具有共源共栅的采样开关的雷达料位计系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具有共源共栅的采样开关的雷达料位计系统，其包括：用于产生发送信号的电路；用于产生参考信号的电路；传播装置；测量电路，用于基于反射信号和参考信号形成测量信号；以及处理电路，用于基于测量信号确定表示填充料位的值。测量电路包括：采样开关，用于采样一系列测量值，以及保持电容器。采样开关包括以共源共栅配置布置的第一晶体管和第二晶体管。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种包括測量电路的脉冲式雷达料位计系统，该测量电路具有采样开关和保持电容器以基于反射信号和參考信号形成測量信号。
技术介绍
雷达料位计(RLG)系统广泛用于确定容纳在罐中的产品的填充料位。雷达料位计量一般借助于非接触式測量或接触式測量来执行，其中，借助于非接触式测量时向容纳在罐中的产品辐射电磁信号，接触式測量通常被称为导波雷达(GWR)，借助于接触式测量时通过用作波导的探针将电磁信号导向到产品并导入到产品中。探针一般布置为从罐的顶部 向罐的底部竖直延伸。探针也可以布置在与罐的外壁连接并与罐的内部流体连接的測量管 (所谓的室)中。发送的电磁信号在产品的表面处反射，且反射信号由包括在雷达料位计系统中的接收器或收发器接收。基于发送信号和反射信号可以确定到产品表面的距离。更具体地，一般基于在发送电磁信号与接收到电磁信号在罐中的大气与罐中所容纳的产品之间的界面上的反射之间的时间来确定到产品表面的距离。为了确定产品的实际填充料位，基于以上提到的时间(所谓的飞行时间)和电磁信号的传播速度来确定从參考位置到表面的距离。现今市场上的大多数雷达料位计系统是基于在发送脉冲与接收到脉冲在产品表面处的反射之间的时间差来确定到容纳在罐中的产品的表面的距离的所谓的脉冲式雷达料位计系统，或是基于在发送的调频信号与该调频信号在表面处的反射之间的相位差来确定到表面的距离的系统。后ー类型的系统一般称为是FMCW(调频连续波)类型。对于脉冲式雷达料位计系统，时间扩展技术一般用来决定飞行时间。这样的脉冲式雷达料位计系统通常具有用于产生发送信号的第一振荡器和用于产生參考信号的第二振荡器，其中，该发送信号由用于向容纳在罐内的产品的表面发送的、具有发送脉冲重复频率ft的脉冲形成，该參考信号由具有与发送脉冲重复频率相差给定的频率差A f的參考脉冲重复频率f；的參考脉冲形成。此频率差A f通常在几Hz或数十Hz的范围内。在测量扫描开始时，发送信号和參考信号同步以具有相同的相位。在测量扫描期间，由于频率差Af，发送信号与參考信号之间的相位差将逐渐増加。在测量扫描期间，将由于发送信号在容纳在罐中的产品的表面处反射而形成的反射信号与參考信号相关联，以基于反射信号与參考信号之间的时间相关来形成測量信号。这样的时间相关将产生一系列离散的測量值。为了提供基于其可以确定填充料位的基本上连续的測量信号，可以使用所谓的采样和保持电路。采样和保持电路的输出端可以有放大器，该放大器用于在将測量信号提供给基于測量信号确定填充料位的处理电路之前对该测量信号进行放大。因此，存在包括发送脉冲发生器、传播装置(天线或传输线探针)、以及测量电路在内的測量链。在脉冲式雷达料位计系统中，可实现的測量范围和/或測量精度可能受到测量链中的信号损失的限制。因此，期望降低测量链中的信号损失，以在脉冲式雷达料位计系统中提供改进的測量范围和/或測量精度。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上提到的及其他的缺点，本技术的总体目的是提供ー种改进的雷达料位计系统和方法，并且特别是提供改进的測量范围和/或測量精度。根据本技术的第一方面，这些及其他目的通过用于确定容纳在罐中的产品的填充料位的雷达料位计系统来实现，该雷达料位计系统包括第一脉冲发生电路，该第一脉冲发生电路用于产生具有第一脉冲重复频率的第一脉冲串形式的发送信号；第二脉冲发生电路，该第二脉冲发生电路用于产生具有第二脉冲重复频率的第二脉冲串形式的參考信号，第二脉冲重复频率与第一脉冲重复频率相差预定的频率差；传播装置，该传播装置连接到第一脉冲发生电路，并且该传播装置被布置成向罐内部的产品的表面传播发送信号并返回由于发送信号在容纳在罐中的产品的表面处反射而产生的反射信号；测量电路，该测量电路连接到传播装置并连接到第二脉冲发生电路，该测量电路被配置成基于反射信号和參考信号形成測量信号；以及处理电路，该处理电路连接到測量电路，以基于測量信号确定表示填充料位的值，測量电路包括采样开关，该采样开关用于在采样时刻采样一系列測量值，每个测量值表示反射信号与參考信号的脉冲之间的时间相关；保持电容器，该保持电容器被布置和配置成通过采样开关的激活而被充电并在采样时刻之间保持每个测量值，从而形成測量信号，其中，采样开关包括以共源共栅(cascode)配置布置的第一晶体管和第二晶体管。罐可以是能够容纳产品的任意容器或器皿，并且罐可以是金属的、或部分地或完全地非金属的、开放的、半开放的、或闭合的。此外，容纳在罐中的产品的填充料位可以通过使用向罐内部的产品传播发送信号的信号传播装置来直接确定、或通过使用放置在位于罐外部的所谓的室的内部的传播装置来间接确定，而该室与罐的内部以室内的料位与罐内部的料位对应的方式流体连接。发送信号为电磁信号。第一脉冲发生电路和第二脉冲发生电路中的任ー个或两个可以设置为压控振荡电路的形式，其中，该压控振荡电路可以包括晶体振荡器。可替代地，第一脉冲发生电路和第二脉冲发生电路中的任一个或两个可以包括由如下电子电路形成的谐振器元件该电子电路包括具有电感特性的部分和具有电容特性的部分。应当注意，处理电路中所包括的装置中的任一个或几个可以设置为独立物理部件、单个部件内的独立硬件块、或由一个或几个微处理器执行的软件中的任ー个。在本申请的上下文中，第一晶体管和第二晶体管“以共源共栅配置布置”应当理解为第一晶体管和第二晶体管串联布置，并且第一晶体管用作共射极(源扱)而第二晶体管用作共基极(栅极)。在测量电路的现有技术配置中，一般使用单个晶体管作为采样开关。在降低现有 技术雷达料位计系统中所包括的电子装置的工作电压时，本专利技术人意外地发现測量电路中的信号损失问题增加了，并且构成采样开关的晶体管提供远比预期慢的上升时间。本技术基于以下认识在工作电压降低时采样开关的比预期慢的响应是由构成采样开关的晶体管的输入阻抗的增加引起的。本专利技术人还认识到可以通过由以共源共栅配置布置的一对晶体管形成的采样开关来实现显著地降低采样开关的输入阻杭。这减少了采样开关的上升时间，伴随降低了測量电路的信号损失。此外，由于减少了用于低压的上升时间，所以可以使用单个电源电压实现测量电路，这简化了设计、降低了成本并降低了功耗。换句话说，通过提供以共源共栅配置布置的第一晶体管和第二晶体管，可以显著降低采样开关的输入阻抗，这提高了采样的速度，使得与以单个晶体管形式提供采样开关时相比改进了时间相关。 通过改进时间相关，測量电路中丢失更少的信号，这提供了改进的測量范围和/或測量精度。可替代地，可以以较低功耗保持測量性能。根据各种实施例，包括在采样开关中的第一晶体管和第二晶体管可以为BJT晶体管(双极结型晶体管)，其中，第一晶体管以共发射极配置连接；第二晶体管以共基极配置连接；第一晶体管的集电极连接到第二晶体管的发射极；并且第一晶体管的基极连接到第ニ脉冲发生电路。在这些实施例中，第二晶体管的集电极可以连接到保持电容器的第一端子，并且传播装置可以连接到保持电容器的第二端子。作为以上提到的BJT晶体管的替代，包括在采样开关中的第一晶体管和第二晶体管可以是FET晶体管(场效应晶体管)。在这样的实施例中，第一晶体管以共源极配置连接；第二晶体管以共栅极配置连接；第一晶体管的漏极连接到第二晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达料位计系统，用于确定容纳在罐中的产品的填充料位，所述雷达料位计系统包括 第一脉冲发生电路，所述第一脉冲发生电路用于产生具有第一脉冲重复频率的第一脉冲串形式的发送信号； 第二脉冲发生电路，所述第二脉冲发生电路用于产生具有第二脉冲重复频率的第二脉冲串形式的參考信号，所述第二脉冲重复频率与所述第一脉冲重复频率相差预定的频率差; 传播装置，所述传播装置连接到所述第一脉冲发生电路，并且所述传播装置被布置成向所述罐内部的所述产品的表面传播所述发送信号并返回由于所述发送信号在容纳在罐中的产品的所述表面处反射而产生的反射信号； 測量电路，所述测量电路连接到所述传播装置并连接到所述第二脉冲发生电路，所述測量电路被配置成基于所述反射信号和所述參考信号形成測量信号；以及 处理电路，所述处理电路连接到所述测量电路，以基于所述測量信号确定表示填充料位的值， 所述测量电路包括 采样开关，所述采样开关用于在采样时刻采样一系列测量值，每个测量值表示反射信号与參考信号的脉冲之间的时间相关； 保持电容器，所述保持电容器被布置和配置成通过所述采样开关的激活而被充电并在采样时刻之间保持每个测量值，从而形成所述测量信号， 其中，所述采样开关包括以共源共栅配置布置的第一晶体管和第二晶体管。2.根据权利要求I所述的雷达料位计系统，其中 包括在所述采样开关中的所述第一和第二晶体管为双极结型晶体管； 所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦希德·穆克纳特朱，
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：