物位计系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于确定距罐中物品的表面的距离的物位计系统。雷达物位计量原理，包括：发射至少两个具有相等载波频率的、时间分隔开的载波脉冲；确定与发射信号中的具有相等频率的两个脉冲相关联的相移变化；将该变化与阈值进行比较；根据比较的结果，基于发射信号与返回信号之间的关系确定距离。通过对由于相隔一段时间发射的两个基本上相同的脉冲所产生的实际相位进行比较，可以获得对填充物位的变化的指示。然后，可以将该指示用以开始完整的测量周期。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及使用电磁波确定距罐中物品表面的距离的雷达物位计。
技术介绍
自从20世纪70和80年代作为商品开发了雷达物位计以来，调频连续波(FMCW)已成为用于高精度应用的主要测量原理。FMCW测量包括向罐中发射在几GHz量级频率范围内扫描的信号。例如，该信号可以在25 27GHz或9. 5 IlGHz范围内。所发射的信号被罐中的容纳物的表面(或被任何其它阻抗变化)反射，并且向物位计返回延迟了一定时间的回波信号。该回波信号与发射信号混合以生成混频信号，其中，该混频信号的频率与发射信号在时间延迟期间发生的频率变化相等。由于线性扫描，频率差(difference frequency) (也称为中频(IF))与距反射表面的距离成比例。混频信号通常被称为IF信号。尽管具有高精度，然而典型的FMCW系统的功耗比较大，这使得FMCW系统不太适于功率有限的应用。这种应用的示例包括通过双线接口供电的场器件(诸如4 20mA回路)和由内部电源供电的无线器件(例如电池或太阳能电池)。在同一专利技术人的US 12/981995中，介绍了一种新的且功耗较低的测量原理，包括发射一系列具有固定的载波频率的脉冲，每个脉冲与过渡时间(transit time)相比是长的(例如，与1/10 ii s量级的过渡时间相比,脉冲持续时间在Ius至IOOms量级)。因此,该方法被称为多频脉冲波(MFPW)。按照所谓的“步进的(stuped) ”或“离散的”FMCW系统中实现的方法，测量周期中不同载波频率的数量不足以提供连续的IF信号，或甚至不足以提供IF频率的近似值，其中，在FMCW系统中，步进(step)连续而不间断以形成连续信号。相反，根据特定频率方案选择小的频率集合，并且针对每个频率确定接收到的脉冲的相移。用于确定距表面的距离的处理包括建立相位随发射频率的变化(见图I)。线A表示初始距离估计，而线B表示更新的估计。理论上，只需要两个值(点X)来确定变化率(线B的斜率)，而实际上可能需要更多数量的样本,例如几百个样本。这样的一组样本可以被称为测量周期并适合用于FMCW扫描。在处理起始期间(当不知道近似距离时)需要更多的样本，并且在更复杂情况(扰流、干扰、回波等)下也是这样的情形。作为起始过程，可以使用如更适合传统的FMCW扫描一样的样本。为了更进一步降低功耗，希望仅在需要时(即表面自前一测量以来发生变动时)才执行完整的距离测量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种改进的雷达物位计系统，这种雷达物位计系统使用比过渡时间长的固定频率的脉冲，该系统能够检测表面的变动而不执行完整的测量周期。利用用于确定距罐中保持的物品的表面的距离的方法来实现该目的及其它目，该方法包括以下步骤向所述表面发射电磁发射信号；接收在所述表面处反射的电磁返回信号，其中，所述发射信号包括至少一对具有相等频率的、时间分隔开的区别载波脉冲，每个脉冲具有大于I微秒且小于100毫秒的持续时间；确定接收到的每个区别脉冲相对于发射的每个相应的区别脉冲的实际相位特性；确定两个脉冲之间实际的相位变化；将该变化与阈值比较；以及根据所述比较步骤的结果，基于所述发射信号与所述返回信号之间的关系确定距离。还通过用于检测距罐中物品的表面的距离的物位计系统来实现该目，该系统包括收发器，用于发射电磁发射信号并接收在所述表面处反射的电磁返回信号，所述收发器被布置为发射包括至少一对具有相等频率的、时间分隔开的区别载波脉冲的信号，其中，每个脉冲具有大于I微秒且小于100毫秒的持续时间；以及处理电路，其被配置为用于确定接收到的每个区别脉冲相对于发射的每个相应的区别脉冲的实际相位特性、确定两个脉冲之间的相移变化、将该变化与阈值比较，并且根据该比较的结果、基于所述发射信号与所述返回信号之间的关系确定距离。通过对由相隔一段时间发射的两个基本相同的脉冲所产生的实际相位进行比较，可以获得填充物位的变化的指示。然后，该指示可以用来开始完全的测量周期。“相等频率”是假定的频率，这些频率很相似从而可以将这些频率的相移相比较并用作表面变动的指示。作为示例，两个相等载波频率之间的偏移可以小于1/1000。可以由诸如锁相环(PLL)的反馈控制回路来提供这样的精度。对于在25GHz的范围内工作的物位计，Imm的物位变化将会使相位改变大约60度。对于在IOGHz的范围内工作的物位计，相应的相位变化大约为24度。15 20度的相位差可以描述成-IOdB的变化，并可以可靠地对其进行检测。因此，对于这两个工作频率，灵敏度可以分别估计为大约0.3_和0.8_。典型的罐抽吸(填充或排放)可以为每分钟一厘米或几厘米，因此10秒时间段内的物位变化为几毫米，从而能够可靠地对其进行检测。根据一个实施例，尽管总是发射包含足以用于距离检测的信息的完全发射信号，但是，只有在检测到具有相等频率的脉冲之间的足够大的相关联相位变化时，才执行距离检测处理。根据另一实施例，物位计工作在第一模式和第二模式下，其中，在第一工作模式下确定距离，而在第二工作模式下确定相移变化。根据比较步骤的结果选择第一工作模式。因此，在第二工作模式下，物位计可以监测表面，并且仅在检测到变动时才选择第一工作模式。优选地，与在第一工作模式下相比，在第二工作模式下平均发射功率更低。因此，在监测表面期间消耗更少的功率，而更多的功率用于在检测到变动的表面时确定填充物位。在第二工作模式下，发射信号可以包括多个时间分隔开的脉冲组，其中，每个脉冲组包括至少两个具有不同频率的脉冲。每个脉冲组中的至少一个脉冲具有与前一脉冲组中的脉冲相等的频率。因此，可以确定与具有相等频率的不同脉冲对相关的多个相移变化。因此，根据该实施例，可以基于几对相同脉冲确定物位是否在变动，这可以使确定更可靠。 根据另一实施例，每个脉冲组中的至少一个脉冲具有未包括在前一组中的频率。换句话说，从一个组到另一个组，可以替换脉冲组中的一个或几个频率，而保持一个或几个频率不变。由此，除了不同频率，可以在每个脉冲组之后确定相移变化。可以根据任何原理进行完整的距离测量，该原理包括MFPW、FMCW、步进FMCW、脉冲时域反射(TDR)等。可以修改MFPW型系统中的频率方案，以使得脉冲串包括以限定的时段在时间上分隔开的、具有相等频率的脉冲。附图说明将参照示出本技术的当前优选实施例的附图对本技术进行更详细的描述。图I为不出了相位与发射频率的关系的图。图2为安装在罐上的雷达物位计的示意性框图。图3为根据本技术第一实施例的、图2中的收发器的更详细的框图。图4为图2中的物位计的第一工作模式的流程图。图5为图2中的物位计的第二工作模式的流程图。具体实施方式在本说明书中，主要参照具有用于辐射并捕捉电磁信号的自由传播天线的雷达物位计系统，描述本技术的实施例。应当注意，这绝不是限制本技术的范围，这能够等同地应用于包括其它自由传播天线和波导的其它信号传播装置，其中，传播天线为诸如棒状天线、贴片天线、固定的或可变动的抛物面天线或锥形天线，波导为诸如静止管、传输线或探头(诸如单线探头(包括所谓的古搏探头(Goubau probe))、双线探头、或同轴探头)。此外，以下描述的物位计的工作原理为MFPW，如在美国申请12/981995中所公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.09.27 US 13/246,2611.一种用于确定距罐中物品的表面的距离的物位计系统，所述系统包括 收发器，用于发射电磁发射信号并接收在所述表面处反射的电磁返回信号，所述收发器被布置为用于发射包括至少两个具有相等频率的、时间分隔开的载波脉冲的信号，每个脉冲具有大于I微秒且小于100毫秒的持续时间； 处理电路，被配置为用于 确定所述发射信号中的每个脉冲相对于所述返回信号中的每个相应脉冲的实际相位特性，所述相位特性包括相移， 确定与所述发射信号中的具有相等频率的两个脉冲相关联的相移变化， 将所述变化与阈值进行比较，以及 根据所述比较的结果，基于所述发射信号与所述返回信号之间的关系确定所述距离。2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述收发器电路和所述处理电路适于工作在第一工作模式和第二工作模式下，其中，在所述第一工作模式下确定所述距离，在所述第二工作模式下确定所述相移变化，以及 其中，所述处理电路被配置为根据所述比较的结果选择所述第一工作模式。3.根据权利要求I所述的系统，其中，所述收发器电路适于在所述第二工作模式下发射比所述第一工作模式下低的平均发射功率。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥洛夫·爱德华松，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：实用新型
国别省市：