專利名稱：物位計(jì)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及使用電磁波確定距罐中物品表面的距離的雷達(dá)物位計(jì)。
背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)70和80年代作為商品開發(fā)了雷達(dá)物位計(jì)以來(lái)，調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)已成為用于高精度應(yīng)用的主要測(cè)量原理。FMCW測(cè)量包括向罐中發(fā)射在幾GHz量級(jí)頻率范圍內(nèi)掃描的信號(hào)。例如，該信號(hào)可以在25 27GHz或9. 5 IlGHz范圍內(nèi)。所發(fā)射的信號(hào)被罐中的容納物的表面(或被任何其它阻抗變化)反射，并且向物位計(jì)返回延遲了一定時(shí)間的回波信號(hào)。該回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)混合以生成混頻信號(hào)，其中，該混頻信號(hào)的頻率與發(fā)射信號(hào)在時(shí)間延遲期間發(fā)生的頻率變化相等。由于線性掃描，頻率差(difference frequency) (也稱為中頻(IF))與距反射表面的距離成比例?；祛l信號(hào)通常被稱為IF信號(hào)。盡管具有高精度，然而典型的FMCW系統(tǒng)的功耗比較大，這使得FMCW系統(tǒng)不太適于功率有限的應(yīng)用。這種應(yīng)用的示例包括通過(guò)雙線接口供電的場(chǎng)器件(諸如4 20mA回路)和由內(nèi)部電源供電的無(wú)線器件(例如電池或太陽(yáng)能電池)。在同一發(fā)明人的US 12/981995中，介紹了一種新的且功耗較低的測(cè)量原理，包括發(fā)射一系列具有固定的載波頻率的脈沖，每個(gè)脈沖與過(guò)渡時(shí)間(transit time)相比是長(zhǎng)的(例如，與1/10 ii s量級(jí)的過(guò)渡時(shí)間相比,脈沖持續(xù)時(shí)間在Ius至IOOms量級(jí))。因此,該方法被稱為多頻脈沖波(MFPW)。按照所謂的“步進(jìn)的(stuped) ”或“離散的”FMCW系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的方法，測(cè)量周期中不同載波頻率的數(shù)量不足以提供連續(xù)的IF信號(hào)，或甚至不足以提供IF頻率的近似值，其中，在FMCW系統(tǒng)中，步進(jìn)(step)連續(xù)而不間斷以形成連續(xù)信號(hào)。相反，根據(jù)特定頻率方案選擇小的頻率集合，并且針對(duì)每個(gè)頻率確定接收到的脈沖的相移。用于確定距表面的距離的處理包括建立相位隨發(fā)射頻率的變化(見圖I)。線A表示初始距離估計(jì)，而線B表示更新的估計(jì)。理論上，只需要兩個(gè)值(點(diǎn)X)來(lái)確定變化率(線B的斜率)，而實(shí)際上可能需要更多數(shù)量的樣本,例如幾百個(gè)樣本。這樣的一組樣本可以被稱為測(cè)量周期并適合用于FMCW掃描。在處理起始期間(當(dāng)不知道近似距離時(shí))需要更多的樣本，并且在更復(fù)雜情況(擾流、干擾、回波等)下也是這樣的情形。作為起始過(guò)程，可以使用如更適合傳統(tǒng)的FMCW掃描一樣的樣本。為了更進(jìn)一步降低功耗，希望僅在需要時(shí)(即表面自前一測(cè)量以來(lái)發(fā)生變動(dòng)時(shí))才執(zhí)行完整的距離測(cè)量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種改進(jìn)的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，這種雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)使用比過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)的固定頻率的脈沖，該系統(tǒng)能夠檢測(cè)表面的變動(dòng)而不執(zhí)行完整的測(cè)量周期。利用用于確定距罐中保持的物品的表面的距離的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的及其它目，該方法包括以下步驟向所述表面發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)；接收在所述表面處反射的電磁返回信號(hào)，其中，所述發(fā)射信號(hào)包括至少一對(duì)具有相等頻率的、時(shí)間分隔開的區(qū)別載波脈沖，每個(gè)脈沖具有大于I微秒且小于100毫秒的持續(xù)時(shí)間；確定接收到的每個(gè)區(qū)別脈沖相對(duì)于發(fā)射的每個(gè)相應(yīng)的區(qū)別脈沖的實(shí)際相位特性；確定兩個(gè)脈沖之間實(shí)際的相位變化；將該變化與閾值比較；以及根據(jù)所述比較步驟的結(jié)果，基于所述發(fā)射信號(hào)與所述返回信號(hào)之間的關(guān)系確定距離。還通過(guò)用于檢測(cè)距罐中物品的表面的距離的物位計(jì)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該目，該系統(tǒng)包括收發(fā)器，用于發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)并接收在所述表面處反射的電磁返回信號(hào)，所述收發(fā)器被布置為發(fā)射包括至少一對(duì)具有相等頻率的、時(shí)間分隔開的區(qū)別載波脈沖的信號(hào)，其中，每個(gè)脈沖具有大于I微秒且小于100毫秒的持續(xù)時(shí)間；以及處理電路，其被配置為用于確定接收到的每個(gè)區(qū)別脈沖相對(duì)于發(fā)射的每個(gè)相應(yīng)的區(qū)別脈沖的實(shí)際相位特性、確定兩個(gè)脈沖之間的相移變化、將該變化與閾值比較，并且根據(jù)該比較的結(jié)果、基于所述發(fā)射信號(hào)與所述返回信號(hào)之間的關(guān)系確定距離。通過(guò)對(duì)由相隔一段時(shí)間發(fā)射的兩個(gè)基本相同的脈沖所產(chǎn)生的實(shí)際相位進(jìn)行比較，可以獲得填充物位的變化的指示。然后，該指示可以用來(lái)開始完全的測(cè)量周期?！跋嗟阮l率”是假定的頻率，這些頻率很相似從而可以將這些頻率的相移相比較并用作表面變動(dòng)的指示。作為示例，兩個(gè)相等載波頻率之間的偏移可以小于1/1000。可以由諸如鎖相環(huán)(PLL)的反饋控制回路來(lái)提供這樣的精度。對(duì)于在25GHz的范圍內(nèi)工作的物位計(jì)，Imm的物位變化將會(huì)使相位改變大約60度。對(duì)于在IOGHz的范圍內(nèi)工作的物位計(jì)，相應(yīng)的相位變化大約為24度。15 20度的相位差可以描述成-IOdB的變化，并可以可靠地對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。因此，對(duì)于這兩個(gè)工作頻率，靈敏度可以分別估計(jì)為大約0.3_和0.8_。典型的罐抽吸(填充或排放)可以為每分鐘一厘米或幾厘米，因此10秒時(shí)間段內(nèi)的物位變化為幾毫米，從而能夠可靠地對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，盡管總是發(fā)射包含足以用于距離檢測(cè)的信息的完全發(fā)射信號(hào)，但是，只有在檢測(cè)到具有相等頻率的脈沖之間的足夠大的相關(guān)聯(lián)相位變化時(shí)，才執(zhí)行距離檢測(cè)處理。根據(jù)另一實(shí)施例，物位計(jì)工作在第一模式和第二模式下，其中，在第一工作模式下確定距離，而在第二工作模式下確定相移變化。根據(jù)比較步驟的結(jié)果選擇第一工作模式。因此，在第二工作模式下，物位計(jì)可以監(jiān)測(cè)表面，并且僅在檢測(cè)到變動(dòng)時(shí)才選擇第一工作模式。優(yōu)選地，與在第一工作模式下相比，在第二工作模式下平均發(fā)射功率更低。因此，在監(jiān)測(cè)表面期間消耗更少的功率，而更多的功率用于在檢測(cè)到變動(dòng)的表面時(shí)確定填充物位。在第二工作模式下，發(fā)射信號(hào)可以包括多個(gè)時(shí)間分隔開的脈沖組，其中，每個(gè)脈沖組包括至少兩個(gè)具有不同頻率的脈沖。每個(gè)脈沖組中的至少一個(gè)脈沖具有與前一脈沖組中的脈沖相等的頻率。因此，可以確定與具有相等頻率的不同脈沖對(duì)相關(guān)的多個(gè)相移變化。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以基于幾對(duì)相同脈沖確定物位是否在變動(dòng)，這可以使確定
更可靠。 根據(jù)另一實(shí)施例，每個(gè)脈沖組中的至少一個(gè)脈沖具有未包括在前一組中的頻率。換句話說(shuō)，從一個(gè)組到另一個(gè)組，可以替換脈沖組中的一個(gè)或幾個(gè)頻率，而保持一個(gè)或幾個(gè)頻率不變。由此，除了不同頻率，可以在每個(gè)脈沖組之后確定相移變化?？梢愿鶕?jù)任何原理進(jìn)行完整的距離測(cè)量，該原理包括MFPW、FMCW、步進(jìn)FMCW、脈沖時(shí)域反射(TDR)等?？梢孕薷腗FPW型系統(tǒng)中的頻率方案，以使得脈沖串包括以限定的時(shí)段在時(shí)間上分隔開的、具有相等頻率的脈沖。

將參照示出本實(shí)用新型的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖I為不出了相位與發(fā)射頻率的關(guān)系的圖。圖2為安裝在罐上的雷達(dá)物位計(jì)的示意性框圖。圖3為根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的、圖2中的收發(fā)器的更詳細(xì)的框圖。圖4為圖2中的物位計(jì)的第一工作模式的流程圖。圖5為圖2中的物位計(jì)的第二工作模式的流程圖。
具體實(shí)施方式
在本說(shuō)明書中，主要參照具有用于輻射并捕捉電磁信號(hào)的自由傳播天線的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，這絕不是限制本實(shí)用新型的范圍，這能夠等同地應(yīng)用于包括其它自由傳播天線和波導(dǎo)的其它信號(hào)傳播裝置，其中，傳播天線為諸如棒狀天線、貼片天線、固定的或可變動(dòng)的拋物面天線或錐形天線，波導(dǎo)為諸如靜止管、傳輸線或探頭(諸如單線探頭(包括所謂的古搏探頭(Goubau probe))、雙線探頭、或同軸探頭)。此外，以下描述的物位計(jì)的工作原理為MFPW，如在美國(guó)申請(qǐng)12/981995中所公開的。然而，認(rèn)識(shí)到，用于執(zhí)行物位檢測(cè)的工作原理可以是任何類型，包括調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)和使用時(shí)域反射的脈沖物位測(cè)量。如技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，F(xiàn)MCW包括在一定頻率范圍上發(fā)射頻率掃描，并基于發(fā)射的掃描與反射的掃描之間的關(guān)系來(lái)確定距離。脈沖物位測(cè)量包括發(fā)射一串短脈沖，并基于每個(gè)脈沖的行進(jìn)時(shí)間來(lái)確定距離。圖2示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)1，包括測(cè)量電子單元2和信號(hào)傳播裝置3 (這里為喇叭天線)。雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)I設(shè)置在罐5上，罐5部分填充有待計(jì)量的物品6。在圖2示出的情況下，物品6為諸如谷物或塑料顆粒的固體，已知其表示需要較高測(cè)量靈敏度的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的困難應(yīng)用。通過(guò)對(duì)由天線3向物品6的表面7輻射的發(fā)射信號(hào)St和從表面7傳送回的回波信號(hào)Sk進(jìn)行分析，測(cè)量電子單元2可以確定基準(zhǔn)位置與物品6的表面7之間的距離，從而可以推斷填充物位L。應(yīng)當(dāng)注意，盡管在本文中討論了容納單種物品6的罐5，但是可以以類似的方式測(cè)量距罐5中存在的任何材料界面的距離。如圖2示意性地示出的，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，收發(fā)器10經(jīng)由波導(dǎo)9連接到天線3。單元2還包括處理電路11，處理電路11連接到收發(fā)器10以控制收發(fā)器并對(duì)收發(fā)器所接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，從而確定罐5中物品6的填充物位。處理電路11還連接到存儲(chǔ)器12，存儲(chǔ)器12存儲(chǔ)物位計(jì)I的工作所需的任何軟件并且還提供工作期間使用的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。[0032]處理電路11還能夠經(jīng)由接口 14連接到用于模擬和/或數(shù)字通信的外部通信線13。例如，可以由雙線接口提供通信接口 14與外部控制站(未示出)之間的通信，雙線接口具有向控制站發(fā)射測(cè)量結(jié)果和接收物位計(jì)I的工作功率的組合功能。根據(jù)由處理電路11確定的測(cè)量結(jié)果調(diào)節(jié)線路中的電流?？商娲兀镂挥?jì)可以使用例如無(wú)線可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議(HART)與控制站進(jìn)行無(wú)線通信，并且使用帶有電池的本地電源或用于自主工作的、具有凈化型能源的其它裝置。盡管在圖2中示出為獨(dú)立的塊，然 而，可以將收發(fā)器10、處理電路11和存儲(chǔ)器12中的幾個(gè)設(shè)置在同一電路板上。圖3示意性地示出了適于實(shí)施本實(shí)用新型實(shí)施例的示例性收發(fā)器10。信號(hào)發(fā)生器20用于產(chǎn)生具有良好限定并精確控制的載波頻率的載波脈沖。精度偏差應(yīng)當(dāng)小于1/1000，并且優(yōu)選小于1/10000或更好。這可以利用反饋控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且信號(hào)發(fā)生器例如可以為鎖相環(huán)PLL。在本文中所討論的說(shuō)明示例中，假定脈沖持續(xù)時(shí)間大約為2ms，但是也可以是非常短的脈沖，例如Us量級(jí)的脈沖。應(yīng)當(dāng)注意，在罐計(jì)量背景中，如這里提到的，US或ms量級(jí)的脈沖持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)而不能利用時(shí)域反射進(jìn)行脈沖距離測(cè)量，即，不能接收反射脈沖并確定其行進(jìn)時(shí)間。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的脈沖比傳統(tǒng)的脈沖雷達(dá)物位計(jì)中的脈沖長(zhǎng)，傳統(tǒng)的脈沖雷達(dá)物位計(jì)中的典型的脈沖持續(xù)時(shí)間為ns量級(jí)。脈沖的平均功率可以在nW或ii W范圍內(nèi)。然而，占空比(即脈沖與這些脈沖之間的間隔之間的關(guān)系)應(yīng)當(dāng)被限制為小于50%，并且優(yōu)選非常低，例如5%或甚至1%或更小。對(duì)于1%的占空比，I 50 UW范圍內(nèi)的平均功率可以是合理的。與傳統(tǒng)的FMCW相比，這意味著可以用比較高的功率發(fā)射脈沖而不增加測(cè)量周期的平均功率。該脈沖通常為載波頻率在GHz范圍內(nèi)的雷達(dá)脈沖。頻率范圍可以為工作頻率的10%量級(jí)，并可以在例如25和27Hz之間或在9. 5和IlGHz之間?？梢詢?yōu)選基于罐內(nèi)的普遍狀況來(lái)確定頻率的數(shù)目N。脈沖的持續(xù)時(shí)間、占空比和PLL的頻率由處理器11 (見圖2)控制。信號(hào)發(fā)生器20所生成的發(fā)射信號(hào)將包括以預(yù)定的時(shí)間段隔開的、具有相等載波頻率的脈沖。這些相等載波頻率可以選自預(yù)先定義的頻率集，并且相同脈沖可以包括在具有不同載波頻率的重疊脈沖中。可替代地，在相同脈沖之間不存在發(fā)射的脈沖。設(shè)置循環(huán)器或諸如威爾金森功率分配器(WPD)的功率分配器22，以將來(lái)自信號(hào)發(fā)生器20的信號(hào)定向到罐5中的天線3并將來(lái)自天線3的反射信號(hào)定向到收發(fā)器10的接收器部分。接收器部分包括兩個(gè)信道，同相信道(I)和正交信道(Q)，每個(gè)信道包括混頻器23a、23b以對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行零差混頻。向第一混頻器23a提供直接來(lái)自PLL 20的發(fā)射脈沖(I信道)。向第二混頻器23b提供經(jīng)由90度移相器24來(lái)自PLL 20的發(fā)射脈沖(Q信道)。每個(gè)信道包括低通濾波器25a、25b和放大器26a、26b。濾波器和放大器改進(jìn)了雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的信噪比。低通濾波器25a、25b優(yōu)選具有與脈沖寬度的倒數(shù)對(duì)應(yīng)的帶寬。換句話說(shuō)，如果脈沖的持續(xù)時(shí)間為2ms，則適合的濾波器將為500Hz寬。因此，以平均功率或更新率為代價(jià)，可以使用更長(zhǎng)的脈沖來(lái)提高靈敏度(更小的帶寬)。然而，如果期望低占空比，則為了實(shí)現(xiàn)低的平均功耗，應(yīng)當(dāng)保持脈沖適當(dāng)?shù)亩?，因此，低通濾波器25a、25b的帶寬必須比傳統(tǒng)的FMCW更寬(靈敏度更差)。然后，將信號(hào)提供給兩個(gè)積分器27a、27b，以在脈沖長(zhǎng)度內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分。最后，布置有兩個(gè)模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器28a、28b以對(duì)積分值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且將數(shù)字輸出提供給處理器11來(lái)存儲(chǔ)和處理?？蛇x地，PLL 20可以連接到用以對(duì)來(lái)自PLL 20的脈沖進(jìn)行頻率調(diào)制的調(diào)制器(未示出)。在美國(guó)申請(qǐng)12/981 995中更詳細(xì)地描述了這種調(diào)制，該申請(qǐng)通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。 利用這種調(diào)制，引入了距離關(guān)系，這將有利于距離確定。應(yīng)當(dāng)注意，圖3中示出的具有兩個(gè)并行接收器信道(I和Q)的收發(fā)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不應(yīng)視為對(duì)本構(gòu)思的限制。例如，可以使用順序方法由混頻器23a、23b進(jìn)行射頻(RF)混頻，即交替地提供I相位值和Q相位值。以增加每次測(cè)量的脈沖數(shù)為代價(jià)，這種方法可以減少部件的數(shù)目。將參照?qǐng)D4和圖5對(duì)圖2和圖3中示出的雷達(dá)物位計(jì)的工作進(jìn)行進(jìn)一步描述，圖4和圖5示出了兩種不同工作模式的示意性流程圖。圖4示出了如通過(guò)引用并入本申請(qǐng)的美國(guó)申請(qǐng)12/981 995中概述的過(guò)程，該過(guò)程適于追蹤變動(dòng)的表面物位，即適于在罐的填充或排放期間追蹤表面物位的過(guò)程。圖5示出了適于監(jiān)測(cè)穩(wěn)定、不變化的表面物位的過(guò)程，即適于監(jiān)測(cè)沒有排放或填充罐中容納物的時(shí)段的過(guò)程。參照?qǐng)D4，在步驟SI中，根據(jù)預(yù)定的過(guò)程確定頻率方案。在有利的測(cè)量的狀況下(無(wú)擾動(dòng))，方案可以包括10的量級(jí)個(gè)頻率。在更困難的狀況下，可能需要包括幾百個(gè)頻率。頻率范圍可以為工作頻率的10%量級(jí)，并且可以在例如25 27GHz之間、或在9. 5 IlGHz之間。然后，在步驟S2至S4中，利用選定量級(jí)內(nèi)的選定頻率執(zhí)行測(cè)量周期。對(duì)于每個(gè)頻率，由PLL 20生成具有確定的持續(xù)時(shí)間(例如2ms)的脈沖，并通過(guò)天線3將該脈沖作為信號(hào)St發(fā)射到罐中(步驟S2)。所發(fā)射的電磁信號(hào)St在罐5中的阻抗變化處(包括罐5中容納的物品6的表面7)被反射，并作為回波信號(hào)Sk通過(guò)天線3返回到收發(fā)器10。所反射的信號(hào)Sk被收發(fā)器10的接收器側(cè)中的兩個(gè)信道(I和Q)接收(步驟S3)。然后，在步驟S4中，由處理器11使用來(lái)自兩個(gè)信道的輸出和傳統(tǒng)的I/Q處理來(lái)確定發(fā)射脈沖與反射脈沖之間的相位差。每個(gè)相移被記錄在存儲(chǔ)器12中(步驟S5)，并且對(duì)于方案中的所有頻率重復(fù)步驟S2 S5。在步驟S6中，處理器11將每個(gè)相位差值(在0 2 范圍內(nèi))與基于之前檢測(cè)出的距離計(jì)算出的預(yù)期相位差值相互關(guān)聯(lián)。預(yù)期相位與實(shí)際檢測(cè)出的相位之間的差與距離偏移量對(duì)應(yīng)。原則上，由單個(gè)頻率產(chǎn)生的一個(gè)這種偏移量足以提供更新的距離檢測(cè)。然而，這種檢測(cè)中的不確定性通常很嚴(yán)重而不能提供令人滿意的可靠性，并且通常需要某種統(tǒng)計(jì)分析。在步驟S7中，處理器11將獲得的距離測(cè)量與之前獲得的測(cè)量進(jìn)行比較。在距離在這些測(cè)量期間沒有變化的情形下，確定表面是穩(wěn)定的且未變動(dòng)。然而，當(dāng)然可以根據(jù)應(yīng)用改變這種確定的標(biāo)準(zhǔn)，例如，可以相互比較在例如I分鐘的時(shí)間內(nèi)獲得的10個(gè)距離測(cè)量。如果所有的這些值在給定的誤差范圍內(nèi)都相等，則可以確定物位是穩(wěn)定的。在做出了這種確定時(shí)，處理器11和收發(fā)器10切換到以下所述的第二工作模式。否則，該處理返回到步驟SI以開始新的周期。注意，根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，可以在周期之間更新頻率方案。下面將參照?qǐng)D5描述第二工作模式。首先，在步驟Sll中，PLL 20生成確定的持續(xù)時(shí)間(例如2ms)的脈沖，并通過(guò)天線3將該脈沖作為信號(hào)St發(fā)射到罐中。在步驟S12中，所發(fā)射的電磁信號(hào)St在罐5中的阻抗變化處(包括罐5中容納的物品6的表面7)被反射，并作為回波信號(hào)Sk通過(guò)天線3返回到收發(fā)器10。返回的信號(hào)Sk被收發(fā)器10的接收器側(cè)中的兩個(gè)信道(I和Q)接收。然后，在步驟S13中，由處理器11使用來(lái)自兩個(gè)信道的輸出和傳統(tǒng)的I/Q處理來(lái) 確定發(fā)射脈沖與反射脈沖之間的相位差。相移被記錄在存儲(chǔ)器12中(步驟S14)，并且在步驟S15中，將檢測(cè)到的相移與先前存儲(chǔ)的相移進(jìn)行比較，其中，先前存儲(chǔ)的相移是針對(duì)來(lái)自早前掃描的相等頻率的脈沖的。作為示例，具有相等載波頻率的脈沖之間的時(shí)間間隔可以為至少5秒或至少10秒。將與這些脈沖相關(guān)聯(lián)的相移的變化與基于特定實(shí)施選定的閾值(TH)進(jìn)行比較。如果相移變化比閾值大，這表示表面自早前掃描發(fā)生了變動(dòng)，處理器11和收發(fā)器10切換到上述第一工作模式，以追蹤表面物位。如果相位變化比閾值小，則確定物位還是穩(wěn)定的(未變化)，并且處理返回到步驟S11。針對(duì)選定數(shù)量的頻率連續(xù)地重復(fù)步驟Sll S15。頻率的數(shù)量通常比執(zhí)行完全的測(cè)量所需的頻率數(shù)量小，并且在極端情況下可以僅為I (這樣，發(fā)射信號(hào)只不過(guò)為一串相同脈沖)。然而，在第二工作模式下使用至少兩個(gè)或甚至更多頻率是有利的。這可以使處理對(duì)擾動(dòng)的靈敏度降低并使處理更穩(wěn)定。因此，可以分組發(fā)射脈沖，每組脈沖包括一組頻率，并且連續(xù)掃描具有至少一個(gè)共同頻率以使得能夠進(jìn)行比較。還注意，每個(gè)組中所包括的頻率可以不同。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)組包括多個(gè)頻率(例如兩個(gè)頻率)，并且每隔一個(gè)組替換這些頻率中的至少一個(gè)。因此，例如，第一組可以包括頻率A和B，第二組可以包括頻率B和C，第三組可以包括頻率C和D，而第四組可以包括頻率D和A。這樣，可以對(duì)于每個(gè)組進(jìn)行相等頻率脈沖的比較，但總是對(duì)于不同頻率。關(guān)于表面正在變動(dòng)的確定可以優(yōu)選基于重復(fù)的比較，以避免不想要的擾動(dòng)，諸如由于天線而產(chǎn)生的降落(drop)，其中，該降落會(huì)導(dǎo)致不需要的物位檢測(cè)。例如，對(duì)于具有相等頻率的脈沖，比較多于兩個(gè)的連續(xù)相移是有利的。如果相移先變化，然后返回到前一值，則可以認(rèn)定為擾動(dòng)。另一方面，如果兩個(gè)或更多個(gè)比較確認(rèn)了變化的相移，則可能發(fā)生了表面的實(shí)際變動(dòng)。技術(shù)人員可以預(yù)想到各種其它的統(tǒng)計(jì)處理。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到本實(shí)用新型絕不限于上述優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行許多修改和變化。例如，本實(shí)用新型的原理不需要I/Q處理，但實(shí)際上也可應(yīng)用于單個(gè)信道系統(tǒng)。此外，在不偏離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下可以以多種方式來(lái)修改收發(fā)器電路的細(xì)節(jié)。另外，除了第一工作模式和第二工作模式之外，物位計(jì)可以在其它工作模式下工作。
權(quán)利要求1.一種用于確定距罐中物品的表面的距離的物位計(jì)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 收發(fā)器，用于發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)并接收在所述表面處反射的電磁返回信號(hào)，所述收發(fā)器被布置為用于發(fā)射包括至少兩個(gè)具有相等頻率的、時(shí)間分隔開的載波脈沖的信號(hào)，每個(gè)脈沖具有大于I微秒且小于100毫秒的持續(xù)時(shí)間； 處理電路，被配置為用于 確定所述發(fā)射信號(hào)中的每個(gè)脈沖相對(duì)于所述返回信號(hào)中的每個(gè)相應(yīng)脈沖的實(shí)際相位特性，所述相位特性包括相移， 確定與所述發(fā)射信號(hào)中的具有相等頻率的兩個(gè)脈沖相關(guān)聯(lián)的相移變化， 將所述變化與閾值進(jìn)行比較，以及 根據(jù)所述比較的結(jié)果，基于所述發(fā)射信號(hào)與所述返回信號(hào)之間的關(guān)系確定所述距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器電路和所述處理電路適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確定所述距離，在所述第二工作模式下確定所述相移變化，以及 其中，所述處理電路被配置為根據(jù)所述比較的結(jié)果選擇所述第一工作模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器電路適于在所述第二工作模式下發(fā)射比所述第一工作模式下低的平均發(fā)射功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器電路在所述第一工作模式下適于發(fā)射區(qū)別載波脈沖的脈沖串，所述脈沖串具有小于50%的平均占空比，每個(gè)脈沖具有大于I微秒且小于100毫秒的持續(xù)時(shí)間和根據(jù)頻率方案在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)選擇的限定中心頻率，所述預(yù)定的頻率范圍比平均中心頻率的5%大；以及 其中，所述處理電路在所述第一工作模式下適于通過(guò)如下方式確定所述距離 基于初始估計(jì)距離來(lái)計(jì)算每個(gè)接收到的區(qū)別脈沖相對(duì)于每個(gè)相應(yīng)的發(fā)射的區(qū)別脈沖的預(yù)期的相位特性，以及 使所述實(shí)際相位特性與所述預(yù)期的相位特性相互關(guān)聯(lián)以提供所述距離的更新估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器電路在所述第一工作模式下適于發(fā)射一串短脈沖，并且所述處理電路適于基于每個(gè)脈沖的行進(jìn)時(shí)間確定所述距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器電路在所述第一工作模式下適于發(fā)射一定頻率范圍內(nèi)的頻率掃描，并且所述處理電路適于基于所發(fā)射的掃描與所反射的掃描之間的關(guān)系確定所述距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括反饋控制回路，所述反饋控制回路用于控制每個(gè)載波頻率以提供小于1/1000的頻率精度偏差。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，具有相等頻率的脈沖之間的時(shí)間間隔為至少5秒。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于確定距罐中物品的表面的距離的物位計(jì)系統(tǒng)。雷達(dá)物位計(jì)量原理，包括發(fā)射至少兩個(gè)具有相等載波頻率的、時(shí)間分隔開的載波脈沖；確定與發(fā)射信號(hào)中的具有相等頻率的兩個(gè)脈沖相關(guān)聯(lián)的相移變化；將該變化與閾值進(jìn)行比較；根據(jù)比較的結(jié)果，基于發(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)之間的關(guān)系確定距離。通過(guò)對(duì)由于相隔一段時(shí)間發(fā)射的兩個(gè)基本上相同的脈沖所產(chǎn)生的實(shí)際相位進(jìn)行比較，可以獲得對(duì)填充物位的變化的指示。然后，可以將該指示用以開始完整的測(cè)量周期。
文檔編號(hào)G01F23/284GK202382810SQ201120465849
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者奧洛夫·愛德華松 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司