滤波器(24)，所述储罐信号滤波器(24)接收所述储罐信号作为输入并且提供回波阈值分布(25)，所述回波阈值分布具有与所述储罐信号中的所述峰值中之一(31)基本一致的至少一个局部最大值(35)；以及处理电路系统(7)，所述处理电路系统(7)被配置成：-将表面回波与所述储罐信号中的其他回波区分开，以及-基于所述表面回波来确定所述过程变量，其中，所述处理电路系统(7)被配置成使用所述回波阈值分布(25)以忽略所述储罐信号中的与幻影反射相关联的峰值。2.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述处理电路系统(7)被配置成通过以下方式将所述表面回波与所述储罐信号中的其他回波区分开：识别所述储罐信号中的一组回波，以及选择作为所述组中的回波之一的所述表面回波，其中，所述阈值分布用于减少所述组中的回波的数目。3.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述回波阈值分布具有连续的导数。4.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述滤波器包括一组可调参数，并且其中，所述可调参数是基于在所述雷达料位计中出现的幻影回波的特性来设定的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达料位计，还包括连接至所述收发器电路系统的定向天线，所述定向天线意在被安装在所述储罐的顶部以朝向所述表面发射所述发射信号。6.根据权利要求1至4中任一项所述的雷达料位计，还包括连接至所述收发器电路系统的传输线探针，所述传输线探针意在悬挂在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔班·布隆贝格，拉尔斯·奥韦·拉尔森，哈坎·德林，
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