專利名稱：具有電源電壓控制的延遲的脈沖水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)確定罐中所包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)的方法并涉及脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量(Radar level gauge,RLG)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于確定罐中所包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)。雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量通常借助于向罐中包含的產(chǎn)品輻射電磁信號(hào)的非接觸測(cè)量來(lái)進(jìn)行，或者借助于通常稱為導(dǎo)波雷達(dá)(Guided wave radar,GffR)的、其中通過(guò)作為波導(dǎo)的探針將電磁信號(hào)導(dǎo)向并導(dǎo)入所述產(chǎn)品的接觸測(cè)量來(lái)進(jìn)行。所述探針通常被布置為從罐的頂部向底部垂直延伸。所述探針還可被布置在連接到罐的外壁并與罐的內(nèi)部流體相通的測(cè)量管(所謂的室(chamber))中。所發(fā)射的電磁信號(hào)在所述產(chǎn)品的表面處被反射，而反射信號(hào)由雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中所包括的接收器或者收發(fā)器接收?；谒l(fā)射的信號(hào)和反射信號(hào)，可確定到產(chǎn)品的表面的距離。更具體地，到產(chǎn)品的表面的距離通常基于發(fā)射電磁信號(hào)和接收其在罐內(nèi)的氣氛與其中包含的產(chǎn)品之間的界面處的反射之間的時(shí)間來(lái)確定。為了確定產(chǎn)品的實(shí)際填充水準(zhǔn)，基于上述時(shí)間(所謂的飛行時(shí)間)以及電磁信號(hào)的傳播速度來(lái)確定從基準(zhǔn)位置到所述表面的距離。當(dāng)今市場(chǎng)上的大多數(shù)雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)要么是基于發(fā)射脈沖與接收其在產(chǎn)品表面處的反射之間的時(shí)間差來(lái)確定到罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的表面的距離的所謂的脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，要么是基于所發(fā)射的調(diào)頻信號(hào)與其在所述表面處的反射之間的相位差來(lái)確定到所述表面的距離的系統(tǒng)。后一類型的系統(tǒng)通常稱為調(diào)頻連續(xù)波(Frequency ModulatedContinuous Wave, FMCff)型。對(duì)于脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，通常使用時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)來(lái)得到飛行時(shí)間(time-of-flight)。這種脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)一般具有第一振蕩器和第二振蕩器，第一振蕩器用于生成由脈沖形成的發(fā)射信號(hào)，用于以發(fā)射脈沖重復(fù)頻率ft向罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的表面發(fā)射，第二振蕩器用于生成由基準(zhǔn)脈沖形成的基準(zhǔn)信號(hào)，其基準(zhǔn)脈沖重復(fù)頻率f；與發(fā)送脈沖重復(fù)頻率相差給定的頻率差A(yù)f。該頻率差A(yù)f—般在Hz的量級(jí)或幾十Hz的范圍在測(cè)量掃描的開始，發(fā)射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)被同步為具有相同的相位。由于頻率差A(yù) f，發(fā)射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位差在測(cè)量掃描期間會(huì)逐漸增加。在測(cè)量掃描期間，將由于發(fā)射信號(hào)在罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的表面的反射而形成的反射信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相關(guān)，使得僅在反射脈沖和基準(zhǔn)脈沖同時(shí)發(fā)生時(shí)才產(chǎn)生輸出信號(hào)。從測(cè)量掃描的開始到由于反射信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的相關(guān)而導(dǎo)致發(fā)生輸出信號(hào)的時(shí)間為發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)之間的相位差的度量，其又是反射脈沖的飛行時(shí)間的時(shí)間擴(kuò)展的度量，根據(jù)其可以確定到罐內(nèi)所包含的產(chǎn)品的表面的距離。
由于發(fā)射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)之間的頻率差A(yù)f的準(zhǔn)確度對(duì)于脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的性能來(lái)說(shuō)很重要，因此，可通過(guò)監(jiān)視頻率差A(yù)f 并調(diào)節(jié)第二振蕩器以保持預(yù)定的頻率差A(yù)f 的調(diào)節(jié)器來(lái)控制第二振蕩器。為了提供穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，由于需要低值的頻率差A(yù)f以獲得足夠的時(shí)間擴(kuò)展，因此，調(diào)節(jié)器一般需要幾百樣本量級(jí)的頻率差A(yù)f ，這對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)度為20-30秒的持續(xù)時(shí)間。因此，在開始實(shí)際的填充水準(zhǔn)測(cè)量之前，當(dāng)前可獲得的上述類型的脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)通常需要被通電一相當(dāng)?shù)臅r(shí)間段。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述和其他缺陷，本發(fā)明的一個(gè)總目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的脈沖水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)和方法，并且具體地，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)更能量有效的填充水準(zhǔn)確定的脈沖水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)和方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些以及其他目標(biāo)是通過(guò)一種水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)用于利用電磁信號(hào)來(lái)確定罐中包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)。所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)包括發(fā)射信號(hào)生成電路，用于生成發(fā)射脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)；傳播設(shè)備，連接到所述發(fā)射信號(hào)生成電路并被配置為向所述罐內(nèi)的所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ霭l(fā)射信號(hào)，并返回由于所述發(fā)射信號(hào)在所述罐中所包含的所述產(chǎn)品的所述表面處的反射而得到的反射信號(hào)；基準(zhǔn)信號(hào)提供電路，被配置為提供基準(zhǔn)脈沖序列形式的基準(zhǔn)信號(hào)；所述發(fā)射信號(hào)生成電路和基準(zhǔn)信號(hào)提供電路中的至少一個(gè)包括延遲電路，該延遲電路用于提供所述發(fā)射信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的時(shí)變相位差；測(cè)量電路，連接到所述傳播設(shè)備并連接到所述基準(zhǔn)信號(hào)提供電路，所述測(cè)量電路被配置為基于所述基準(zhǔn)信號(hào)和所述反射信號(hào)來(lái)提供測(cè)量信號(hào)；及處理電路，連接到所述測(cè)量電路，用于基于所述測(cè)量信號(hào)來(lái)確定填充水準(zhǔn)，其中，所述延遲電路包括至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于通過(guò)該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的脈沖，展示出根據(jù)提供到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲；及電壓控制電路，連接到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，用于提供可控電源電壓到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，以使得能夠控制所述延遲電路的信號(hào)傳播延遲。所述罐可以是能夠容納產(chǎn)品的任何容器或器皿，并且可以是金屬的，或部分或全部為非金屬的，可以是開放的、半開放的、或密封的。此外，罐中所包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)可通過(guò)利用信號(hào)傳播設(shè)備向罐內(nèi)產(chǎn)品傳播發(fā)射信號(hào)來(lái)直接確定，或者利用設(shè)置在位于罐外部但與罐內(nèi)部流體連通使得室內(nèi)的水準(zhǔn)與罐內(nèi)的水準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的所謂室內(nèi)的傳播設(shè)備來(lái)間接確定。發(fā)射信號(hào)為電磁信號(hào)。所述“傳播設(shè)備”可以是能夠傳播電磁信號(hào)的任何設(shè)備，包括發(fā)射線探針、波導(dǎo)和各種類型的天線(如喇叭天線、陣列天線等)等。應(yīng)注意，處理電路中所包括的裝置中的任何一個(gè)或幾個(gè)可以被提供為分離的物理部件、單個(gè)部件內(nèi)的分離的硬件模塊或者由一個(gè)或幾個(gè)微處理器執(zhí)行的軟件。本發(fā)明基于如下實(shí)現(xiàn)可以利用展示電源電壓依賴的傳播延遲的至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元并通過(guò)控制所述電源電壓、以很高的精度來(lái)獲得發(fā)射脈沖和基準(zhǔn)脈沖之間的可控定時(shí)差。
一個(gè)或幾個(gè)電源電壓控制的延遲單元和用于控制到電源電壓控制的延遲單元的電源電壓的電壓控制電路可包括于發(fā)射信號(hào)生成電路或者基準(zhǔn)信號(hào)提供電路中，或者包括于二者中。例如，發(fā)射信號(hào)生成電路可包括振蕩器電路(例如壓控振蕩器)，基準(zhǔn)信號(hào)提供電路可包括用于提供發(fā)射信號(hào)的延遲版本形式的基準(zhǔn)信號(hào)的延遲電路。通過(guò)利用包括展示出電源電壓依賴的傳播延遲的至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元和控制電源電壓的電壓控制電路的延遲電路，可在任何時(shí)間將延遲控制為期望的值。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的各種節(jié)電工作模式。例如，可使用‘快速搜索’模式，其中，通過(guò)快速改變電源電壓來(lái)快速地改變延遲。這樣，可快速地找到罐內(nèi)產(chǎn)品的表面，而隨后的測(cè)量可以在距表面距離周圍有限的范圍內(nèi)進(jìn)行。與在所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行“完整”的測(cè)量相比，像這樣在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量可以節(jié)省時(shí)間和功率。這樣與在所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行“完整”的測(cè)量相比而節(jié)省的功率例如相反可用于對(duì)所選的范圍過(guò)采樣或多次“加窗”，從而能夠改善敏感度。 發(fā)射信號(hào)生成電路和基準(zhǔn)信號(hào)提供電路可以有利地基于共同的脈沖產(chǎn)生電路來(lái)分別提供發(fā)射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)。但是，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，發(fā)射信號(hào)生成電路和基準(zhǔn)信號(hào)提供電路可被連接到或可包括不同的脈沖產(chǎn)生電路(如不同的振蕩器)。此外，延遲電路可包括串聯(lián)的多個(gè)電源電壓控制的延遲單元，每個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于通過(guò)該電源電壓控制的延遲單元的脈沖展示根據(jù)提供到該電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲。這樣，與單個(gè)電源電壓控制的延遲單元的情況相比，可延展可獲得的延遲范圍。電壓控制電路可連接到每個(gè)電源電壓控制的延遲單元，以對(duì)提供到每個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓進(jìn)行同時(shí)控制。在這種配置中，總延遲變?yōu)獒槍?duì)電源電壓控制的延遲單元的給定電源電壓的各延遲的和。根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，延遲電路還可包括多個(gè)延遲部件，這多個(gè)延遲部件可以是或者可以不是電源電壓控制的延遲單元；和可控開關(guān)電路，該開關(guān)電路被布置并配置為使得能夠形成通過(guò)串聯(lián)的所選數(shù)量的延遲部件的延遲路徑。通過(guò)利用包括多個(gè)延遲部件(每個(gè)延遲部件對(duì)通過(guò)其的電磁信號(hào)提供已知的傳播延遲(該傳播延遲可以針對(duì)所有延遲部件均為相同的，或者可以在延遲部件之間是不同的))和被布置并配置為使得能夠形成通過(guò)串聯(lián)的所選數(shù)量的延遲部件的延遲路徑的可控開關(guān)電路的延遲電路，可在更寬的范圍之上控制所述延遲。通過(guò)對(duì)所述延遲電路中包括的一個(gè)或幾個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓進(jìn)行控制，可以提供對(duì)所述延遲的精細(xì)調(diào)節(jié)?；蛘?，形成所述延遲路徑的延遲部件可以包括于基準(zhǔn)信號(hào)提供電路中，或至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元可包括于發(fā)射信號(hào)生成電路中，或者反之亦可。在這些實(shí)施例中，通過(guò)改變形成延遲路徑的延遲部件的數(shù)量，并且對(duì)于每個(gè)數(shù)量的延遲部件來(lái)改變提供到展示出電源電壓依賴的傳播延遲的電源電壓控制的延遲單元的電源電壓，可實(shí)現(xiàn)延遲電路的總傳播延遲的改變。為了形成延遲路徑，開關(guān)電路可包括被配置在相鄰延遲部件之間的可控開關(guān)部件?；蛘?，所有的延遲部件可串聯(lián)，并且開關(guān)電路可包括用于將所選的延遲部件連接到延遲電路的輸出的可控開關(guān)部件。為了提供延遲電路的特征和/或調(diào)節(jié)，所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)還可包括相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器被布置為提供用于指示通過(guò)延遲電路的傳播延遲的信號(hào)。該信號(hào)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)延遲電路的總延遲的穩(wěn)定和準(zhǔn)確的控制。例如，用于對(duì)提供到電源電壓控制的延遲單元的電源電壓進(jìn)行控制的電壓控制電路可連接到相位檢測(cè)器，并且被配置為依賴于相位檢測(cè)器提供的信號(hào)來(lái)提供可控的電源電壓。在本發(fā)明的各實(shí)施例中，至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元可以是包括至少一個(gè)晶體管的邏輯電路。這種邏輯電路的一個(gè)示例是反相器，但是應(yīng)理解，延遲單元可被實(shí)施為大量不同的邏輯電路(例如與(AND)門、與非(NAND)、或(OR)門、或非(NOR)門等)中的任何一個(gè)。傳播設(shè)備可以是發(fā)射線探針，該發(fā)射線探針可被布置為向罐內(nèi)所包含的產(chǎn)品延伸并延伸到罐內(nèi)所包含的產(chǎn)品中，用于將發(fā)射信號(hào)導(dǎo)向產(chǎn)品的表面，并沿著發(fā)射線探針將反射信號(hào)導(dǎo)回。根據(jù)另一實(shí)施例,傳播設(shè)備可包括用于向罐內(nèi)包含的產(chǎn)品表面福射發(fā)射信號(hào)并捕獲由于發(fā)射信號(hào)在罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的表面處的反射而得到的反射信號(hào)的天線設(shè)備。此外，所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)可有利地被配置為由本地電源來(lái)供電，該本地電源例如可包括電池、風(fēng)力渦輪機(jī)和/或太陽(yáng)能電池等。而且，所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)還可包括用于與外部設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線電收發(fā)器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，上述以及其他目標(biāo)通過(guò)一種利用電磁信號(hào)來(lái)確定罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟生成脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)；向所述罐內(nèi)的所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ霭l(fā)射信號(hào)；接收由于所述發(fā)射信號(hào)在所述產(chǎn)品的所述表面處的反射而得到的反射信號(hào)；提供脈沖序列形式的基準(zhǔn)信號(hào)；基于所述基準(zhǔn)信號(hào)和所述反射信號(hào)來(lái)提供測(cè)量信號(hào)；及基于所述測(cè)量信號(hào)來(lái)確定所述填充水準(zhǔn)，其中，生成所述發(fā)射信號(hào)和提供所述基準(zhǔn)信號(hào)中的至少一個(gè)步驟包括下列步驟使得所述脈沖通過(guò)至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于所述脈沖展示出根據(jù)提供到該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲；及改變到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓，以提供所述發(fā)射信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的時(shí)變相位差。本發(fā)明的該第二方面的其他實(shí)施例以及通過(guò)該第二方面獲得的效果大體上與上述的本發(fā)明的第一方面相似。


現(xiàn)在參考示出本發(fā)明的實(shí)施例的示例的附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些及其他方面。在附圖中圖I示意性示出安裝在示例性罐內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)；圖2是包括于圖I的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的測(cè)量電子單元的示意圖；圖3是示意性示出圖I的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的框圖4a示意性示出包括于圖3的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的延遲電路的第一示例性實(shí)施例；圖4b是示出使用圖4a的延遲電路可得到的傳播延遲的圖；圖4c示意性示出傳播延遲對(duì)圖4a的延遲電路中所包括的示例性電源電壓控制的延遲單元的電源電壓的依賴性；圖5示意性示出包括于圖3的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的延遲電路的第二示例性實(shí)施例；圖6示意性示出包括于圖3的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的延遲電路的第三示例性實(shí)施例；圖7示意性示出包括于圖3的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中的延遲電路的第四示例性實(shí)施例；以及圖8是示意性示出根據(jù)本公開的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式在本說(shuō)明書中，主要參考非接觸型的脈沖雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)討論根據(jù)本發(fā)明的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例，其中，利用輻射天線形式的傳播設(shè)備向罐內(nèi)包含的產(chǎn)品傳播電磁信號(hào)，所述福射天線例如為喇機(jī)天線、陣列天線或平板天線(patch antenna)。應(yīng)注意，這決不意味著對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于利用探針形式的傳播設(shè)備的脈沖導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，所述探針例如是單線探針(包括所謂的Goubau探針)、雙頭探針、同軸探針等。圖I示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)1，該水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I包括測(cè)量電子單元2以及輻射天線設(shè)備3形式的傳播設(shè)備。雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I設(shè)置在罐5上，罐5部分填充有要測(cè)量的產(chǎn)品6。在圖I所示的情況中，產(chǎn)品6是固體的，如顆?；蛩芰锨虻龋坏?，該產(chǎn)品也可以是液體，如水或基于石油的產(chǎn)品等。通過(guò)分析由天線設(shè)備3向產(chǎn)品6的表面7輻射的發(fā)射信號(hào)St以及從表面7返回的反射信號(hào)Sk，測(cè)量電子單元2可確定基準(zhǔn)位置和產(chǎn)品6的表面7之間的距離，從而推導(dǎo)出填充水準(zhǔn)。應(yīng)注意，盡管這里討論的是包含單種產(chǎn)品6的罐5，但是，可以用相似的方式來(lái)測(cè)量到罐5中存在的任何材料界面的距離。如圖2中示意性示出的，電子單元2包括用于發(fā)射和接收電磁信號(hào)的收發(fā)器10和處理單元11，處理單元11連接到收發(fā)器10，以控制收發(fā)器和處理由收發(fā)器接收的信號(hào)，以確定罐5中產(chǎn)品6的填充水準(zhǔn)。另外，處理單元11可通過(guò)接口 12連接到外部通信線路13，用于模擬和/或數(shù)字通信。而且，盡管圖2中未示出，但是，雷達(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I 一般可連接到外部電源，或可通過(guò)外部通信線路13來(lái)供電?；蛘撸走_(dá)水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I可本地供電，并可被配置為進(jìn)行無(wú)線通信。盡管在圖2中被示出為分離的模塊，但是，收發(fā)器10、處理電路11和接口 12中的幾個(gè)可以被設(shè)置在同一電路板上。另外，在圖2中，收發(fā)器10被示出為與罐5的內(nèi)部分離，并經(jīng)由通過(guò)設(shè)置在罐壁中的饋通15的導(dǎo)體14而連接到天線設(shè)備3。應(yīng)理解，這并非必需的情況，而至少收發(fā)器10可以設(shè)置在罐5內(nèi)部。例如，在如圖2所示的那樣天線設(shè)備3被提供為平板天線的情況下，至少收發(fā)器10和平板天線3可被提供在同一電路板上。
圖3是示意性示出圖I的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)中所包含的功能部件的框圖。該示例性的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I包括發(fā)射器支路和接收器支路。發(fā)射器支路包括在此提供為脈沖發(fā)生器30形式的發(fā)射信號(hào)生成電路、RF源I和發(fā)射天線32，并且接收器支路包括延遲電路34形式的基準(zhǔn)信號(hào)提供電路、本地振蕩器35、測(cè)量電路36和接收天線37。通過(guò)脈沖發(fā)生器30提供的脈沖Spkf來(lái)調(diào)制RF源31所產(chǎn)生的微波，從而形成發(fā)射脈沖序列(微波能量的短“包”)形式的發(fā)射信號(hào)St，并且通過(guò)發(fā)射天線32向產(chǎn)品的表面7輻射該發(fā)射信號(hào)。接收天線37接收反射信號(hào)SK，并且該反射信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)到測(cè)量電路36。測(cè)量電路36還被提供有基準(zhǔn)信號(hào)SKEF，該基準(zhǔn)信號(hào)Skef通過(guò)利用延遲電路34將脈沖發(fā)生器30提供的脈沖Spkf延遲并將延遲的脈沖SPKF,del反饋到本地振蕩器35來(lái)形成。由從微處理器38到延遲電路34的線路所示意性示出的，延遲電路34被控制，以改變延遲，使得發(fā)射脈沖和基準(zhǔn)脈沖之間的定時(shí)差隨著時(shí)間改變(增加或降低)。在測(cè)量電路36中，將基準(zhǔn)信號(hào)Skef和反射信號(hào)Sk時(shí)間相關(guān)，以形成時(shí)間擴(kuò)展的測(cè)量信號(hào)Sm，該測(cè)量信號(hào)被提供到微處理器38，其中基于測(cè)量信號(hào)Sm來(lái)確定到產(chǎn)品6的表面7的距離。在上述示例性實(shí)施例中，基準(zhǔn)信號(hào)Skef是發(fā)射信號(hào)St的延遲版本。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解的，延遲電路34同樣可以提供在發(fā)射器支路，用于延遲發(fā)射信號(hào)，使得發(fā)射信號(hào)St變?yōu)榛鶞?zhǔn)信號(hào)Skef的延遲版本?；蛘撸舆t電路可以被配置為在發(fā)射器支路和接收器支路二者上提供延遲。例如，可在接收器支路上提供粗延遲，而在發(fā)射器支路上提供精細(xì)延遲，并且反之亦然。例如，測(cè)量電路36可包括混合器和抽樣保持放大器，但是，還可用本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的其他方式來(lái)實(shí)施。例如，抽樣保持放大器被配置為通過(guò)利用基準(zhǔn)信號(hào)Skef來(lái)控制采樣開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)。而且，對(duì)于所謂的導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)，脈沖發(fā)生器30所生成的脈沖Spkf可以利用發(fā)射線探針向所述表面直接傳播。這種GWR系統(tǒng)因此可以在沒有圖3所示的RF源31和本地振蕩器35的情況下工作。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，發(fā)射器支路和接收器支路可具有不同的脈沖發(fā)生器。圖4a示意性示出圖3的延遲電路34的第一示例性實(shí)施例。參考圖4a，延遲電路34包括串聯(lián)的多個(gè)電源電壓控制的延遲單元D1-Dn以及電壓控制電路45，電壓控制電路45被布置為使得能夠控制提供到電源電壓控制的延遲單元D1-Dn的電源電壓Vs。電源電壓控制的延遲單元D1-Dn中的每一個(gè)對(duì)于通過(guò)其的脈沖展示依賴于提供到該電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲。延遲電路34例如可實(shí)施于FPGA中，并且電源電壓控制的延遲單元D1-Dn可以是反相器。與使用單個(gè)電源電壓控制的延遲單元Dn相比，通過(guò)將多個(gè)電源電壓控制的延遲單XD1-Dn串聯(lián),可增大延遲范圍TD,min-TD,max。這在圖4b中示意性示出了，其中上部的條46示出了針對(duì)單個(gè)電源電壓控制的延遲單元Dn的可調(diào)節(jié)延遲范圍(有點(diǎn)的)，而底部的條47示出了針對(duì)圖4a的包括串聯(lián)連接的多個(gè)電源電壓控制的延遲單元D1-Dn的延遲電路34的可調(diào)節(jié)的延遲范圍(有點(diǎn)的)。
如上所述，每個(gè)電源電壓控制的延遲單元Dn展示依賴于電源電壓Vs而改變的傳播延遲Td。作為一個(gè)示例，電源電壓控制的延遲單元Dn是可以利用CMOS技術(shù)來(lái)實(shí)施的邏輯電路。這種邏輯電路展示隨著電源電壓Vs增大而變短的傳播延遲。圖4c示意性示出了針對(duì)反相器形式的示例性邏輯電路、傳播延遲Td對(duì)電源電壓的示例性依賴性?，F(xiàn)在將參考圖5來(lái)描述圖3的延遲電路34的第二示例性實(shí)施例。圖5的延遲電路34與上面參考圖4a描述的延遲電路的區(qū)別在于，其還包括開關(guān)電路40，開關(guān)電路40是可控的，以形成通過(guò)所選數(shù)量的電源電壓控制的延遲單元D1-Dn的延遲路徑(圖5中的粗線所示的)。開關(guān)電路40是可控的，以通過(guò)所選數(shù)量的電源電壓控制的延遲單元D1-DJ在本示例中通SD1和D2)來(lái)形成圖4a中的粗線示意性示出的延遲路徑。開關(guān)電路可利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于實(shí)現(xiàn)的各種方式來(lái)實(shí)施。當(dāng)然，開關(guān)電路會(huì)引入額外的延遲，如果需要，可通過(guò)在其他分支中(在本示例中，在發(fā)射器支路中)引入對(duì)應(yīng)的延遲來(lái)補(bǔ)償該額外的延遲。如參考圖4a所描述的，電源電壓控制的延遲單元D1-Dn中的每個(gè)展示依賴于提供到延遲單元D1-Dn的電源電壓Vs而改變的傳播延遲Td (Vs)。與上文參考圖4a描述的延遲電路34的實(shí)施例相似，圖5的延遲電路34還包括電壓控制電路50，該電壓控制電路50被布置和配置為向電源電壓控制的延遲單元D1-Dn提供通過(guò)提供到電壓控制電路50的控制信號(hào)51來(lái)確定的電源電壓Vs。利用這種配置，通過(guò)利用開關(guān)電路40來(lái)確定要包括在延遲路徑中的電源電壓控制的延遲單元(在圖5中示意性所示的示例性情況中為Dl和D2)的數(shù)量并通過(guò)利用電壓控制電路50控制電源電壓Vs來(lái)控制這些電源電壓控制的延遲單元D1和D2的延遲時(shí)間Td (Vs)，可精確控制延遲電路34的總延遲。為了提供對(duì)延遲電路的延遲控制/調(diào)節(jié)和/或校準(zhǔn)，可使用反饋配置。下面參考圖6來(lái)描述這種反饋配置的一個(gè)示例。與上面參考圖5描述的延遲電路相似，圖6的延遲電路34包括電源電壓控制的延遲單元D1-Dn、開關(guān)電路40和電壓控制電路50。另外，圖6的延遲電路34包括相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器被布置為提供信號(hào)61，該信號(hào)指示通過(guò)所有的電源電壓控制的延遲單元D1-Dn的傳播延遲。該信號(hào)61由可被用于控制提供到電源電壓控制的延遲單元D1-Dn的電源電壓Vs，以使得通過(guò)所有的電源電壓控制的延遲單元的傳播延遲保持穩(wěn)定。這樣，電源電壓控制的延遲單元D1-Dn中的每一個(gè)的傳播延遲Td可基本上保持穩(wěn)定。在通過(guò)所選的電源電壓控制的延遲單元之后，該信號(hào)路由通過(guò)包括至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元和連接到至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電壓控制電路的延遲調(diào)節(jié)單元41，其中可添加另一可控延遲td，以進(jìn)一步改善總延遲的分辨率。在定時(shí)掃描期間，通過(guò)開關(guān)電路控制信號(hào)42，開關(guān)電路40可以首先被控制，以使得要被延遲的信號(hào)Spkf直接通過(guò)到延遲調(diào)節(jié)單元41，延遲調(diào)節(jié)單元41由延遲調(diào)節(jié)控制信號(hào)43來(lái)控制，以從td,min掃描到td, _之后，開關(guān)電路40被控制，以使得要被延遲的信號(hào)Spkf通過(guò)第一延遲單元D1，并且延遲調(diào)節(jié)單元41再次被控制，以從td,min掃描到td,_，等等?，F(xiàn)在將參考圖7來(lái)描述圖3中的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)I的延遲電路34的另一示例性配置。如圖7中所示意性示出的，延遲電路34包括多個(gè)延遲單元D1-Dn、開關(guān)電路40和延遲調(diào)節(jié)單元41。在該示例性實(shí)施例中，延遲單元不是電源電壓控制的，也就是說(shuō),提供到延遲單元的電源電壓是基本上穩(wěn)定的。如圖7中所示意性示出的,每個(gè)延遲單元D1-Dn具有傳播延遲Td。開關(guān)電路40是可控的，以形成圖4a中的粗線所示出的通過(guò)所選數(shù)量的延遲單元的D1-Dn(在示例中通SD1和D2)的延遲路徑。在該示例中，由于每個(gè)延遲單元D1-Dn具有傳播延遲Td，因此，通過(guò)D1和D2的總傳播延遲為2Td?？梢岳门c上文參考圖6描述的相同方式來(lái)控制延遲電路的總傳播延遲?，F(xiàn)在將參考圖8的流程圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例。參考圖8，在第一步驟801中，生成發(fā)射脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)，在第二步驟802，向罐內(nèi)包含的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ピ摪l(fā)射信號(hào)。發(fā)射信號(hào)在所述表面被反射，并作為反射信號(hào)返回。在步驟803中接收該反射信號(hào)。在步驟804，來(lái)自用于生成發(fā)射信號(hào)的脈沖產(chǎn)生電路的脈沖通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)電源電壓控制的延遲單元，所述電源電壓控制的延遲單元被提供有時(shí)變的電源電壓，以形成發(fā)射信號(hào)的延遲副本形式的、具有時(shí)變延遲的基準(zhǔn)信號(hào)。在隨后的步驟805，通過(guò)將反射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)時(shí)間相關(guān)來(lái)形成測(cè)量信號(hào)，并且在步驟806，基于在步驟805中形成的測(cè)量信號(hào)來(lái)確定填充水準(zhǔn)。注意，已經(jīng)主要參考幾個(gè)實(shí)施例而描述了本發(fā)明。但是，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解的，在本發(fā)明的如所附權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，與上述實(shí)施例不同的其他實(shí)施例同樣是可能的。還要注意，在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”并不排除其他元素或步驟，并且不定冠詞"a (—個(gè))"或"an (—個(gè))"并不排除多個(gè)。單個(gè)設(shè)備或其他單元可完成權(quán)利要求所述的幾項(xiàng)的功能。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中描述了特定度量這一事實(shí)并不意味著不能利用這些度量的組合來(lái)突出優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，用于利用電磁信號(hào)來(lái)確定罐中包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)，所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)包括 發(fā)射信號(hào)生成電路，用于生成發(fā)射脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)； 傳播設(shè)備，連接到所述發(fā)射信號(hào)生成電路并被配置為向所述罐內(nèi)的所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ霭l(fā)射信號(hào)，并返回由于所述發(fā)射信號(hào)在所述罐中所包含的所述產(chǎn)品的所述表面處的反射而得到的反射信號(hào)； 基準(zhǔn)信號(hào)提供電路，被配置為提供基準(zhǔn)脈沖序列形式的基準(zhǔn)信號(hào)； 所述發(fā)射信號(hào)生成電路和基準(zhǔn)信號(hào)提供電路中的至少一個(gè)包括延遲電路，該延遲電路用于提供所述發(fā)射信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的時(shí)變相位差； 測(cè)量電路，連接到所述傳播設(shè)備并連接到所述基準(zhǔn)信號(hào)提供電路，所述測(cè)量電路被配置為基于所述基準(zhǔn)信號(hào)和所述反射信號(hào)來(lái)提供測(cè)量信號(hào)；及 處理電路，連接到所述測(cè)量電路，用于基于所述測(cè)量信號(hào)來(lái)確定填充水準(zhǔn)， 其中，所述延遲電路包括 至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于通過(guò)該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的脈沖，展示出根據(jù)提供到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲；及 電壓控制電路，連接到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，用于提供可控電源電壓到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，以使得能夠控制所述延遲電路的信號(hào)傳播延遲。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述延遲電路包括串聯(lián)的多個(gè)電源電壓控制的延遲單元，每個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于通過(guò)該電源電壓控制的延遲單元的脈沖，展示出根據(jù)提供到該電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述電壓控制電路連接到所述電源電壓控制的延遲單元中的每一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)提供到所述電源電壓控制的延遲單元中的每一個(gè)的電源電壓的同時(shí)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述延遲電路包括 多個(gè)延遲部件；以及 可控開關(guān)電路，被布置和配置為使得能夠形成通過(guò)串聯(lián)的所選數(shù)量的所述延遲部件的延遲路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)電路包括被布置在相鄰的延遲部件之間的可控開關(guān)部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述延遲部件為電源電壓控制的延遲單元，該電源電壓控制的延遲單元對(duì)于通過(guò)該電源電壓控制的延遲單元的脈沖，展示出根據(jù)提供到該電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)還包括相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器被布置為提供用于指示通過(guò)所述延遲電路的傳播延遲的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述電壓控制電路連接到所述相位檢測(cè)器，并被配置為根據(jù)所述相位檢測(cè)器提供的所述信號(hào)來(lái)提供所述可控電源電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述延遲單元為包括至少一個(gè)晶體管的邏輯電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述邏輯電路為反相器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述傳播設(shè)備為發(fā)射線探針。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述傳播設(shè)備包括輻射天線。
13.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，該水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)由本地電源供電，該本地電源包括從包括以下的組中選擇的至少一個(gè)設(shè)備電池設(shè)備、太陽(yáng)能電池和風(fēng)力渦輪機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)，還包括無(wú)線電收發(fā)器，該無(wú)線電收發(fā)器用于與外部設(shè)備的無(wú)線通信。
15.一種利用電磁信號(hào)來(lái)確定罐中包含的產(chǎn)品的填充水準(zhǔn)的方法，該方法包括以下步驟 生成脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)； 向所述罐內(nèi)的所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ霭l(fā)射信號(hào)； 接收由于所述發(fā)射信號(hào)在所述產(chǎn)品的所述表面處的反射而得到的反射信號(hào)； 提供脈沖序列形式的基準(zhǔn)信號(hào)； 基于所述基準(zhǔn)信號(hào)和所述反射信號(hào)來(lái)提供測(cè)量信號(hào)；及 基于所述測(cè)量信號(hào)來(lái)確定所述填充水準(zhǔn)， 其中，生成所述發(fā)射信號(hào)和提供所述基準(zhǔn)信號(hào)中的至少一個(gè)步驟包括下列步驟使得所述脈沖通過(guò)至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元對(duì)于所述脈沖展示出根據(jù)提供到該至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓而改變的傳播延遲；以及 改變到所述至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元的電源電壓，以提供所述發(fā)射信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的時(shí)變相位差。
全文摘要
提供了具有電源電壓控制的延遲的脈沖水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)。一種水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)包括發(fā)射信號(hào)生成電路，用于生成發(fā)射脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)；傳播設(shè)備，連接到發(fā)射信號(hào)生成電路并配置為向罐內(nèi)產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑グl(fā)射信號(hào)，并返回由于發(fā)射信號(hào)在該表面處的反射而得到的反射信號(hào)。該系統(tǒng)還包括被配置為提供基準(zhǔn)脈沖序列形式的基準(zhǔn)信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)提供電路。發(fā)射信號(hào)生成電路和基準(zhǔn)信號(hào)提供電路中的至少一個(gè)包括延遲電路，用于提供發(fā)射信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)間的時(shí)變相位差。該延遲電路包括至少一個(gè)電源電壓控制的延遲單元，該延遲單元對(duì)通過(guò)其的脈沖展示出根據(jù)提供到其的電源電壓而改變的傳播延遲；及電壓控制電路，連接到延遲單元，用于提供可控電源電壓到延遲單元。
文檔編號(hào)G01F23/284GK102980632SQ20111029133
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者瓦爾特·尼爾森, 法比安·文格爾, 塞繆爾·貝奎斯特 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司