微波高度测量方法和装置制造方法及图纸

材料高度的微波测量．发送装置产生出具有对应于待测距离之频率的测量信号，和具有对应已知长度之频率的基准信号．用一与该距离的假设值和已知长度有关的数乘基准信号，并用一固定数除之，以使该信号的频率等于测量信号的期望频率．把产生的控制信号同该测量信号相混合，测量相位差，并计算相继的取样间隔中的相位差变化，以确定假设距离的修正项．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采用微波信号来测量距离的一种方法，这个距离是从一根天线到一种液态物质，例如一种液体，或是一种特殊的固态物质的表面的距离。在一个测量间隔中，这种微波信号的频率进行基本线性的变化。微波信号的一部分从天线发射出来並射向将要对其进行反射的表面，在经过与所要测量的距离相应的传播时间之后得到接收，並同此刻发射的信号进行混频，因此得到测量信号，上述测量信号的测量频率取决于所要测量的距离。更准确地说本专利技术涉及一种方法，其中发射信号的另外一部分在受到已知长度相对应的延迟之后得到接收，並以模拟的方式转换为基准信号，上述基准信号的基准频率对应于已知长度，在此基础上，根据测量频率和基准频率之间的关系，可在已知长度的基础上计算出所要测量的距离。本专利技术进一步涉及到用于实现上述方法的装置。上面描述的方法特别适用于测量容器及类似装置所盛物体的水平。这样的测量的一个问题是要精确地确定测量频率，並将干扰反射区别出来，例如来自支架或容器底的干扰反射。在美国专利第4044355号(U.S.Patent NO.4044355)所述的装置中，通过将基准和测量信号转变成各自的脉冲信号组，来解决这个问题，在这个方法中产生出这两个脉冲信号组之间的商，其中，只有脉冲的相对量级是有意义的。在产生商的过程中，应用了在测量间隔中发生变化的加权因子。上述加权应子涉及利用最小二乘法确定测量和基准信号的商。在只经过一个测量间隔之后，这种最小二乘法可提供非常精确的计算。然而，当微波在向下穿过容器的管子中传播时，就不适于采用上述方法来进行高度测量。而某些存储容器的结构却要求采用这种测量，比如象具有所谓浮动盖的储液(气)罐。特别地，上述测量方法是以下述要求为前提的，即所发射的微波信号的频率变化方式，从微波信号发射，经过反射直至接收，在整个扫频过程中保持不变。但是在管子中，信号的频率可能会根据管子直径发生变化，並且当反射和接收的信号同直接发射的信号相混频时，在反射並接收的信号中发生的依赖于管子直径的上述变化可被表示成传播时间的函数，因此可被表示成所要测量的距离的函数，除非关于管子直径的修正是精确已知的。对管子直径的测量在实际上很难达到令人满意的精度，同为管子可能包含具有多少不同直径的接头部分，或者可能会因内壁的油膜造成直径的明显变化。相应地，本专利技术的目的是提出用微波测量高度的方法，甚至对于管子中的测量，这种方法也能给出非常好的测量精度。根据本专利技术，对基准信号进行了适当处理，形成了控制信号，该控制信号确定了类似于基准信号的波形，但它的率正比于所要测量距离的假设值和已知长度之商，即使控制信号的频率大致等于期望测量频率控制频率同测量频信号混频，获得两个位相相差90度的低频差频信号每个差频信号的差频率是控制信号和测量信号的差频，也就是对所要测量的距离(容器中物体高度)和已知距离的长度之间假设关系的精确度的测量。对这些差频信号进行模-数转换，並用于对测量间隔中控制信号和测量信号之间的位差变化进行计算，上述测量间隔构成了扫频的预定部分。最后从位相差的这种变化，可把假设高度的修正项计算出来，从而得到所要测量的距离。这种信号处理的优点在于，当测量管子中的距离时，可以确定测量中的干扰，这些干扰是由于管子直径的不一致而引起的，从而可以自动地修正测量值，以消除管子对测量值的影响。本专利技术的另一个优点，在于实现其方法的装置较为便宜。现在结合陈图对本专利技术作更加详细的描述，上述附图被作为本专利技术装置的最佳实施方案。图1是整个装置的原理图;图2是包括移相器和比较器网络包括脉冲产生器和比较图2是包括移相器和比较器网络的装置部分更详细的原理图，上述比较器网络包括脉冲产生器，借助这些部分，对基准信号进行了数字化处理，並使其频率同一个常数相乘;图3是移相器输出的图形。在附图中，标号1总括地表示一个发射器装置。该发射器1以已知的方式包含一个扫频振荡器2，该扫频振荡器2同微波振荡器3相耦合，微波振荡器3的输出端一方面同第一混频器4相连接，另一方面同第二混频器5相连接。第一混频器同安装在容器(图中未显示)上部的一个天线6相连接，上述容器被用来盛放液态物质。该天线垂直指向下方，以便向液态物质表面7进行辐射，从天线6到该液态物质表面7的距离就是所要确定的距离。通过放大器8，混频器4还同该发射器装置的输出端9相连接。借助扫频振荡器2、微波振荡器3产生出基本上线性的频率扫描，上述频率扫描或是单独地，或是周期性重复地围绕一个载波频率(如10GHz)进行。在这种扫频过程中，频率单调地进行变化，即在整个扫频过程中频率的变化基本上是稳定的，並且沿着一个方向，或是增大，或是减小。下面的指述涉及到在一个扫频过程中的关系，除非提到与其相反的情况。受到上述调制的微波信号通过天线6被发送出来，並被表面7反射回该天线，此后又在混频器4中同振荡器3在此刻发出的信号进行混频，通过这种混频，产生出了具有测量频率fm的测量信号。上述测量频率fm同距物质表面7的距离H成正比，这个距物质表面7的距离H就是所要测量的距离。其比例常数通常有100赫兹/米(HZ/m)的量级。在此之后将该测量信号在放大器8中进行放大，然后将其送入由标号10所总括地表示的信号处理装置。为了对微波振荡器中的非线性和扫频速率的变化进行补偿，将微波振荡器3的输出信号被射入一根基准线11，该基准线11被用作延迟装置，並同第二混频器5相连接。这个基准线代表一个精确的已知长度L，並且应当尽可能地长。但应当注意的是不能让它的衰减过大。经过与天线6所发出的那部分微波信号所经历的同样过程，基准线11将输入它的那部分信号反射回混频器5，由基准线11所反射回来的这部分信号受到了延迟，其延迟的大小相应于在该基准线中的传播时间。经过上述延迟的信号在混频器5中与振荡器3直接发送来的信号进行混频，通过这种混频，得到了具有频率fr的基准信号。在本说明书以下的指述中用符号fr来表示基准频率，该基准频率对应于已知的距离，即基准线11的长度，该基准信号在放大器12中得到了放大。随后，通过第二输出端13把该基准信号从这个发送装置送到信号处理装置10。信号处理装置10可以被安放在与发送装置不同的地点，並且有屏蔽引线同发送装置相连。所显示的该信号处理装置10的实施方案，包括窄带滤波器14，该窄带滤波器14通过移相器15和一个比较器网络16，同乘法器装置17相连。移相器15可进行移相，例如2×120°移相。比较器网络16包含脉冲形成器。乘法器装置17受到计算装置18的控制，计算装置18可包含诸如微处理机那样的装置。乘法器装置17的输出信号被送到计算器19，该计算器19同记忆装置20相合，在记忆装置20中存有正弦(Sin)和余弦(Cos)值，该记忆装置有两个输出端，一个用于正弦值，另一个用于余弦值，这两个输出端分别同混频器21、22相连。在本实施方案中，每一个所述混合器都包括一个数/模(D/A)转换器，这种数/模转换器包含接收基准电压的输入端，该输入端从发送装置1的输出端9接收测量信号。每个这种混频器-数/模转换器都同两条相同的支路中的一条相连接，这两条支路都同计算装置18相合。每一条支路除了各自的数数/模转换器21、22之外，还分别包括低通滤波器23、24，以及模/数(A/D)转换器25、26，模本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用微波信号来确定从一根无线到一固态或液态物质表面的距离（Ｈ）的方法，上述微波信号是在相继的扫频过程中产生的，并且其频率在每个扫频过程中基本上平稳地沿着一个方向进行变化；其中所述微波信号的一部分由所述天线发射出去并射向所述表面，在被所述表面反射并经历了与所述距离相应的传播时间之后，这部分微波信号得到接收，并在被接收时与此时所发射的微波信号进行混频，从而得到具有测量频率（ｆｍ）的测量信号；上述测量频率（ｆｍ）取决于所述距离（Ｈ）；而所述微波信号的另一部分受到相应于已知长度（Ｌ）的延迟，并在延迟之后得到接收，并且通过与此时所产生的微波信号进行混频，从而被转换成具有基准频率（ｆｒ）的基准信号；所述基准频率（ｆｒ）对应于所述已知长度（Ｌ）并同所述测量频率（ｆｍ）相联系，以便能够根据所述已知长度来计算所述距离（Ｈ）；所述方法的特征在于下列步骤：Ａ在每一次扫频中形成一种控制信号，这种控制信号的频率大致等于该扫频过程中测量信号的期望频率，在每一次扫频中通过下列步骤来形成上述控制信号：（１）用一个可变整数（Ｑ）来乘基准信号的频率（ｆｒ）；对上述可变整数（ Ｑ）进行适当选择，以使其基本上同所述距离（Ｈ）之近似值（ｈ）除以所述已知长度（Ｌ）所得的商成正比；（２）用一个固定数（Ｚ）来除所得到的频率；Ｂ将所述控制信号同测量信号进行比较以确定这些信号之间的位相差；Ｃ确定该控制信号同该测量信 号之间的差频在扫频过程的预定部分中所发生的任何变化的数值。Ｄ依照所确定的位相差的所述变化数值，计算出修正项，将该修正项加到所述距离（Ｈ）之所述近似值（ｈ）上，从而给出所述距离。...

【技术特征摘要】
1.采用微波信号来确定从一根无线到一固态或液态物质表面的距离(H)的方法，上述微波信号是在相继的扫频过程中产生的，並且其频率在每个扫频过程中基本上平稳地沿着一个方向进行变化；其中所述微波信号的一部分由所述天线发射出去並射向所述表面，在被所述表面反射並经历了与所述距离相应的传播时间之后，这部分微波信号得到接收，並在被接收时与此时所发射的微波信号进行混频，从而得到具有测量频率(fm)的测量信号；上述测量频率(fm)取决于所述距离(H)；而所述微波信号的另一部分受到相应于已知长度(L)的延迟，並在延迟之后得到接收，並且通过与此时所产生的微波信号进行混频，从而被转换成具有基准频率(fr)的基准信号；所述基准频率(fr)对应于所述已知长度(L)並同所述测量频率(fm)相联系，以便能够根据所述已知长度来计算所述距离(H)；所述方法的特征在于下列步骤A在每一次扫频中形成一种控制信号，这种控制信号的频率大致等于该扫频过程中测量信号的期望频率，在每一次扫频中通过下列步骤来形成上述控制信号(1)用一个可变整数(Q)来乘基准信号的频率(fr)；对上述可变整数(Q)进行适当选择，以使其基本上同所述距离(H)之近似值(h)除以所述已知长度(L)所得的商成正比；(2)用一个固定数(Z)来除所得到的频率；B将所述控制信号同测量信号进行比较以确定这些信号之间的位相差；C确定该控制信号同该测量信号之间的差频在扫频过程的预定部分中所发生的任何变化的数值。D依照所确定的位相差的所述变化数值，计算出修正项，将该修正项加到所述距离(H)之所述近似值(h)上，从而给出所述距离。2.如权利要求1的方法，其中扫频的所述预定部分是一个测量间隔，在这个测量间隔中产生出了所述测量信号和所述基准信号，其特征进一步在于(1)在所述测量间隔中产生出各个取样脉冲，这些取样脉冲的频率同所述基准信号的频率(fr)之间具有预定的比值，从而在每对相继取样脉冲之间确定一个取样间隔;(2)通过下列步骤来确定位相差的所述变化(a)在一个测量间隔中，对于多个所述取样间隔中的每一个都确定位相差的值，並且(b)计算出所述位相差值的加权平均值，这些所述差值是为所述各个取样间隔而确定的。3.如权利要求1的方法，其中所述控制信号进一步地是经过下列步骤而产生的(1)以正比于基准信号频率(fr)与所述可变整数(Q)的乘积的速度来产生脉冲;(2)在包含有所述固定数目(Z)的所述脉冲的重复循环中，对所述脉冲进行计数;(3)对于在一个循环中以上述方式所计数的每一个脉冲，都发出至少一个输出信号;该输出信号对应于正弦波形上某一点的值，这个点表示一个角度的函数，这个角度是由在一个循环中所计数的脉冲的数字位置来代表的，从而使由此产生的一系列输出对应于一个正弦波形;这种正弦波形易于同所述测量信号进行混频，以进行所述位相差探测。4.如权利要求3的方法，其中对于在一个循环中进行了计数的每一个所述脉冲，都发出两个输出信号，其中一个输出信号对应于所述角度的正弦函数，而另一个输出信号对应于所述角度的余弦函数。5.如权利要求1的方法，其中在形成所述控制信号的过程中，基准信号的所述频率fr进一步地同一个常整数乘数(A)相乘，随后用所述固定整数(Z)来除所得到的频率，其特征在于用下列方法来得到所要确定的距离H＝ (A·L·Q)/(Z) + (A·L·F)/(2πM)其中L为所述已知长度。Q是所述可变整数，F是在扫频的所述预定部分中的总相移，A是所述整数乘数，Z是所述固定整数，M是在扫频的所述预定部分中发生的基准信号振荡的数目，上述的基准信号具有所述基准频率(fr)。6.如权利要求2的方法，其中所述测量间隔由整数个取样间隔和整数个基准信号振荡构成，上述的基准信号具有所述基准频率(fr)。7.如权利要求6的方法，其中在基准信号的所述频率(fr)同所述整数(Q)相乘之前，将基准信号的所述频率(fr)同一个常整数乘数(A)相乘，並转换成(具有频率Afr的)基准脉冲序列;其特征进一步在于在所述测量间隔中所产生的所述基准脉冲的数目除以所述测量间隔中的取样间隔的所述数目而得到的商是一个素数(K)。8.测量天线(6)与表面(7)之间距离的装置，包括微波发生器(2、3)，用于产生一种微波信号，这种微波信号在相继的每次扫频中被发射出去，而且这种微波的频率在每次扫频中只沿着一个方...

【专利技术属性】
技术研发人员：科特奥洛夫艾德瓦德森，
申请(专利权)人：塞伯海洋电气公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]