專利名稱：深度確定系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域0001本發(fā)明一般涉及確定儲(chǔ)罐中液體水平面或液位的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量反射聲波接收時(shí)間的設(shè)備。
0003因此，對(duì)儲(chǔ)罐中液體深度的精確計(jì)算依賴于對(duì)反射波在傳感器被接收的時(shí)間的精確確定。所以應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，需要一種超聲波測(cè)量系統(tǒng)和方法，通過精確確定的反射波接收時(shí)間來精確計(jì)算儲(chǔ)罐中的液體深度。本發(fā)明滿足了這一需求。

發(fā)明內(nèi)容
0004本發(fā)明的實(shí)施例包括一種超聲波測(cè)量系統(tǒng)，其由精確確定傳感器在儲(chǔ)罐中引發(fā)的反射波的接收時(shí)間，來提供儲(chǔ)罐中液體深度的精確測(cè)量。
0005本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)。在檢測(cè)了從液體上表面反射的脈沖波后，確定液體深度。該系統(tǒng)包括一個(gè)傳感器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)濾波器。所述傳感器被配置成，感測(cè)反射脈沖波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于反射脈沖波的模擬輸入信號(hào)。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被耦合到所述傳感器，并被配置成將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入信號(hào)。所述濾波器被耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該濾波器包括一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器(finite impulse response filter)，其被配置成接收數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。該有限沖擊響應(yīng)濾波器包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器、耦合到該n級(jí)移位寄存器的n/2個(gè)減法器，耦合到該n級(jí)移位寄存器的n/2-1個(gè)加法器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)。
0006在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述n/2個(gè)減法器中的每個(gè)減法器有一個(gè)第一輸入端、一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器的一級(jí)的第二輸入端、以及一個(gè)輸出端。此外，所述n/2-1個(gè)加法器中的每個(gè)加法器有一個(gè)耦合到減法器輸出端的第一輸入端，和一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器的一級(jí)的第二輸入端。另外，所述n/2個(gè)減法器中一個(gè)減法器的第一輸入端被耦合到n級(jí)移位寄存器的第一級(jí)，其他減法器的第一輸入端均被耦合到一個(gè)加法器的一個(gè)輸出端。
0007在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，有限沖擊響應(yīng)濾波器被配置成，基于t1時(shí)刻的數(shù)字輸入信號(hào)Input(t1)、t0時(shí)刻的數(shù)字輸出信號(hào)Output(t0)、以及t0時(shí)刻在n級(jí)移位寄存器第n級(jí)中的數(shù)據(jù)值Xn-1(t0)來計(jì)算t1時(shí)刻的數(shù)字輸出信號(hào)Output(t1)。其中t1是t0時(shí)刻后的下一時(shí)鐘周期處的時(shí)刻，而且Output(t1)基于下面方程來計(jì)算Output(t1)＝Input(t1)-(Output(t0)+Xn-1(t0))。
0008在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括閾值與峰值檢測(cè)器、控制電路以及存儲(chǔ)裝置。所述閾值與峰值檢測(cè)器被耦合到濾波器。該閾值與峰值檢測(cè)器被配置成，實(shí)時(shí)地將來自有限沖擊響應(yīng)濾波器的數(shù)字輸出信號(hào)與一個(gè)閾值相比較，并產(chǎn)生一個(gè)峰值列表(listof peaks)該峰值列表包括超過所述閾值的每個(gè)峰值的幅度值和時(shí)刻?？刂齐娐繁获詈系剿鰹V波器以及所述閾值與峰值檢測(cè)器?？刂齐娐繁慌渲贸?，從閾值與峰值檢測(cè)器接收所述峰值列表。存儲(chǔ)裝置被耦合到控制電路，其被配置成存儲(chǔ)由控制電路接收的峰值列表。
0009在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括信號(hào)發(fā)生器和驅(qū)動(dòng)器。所述信號(hào)發(fā)生器被耦合在控制電路和傳感器之間，并被配置成，產(chǎn)生將被用來刺激傳感器以引發(fā)脈沖波的發(fā)生器信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器被耦合在控制電路和傳感器之間，并被配置成在發(fā)生器信號(hào)耦合到傳感器之前放大該發(fā)生器信號(hào)。此外，所述濾波器包括匹配濾波器，其被配置成將模擬輸入與發(fā)生器信號(hào)相比較。
0010在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，控制電路基于峰值列表來計(jì)算儲(chǔ)罐中液體的深度值，此外，控制電路基于儲(chǔ)罐中液體深度來產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制中變化的脈寬調(diào)制信號(hào)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和水平面信號(hào)(level-signaling)電路。所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器被耦合到控制電路，并被配置成將數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬脈寬調(diào)制信號(hào)。所述水平面信號(hào)電路被耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并被配置成將模擬脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成與儲(chǔ)罐中液體深度相關(guān)的水平面信號(hào)輸出信號(hào)。
0011在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述系統(tǒng)包括一個(gè)被耦合到控制電路的溫度感應(yīng)器。該溫度感應(yīng)器被配置成將儲(chǔ)罐中液體的溫度值提供給控制電路?？刂齐娐坊谒鰞?chǔ)罐中液體的溫度值來校正儲(chǔ)罐中液體深度的計(jì)算值。
0012在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，閾值與峰值檢測(cè)器基于數(shù)字輸出信號(hào)的幅度值來重新計(jì)算閾值。此外，系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)放大器，其被耦合在傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間。該放大器被配置成對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行放大。
0013在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述濾波器包括一個(gè)具有第一有限沖擊響應(yīng)濾波器和第二有限沖擊響應(yīng)濾波器的復(fù)合濾波器，其以兩倍于脈沖波的頻率對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。由第一有限沖擊響應(yīng)濾波器采樣的數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)于由第二有限沖擊響應(yīng)濾波器采樣的數(shù)字輸入信號(hào)，有90度的相位差。此外，所述濾波器計(jì)算第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出信號(hào)和第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出信號(hào)的平方值之和的平方根。
0014在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述濾波器通過將來自第一有限沖擊響應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)的絕對(duì)值和來自第二有限沖擊響應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)的絕對(duì)值中較大的一個(gè)，與來自第一有限沖擊響應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)的絕對(duì)值和來自第二有限沖擊響應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)的絕對(duì)值中較小的一個(gè)的3/8倍相加，來計(jì)算平方值之和的平方根的近似值。將第一或第二有限沖擊響應(yīng)濾波器中輸出信號(hào)具有較小絕對(duì)值的那一個(gè)n級(jí)移位寄存器右移位兩次，并將此被兩次右移位的n級(jí)移位寄存器的輸出與第一或第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出信號(hào)中具有較大絕對(duì)值的一個(gè)相加，得到第一相加值；將輸出信號(hào)具有較小絕對(duì)值的n級(jí)移位寄存器再向右移位一次，并將此被三次右移位的n級(jí)移位寄存器的輸出與所述第一相加值相加，藉此計(jì)算出所述平方值之和的平方根的近似值。
0015在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述濾波器被配置成確定數(shù)字輸入信號(hào)和限定濾波器的系數(shù)之間的相位差。
0016本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)。在檢測(cè)了從液體上表面反射的脈沖波后，液體深度被確定。該系統(tǒng)包括一個(gè)傳感器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)濾波器。所述傳感器被配置成，感測(cè)反射脈沖波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于反射脈沖波的模擬輸入信號(hào)。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被耦合到傳感器，并被配置成將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入信號(hào)。所述濾波器被耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該濾波器包括一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其被配置成接收數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。該有限沖擊響應(yīng)濾波器包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器、一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器的減法器、一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器和減法器的加法器、以及一個(gè)耦合到加法器和減法器的存儲(chǔ)寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于1的整數(shù)。
0017在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述減法器有一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器中一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)輸出端。所述加法器有一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器另一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)耦合到減法器第二輸入端的輸出端。所述存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)耦合到減法器輸出端的輸入端，和一個(gè)耦合到加法器第二輸入端的輸出端。
0018本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)。在檢測(cè)了從液體上表面反射的脈沖波后，液體深度被確定。該系統(tǒng)包括一個(gè)傳感器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)濾波器。所述傳感器被配置成，測(cè)量反射脈沖波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于反射脈沖波的模擬輸入信號(hào)。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器被耦合到傳感器，并被配置成將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入信號(hào)。所述濾波器被耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該濾波器包括一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其被配置成接收數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。該有限沖擊響應(yīng)濾波器包括一個(gè)兩級(jí)移位寄存器、一個(gè)耦合到該兩級(jí)移位寄存器的第一減法器、一個(gè)耦合到第一減法器的n/2級(jí)移位寄存器、一個(gè)耦合到第一減法器和n/2級(jí)移位寄存器的第二減法器、一個(gè)耦合到第二減法器的加法器、以及一個(gè)耦合到加法器的存儲(chǔ)寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)。
0019在本發(fā)明其他更詳細(xì)的特征中，所述第一減法器具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并且該第一減法器的每個(gè)輸入端都被耦合到兩級(jí)移位寄存器的一級(jí)。所述n/2級(jí)移位寄存器有一個(gè)耦合到第一減法器輸出端的輸入端。第二減法器有一個(gè)耦合到第一減法器輸出端的第一輸入端、一個(gè)耦合到n/2級(jí)移位寄存器第n/2級(jí)的第二輸入端、以及一個(gè)輸出端。所述加法器有一個(gè)耦合到第二加法器的輸出端的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)輸出端。所述存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)耦合到加法器輸出端的輸入端，以及一個(gè)耦合到加法器第二輸入端的輸出端。
0020本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器、耦合到n級(jí)移位寄存器的n/2個(gè)減法器、以及耦合到n級(jí)移位寄存器的n/2-1個(gè)加法器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)。n/2個(gè)減法器中的每一個(gè)減法器有一個(gè)第一輸入端、一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器中某一級(jí)的第二輸入端、和一個(gè)輸出端。n/2-1個(gè)加法器中的每一個(gè)加法器有一個(gè)耦合到減法器輸出端的第一輸入端、一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器的一級(jí)的第二輸入端。所述n/2個(gè)減法器中的第一輸入端被耦合到n級(jí)移位寄存器的第一級(jí)，每個(gè)其他減法器的第一輸入端被耦合到一個(gè)加法器的一個(gè)輸出端。
0021本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器、一個(gè)減法器、一個(gè)加法器以及一個(gè)存儲(chǔ)寄存器，其中n是一個(gè)大于1的整數(shù)。所述減法器具有一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器中一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)輸出端。所述加法器有一個(gè)耦合到n級(jí)移位寄存器另一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)耦合到減法器第二輸入端的輸出端。所述存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)耦合到減法器輸出端的輸入端，和一個(gè)耦合到加法器第二輸入端的輸出端。
0022本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例是一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括一個(gè)兩級(jí)移位寄存器、一個(gè)第一減法器、一個(gè)n/2級(jí)移位寄存器、一個(gè)第二減法器、一個(gè)加法器以及一個(gè)存儲(chǔ)寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)。所述第一減法器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。第一減法器的每一個(gè)輸入端都被耦合到兩級(jí)移位寄存器中的一級(jí)。所述n/2級(jí)移位寄存器有一個(gè)耦合到第一減法器輸出端的輸入端。第二減法器有一個(gè)耦合到第一減法器輸出端的第一輸入端、一個(gè)耦合到n/2級(jí)移位寄存器第n/2級(jí)的第二輸入端、和一個(gè)輸出端。所述加法器有一個(gè)耦合到第二減法器輸出端的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)輸出端。所述存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)耦合到加法器輸出端的輸入端，以及一個(gè)耦合到加法器第二輸入端的輸出端。
0023根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所作的描述，本發(fā)明的其他特征將會(huì)變得更加明顯，其中附圖以示例方式說明了本發(fā)明的原理。


0024圖1a是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的超聲波深度確定裝置的透視圖，該超聲波深度確定裝置所具有的一個(gè)傳感器被安裝在一個(gè)裝有液體的儲(chǔ)罐的頂部。
0025圖1b是根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例的超聲波深度確定裝置的透視圖，該超聲波深度確定裝置所具有的一個(gè)傳感器被安裝在一個(gè)裝有液體的儲(chǔ)罐的底部。
0026圖2是圖1a和圖1b所示超聲波深度確定裝置的方框圖。
0027圖3a是由傳感器產(chǎn)生的脈沖波形的時(shí)序圖。
0028圖3b是對(duì)應(yīng)于圖3a的脈沖波形的削波參考波形的時(shí)序圖，表現(xiàn)了濾波器的加權(quán)系數(shù)。
0029圖4是時(shí)序圖，其說明了一個(gè)濾波器輸出信號(hào)的幅度，該濾波器被包括在所述超聲波深度確定裝置中。
0030圖5是一個(gè)包括n級(jí)移位寄存器的濾波器的方框圖。
0031圖6是在圖5所示的濾波器中去除了乘法器后的方框圖，其中圖5中的h0至hn-1被+1或-1所替換。
0032圖7是圖6所示濾波器的方框圖，但其中的n級(jí)移位寄存器是一個(gè)8級(jí)移位寄存器。
0033圖8是一個(gè)復(fù)合濾波器的方框圖。
0034圖9是一個(gè)能夠被執(zhí)行成圖8中復(fù)合濾波器一部分的近似法的流程圖0035圖10是包括一個(gè)濾波器的方框圖，其包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器、一個(gè)減法器、一個(gè)加法器以及一個(gè)存儲(chǔ)寄存器。
0036圖11是圖1所示濾波器的方框圖，但其中的n級(jí)移位寄存器是一個(gè)8級(jí)移位寄存器。
0037圖12是包括一個(gè)濾波器的方框圖，其包括一個(gè)兩級(jí)移位寄存器、一個(gè)第一減法器、一個(gè)n/2級(jí)移位寄存器、一個(gè)第二減法器、一個(gè)加法器、以及一個(gè)存儲(chǔ)寄存器0038圖13是一個(gè)圖12所示濾波器的方框圖，但其中的n/2級(jí)移位寄存器是一個(gè)4級(jí)移位寄存器。
0039圖14是一個(gè)用于確定和存儲(chǔ)峰值的過程的流程圖。
0040圖15說明了數(shù)據(jù)輸入到復(fù)合濾波器的四種不同的情況，以及得到的輸入信號(hào)的實(shí)部、輸入信號(hào)的虛部、輔助寄存器值、以及對(duì)輸入信號(hào)和濾波器假定相位之間相位差的校正。
0041圖16a-圖16c是用來確定輸入信號(hào)的實(shí)部、輸入信號(hào)的虛部、輔助寄存器值以及復(fù)合濾波器輸出的值的過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
0042現(xiàn)在參考附圖，特別是參考圖1a，其中示出了一個(gè)具有超聲波深度確定系統(tǒng)12的儲(chǔ)罐10，該超聲波深度確定系統(tǒng)12被置于裝有液體16的儲(chǔ)罐的上部14。所述超聲波深度確定系統(tǒng)包括一個(gè)耦合到儲(chǔ)罐上表面20的傳感器18，其可產(chǎn)生經(jīng)過氣體24傳向儲(chǔ)罐中液體的超聲波22。所述深度確定系統(tǒng)也包括了處理系統(tǒng)26，其驅(qū)動(dòng)傳感器、監(jiān)視傳感器的輸出、并確定儲(chǔ)罐中液體的深度27。另外參考圖2，所述傳感器通常是一個(gè)具有相對(duì)鍍銀電極30和32的壓電晶體28，其用作一種發(fā)送和接收聲音的裝置。利用絕緣線(insulated wire)34將該傳感器耦合到處理系統(tǒng)。與之相反，圖1b所示儲(chǔ)罐的超聲波深度確定系統(tǒng)被置于儲(chǔ)罐的下部36，而且傳感器被耦合到儲(chǔ)罐的下表面38。
0043在圖1a和圖1b所示的兩個(gè)實(shí)施例中，傳感器18在氣體24或液體16中引發(fā)了傳向液-氣交界面40的超聲波22。當(dāng)該波到達(dá)液-氣交界面時(shí)，波的一部分42被反射會(huì)置于儲(chǔ)罐10上部14或下部36的傳感器。所述傳感器感測(cè)到被反射的波，并將其轉(zhuǎn)換為電能。
0044圖2是深度確定系統(tǒng)12的方框圖，深度確定系統(tǒng)12被用于產(chǎn)生超聲波22、檢測(cè)反射波42、并確定儲(chǔ)罐10中液體16的深度27。該深度確定系統(tǒng)包括了所述傳感器18、一個(gè)放大器44、一個(gè)模數(shù)(“A/D”)轉(zhuǎn)換器46、一個(gè)濾波器48、一個(gè)閾值與峰值檢測(cè)器50、一個(gè)控制電路52、一個(gè)存儲(chǔ)裝置54、一個(gè)信號(hào)發(fā)生器56、一個(gè)驅(qū)動(dòng)器58、一個(gè)數(shù)模(“D/A”)轉(zhuǎn)換器60，以及一個(gè)水平面信號(hào)電路62。
0045所述控制電路52控制深度確定系統(tǒng)12的操作。深度確定過程開始于控制電路在第一線64上向信號(hào)發(fā)生器56提供一系列脈沖。信號(hào)發(fā)生器響應(yīng)這些脈沖，產(chǎn)生一個(gè)在大約4個(gè)到大約32個(gè)周期之間的信號(hào)，其頻率范圍在大約10千赫茲(“kHz”)到大約120kHz之間。
0046從信號(hào)發(fā)生器56輸出的信號(hào)在第二線66上被提供給驅(qū)動(dòng)器58，其對(duì)來自信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)進(jìn)行放大，并輸出峰峰電壓范圍可從大約100伏特到大約1200伏特的高電壓信號(hào)。來自驅(qū)動(dòng)器的高電壓信號(hào)通過第三線68輸出到傳感器18的電極30。該高電壓信號(hào)激勵(lì)了傳感器，引起傳感器振動(dòng)，從而在鄰近傳感器的氣體24或液體16中引發(fā)波22。傳感器被定位和對(duì)齊成，使所引發(fā)的波可直接朝向預(yù)定目標(biāo)(例如儲(chǔ)罐10中的液-氣交界面40)。波穿過儲(chǔ)罐中的液體或氣體傳播，波的一部分42在液-氣交界面上反射回傳感器。
0047在反射波42到達(dá)傳感器18后，傳感器將反射波的聲能轉(zhuǎn)換為電能，更具體地說，是轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)。由傳感器產(chǎn)生的電能的大小因?yàn)槿舾梢蛩貢?huì)低于由傳感器原始引發(fā)的超聲波能量的幅度，這些因素包括束散、在液-氣交界面40處的反射損失、傳感器和傳輸介質(zhì)16和24的聲音阻抗不匹配、傳感器的低效以及由于周圍環(huán)境產(chǎn)生的傳輸損失。
0048另外參考圖3a，在傳感器18收到反射波42后，由傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)在第四線70上被提供給放大器44，其以最低200或更大的因子放大該電信號(hào)，結(jié)果產(chǎn)生了具有峰值幅度74的放大信號(hào)72。放大信號(hào)在第五線78上被提供給A/D轉(zhuǎn)換器46。對(duì)放大器的放大因子進(jìn)行選擇，以確保即使是在傳感器沒有接收到反射波時(shí)，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的信號(hào)總是要大于量化噪聲，即A/D轉(zhuǎn)換器的最低有效位。該被放大的信號(hào)的優(yōu)勢(shì)在于便于從基底噪聲76中準(zhǔn)確區(qū)分出反射波的電信號(hào)。放大信號(hào)還補(bǔ)償了由于前述因素所造成的信號(hào)強(qiáng)度損失。
0049A/D轉(zhuǎn)換器46以4倍于從信號(hào)發(fā)生器56輸出的信號(hào)的頻率(4倍于需要的檢測(cè)頻率)，來采樣放大信號(hào)72，然后輸出數(shù)字化形式的被放大信號(hào)。接著，從A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字化信號(hào)在第六線80上被提供給濾波器48。
0050另外參考圖3b，可通過對(duì)信號(hào)發(fā)生器56輸出的信號(hào)進(jìn)行削波來形成參考波形82，以致該參考波形的幅度84僅在大約+1伏特到大約-1伏特的范圍內(nèi)。這樣，參考波形的頻率和長(zhǎng)度86與從信號(hào)發(fā)生器輸出到驅(qū)動(dòng)器58的信號(hào)的頻率和長(zhǎng)度88相匹配。參考波形的長(zhǎng)度在第七線90上被提供給濾波器48，以便于匹配濾波。
0051濾波器48(其示例將在后文中詳細(xì)討論)執(zhí)行匹配濾波技術(shù)或其他相關(guān)技術(shù)，其中將對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換器46輸入到濾波器的信號(hào)和參考波形82進(jìn)行比較。另外參考圖4，濾波器然后產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)92，該輸出信號(hào)在來自A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)接近參考波形時(shí)達(dá)到峰值94。
0052從濾波器48輸出的信號(hào)92在第八線96上被提供給閾值與峰值檢測(cè)器50。首先，閾值與峰值檢測(cè)器將從濾波器輸出的信號(hào)的幅度與閾值98相比較，如圖4所示。接著，閾值與峰值檢測(cè)器檢測(cè)超過閾值的輸出信號(hào)的峰值94。最后，閾值與峰值檢測(cè)器在第九線102上將包括每個(gè)超過閾值的峰值的時(shí)刻值100的電信號(hào)，提供給控制電路52?？刂齐娐防迷摲逯档臅r(shí)刻值來計(jì)算儲(chǔ)罐10中的液體16的深度27。
0053在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，控制電路52不是實(shí)時(shí)地計(jì)算液體16的深度27，而是通過第十線104輸送峰值94的時(shí)刻值100至存儲(chǔ)裝置54，該時(shí)刻值用于稍后確定液體的深度的計(jì)算。有利的是，僅超過閾值98的峰值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中，這樣，減少了深度確定系統(tǒng)12的存儲(chǔ)器需求。
0054在深度計(jì)算中，控制電路52確定了由傳感器18發(fā)射超聲波22和由傳感器接收反射波42之間的往返時(shí)間周期?？刂齐娐坊谕禃r(shí)間周期，在預(yù)定的時(shí)間間隔監(jiān)視儲(chǔ)罐10中的液體16的深度27。例如，對(duì)于一個(gè)特定的應(yīng)用，控制電路可以確定該往返時(shí)間周期為5毫秒，并且儲(chǔ)罐中的液體應(yīng)該間隔30秒而被監(jiān)視。
0055本發(fā)明實(shí)施例包括一個(gè)溫度感應(yīng)器(未示出)，其被耦合到控制電路52并被設(shè)置在傳感器18附近。所述溫度感應(yīng)器被用于監(jiān)視影響傳感器的溫度條件?？刂齐娐防脺囟雀袘?yīng)器的溫度值，來計(jì)算因液體16和/或氣體24溫度變化而應(yīng)對(duì)深度測(cè)量的校正。例如，當(dāng)溫度為21℃時(shí)，脈沖波22從設(shè)置在儲(chǔ)罐10頂部20的傳感器(見圖1a)經(jīng)過空氣所傳輸?shù)目偩嚯x為d＝v(聲音)*t＝(331.5+0.6*(21℃))米/秒*(0.005秒)＝1.72米，其中就包括了溫度校正。由于在傳感器和液-氣交界面40之間的距離是波22和42所傳輸?shù)耐稻嚯x的一半，因此所計(jì)算的距離被折半。因此，當(dāng)傳感器被設(shè)置在儲(chǔ)罐頂部時(shí)，儲(chǔ)罐中的液體量可通過儲(chǔ)罐的高度106，例如6米，減去距離d的一半，例如d/2＝0.86米，得到一個(gè)儲(chǔ)罐中液體的計(jì)算值5.14米。對(duì)于圖1b所示的實(shí)施例(其中傳感器被耦合到儲(chǔ)罐的下表面38)，也可進(jìn)行類似的計(jì)算。
0056總的來說，由于使用濾波器48準(zhǔn)確地確定了傳播波22和42的時(shí)間周期，因此本發(fā)明可提供一種對(duì)儲(chǔ)罐10中液體16的深度27的準(zhǔn)確測(cè)量。僅濾波器輸出的峰值94會(huì)被分析，這樣就最小化了處理需求。此外對(duì)于溫度變化，所計(jì)算的時(shí)間周期也被校正。
0057在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，控制電路52產(chǎn)生了可依據(jù)儲(chǔ)罐10中液體16的所計(jì)算的深度27的值而變化的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。該P(yáng)WM信號(hào)在第十一線108上被提供給D/A轉(zhuǎn)換器60，其將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)幅度范圍在大約0伏特到大約+3.3伏特的電壓信號(hào)。從D/A轉(zhuǎn)換器上輸出的信號(hào)在第十二線110上被提供給水平面信號(hào)電路62，其輸出了具有與儲(chǔ)罐中液體的深度或水平面相關(guān)的電壓和/或電流數(shù)值的信號(hào)。
0058在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，水平面信號(hào)電路62是一個(gè)模擬負(fù)載(artificial load)，其將D/A轉(zhuǎn)換器60輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為范圍在大約+4毫安(mA)到大約+20mA之間的負(fù)載電流。所述模擬負(fù)載通常包括一個(gè)雙極結(jié)晶體管(未示出)，其基極耦合到D/A轉(zhuǎn)換器，其集電極耦合到Vcc(+5伏特)。在模擬負(fù)載上產(chǎn)生的負(fù)載電流的數(shù)值與儲(chǔ)罐10中液體16的深度成比例。例如，大約+20mA負(fù)載電流對(duì)應(yīng)于一個(gè)充滿液體的儲(chǔ)罐，而大約+4mA的負(fù)載電流對(duì)應(yīng)于一個(gè)幾乎空的儲(chǔ)罐。因此，該負(fù)載電流可被提供給外部設(shè)備(未示出)，這樣做從而就給外部設(shè)備提供了儲(chǔ)罐中液體的深度。
0059正如上面所討論的，濾波器48被用于確定波22和42從傳感器18到液-氣交界面40，再回到傳感器的往返傳播時(shí)間。另外參考圖5，濾波器可包括數(shù)字濾波器112，但是，這里存在與數(shù)字濾波器的使用有關(guān)的限制。具體地說，大多數(shù)低成本處理器(未示出)都缺少實(shí)現(xiàn)典型數(shù)字信號(hào)處理(“DSP”)技術(shù)所需的時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)空間，其中所述典型DSP技術(shù)被用在數(shù)字濾波器中以提高信號(hào)檢測(cè)能力和抗擾性。
0060一般利用兩種方案來實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器112。第一種方案是使用結(jié)合了加法器116和乘法器118的移位寄存器114，加法器116和乘法器118分別被構(gòu)造成進(jìn)行加法和乘法操作。這些即是所謂的DSP處理器。DSP處理器在高時(shí)鐘速度下運(yùn)行，這樣就使得所消耗的功率比水平面測(cè)量應(yīng)用中通?？傻玫降哪芰恳?。與DSP處理器有關(guān)的另一個(gè)缺點(diǎn)就是它們的成本過高。
0061在第二種方案中，基于反射波42從傳感器18中產(chǎn)生的電信號(hào)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器54中，然后，在稍晚的時(shí)候，采用低速處理器(未示出)來處理。這種方法缺點(diǎn)在于需要額外的存儲(chǔ)器，這增加了深度確定系統(tǒng)12的總成本。
0062本發(fā)明實(shí)施例包括有限沖擊響應(yīng)(“FIR”)濾波器120的一個(gè)形式，其被用于檢測(cè)正弦信號(hào)。如方框5所示，F(xiàn)IR濾波器的典型實(shí)施方式包括一個(gè)用于接收一串輸入采樣值的n級(jí)移位寄存器114，其每一級(jí)都有m個(gè)采樣值寬度，例如，m等于8、10或12。該移位寄存器的每一級(jí)122-132都有一個(gè)抽頭134耦合到乘法器118，其對(duì)移位寄存器的每一級(jí)中的數(shù)據(jù)值乘以各自的加權(quán)系數(shù)hi，其中i是移位寄存器的級(jí)的參考編號(hào)。使用n-1個(gè)每一個(gè)都具有兩個(gè)輸入端133和一個(gè)輸出端135的加法器116將所述n個(gè)乘法器的輸出相加，從而得到濾波器的輸出信號(hào)。因此，對(duì)于n級(jí)移位寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入采樣值序列的濾波功能需要n個(gè)乘操作和n-1個(gè)加操作0063在被檢測(cè)的信號(hào)為正弦的情況下，數(shù)據(jù)采樣率可以是期望被檢測(cè)的信號(hào)的頻率的兩倍，加權(quán)系數(shù)hi可以被簡(jiǎn)化成+1或-1，如圖6所示。這就去除了圖5中的乘法器118，而且每隔一個(gè)加法器116中就有一個(gè)被減法器136所替代，每個(gè)減法器都具有兩個(gè)輸入端137和一個(gè)輸出端139。因此，消除了n個(gè)乘法操作，僅需通過加或減移位寄存器的級(jí)值(stage value)來產(chǎn)生濾波器的輸出信號(hào)。這將產(chǎn)生濾波器輸出信號(hào)所需的處理步驟簡(jiǎn)化為n-1個(gè)加和減操作。
0064當(dāng)加權(quán)系數(shù)hi為+1和-1時(shí)(如圖6所示)，濾波器輸出可被表示為下述方程Output(t1)＝Input(t1)-(Output(t0)+Xn-1(t0))其中Output(t0)是在t0時(shí)刻從濾波器120輸出的數(shù)據(jù)。
Xn-1(t0)是t0時(shí)刻所述移位寄存器114的第n級(jí)132(即最后一級(jí))中的數(shù)據(jù)。
Input(t1)是t1時(shí)刻輸入到移位寄存器的第0級(jí)122(即第一級(jí))的數(shù)據(jù)。
Output(t1)是t1時(shí)刻從濾波器輸出的數(shù)據(jù)。
t1是t0時(shí)刻之后下一個(gè)時(shí)鐘周期處的時(shí)刻。
0065在下面的例子中可獲得上述方程，該例子包括了一個(gè)具有8級(jí)移位寄存器138的FIR濾波器120，如圖7所示。該移位寄存器具有在特定時(shí)間點(diǎn)t0上的級(jí)值X0(t0)、X1(t0)、X2(t0)、X3(t0)、X4(t0)、X5(t0)、X6(t0)以及X7(t0)，且濾波器的輸出為Output(t0)＝X0(t0)-X1(t0)+X2(t0)-X3(t0)+X4(t0)-X5(t0)+X6(t0)-X7(t0)在下一個(gè)時(shí)鐘周期后，在t1時(shí)刻，移位寄存器138中的八個(gè)級(jí)具有了數(shù)值X0(t1)、X1(t1)、X2(t1)、X3(t1)、X4(t1)、X5(t1)、X6(t1)以及X7(t1)。
其中X0(t1)是最近輸入到移位寄存器中的數(shù)據(jù)。濾波器120在t1時(shí)刻的輸出為Output(t1)＝X0(t1)-X1(t1)+X2(t1)-X3(t1)+X4(t1)-X5(t1)+X6(t1)-X7(t1)由于X1(t1)＝X0(t0)，X2(t1)＝X1(t0)，X3(t1)＝X2(t0)，X4(t1)＝X3(t0)，X5(t1)＝X4(t0)，X6(t1)＝X5(t0)以及X7(t1)＝X6(t0)，濾波器在t1時(shí)刻的輸出為Output(t1)＝X0(t1)-X0(t0)+X1(t0)-X2(t0)+X3(t0)-X4(t0)+X5(t0)-X6(t0)Output(t1)＝X0(t1)-(X0(t0)-X1(t0)+X2(t0)-X3(t0)+X4(t0)-X5(t0)+X6(t0))Output(t1)＝X0(t1)-(Output(t0)+X7(t0))在一般情況下，對(duì)于一個(gè)n級(jí)移位寄存器，上述方程為Output(t1)＝X0(t1)-(Output(t0)+Xn-1(t0))0066因此，可以僅使用一個(gè)加操作和一個(gè)減操作，根據(jù)t0時(shí)刻的輸出、t0時(shí)刻輸入到移位寄存器138的采樣值，以及t0時(shí)刻該移位寄存器的第n-1級(jí)132來確定t1時(shí)刻濾波器120的輸出，而與濾波器長(zhǎng)度(即數(shù)字濾波器的移位寄存器的級(jí)的數(shù)量)無關(guān)。
0067以兩倍于信號(hào)頻率的采樣率實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器114是不實(shí)際的。與輸入到濾波器的信號(hào)的相位有關(guān)的采樣時(shí)鐘的時(shí)刻可能使信號(hào)在等于或接近它的過零點(diǎn)(zero crossing)時(shí)被采樣，這樣，該濾波器的輸出為0或與在信號(hào)峰值處獲得采樣時(shí)的輸出相比非常低。為了解決這一問題，參考圖8的方框圖，采用兩個(gè)數(shù)字濾波器140和142，其中采樣該輸入信號(hào)的一個(gè)濾波器142與另一個(gè)濾波器140有90度的相位差。這可通過以4倍于所需的頻率來采樣輸入到A/D轉(zhuǎn)換器46的信號(hào)，并間隔一點(diǎn)地將采樣值分別供給兩個(gè)濾波器中的一個(gè)來完成。這種對(duì)另一個(gè)濾波器存在90度相位差的兩個(gè)濾波器的使用，通常被稱為復(fù)合濾波器144。示于圖8中的這兩個(gè)濾波器可以是，例如，圖5、圖6和圖7所示的FIR濾波器120。
0068在這個(gè)實(shí)施例中，圖8的數(shù)字濾波器144代替了圖2中的濾波器48，這樣，圖8中的輸入信號(hào)就是圖2中A/D轉(zhuǎn)換器46輸出的信號(hào)。在本實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器以4倍于從信號(hào)發(fā)生器56輸出的信號(hào)的頻率來操作。該數(shù)字輸入信號(hào)在第十三線146上被提供給第一濾波器140。第一濾波器輸出的信號(hào)通過第十四線148耦合到第一電路150，其將對(duì)第一濾波器輸出的信號(hào)值取平方。取平方后的第一數(shù)值在第十五線152上被供給加法器156的一個(gè)輸入端154。
0069同樣，數(shù)字化的輸入通過第十六線158從A/D轉(zhuǎn)換器46提供至第二濾波器142。第二濾波器輸出的信號(hào)在第十七線164上被供給第二電路166，其將對(duì)第二濾波器輸出的信號(hào)的數(shù)值取平方。取平方后的第二數(shù)值在第十八線168上被供給加法器156的另一個(gè)輸入端170。從加法器輸出的信號(hào)在第十九線172上被供給一個(gè)用于計(jì)算加法器輸出信號(hào)平方根的電路174。所述計(jì)算平方根的電路的輸出被提供到第二十線176上，第二十線176耦合到圖2中的閾值與峰值檢測(cè)器電路50。因此，圖8所示濾波器144的輸出可以通過以下方程來表達(dá)Output＝SQRT(Output12+Output22)其中Output1是從第一濾波器140輸出的信號(hào)，Output2是從第二濾波器142輸出的信號(hào)。
0070可使用下面的步驟來計(jì)算上述方程所示的平方計(jì)算之和的平方根的近似值。首先，計(jì)算Output1和Output2的絕對(duì)值。然后，將Output1的絕對(duì)值與Output2的絕對(duì)值相比較。通過將較大的絕對(duì)值加上較小的絕對(duì)值的3/8倍，即可確定輸出信號(hào)Output的近似值，如下式所示Output≈Larger Output+3/8* Smaller Output其中Larger Output是Output1的絕對(duì)值和Output2的絕對(duì)值中較大的一個(gè)，和Smaller Output是Output1的絕對(duì)值和Output2的絕對(duì)值中較小的一個(gè)。
0071因此，當(dāng)Output1的絕對(duì)值比Output2的絕對(duì)值大時(shí)，就以O(shè)utput1的絕對(duì)值和Output2絕對(duì)值的3/8倍相加來近似Output值。相應(yīng)地，當(dāng)Output2絕對(duì)值比Output1的絕對(duì)值大時(shí)，就以O(shè)utput2的絕對(duì)值和Output1絕對(duì)值的3/8倍相加來近似Output值。
0072上述對(duì)Output信號(hào)計(jì)算平方值之和的平方根的近似方法，可以采用流程9所示的過程步驟來執(zhí)行。更具體地說，對(duì)于具有較小絕對(duì)值的信號(hào)Output1或Output2，濾波器(即Output1的第一濾波器140或Output2的第二濾波器142)的移位寄存器114和138將被右移兩次178和180。然后，將具有較小絕對(duì)值的信號(hào)的移位寄存器的數(shù)值與具有較大絕對(duì)值的信號(hào)絕對(duì)值相加182。接著，具有較小絕對(duì)值的信號(hào)的移位寄存器再一次向右移位184，并將其與前述所得到的和相加186。使用這些步驟來代替圖8所示實(shí)施例中對(duì)濾波器輸出值求平方的第一和第二電路150和166、加法器156以及計(jì)算平方根的電路174。
0073本發(fā)明上述實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于，提供了一種簡(jiǎn)單的FIR濾波器120，不論數(shù)字濾波器長(zhǎng)度如何，對(duì)每一個(gè)輸入采樣值都僅使用一個(gè)加操作和一個(gè)減操作即可實(shí)現(xiàn)該FIR濾波器120。此外，本發(fā)明實(shí)施例還有利地提供了復(fù)合濾波器144，其包括兩個(gè)FIR濾波器140和142，而且不論濾波器長(zhǎng)度如何，可以僅使用一個(gè)加操作和一個(gè)減操作來實(shí)現(xiàn)FIR濾波器140和142中的每一個(gè)。這樣，在總體上可以僅使用兩個(gè)加操作和兩個(gè)減操作來實(shí)現(xiàn)包含在復(fù)合濾波器中兩個(gè)FIR濾波器。
0074圖10示出了FIR濾波器120的另一個(gè)版本188，其用在本發(fā)明實(shí)施例中來檢測(cè)正弦輸入信號(hào)。圖10所示濾波器是圖6所示濾波器120的一種簡(jiǎn)化。圖10所示的濾波器包括一個(gè)n級(jí)移位寄存器194、一個(gè)減法器196、一個(gè)加法器198以及一個(gè)存儲(chǔ)寄存器200。所述n級(jí)移位寄存器接收輸入到濾波器的采樣值。該n級(jí)移位寄存器的第一級(jí)202和最后一級(jí)204分別具有抽頭206和208，這些抽頭分別與減法器的一個(gè)輸入端210以及加法器的一個(gè)輸入端212相連。加法器的另一輸入端214與存儲(chǔ)寄存器的一個(gè)輸出端216相連，并接收存儲(chǔ)在存儲(chǔ)寄存器中的濾波器的前一輸出信號(hào)值(Output(t-1))。減法器的另一輸入端218與加法器的一個(gè)輸出端220相連，其接收了加法器的輸出。減法器輸出端222的輸出信號(hào)在存儲(chǔ)寄存器的輸入端224被存儲(chǔ)寄存器接收。濾波器的總體輸出信號(hào)是減法器輸出端的信號(hào)，就是將n級(jí)移位寄存器最后一級(jí)中的數(shù)值加上存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)值，然后將n級(jí)移位寄存器第一級(jí)中的數(shù)值減去所得到的和。
0075圖11示出了圖10所示濾波器188的一種n等于8的實(shí)施例226。所述8級(jí)移位寄存器在特定時(shí)間點(diǎn)t0具有級(jí)值X0(t0)、X1(t0)、X2(t0)、X3(t0)、X4(t0)、X5(t0)、X6(t0)以及X7(t0)，所述濾波器的輸出為Output(t0)＝X0(t0)-(Output(t-1)+X7(t0))因此，圖10和圖11所示的濾波器與圖6和圖7所示的濾波器120相比，其優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了這些濾波器執(zhí)行的算術(shù)操作。因此，圖10和圖11所示的濾波器要快于圖6和圖7所示的濾波器。
0076圖12說明了另一個(gè)被使用在本發(fā)明的實(shí)施例中的FIR濾波器230。圖12中說明的濾波器是對(duì)圖10中說明的濾波器188的一種近似。圖12中說明的濾波器包括一個(gè)兩級(jí)移位寄存器232、一個(gè)第一減法器234、一個(gè)n/2級(jí)移位寄存器236、一個(gè)第二減法器238、一個(gè)加法器240以及存儲(chǔ)寄存器242。所述兩級(jí)移位寄存器接收輸入到該濾波器的采樣值。兩級(jí)移位寄存器的每一級(jí)244和246分別具有抽頭248和250，其分別耦合到第一減法器的輸入端252和254，該減法器將第二級(jí)的輸出X1減去第一級(jí)的輸出X0。第一減法器的一個(gè)輸出端256上的輸出信號(hào)，即X0-X1，被n/2級(jí)移位寄存器和第二減法器的第一輸入端258接收。該n/2級(jí)移位寄存器的第n/2級(jí)260包括一個(gè)耦合到第二減法器第二輸入端264的抽頭262，該減法器將第一減法器的輸出減去所述第n/2級(jí)的輸出。第二減法器的一個(gè)輸出端266耦合到加法器的第一輸入端268。加法器的第二輸入端270耦合到存儲(chǔ)寄存器的一個(gè)輸出端271，并且存儲(chǔ)寄存器的一個(gè)輸入端272耦合到加法器的一個(gè)輸出端273。濾波器的總體輸出是加法器輸出端273上的信號(hào)，其是用第二減法器輸出的數(shù)值減去存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)值。
0077圖13說明了圖12所示濾波器230的一種n等于8的實(shí)施例274。4級(jí)移位寄存器276在特定時(shí)間點(diǎn)t0具有級(jí)值X0(t0)-X1(t0)、X2(t0)-X3(t0)、X4(t0)-X5(t0)以及X6(t0)-X7(t0)，圖13所示濾波器的輸出為Output(t0)＝X0(t0)-X1(t0)-X6(t0)+X7(t0)+Output(t-1)因此，圖12和圖13中分別所示的濾波器230和274的實(shí)施例，其優(yōu)勢(shì)在于減少了由濾波器執(zhí)行的總的算術(shù)操作，這樣，分別與圖10和圖11所示濾波器188和238相比會(huì)更快。濾波器230和274相對(duì)于濾波器188和226的優(yōu)勢(shì)在于所述濾波器在輸入處每接收兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(X0和X1)運(yùn)行一次，因此也相對(duì)更快。
0078圖10、圖11、圖12以及圖13中分別所示的濾波器188、226、230以及274，可以作為圖8所示的包括在復(fù)合濾波器144中的第一和第二濾波器140和142。在此情況下，輸入數(shù)據(jù)的實(shí)部或虛部的符號(hào)和幅度部分可被檢查和比較，以確定一種濾波器與輸入數(shù)據(jù)的更準(zhǔn)確的調(diào)準(zhǔn)(alignment)。盡管復(fù)合濾波器是一種較粗糙的濾波器，但在檢查了第一和第二濾波器輸出的符號(hào)和幅度后，可以進(jìn)行調(diào)整以獲得相當(dāng)于在濾波器全速運(yùn)行下的濾波器輸出分辨率。
0079更具體地，參考圖14，利用下列步驟將信號(hào)峰值存儲(chǔ)在一個(gè)包括在所述閾值與峰值檢測(cè)器50中的峰值緩沖存儲(chǔ)器(未示出)中。首先，濾波器被運(yùn)行Y次278，在濾波器由閾值與峰值檢測(cè)器運(yùn)行Y次期間，濾波器輸出的一個(gè)最大值及該最大值的索引值被存儲(chǔ)。然后，每個(gè)被檢測(cè)到的最大值通過閾值與峰值檢測(cè)器與閾值比較280。如果該最大值大于閾值98，則此最大值就與存儲(chǔ)在峰值緩沖存儲(chǔ)器中的數(shù)值相比較282。如果新的最大值大于峰值列表中的值，則與峰值相關(guān)的、包括在峰值列表中的該最大值和一個(gè)索引值就被存儲(chǔ)在峰值緩沖存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)位置Z上。接著，閾值被設(shè)置為最大值的一半284。這樣，閾值就足夠大以阻止錯(cuò)誤最大值(即被不正確地確定為峰值的基底噪聲76的測(cè)量值)的存儲(chǔ)。因此，濾波器的輸出被存儲(chǔ)在峰值緩沖存儲(chǔ)器中代替最后一次測(cè)量到的峰值，并且該閾值被設(shè)定為該最大值的一半。接著，濾波器被再次運(yùn)行Y次。
0080如果所述最大值不大于閾值98，則閾值與峰值檢測(cè)器50將閾值設(shè)定為該最大值的兩倍和當(dāng)前閾值的兩倍中較小的一個(gè)286。閾值通過這種方式被重新計(jì)算，以避免檢測(cè)到基底噪聲76中的峰值，并保證對(duì)稍后發(fā)生的峰值94的檢測(cè)。然后，檢查峰值緩沖存儲(chǔ)器(未示出)的存儲(chǔ)位置Z，以確認(rèn)峰值緩沖存儲(chǔ)器位置Z是否為0值(所述峰值緩沖存儲(chǔ)器包括多個(gè)存儲(chǔ)地址位置)288。如果為0，則濾波器再次被運(yùn)行Y次278。如果存儲(chǔ)器位置Z不是0，在峰值緩沖存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器位置Z就由閾值與峰值檢測(cè)器增加290，這樣最后一個(gè)峰值就被存儲(chǔ)在該峰值緩沖存儲(chǔ)器中，并且指針被移動(dòng)到緩沖存儲(chǔ)器中一個(gè)新的峰值位置。所述濾波器被再次運(yùn)行Y次。這樣，當(dāng)測(cè)量到最大值沒有大于閾值時(shí)，就會(huì)計(jì)算新的閾值，然后執(zhí)行一個(gè)測(cè)試，以檢測(cè)峰值是否已被存儲(chǔ)至峰值緩沖存儲(chǔ)器中。如果已被存儲(chǔ)，則峰值就在指向峰值緩沖存儲(chǔ)器中新的位置后，被存儲(chǔ)在另一個(gè)存儲(chǔ)位置中。
0081參考圖15和圖16a-圖16c，可以更好的理解上面提到的對(duì)濾波器120、188、226、230以及274的調(diào)整。圖15示出了輸入到4級(jí)(n＝4)濾波器中的示例性正弦數(shù)據(jù)292。具體地，分四種不同的情況234-240示出了輸入到濾波器第一級(jí)232的四個(gè)采樣值294-300。每種情況代表了正弦輸入信號(hào)具有不同的相位延遲。每個(gè)正弦輸入信號(hào)已被模數(shù)轉(zhuǎn)換器46采樣，并被存儲(chǔ)在包括于模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的輸入緩沖存儲(chǔ)器(未示出)中，在四個(gè)不同的時(shí)刻表現(xiàn)為數(shù)據(jù)采樣值D0 294、D1296、D2 298以及D3 300，其中D0是輸入緩沖存儲(chǔ)器中最近的采樣值，而D3是輸入緩沖存儲(chǔ)器中最早的采樣值。在圖15所示的四種不同情況中，正弦輸入信號(hào)306的峰值302和304與輸入濾波器的采樣時(shí)刻308-314排列起來。
0082在情況1 234中，所述數(shù)據(jù)292在采樣值D3 294處的數(shù)據(jù)較高并達(dá)到+1，在采樣值D2 296處的數(shù)據(jù)為0，在采樣值D1 298處的數(shù)據(jù)較低并達(dá)到-1，以及在采樣值D0 300處的數(shù)據(jù)為0。在情況2 236中，正弦輸入信號(hào)306相對(duì)于情況1中的正弦輸入信號(hào)有90度的延遲，這樣在采樣值D3處的數(shù)據(jù)為0，在采樣值D2處的數(shù)據(jù)較高并達(dá)到+1，在采樣值D1處的數(shù)據(jù)為0，以及在采樣值D0處的數(shù)據(jù)較低并達(dá)到-1。在情況3 238中，正弦輸入信號(hào)相對(duì)于情況2中的正弦輸入信號(hào)有90度的延遲，這樣在采樣值D3處的數(shù)據(jù)較低并達(dá)到-1，在采樣值D2處的數(shù)據(jù)為0，在采樣值D1處的數(shù)據(jù)較高并達(dá)到+1，以及在采樣值D0處的數(shù)據(jù)為0。在情況4 240中，正弦輸入信號(hào)相對(duì)于情況3中的正弦輸入信號(hào)有90度的延遲，這樣在采樣值D3處的數(shù)據(jù)為0，在采樣值D2處的數(shù)據(jù)較低并達(dá)到-1，在采樣值D1處的數(shù)據(jù)為0，以及在采樣值D0處的數(shù)據(jù)較高并達(dá)到+1。
0083圖15所示的濾波器的選擇輸出316分別表示被采樣的正弦輸入信號(hào)306的實(shí)部318和虛部320。另外參考圖8，在一般情況下，所述實(shí)部和虛部是分別從第一濾波器140和第二濾波器142中輸出的信號(hào)。更具體地說，在圖15的例子中，被采樣的輸入信號(hào)的實(shí)部R，以及被采樣的輸入信號(hào)的虛部I是基于下述方程確定的R＝D1-D3I＝D0-D2在復(fù)合濾波器的情況下，第一濾波器來濾波被采樣的輸入信號(hào)的實(shí)部R，而第二濾波器來濾波被采樣的輸入信號(hào)的虛部I。
0084另外參考圖16a中說明的過程322，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，濾波器每次運(yùn)行時(shí)所取得的正弦輸入信號(hào)306的采樣值數(shù)目，即前面討論過的數(shù)值Y(見圖14的步驟27)，被模數(shù)轉(zhuǎn)換器46設(shè)置為4。所述正弦輸入信號(hào)的四個(gè)采樣值被四倍過采樣324。步驟326、328以及330都在圖12的濾波器230中被實(shí)現(xiàn)。在步驟326中，第一減法器256輸出處的數(shù)值TempR，其是儲(chǔ)存在緩沖存儲(chǔ)器(未示出)中的被采樣的輸入信號(hào)實(shí)部的暫態(tài)值，被設(shè)置為用采樣值D0 300中的數(shù)值(在抽頭248處的X0)減去采樣值D2296中的數(shù)值(在抽頭250處的X1)。另一個(gè)值A(chǔ)(在第二減法器238輸出處266)，其是另一個(gè)暫態(tài)值，被設(shè)置為等于TempR減去Xn-2-Xn-1(第n/2級(jí)260的抽頭262處)328的數(shù)值X′。這樣，將TempR減去從在圖10、11、12和13中示出的兩級(jí)緩沖存儲(chǔ)器190和244中輸出的數(shù)值，再放置在TempR里。然后，用TempR減去移位寄存器236中的最后一個(gè)數(shù)值X′。接著，在接下來的步驟330中，TempR被設(shè)置為A加上被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)寄存器242中的、等于濾波器最后一次運(yùn)行的濾波器輸出的實(shí)部的濾波器的輸出OutR的值。接著，所述OutR值被設(shè)置為TempR的值。
0085接著，TempR的值被檢查以確認(rèn)它是否為正332。如果TempR的值大于0，則TempR為正，并增加環(huán)形緩沖器指針334。如果TempR的值不大于0，則對(duì)TempR取反，即令TempR等于負(fù)的TempR，并且被初始化336為十六進(jìn)制數(shù)0203的輔助寄存器(Aux)的值被設(shè)置為將Aux的值和十六進(jìn)制數(shù)FFFD求與338。然后，增加環(huán)形緩沖器指針。這樣，如果TempR的值不大于0，TempR的值是負(fù)的，就使TempR的值取反，并且將Aux寄存器中的值與FFFD進(jìn)行與運(yùn)算來對(duì)校正寄存器即輔助(Aux)寄存器進(jìn)行調(diào)整，以重置Aux寄存器中的位1。
0086接著，參考圖16b，如在以前使用輸入值D0 300和D2 296來討論實(shí)部一樣，虛數(shù)部分320的計(jì)算也是通過利用數(shù)據(jù)輸入值D1 298和D3 294來實(shí)現(xiàn)圖12的濾波器。第二濾波器142被用來實(shí)現(xiàn)圖16b中的步驟340、342以及344。
0087接著，TempI的值被與數(shù)字0相比較346。如果TempI的值大于0，則TempI是正的，環(huán)形緩沖器指針就被增加348。如果TempI的值不大于0，則將TempI的值取反，將Aux值的與上十六進(jìn)制數(shù)FDFF350，之后增加環(huán)形緩沖器指針。
0088接著，參考圖16c，TempR的數(shù)值和TempI的數(shù)值相比較。如果TempR的數(shù)值大于TempI的數(shù)值，則Aux寄存器較高的兩位被清零354。這一過程可在圖15的的實(shí)例情況2236和實(shí)例情況4240中被了解，其中濾波器輸出的實(shí)部幅度大于濾波器輸出的虛部幅度，以及Aux寄存器354在方形356內(nèi)的較低兩位被保留而Aux寄存器較高的兩位被清零，結(jié)果就得到了校正值358。另外參考圖9，TempR的值被設(shè)置為TempR的值加上3/8倍的TempI的值360，以近似平方值之和的平方根的計(jì)算。
0089因此，如果TempR的值不大于TempI的值，則Aux寄存器較高的兩位與Aux寄存器較低的兩位相交換，再將得到的Aux寄存器較高的兩位清零362。這一過程可在圖15的的實(shí)例情況1234和實(shí)例情況3 238中被了解，其中Aux寄存器354在方形364內(nèi)的較高的兩位和Aux寄存器較低的兩位被交換，而僅僅得到的Aux寄存器較低的兩位，即在方形中的兩位被保留而Aux寄存器的較高的兩位被清零，結(jié)果就得到了校正值358。接著，另外參考圖9，TempR的值被設(shè)置為TempI的值加上3/8倍的TempR的值366，以近似平方值之和的平方根之計(jì)算。利用檢查所述實(shí)部TempR和虛部TempI的值，就可以確定峰值究竟是發(fā)生在采樣點(diǎn)D0 294、D1 296、D2 298或D4 300中的哪一個(gè)處。
0090在圖15中示出的結(jié)果校正值358表示了濾波器構(gòu)建時(shí)由限定濾波器的系數(shù)所限定的假定相位和正弦輸入信號(hào)306之間對(duì)準(zhǔn)上的差異，即相位差。另外參考圖5，h0被設(shè)為+1以進(jìn)一步降低濾波器復(fù)雜度，其被示于圖6、10以及12。對(duì)情況1 234不需要校正，對(duì)情況2 236需要1的校正，對(duì)情況3 238需要2的校正，對(duì)情況4 240需要3的校正。這樣，所述校正值可被系統(tǒng)12使用以更精確地校正模數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸入數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻。
0091接著，TempR的值和峰值最大值相比較368。如果TempR大于該最大值，則最大值被設(shè)置為TempR的值，而索引指針減去AUX寄存器的值370。這樣，索引計(jì)數(shù)器通過減去Aux寄存器的值而被校正。接著，索引指針加4 372。如果TempR的值不大于所述最大值，則索引計(jì)數(shù)器加4。
0092本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于提供了一種允許實(shí)時(shí)濾波和閾值處理的濾波器結(jié)構(gòu)供使用，這樣就在不需要高速處理器的情況下，減少了對(duì)存儲(chǔ)器的需求。由于所述深度檢查系統(tǒng)12不需要高速處理器，因此可使用低成本的低速處理器。根據(jù)本發(fā)明的濾波器48的實(shí)施例，提供了改善的信號(hào)檢測(cè)和高抗噪性能。
0093給出本發(fā)明的前述細(xì)節(jié)描述僅僅是為了說明的目的，并無意對(duì)它們進(jìn)行窮舉或者用它們來將本發(fā)明限制為所公開的特定實(shí)施例。所述實(shí)施例可根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵特征的配置，來提供不同的性能和優(yōu)勢(shì)。例如，詳細(xì)討論的匹配濾波器技術(shù)可被用于檢測(cè)多種類型的信號(hào)，例如雷達(dá)信號(hào)或紅外信號(hào)，可以從外部源來發(fā)射這些信號(hào)。根據(jù)信號(hào)的特性，僅使用包括在圖2所示深度確定系統(tǒng)12中的部件的子集就可對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和濾波。此外，可使用圖2所示部件之外的額外部件來實(shí)現(xiàn)匹配濾波技術(shù)。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)，其中在檢測(cè)了從所述液體上表面反射的脈沖波后，所述液體的深度被確定，所述系統(tǒng)包括a.一個(gè)傳感器，其被配置成，感測(cè)所述反射脈沖波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述反射脈沖波的一個(gè)模擬輸入信號(hào)；b.一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述傳感器，并且被配置成將所述模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)；和c.一個(gè)耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的濾波器，其中所述濾波器包括一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其被配置成接收所述數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)，所述有限沖擊響應(yīng)濾波器包括i.一個(gè)n級(jí)移位寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)，ii.耦合到所述n級(jí)移位寄存器的n/2個(gè)減法器，以及iii.耦合到所述n級(jí)移位寄存器的n/2-1個(gè)加法器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中a.所述n/2個(gè)減法器中的每個(gè)減法器具有一個(gè)第一輸入端、一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器的一級(jí)的第二輸入端、以及一個(gè)輸出端；和b.所述n/2-1個(gè)加法器中的每個(gè)加法器具有一個(gè)耦合到一個(gè)減法器的一個(gè)輸出端的第一輸入端，和一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器的一級(jí)的第二輸入端；c.其中所述n/2個(gè)減法器中的一個(gè)減法器的第一輸入端被耦合到所述n級(jí)移位寄存器的第一級(jí)，其他減法器的每個(gè)第一輸入端被耦合到一個(gè)加法器的一個(gè)輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述有限沖擊響應(yīng)濾波器為基于t1時(shí)刻的數(shù)字輸入信號(hào)Input(t1)、t0時(shí)刻的數(shù)字輸出信號(hào)Output(t0)以及t0時(shí)刻所述n級(jí)移位寄存器第n級(jí)中的數(shù)據(jù)值Xn-1(t0)，來計(jì)算t1時(shí)刻的一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)Output(t1)，其中t1是t0時(shí)刻后下一個(gè)時(shí)鐘周期處的時(shí)刻，Output(t1)基于下面方程來計(jì)算Output(t1)＝Input(t1)-(Output(t0)+Xn-1(t0))。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)耦合到所述濾波器的閾值與峰值檢測(cè)器，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器被配置成，實(shí)時(shí)地將所述有限沖擊響應(yīng)濾波器的數(shù)字輸出信號(hào)的幅度與一個(gè)閾值相比較，并產(chǎn)生包括每個(gè)超過所述閾值的峰值的幅度值和時(shí)刻的峰值列表；b.一個(gè)耦合到所述濾波器和所述閾值與峰值檢測(cè)器的控制電路，其中所述控制電路被配置成從所述閾值與峰值檢測(cè)器接收所述峰值列表；和c.一個(gè)耦合到所述控制電路的存儲(chǔ)裝置，其被配置成存儲(chǔ)由所述控制電路接收的所述峰值列表。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)耦合在所述控制電路和所述傳感器之間的信號(hào)發(fā)生器，其被配置成產(chǎn)生一個(gè)用來刺激所述傳感器以引發(fā)所述脈沖波的發(fā)生器信號(hào)；和b.一個(gè)耦合在所述控制電路和所述傳感器之間的驅(qū)動(dòng)器，其被配置成在所述發(fā)生器信號(hào)被耦合到所述傳感器之前放大該發(fā)生器信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器包括一個(gè)匹配濾波器，其被配置成將所述模擬輸入信號(hào)與所述發(fā)生器信號(hào)相比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路基于所述峰值列表來計(jì)算所述儲(chǔ)罐中的液體深度值，而且所述控制電路產(chǎn)生一個(gè)在調(diào)制中基于所述儲(chǔ)罐中的液體深度變化的數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括a.一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述控制電路，并且被配置成將所述數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬脈寬調(diào)制信號(hào)；和b.一個(gè)水平面信號(hào)電路，其被耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并且被配置成將所述模擬脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)與所述儲(chǔ)罐中的液體深度相關(guān)的水平面信號(hào)輸出信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)溫度感應(yīng)器，其被耦合到所述控制電路，并且被配置成將所述儲(chǔ)罐中液體的溫度值提供給所述控制電路，其中所述控制電路基于所述儲(chǔ)罐中的液體溫度值來調(diào)整所述儲(chǔ)罐中液體深度的計(jì)算值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器基于所述數(shù)字輸出信號(hào)的幅度值來重新計(jì)算所述閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)放大器，其被耦合在所述傳感器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間，并被配置成放大所述模擬輸入信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中a.所述濾波器包括一個(gè)復(fù)合濾波器，其具有一個(gè)第一有限沖擊響應(yīng)濾波器和一個(gè)第二有限沖擊響應(yīng)濾波器，它們均以兩倍于所述脈沖波的頻率對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行采樣；和b.由所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)于由所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)，有90度的相位差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器計(jì)算從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的平方值之和的平方根。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器通過將從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較大的一個(gè)，與從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較小的一個(gè)的3/8倍相加，來計(jì)算平方值之和的平方根的近似值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述平方值之和的平方根的近似值通過如下方式被計(jì)算a.將具有較小輸出信號(hào)絕對(duì)值的所述第一或第二有限沖擊響應(yīng)濾波器的n級(jí)移位濾波器右移位兩次；b.將所述右移位兩次的n級(jí)移位濾波器的輸出與所述第一或第二有限沖擊響應(yīng)濾波器的輸出中具有較大絕對(duì)值的一個(gè)相加，得到第一相加值；c.將具有較小輸出信號(hào)絕對(duì)值的所述n級(jí)移位寄存器再向右移位一次；并且d.將所述右移位三次的n級(jí)移位寄存器的輸出與所述第一相加值相加。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器被配置成確定所述數(shù)字輸入信號(hào)和限定所述濾波器的系數(shù)之間的相位差。
16.一種用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)，其中在檢測(cè)了從所述液體上表面反射的一個(gè)脈沖波后，所述液體深度被確定，所述系統(tǒng)包括a.一個(gè)傳感器，其被配置成感測(cè)所述反射脈沖波并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述反射脈沖波的一個(gè)模擬輸入信號(hào)；b.一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述傳感器，并被配置成將所述模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)；和c.一個(gè)耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的濾波器，其中所述濾波器包括一個(gè)被配置成接收所述數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)的有限沖擊響應(yīng)濾波器，所述有限沖擊響應(yīng)濾波器包括i.一個(gè)n級(jí)移位寄存器，其中n是一個(gè)大于1的整數(shù)，ii.被耦合到所述n級(jí)移位寄存器的一個(gè)減法器，iii.被耦合到所述n級(jí)移位寄存器和所述減法器的一個(gè)加法器，以及iv.被耦合到所述加法器和所述減法器的一個(gè)存儲(chǔ)寄存器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中a.所述減法器具有一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)輸出端；b.所述加法器具有一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器另一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端和一個(gè)耦合到所述減法器的第二輸入端的輸出端；和c.所述存儲(chǔ)寄存器具有一個(gè)耦合到所述減法器的輸出端的輸入端，和一個(gè)耦合到所述加法器的第二輸入端的輸出端。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)耦合到所述濾波器的閾值與峰值檢測(cè)器，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器被配置成，實(shí)時(shí)地將所述有限沖擊響應(yīng)濾波器的數(shù)字輸出信號(hào)的幅度與一個(gè)閾值比較，并產(chǎn)生包括每個(gè)超過所述閾值的峰值的幅度值和時(shí)刻的峰值列表；b.一個(gè)被耦合到所述濾波器和所述閾值與峰值檢測(cè)器的控制電路，其中所述控制電路被配置成從所述閾值與峰值檢測(cè)器接收所述峰值列表，所述控制電路基于所述峰值列表來確定所述儲(chǔ)罐中的液體深度值，并且所述控制電路產(chǎn)生一個(gè)在調(diào)制中基于所述儲(chǔ)罐中的液體深度變化的數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)；c.一個(gè)耦合到所述控制電路的存儲(chǔ)裝置，其被配置成存儲(chǔ)由所述控制電路接收的所述峰值列表；d.一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述控制電路，并被配置成將所述數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬脈寬調(diào)制信號(hào)；和e.一個(gè)水平面信號(hào)電路，其被耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并被配置成將所述模擬脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)與所述儲(chǔ)罐中的液體深度相關(guān)的水平面信號(hào)輸出信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器基于所述數(shù)字輸出信號(hào)的幅度值來重新計(jì)算所述閾值。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中a.所述濾波器包括一個(gè)復(fù)合濾波器，其具有一個(gè)第一有限沖擊響應(yīng)濾波器和一個(gè)第二有限沖擊響應(yīng)濾波器，它們均以兩倍于所述脈沖波的頻率對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行采樣；和b.所述由所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)于所述由所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)，有90度的相位差。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器計(jì)算從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的平方值之和的平方根。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器通過將從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較大的一個(gè)，與從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較小的一個(gè)的3/8倍相加的方法，來計(jì)算平方值之和的平方根的近似值。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器被配置成確定所述數(shù)字輸入信號(hào)和限定所述濾波器的系數(shù)之間的相位差。
24.一種用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)，其中在檢測(cè)了從所述液體上表面反射的一個(gè)脈沖波后，所述液體的深度被確定，所述系統(tǒng)包括a.一個(gè)傳感器，其被配置成感測(cè)所述反射脈沖波，并產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述反射脈沖波的模擬輸入信號(hào)；b.一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其被耦合到所述傳感器，并被配置成將所述模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)；和c.一個(gè)耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的濾波器，其中所述濾波器包括一個(gè)被配置成接收所述數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)的有限沖擊響應(yīng)濾波器，所述有限沖擊響應(yīng)濾波器包括i.一個(gè)兩級(jí)移位寄存器，ii.一個(gè)耦合到所述兩級(jí)移位寄存器的第一減法器，iii.一個(gè)耦合到所述第一減法器的n/2級(jí)移位寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)，iv.一個(gè)耦合到所述第一減法器和所述n/2級(jí)移位寄存器的第二減法器；v.一個(gè)耦合到所述第二減法器的加法器，以及vi.一個(gè)耦合到所述加法器的存儲(chǔ)寄存器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中a.所述第一減法器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并且每個(gè)所述第一減法器的輸入端都被耦合到所述兩級(jí)移位寄存器的一級(jí)，b.所述n/2級(jí)移位寄存器具有一個(gè)耦合到所述第一減法器的輸出端的輸入端，c.所述第二減法器具有一個(gè)耦合到所述第一減法器的輸出端的第一輸入端、一個(gè)耦合到所述n/2級(jí)移位寄存器第n/2級(jí)的第二輸入端，以及一個(gè)輸出端；d.所述加法器有一個(gè)耦合到所述第二減法器的輸出端的第一輸入端，一個(gè)第二輸入端以及一個(gè)輸出端；和e.所述存儲(chǔ)寄存器具有一個(gè)耦合到所述加法器的輸出端的輸入端，和一個(gè)耦合到所述加法器的第二輸入端的輸出端。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括a.一個(gè)耦合到所述濾波器的閾值與峰值檢測(cè)器，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器被配置成，實(shí)時(shí)地將所述有限沖擊響應(yīng)濾波器的數(shù)字輸出信號(hào)的幅度與一個(gè)閾值加以比較，并產(chǎn)生包括每個(gè)超過所述閾值的峰值的幅度值和時(shí)刻的峰值列表；b.一個(gè)耦合到所述濾波器和所述閾值與峰值檢測(cè)器的控制電路，其中所述控制電路被配置成從所述閾值與峰值檢測(cè)器接收所述峰值列表，所述控制電路基于所述峰值列表來計(jì)算所述儲(chǔ)罐中的液體深度值，并且所述控制電路產(chǎn)生一個(gè)在調(diào)制中基于所述儲(chǔ)罐中的液體深度變化的數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)；c.一個(gè)耦合到所述控制電路的存儲(chǔ)裝置，其被配置成存儲(chǔ)由所述控制電路接收的所述峰值列表；d.一個(gè)耦合到所述控制電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其被配置成將所述數(shù)字脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬脈寬調(diào)制信號(hào)；和e.一個(gè)耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的水平面信號(hào)電路，其被配置成將所述模擬脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)與所述儲(chǔ)罐中的液體深度相關(guān)的水平面信號(hào)輸出信號(hào)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述閾值與峰值檢測(cè)器基于所述數(shù)字輸出信號(hào)的幅度值來重新計(jì)算所述閾值。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中a.所述濾波器包括一個(gè)復(fù)合濾波器，其具有一個(gè)第一有限沖擊響應(yīng)濾波器和一個(gè)第二有限沖擊響應(yīng)濾波器，它們均以兩倍于所述脈沖波的頻率對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行采樣；和b.所述由所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)于所述由所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器濾波的采樣數(shù)字輸入信號(hào)，有90度的相位差。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器計(jì)算從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的平方值之和的平方根。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器通過將從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較大的一個(gè)，與從所述第一有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值和從所述第二有限沖擊響應(yīng)濾波器輸出的信號(hào)的絕對(duì)值中較小的一個(gè)的3/8倍相加的方法，來計(jì)算平方值之和的平方根的近似值。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述濾波器被配置成，確定對(duì)應(yīng)于所述反射脈沖波的所述數(shù)字輸入信號(hào)和所述被采樣的數(shù)字信號(hào)之間的相位差。
32.一種有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括a.一個(gè)n級(jí)移位寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)；b.耦合到所述n級(jí)移位寄存器的n/2個(gè)減法器，所述n/2個(gè)減法器中的每一個(gè)減法器有一個(gè)第一輸入端、一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器一級(jí)的第二輸入端、以及一個(gè)輸出端；和c.耦合到所述n級(jí)移位寄存器的n/2-1個(gè)加法器，所述n/2-1個(gè)加法器中的每一個(gè)加法器有一個(gè)耦合到一個(gè)減法器的一個(gè)輸出端的第一輸入端，以及一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器一級(jí)的第二輸入端；d.其中所述n/2個(gè)減法器中一個(gè)減法器的第一輸入端耦合到所述n級(jí)移位寄存器的第一級(jí)，而每個(gè)其他減法器的第一輸入端被耦合到一個(gè)加法器的一個(gè)輸出端。
33.一種有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括a.一個(gè)n級(jí)寄存器，其中n是一個(gè)大于1的整數(shù)；b.一個(gè)減法器，其具有一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端、以及一個(gè)輸出端；c.一個(gè)加法器，其具有一個(gè)耦合到所述n級(jí)移位寄存器另一級(jí)的第一輸入端、一個(gè)第二輸入端、以及一個(gè)耦合到所述減法器的第二輸入端的輸出端；和d.一個(gè)存儲(chǔ)寄存器，其具有一個(gè)耦合到所述減法器的輸出端的輸入端，以及一個(gè)耦合到所述加法器的第二輸入端的輸出端。
34.一種有限沖擊響應(yīng)濾波器，其包括a.一個(gè)兩級(jí)移位寄存器；b.一個(gè)第一減法器，其具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，所述第一減法器的每個(gè)輸入端都被耦合到所述兩級(jí)移位寄存器的一級(jí)；c.一個(gè)n/2級(jí)移位寄存器，其中n是一個(gè)大于或等于4的偶數(shù)，其具有一個(gè)耦合到所述第一減法器輸出端的輸入端；d.一個(gè)第二減法器，其具有一個(gè)耦合到所述第一減法器輸出端的第一輸入端、一個(gè)耦合到所述n/2級(jí)移位寄存器第n/2級(jí)的第二輸入端、以及一個(gè)輸出端；e.一個(gè)加法器，其具有一個(gè)耦合到所述第二減法器的輸出端的第一輸入端，一個(gè)第二輸入端以及一個(gè)輸出端；和f.一個(gè)存儲(chǔ)寄存器，其具有一個(gè)耦合到所述加法器的輸出端的輸入端，以及一個(gè)耦合到所述加法器的第二輸入端的輸出端。
全文摘要
一種用于確定儲(chǔ)罐中液體深度的系統(tǒng)。在檢測(cè)了從所述液體上表面反射的脈沖波后，所述液體的深度就被確定。所述系統(tǒng)包括一個(gè)傳感器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)濾波器。所述傳感器被配置成，感測(cè)所述反射脈沖波，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述反射脈沖波的模擬輸入信號(hào)。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器耦合到所述傳感器，并被配置成將所述模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入信號(hào)。所述濾波器被耦合到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該濾波器包括一個(gè)有限沖擊響應(yīng)濾波器，其被配置成接收所述數(shù)字輸入信號(hào)并產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G01S7/527GK1864050SQ200480028673
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
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