利用传输线探针和阶梯式扫频的雷达物位计系统和方法技术方案

一种确定储罐中的产品的填充物位的方法，包括以下步骤：生成电磁发射信号，该电磁发射信号表现跨分段恒定频率的时间序列的测量扫描，该分段恒定频率在以第一频率开始并且以高于第一频率的第二频率结束的测量频率范围内，该频率范围内每对相邻频率中的频率之间的差等于第一频率；引导该发射信号朝向并且进入储罐中的产品；引导电磁反射信号朝向收发器返回；将该反射信号与电磁参考信号混合，产生指示该反射信号与该参考信号之间的差的混合器输出；基于该混合器输出形成测量信号；以及基于该测量信号确定填充物位。于该测量信号确定填充物位。于该测量信号确定填充物位。

【技术实现步骤摘要】
利用传输线探针和阶梯式扫频的雷达物位计系统和方法


[0001]本专利技术涉及用于确定储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统和方法。

技术介绍

[0002]在使用朝向储罐中的产品延伸并且进入储罐中的产品的传输线探针通过发射和接收电磁信号而发挥作用的填充物位确定系统中，通常使用脉冲电磁信号。尽管这种所谓的脉冲导波雷达(GWR)系统具有提供优异的测量精度的能力，但其也有缺点。
[0003]例如，已证明，处理涉及时间和温度依赖性的问题相当具有挑战性，特别是在争取低成本和低复杂性的情况下。
[0004]对于非接触式雷达物位计系统，一般不使用脉冲信号。相反，典型地使用FMCW技术的各种实现方式。最近的趋势是朝向阶梯式测量扫频和更高的频率。提高测量信号的频率的原因包括：可以减小非接触式雷达物位计系统的尺寸，并且可以提高测量精度。
[0005]还努力在导波雷达系统上实现FMCW型技术。例如，US 2016/0103006公开了一种FMCW型雷达物位计，其被配置成发射电磁发射信号并且接收从表面反射的电磁返回信号，该电磁发射信号具有至少1GHz的带宽，小于2.5的相对带宽(最大频率/最小频率)，以及小于4GHz的频率上限。根据US 2016/0103006的物位计包括机械地悬挂在储罐中并且延伸至储罐中的产品中的单导体探针，以及在电馈通件(electrical feed
‑
through)与单导体探针之间提供电匹配连接的匹配装置。
[0006]尽管根据US 2016/0103006的雷达物位计系统明显具有多种优势性质，但仍然需要提供改进的测量性能。

技术实现思路

[0007]鉴于以上内容，本专利技术的一般目的是提供使用用于引导电磁信号的传输线探针的雷达物位计系统中改进的测量性能。
[0008]根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种使用雷达物位计系统确定储罐中的产品的填充物位的方法，该雷达物位计系统包括收发器、传输线探针和处理电路，该方法包括以下步骤：生成电磁发射信号，该电磁发射信号表现跨分段恒定频率的时间序列的测量扫描，该分段恒定频率在以第一频率开始并且以高于第一频率的第二频率结束的测量频率范围内，该频率范围内每对相邻频率中的频率之间的差等于第一频率；引导该发射信号朝向并且进入储罐中的产品；引导由该发射信号在其遇到的阻抗不连续处的反射而产生的电磁反射信号朝向收发器返回；将反射信号与电磁参考信号混合，该电磁参考信号表现跨分段恒定参考频率的时间序列的参考扫描，该参考信号在测量扫描的开始处与发射信号同相并且跨测量扫描表现关于发射信号的恒定频率差，该混合产生指示该反射信号与该参考信号之间的差的混合器输出；基于该混合器输出形成测量信号；以及基于该测量信号确定填充物位。
[0009]本专利技术是基于这样的认识：使用相邻频率之间的差等于发射信号的频率范围的最
低频率的发射信号允许提供关于发射信号在由其遇到的阻抗不连续处的反射而产生的回波信号的极性的信息的信号处理。这有利于识别由发射信号在诸如收发器与传输线探针之间的接口处的参考阻抗不连续和/或传输线探针的端部处的阻抗不连续的某些阻抗不连续处的反射而产生的回波信号。这继而提供更稳健和可靠的填充物位确定。
[0010]此外，根据本专利技术的实施方式的发射信号配置可以提供反射信号与发射信号之间的相位差与填充物位之间的明确关系。相对于使用频移信息确定填充物位，这提供改进的确定填充物位的精度。
[0011]根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于确定储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：收发器，用于生成、发射和接收电磁信号；传输线探针，其耦接至收发器并且被配置成引导来自该收发器的电磁发射信号朝向并且进入储罐中的产品，并且引导由该发射信号在其遇到的阻抗不连续处的反射而产生的电磁反射信号朝向收发器返回；以及耦接至收发器的处理电路，用于基于该反射信号与该发射信号之间的定时关系确定填充物位，其中，该雷达物位计系统被配置成：生成发射信号以包括跨分段恒定频率的时间序列的测量扫描，该分段恒定频率在以第一频率开始并且以高于第一频率的第二频率结束的测量频率范围内，该频率范围内每对相邻频率中的频率之间的差等于第一频率；将该反射信号与电磁参考信号混合，该电磁参考信号表现跨分段恒定参考频率的时间序列的参考扫描，该参考信号在测量扫描的开始处与该发射信号同相并且跨测量扫描表现关于该发射信号的恒定频率差，该混合产生指示该反射信号与该参考信号之间的差的混合器输出；基于该混合器输出形成测量信号；以及基于该测量信号确定填充物位。
[0012]“收发器”可以是一个能够发射和接收微波信号的功能单元，或者可以是包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。对于所有的实施方式，应注意，处理电路可以作为一个装置或几个一起工作的装置来提供。
[0013]综上所述，本专利技术因此涉及一种确定储罐中的产品的填充物位的方法，该方法包括以下步骤：生成电磁发射信号，该电磁发射信号表现跨分段恒定频率的时间序列的测量扫描，该分段恒定频率在以第一频率开始并且以高于第一频率的第二频率结束的测量频率范围内，该频率范围内每对相邻频率中的频率之间的差等于第一频率；引导该发射信号朝向并且进入储罐中的产品；引导电磁反射信号朝向收发器返回；将该反射信号与电磁参考信号混合，产生指示反射信号与参考信号之间的差的混合器输出；基于该混合器输出形成测量信号；以及基于该测量信号确定填充物位。
附图说明
[0014]现在将参照示出本专利技术的当前优选实施方式的附图来更详细地描述本专利技术的这些和其他方面，在附图中：
[0015]图1A示意性地示出包括根据本专利技术的实施方式的雷达物位计系统的示例性的储罐布置；
[0016]图1B是图1A中的雷达物位计系统的示意图；
[0017]图2是图1A至图1B中的雷达物位计系统的部分示意性框图；
[0018]图3是示意性地示出根据本专利技术的实施方式的方法的流程图；
[0019]图4是示意性地示出可以用于本专利技术的示例实施方式的测量扫描的图；
[0020]图5A是示意性地示出频域中的第一示例性测量信号的图；
[0021]图5B是示意性地示出频域中的第二示例性测量信号的图；以及
[0022]图6是示意性地示出基于图5B中的频域测量信号形成的时域中的示例性测量信号的图。
具体实施方式
[0023]在本详细描述中，参考包括单导体探针或所谓的郭柏(Goubau)探针形式的传输线探针的雷达物位计系统来主要讨论雷达物位计系统和方法的各种实施方式。
[0024]应注意，这绝不限制本专利技术的范围，本专利技术同样包括使用诸如同轴探针或并行线传输线探针(parallel wire transmission line probe)的其他类型的传输线探针的雷达物位计系统和方法。
[0025]图1A示意性地示出物位测量系统1，其包括根据本专利技术的示例实施方式的雷达物位计系统3和被示出为控制室的主机系统5。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用雷达物位计系统确定储罐中的产品的填充物位的方法，所述雷达物位计系统包括收发器、传输线探针和处理电路，所述方法包括以下步骤：生成电磁发射信号，所述电磁发射信号表现跨分段恒定频率的时间序列的测量扫描，所述分段恒定频率在以第一频率开始并且以高于所述第一频率的第二频率结束的测量频率范围内，所述频率范围内每对相邻频率中的频率之间的差等于第一频率；引导所述发射信号朝向并且进入所述储罐中的所述产品；引导由所述发射信号在所述发射信号遇到的阻抗不连续处的反射而产生的电磁反射信号朝向所述收发器返回；将所述反射信号与电磁参考信号混合，所述电磁参考信号表现跨分段恒定参考频率的时间序列的参考扫描，所述参考信号在所述测量扫描的开始处与所述发射信号同相并且跨所述测量扫描表现关于所述发射信号的恒定频率差，所述混合产生指示所述反射信号与所述参考信号之间的差的混合器输出；基于所述混合器输出形成测量信号；以及基于所述测量信号确定所述填充物位。2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述测量信号的步骤包括以下步骤：针对所述发射信号的每个频率测量所述混合器输出的幅度和相位；形成作为所述发射信号的频率的函数的频域测量信号，所述频域测量信号指示所述混合器输出的幅度和相位；以及将所述频域测量信号变换为时域测量信号。3.根据权利要求2所述的方法，其中，形成所述频域测量信号的步骤还包括以下步骤：添加针对负频率的镜像数据集，针对负频率值的每个镜像数据集是针对相应的正频率值的所述混合器输出的所测量的幅度和相位的数据集的复共轭。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，变换的步骤包括对所述频域测量信号执行数字傅里叶逆变换。5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：使用带通滤波器对所述混合器输出和所述测量信号中的至少一个进行滤波，所述带通滤波器的通带包括与所述参考信号和所述发射信号之间的频率差相同的频率。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参考信号与所述发射信号之间的频率差是非零。7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量扫描的所述第一频率在0.5MHz至4MHz的范围内。8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量扫描的所述第二频率在500MHz至4GHz的范围内。9.一种用于确定储罐中的产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：收发器，用于生成、发射和接收电磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡埃尔，
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：