一种雷达液位仪（ＲＬＧ），打算用于使用近距离低功率雷达来测量容器中的内容的表面相对于测量位置的距离，测量位置位于表面之上，并且相对于所述容器的较低边界被固定。所述ＲＬＧ包括用于发射电磁发射器脉冲的发射器、可以与用于将所述发射器脉冲引向所述表面并接收从所述表面反射回来的接收脉冲的部件连接的信号介质接口。开关当发射所述发射器脉冲时连接所述信号介质接口和所述发射器，并且当接收所述反射的脉冲时连接所述信号介质接口和所述接收器，所述开关具有足够短以便使能短距离检测的切换时间。根据该设计，与现有解决方案相比，可以极大地降低信号损耗。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及打算用于使用近距离低功率雷达来测量容器中的内容表面相对于测量位置的距离的雷达液位仪，所述测量位置位于所述表面之上，并且相对于所述容器的较低边界被固定。
技术介绍
由于其简单和具有成本效益的微波元件，脉冲RLG(雷达液位计量，radar level gauging)正在成为用于工业液位计量的更加广泛传播的方法。脉冲RLG中的脉冲可以被载波频率(通常是6或24GHz)调制，或者是未调制的DC脉冲。在后面的例子中，通常使用一些种类的传输线(同轴电缆、双线等等)，有时被称为探针，通常用于引导电磁信号穿过储罐中的材料，其中它被储罐内容的不同部分之间的一个或多个界面(诸如空气/液体)反射。在前面的例子中，还可以使用传输线或波导，但是通常使用天线来形成垂直雷达波束，其在可能的界面被反射。脉冲雷达通常使用不同类型的定向耦合。包括高速采样能力的定向耦合器的例子在美国5,517,198中有所描述。定向耦合在发射线和接收线之间划分可用功率，因此引入发射和接收的信号的极大衰减，降低了系统的灵敏度。这对于使用DC脉冲的系统尤其是问题，因为定向耦合器的选择受到还包括大的波长的这种脉冲的极限带宽的限制。由于这个和其它原因，脉冲系统因此与频率调制连续波(FMCW，frequency modulated continuous wave)雷达相比通常具有较低的灵敏度。灵敏度(检测弱反射的能力)对于任何RLG是重要的优点，因为高灵敏度可以使得使用更小的天线或更长的传输线，而保持所有其它参数不变。一种提供无灵敏度损失的定向耦合的方法是使用诸如铁淦氧循环器的循环器。尽管如此，这种解决方案十分昂贵，并且它们的性能通常依赖于温度，使得它们不适合用在雷达液位仪中。
技术实现思路
本专利技术的目的是经济有效地改进脉冲雷达液位计量系统的灵敏度。可以通过根据本介绍的RLG系统来实现这个或其它目的，所述RLG系统包括用于接收电功率到所述雷达液位仪的电源接口；用于基于所述距离而外部呈现所述雷达液位仪信息的通信接口；用于生成和发射电磁发射器脉冲的发射器；可与用于将所述发射器脉冲引向所述表面并用于接收从所述表面反射回来的接收脉冲的部件连接的信号介质接口；用于将所述信号介质接口紧固在所述测量位置中的紧固结构；用于接收所述接收脉冲的接收器；使所述发射器和所述接收器分别与所述信号介质接口连接的开关；以及用于控制所述开关的操作以及用于确定所述距离的控制器电路，所述开关适于当发射所述发射器脉冲时，将所述信号介质接口连接到所述发射器，并且当接收所述反射的脉冲时，将所述信号介质接口连接到所述接收器，所述开关具有足够短以便使能短距离检测的切换时间。根据该设计，先前被安排在发射器和信号介质接口之间的定向耦合器被开关替代。通过控制所述开关，信号介质接口在脉冲发射期间仅连接到发射器，并且在接收反射的脉冲期间仅连接到接收器。这样，与信号介质接口总是与发射器和接收器两者连接的现有解决方案相比，信号损耗可被极大降低。通常，可以体验10dB的改进，其对于实际的硬件解决方案，对于天线系统可以对应于2-3倍的更长最大测量距离，或对于传输线系统可以对应于20米的更长最大测量距离。通过该设计，发射脉冲的全部功率将被引到储罐，同时，反射的脉冲的全部功率将被引导到接收器。如所述，传统的传输线系统使用一些种类的功分器，在每个方向将振幅降低了50％，与本专利技术相比，通常导致6+6dB的衰减。开关的切换时间足够短以使能短距离检测。雷达液位仪通常测量从上至几十米到下至几分之一米，有时仅几厘米范围内的距离。从更多传统的脉冲雷达，例如海上监视雷达中已知使用开关而不是例如定向耦合器来实施的概念不同的解决方案。这里，开关被用于在相对较高功率信号(KW或MW)的发射和弱得多的雷达反射的接收之间进行切换。为了不冒损坏接收器电路的风险，这些高功率信号使得需要在开关和接收器电路之间包括甚至进一步的衰减。此外，由于开关必须被设计用来处理相对较高的功率水平，因而，它将相对较慢。这种开关的切换时间引起相当大的死区(其中，所要测量的距离过短而不能被雷达记录)，即，在开关切换所需的时间期间由信号覆盖的距离通常处于十米的等级。由于这种死区在雷达液位计量领域中是完全不能接受的，这种解决方案在该领域中被认为是不切实际的。然而，根据本专利技术，已经实现了具有可接受死区的系统。为了获得足够短的死区，所述开关应当具有非常短的处于ns等级的切换时间。优选地，切换时间短于20ns。这种短切换时间仅可以通过不具有移动部分的开关来实现，包括非常小规模的分立元件或集成电路形式的元件，并且开关的有限尺寸使其不能处理大于几W的功率。然而，在典型的RLG系统中，发射功率远远小于1W，优选地，小于20mW，并且通常限制在几mW，或甚至μW。因此，开关的有限功率容量不是问题。为了给接收器提供更高的信号输入强度以增强测量能力，在专利技术的RLG中，有利地提供了开关和接收器之间的小信号衰减。该RLG应当优选地不包括比开关自身引入的更明显的发射器和接收器之间的衰减/隔离。控制器电路可适于检测脉冲何时从发射器发射，并且响应于所述检测，操作开关以便将信号介质接口连接到接收器。优选地，控制器电路还被安排用于操作开关，以便在预定时间周期之后再次将接口连接到发射器。通常，该周期应当短于发射来自信号发生器的连续脉冲之间的时间。控制器电路优选地适于控制所述开关的操作，以便允许确定小于半米的所述距离的值。为了确保在开关被切换到接收器之前没有反射脉冲到达开关，雷达液位仪可以进一步在所述开关和信号介质接口之间包括延迟馈线。这种延迟馈线可以例如通过某个长度的同轴电缆或印刷电路板上的导电图案来实现。所述微波开关和所述信号介质接口之间的信号时延优选地允许确定小于1米或小于半米的所述距离的值。所述信号时延可以等于或大于所述开关的切换时间的一半。如果可以获得满意的切换时间，则通过将信号介质接口和DC电压连接等于所期望脉冲宽度的时间周期并且随后断开，所述开关可以适于实现脉冲生成。开关的这种操作将消除需要单独的信号生成器，因此简化了系统。如果开关具有适当的切换时间，则它还可以被用来实现反射信号的采样，或至少预采样。附图说明参考示出了当前优选实施例的附图，将更加详细地描述本专利技术的这些和其它方面。图1示意性地示出了雷达液位计量系统。图2示出了另一个雷达液位计量系统的断面图。图3示出了根据本专利技术第一实施例的收发器的方框图。图4示出了根据本专利技术第二实施例的收发器的方框图。具体实施例方式图1示意性地示出了雷达液位计量(RLG)系统1，在其中可以有利地使用根据本专利技术的方法。系统1被安排用于执行储罐中的过程变量的测量，所述过程变量诸如储罐5中的两种(或更多)材料3和4之间的界面2的液位。通常，第一种材料3是存储在储罐中的内容，例如诸如汽油的液体，而第二种材料4是空气或一些其它大气。在那种情况下，RLG将使能检测储罐中的内容的表面的液位。注意不同的储罐内容具有不同的阻抗，并且电磁波将不传播通过储罐中的任何材料。因此，通常仅测量第一液体表面的液位，或如果第一液体足够透明，则测量第二液体表面的液位。系统1包括收发器10，其由处理器11控制，用于将电磁信号发射给储罐5中的信号介质接口12。所述信号可以是具有2ns或更短本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种雷达液位仪，打算用于使用近距离低功率雷达来测量容器中的内容的表面相对于测量位置的距离，所述测量位置位于表面之上，并且相对于所述容器的较低边界被几何限定，所述雷达液位仪包括：电源接口，用于接收电功率到所述雷达液位仪；通信接口，用于基于所述距离，外部地呈现所述雷达液位仪信息；发射器，用于生成并发射电磁发射器脉冲；信号介质接口，可与用于将所述发射器脉冲引向所述表面并接收从所述表面反射回来的接收脉冲的部件连接；紧固结构，用于将所述信号介质接口紧固在所述测量位置；接收器，用于接收所述接收脉冲；开关，使能所述发射器和所述接收器分别与所述信号介质接口连接；以及控制器电路，用于控制所述开关的操作和用于确定所述距离，所述开关适合于当发射所述发射器脉冲时连接所述信号介质接口和所述发射器，并且当接收所述反射的脉冲时连接所述信号介质接口和所述接收器，所述开关具有足够短以便使能短距离检测的切换时间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：米凯尔埃里克森，
申请(专利权)人：罗斯蒙特雷达液位股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]
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