本發(fā)明涉及料位測量領(lǐng)域，特別涉及一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)及基于其的物料料位測量方法。

背景技術(shù)：

電磁波料位計(jì)被廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，是目前主流的料位計(jì)形式之一。電磁波料位計(jì)利用分析向物料發(fā)射的電磁波的時間特性或頻率特性，實(shí)現(xiàn)對物料料位的測量。通過電磁波發(fā)射與接收時間差或者電磁波的多普勒效應(yīng)，獲取料位信息，技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。但是，由于很多工業(yè)現(xiàn)場與被測量容器內(nèi)環(huán)境惡劣，粉塵、蒸汽以及液體表面的泡沫等復(fù)雜環(huán)境，以及物料表面的形狀復(fù)雜，還有就是容器內(nèi)壁本身、測量空間其他設(shè)備存在等因素，使得電磁波料位計(jì)實(shí)際測量效果差。由于電磁波頻率越高，方向越好，所有近年來，電磁波料位計(jì)不斷通過提升頻率實(shí)現(xiàn)測量的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場中，高頻電磁波料位計(jì)的頻率由過去的10多GHz已經(jīng)發(fā)展到當(dāng)今主流的24GHz和26GHz。同時，由于回波分析手段和設(shè)備的提升，對于特定環(huán)境下回波分析，通過優(yōu)化回波信息的篩選條件，也顯著提升了電磁波料位的測量的可靠性與準(zhǔn)確性。

但是，高頻電磁波雖然具有方向好，能量集中的特點(diǎn)，應(yīng)付物料復(fù)雜表面能力強(qiáng)優(yōu)勢，但是其穿透能力差，在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場由于測量環(huán)境中揚(yáng)料，粉塵以及泡沫等因素影響，現(xiàn)有的高頻電磁波料位計(jì)實(shí)際使用效果差，誤報(bào)頻繁，甚至無法完成可靠測量，嚴(yán)重影響了電磁波料位計(jì)的推廣與使用。

低頻電磁波料位計(jì)由于發(fā)射角度大，很難控制在一個小的范圍內(nèi)，通常電磁波發(fā)射角度大于15度，電磁波發(fā)射后，回波復(fù)雜，特別在容器內(nèi)部電磁波發(fā)射方向的垂直方向上距離小的情況，容器本身對電磁波反射復(fù)雜。低頻電磁波料位計(jì)通常被運(yùn)于于比較開闊的空間內(nèi)液位的測量。

現(xiàn)有的高頻電磁波料位計(jì)與低頻電磁波料位計(jì)在實(shí)際測量中，特別在狹窄容器內(nèi)部和復(fù)雜環(huán)境下的物位測量的準(zhǔn)確差和可靠性差。限制了電磁波料位計(jì)的更廣泛使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)及基于其的物料料位測量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，電磁波料位計(jì)在狹窄容器內(nèi)部和復(fù)雜環(huán)境下的物位測量的準(zhǔn)確性差和可靠性差的問題。

本發(fā)明一方面提供了一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)，包括運(yùn)算處理器、天線部件以及對應(yīng)至少兩種頻率電磁波的電磁波收發(fā)器；

所述電磁波收發(fā)器，用于通過所述天線部件發(fā)射至少兩種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號；

所述運(yùn)算處理器，用于根據(jù)所述電磁波收發(fā)器發(fā)送來的所有回波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位信息。

優(yōu)選的，所述電磁波收發(fā)器發(fā)射的電磁波的頻率，有至少一個不小于20GHz且有至少一個不大于10GHz。

優(yōu)選的，所述電磁波收發(fā)器包括至少兩個電磁波收發(fā)部件，且所有所述電磁波收發(fā)部件中至少有兩個電磁波收發(fā)部件對應(yīng)同一根天線，不同所述電磁波收發(fā)部件對應(yīng)一種不同頻率的電磁波。

優(yōu)選的，所述多頻率雷達(dá)料位計(jì)還包括切換部件，用于對對應(yīng)于同一天線的不同所述電磁波收發(fā)部件進(jìn)行切換。

優(yōu)選的，所述運(yùn)算處理器與所述切換部件相連，用于控制所述切換部件對所述電磁波收發(fā)部件的切換。

優(yōu)選的，所述電磁波收發(fā)器包括至少兩個電磁波收發(fā)部件，所述天線部件包括與所述電磁波收發(fā)部件數(shù)量相同的天線，且所述電磁波收發(fā)部件與天線一一對應(yīng)，所述電磁波收發(fā)部件對應(yīng)一種不同頻率的電磁波。

優(yōu)選的，所述天線部件中的天線是喇叭口天線和/或微帶平板天線和/或透鏡天線。

優(yōu)選的，所述多頻率雷達(dá)料位計(jì)還包括與所述天線部件中的天線相連的擺動部件，所述擺動部件用于驅(qū)動天線改變方向。

本發(fā)明另一方面還公開了另一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)，包括運(yùn)算處理器、天線部件以及電磁波收發(fā)器，所述多頻率雷達(dá)料位計(jì)具有至少兩種工作模式；

在第一種工作模式下，所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件發(fā)射至少兩種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號且所述運(yùn)算處理器根據(jù)所述電磁波收發(fā)器發(fā)送來的所有回波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位信息；

在第二種工作模式下，所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件發(fā)射一種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號且所述運(yùn)算處理器根據(jù)所述電磁波收發(fā)器發(fā)送來的回波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位信息。

本發(fā)明再一方面還公開了一種上述任一項(xiàng)所述的多頻率雷達(dá)料位計(jì)的物料料位測量方法，所述測量方法包括如下步驟：

S1：所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件向物料方向發(fā)射某一頻率的電磁波，所述電磁波收發(fā)器接收所述物料反射回來的對應(yīng)的電磁波回波信號并將所述電磁波回波信號以電信號形式傳輸給所述運(yùn)算處理器；

S2：所述電磁波收發(fā)器重復(fù)上述步驟S1至少一次，且所有所述頻率電磁波中至少兩種不同頻率的電磁波發(fā)射與接收均不少于一次；；

S3：所述運(yùn)算處理器，根據(jù)所有所述電磁波回波信號進(jìn)行處理運(yùn)算，得到所述物料的料位。

本發(fā)明通過發(fā)射不同頻率的電磁波至物料，并利用反射回來的多個回波信號計(jì)算得到料位信息，相比現(xiàn)有技術(shù)，即便在狹窄容器內(nèi)部和復(fù)雜環(huán)境下，也能對物位料位進(jìn)行較為準(zhǔn)確和可靠的測量。

進(jìn)一步的選用高頻和低頻結(jié)合，綜合利用高頻電磁波的方向性和低頻電磁波的高穿透性，通過對高低不同頻率回波的綜合運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對物料料位的測量；顯著提升電磁波料位計(jì)在大濕度、高粉塵等惡劣、復(fù)雜環(huán)境下以及物料復(fù)雜表面情況下料位測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的電磁波料位計(jì)原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中的料位計(jì)結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二中的料位計(jì)結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例三中的料位計(jì)結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例四中的料位計(jì)結(jié)構(gòu)圖；；

圖6是本發(fā)明基于多頻率雷達(dá)料位計(jì)的物料料位測量方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

首先對電磁波料位計(jì)的工作原理進(jìn)行簡單說明。電磁波料位計(jì)在理想的狀態(tài)下，向物料發(fā)射電磁波，理想的回波是：電磁波遇到物料，反射一個電磁波回波信號，被電磁波料位計(jì)的電磁波收發(fā)部件接收到，之后運(yùn)算處理器通過計(jì)算發(fā)射電磁波與接收到回波信號之間的時間差，依據(jù)電磁波傳播速度和時間再除以2，獲得電磁波料位計(jì)與物料之間的距離。同樣，若依據(jù)多普勒效應(yīng)，就是運(yùn)算處理器計(jì)算發(fā)射電磁波的頻率，以及回波電磁波頻率，獲得料電磁波料位計(jì)與物料的距離。但是，實(shí)際的情況時，很多工業(yè)現(xiàn)場特別是容器內(nèi)部，環(huán)境惡劣，充滿揚(yáng)塵或者由于放料，存在揚(yáng)料現(xiàn)象，以及容器本身的結(jié)構(gòu)，物料堆面的復(fù)雜等等，都導(dǎo)致回波信號中不僅僅包含電磁波遇到物料的反射信號，還包括著揚(yáng)塵，揚(yáng)料，容器內(nèi)壁，容器內(nèi)設(shè)備，堆面復(fù)雜導(dǎo)致多路徑反射等回波信號。在這些復(fù)雜的回波信號中，找到準(zhǔn)確的料位有效回波難度非常大?，F(xiàn)有的做法是，對于回波信號特別是回波生成的電壓型信號進(jìn)行上下闞值的設(shè)置，區(qū)分回波信號中那些為干擾回波，那些為實(shí)際有效回波。這在一定程度上區(qū)分掉一部分干擾回波。不同頻率的電磁波在遇到物質(zhì)時，呈現(xiàn)出較大的物理表現(xiàn)。高頻電磁波穿透性差，因此容易受到測量空間內(nèi)較大密度灰塵或者揚(yáng)塵的干擾，其返回的回波中灰塵等干擾物質(zhì)的反射的回波信號特征強(qiáng)，但其發(fā)射角度小、方向好，能量集中，因此極少有容器反射回的干擾回波或者容器內(nèi)壁引起的干擾回波特征小。而低頻電磁波反射角度大，很難控制在一個小的范圍內(nèi)，因此其返回的回波中極有可能含有容器反射回的干擾回波，而且當(dāng)物料離電磁波發(fā)射點(diǎn)遠(yuǎn)時，這個干擾回波越大，但是其穿透性好，因此其返回的回波中極少含有灰塵等反射的回波或者此類干擾回波特征小。

分析如圖1所示的高頻回波和低頻回波簡圖。如圖1所示，k1與k2之間的為有效回波，可以看到，高頻回波信號中，遇到較大密度揚(yáng)塵或者揚(yáng)料時，回波時間點(diǎn)T2中P2回波信號與回波時間點(diǎn)T3中P3回波信號都落在篩選區(qū)間，這樣就很難區(qū)分P2和P3誰是真正的料位回波。同時在低頻電磁波回波信號中，由于低頻電磁波由于發(fā)射角度大，容易受到容器內(nèi)部的影響，產(chǎn)生如P4的回波信號，與P3一起落在篩選區(qū)間內(nèi)。如果單看高頻回波或者低頻回波均很難找到真正的料位回波點(diǎn)。

因此，可綜合分析此兩種回波信號，將兩種情況下都有的回波信號并且特征顯著的信號，確定為物料返回的有效回波信號。如圖1所示，我們會發(fā)現(xiàn)在同樣時間T3時刻，有同樣顯著的回波信號。經(jīng)過邏輯判斷，我們可以判斷其為真正的料位回波。從而料位計(jì)可以準(zhǔn)確判斷料位。基于上述原理，本發(fā)明提供一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)，通過發(fā)射兩種不同頻率的電磁波信號至物料，以綜合反射回的多個回波信號計(jì)算料位。

實(shí)施例一

如圖2所示，提供了一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)，包括運(yùn)算處理器11、天線部件12以及對應(yīng)至少兩種頻率電磁波的電磁波收發(fā)器13。

電磁波收發(fā)器13，用于通過天線部件12發(fā)射至少兩種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號；運(yùn)算處理器11，用于根據(jù)電磁波收發(fā)器13發(fā)送來的所有回波信號得到料位信息。

本發(fā)明中，電磁波收發(fā)器13發(fā)送的電磁波中至少有一種高頻電磁波，一種低頻電磁波，以綜合兩種電磁波的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最好的效果。

具體實(shí)施例中，至少一個電磁波的頻率不小于20GHz且有至少一個的電磁波頻率不大于10GHz。

實(shí)施例二

如圖3所示，在該實(shí)施例中，電磁波收發(fā)器包括至少兩個電磁波收發(fā)部件21(圖3中為2個)，且所有所述電磁波收發(fā)部件21中至少有兩個電磁波收發(fā)部件21對應(yīng)同一根天線22(圖3中天線部件僅包括一根天線)，每個電磁波收發(fā)部件對應(yīng)一種頻率的電磁波且每個電磁波收發(fā)部件對應(yīng)的頻率彼此不同。運(yùn)算處理器23用于根據(jù)所有所述電磁波收發(fā)部件21發(fā)送的回波信號計(jì)算得到料位信息。

本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所有電磁波收發(fā)部件21對應(yīng)同一根天線22，這樣所有電磁波的發(fā)射角度相同，能夠提高料位的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，在這一情況下，需要對于天線對應(yīng)進(jìn)行工作的電磁波收發(fā)部件21進(jìn)行切換。因此，本發(fā)明中，料位計(jì)還包括切換部件24，用于對對應(yīng)于同一天線的不同電磁波收發(fā)部件21進(jìn)行切換。

實(shí)施例三

在實(shí)施例二中，切換部件可以自行決定是否進(jìn)行切換以及切換至哪個電磁波收發(fā)部件，此時需要在切換部件中預(yù)置切換邏輯，以順利進(jìn)行切換。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例三與實(shí)施例二的不同在于，運(yùn)算處理器31與切換部件34相連，運(yùn)算處理器31除計(jì)算料位外，還用于控制切換部件34對對應(yīng)同一天線33的電磁波收發(fā)部件32進(jìn)行切換。

這樣的好處在于，運(yùn)算處理器31可根據(jù)接收的回波信號對切換部件34進(jìn)行控制。如當(dāng)運(yùn)算處理器31當(dāng)前沒有接收到回波信號或回波信號無效時，可控制切換部件不切換至下一電磁波收發(fā)部件32。相對切換部件自行切換的方式，該方式能夠結(jié)合回波信號的情況進(jìn)行切換，使得切換更加符合需要。

實(shí)施例四

如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例四中，電磁波收發(fā)器包括至少兩個電磁波收發(fā)部件41，天線部件包括與電磁波收發(fā)部件41數(shù)量相同的天線42，且電磁波收發(fā)部件41與天線42一一對應(yīng)，電磁波收發(fā)部件對應(yīng)一種不同頻率的電磁波。運(yùn)算處理器43用于根據(jù)所有電磁波收發(fā)部41發(fā)送的回波信號計(jì)算得到料位信息。

本發(fā)明實(shí)施例四與實(shí)施例二的不同在于，電磁波收發(fā)部件41與天線42一一對應(yīng)，無需進(jìn)行切換。

本發(fā)明中，多頻率雷達(dá)料位計(jì)還可包括與天線部件中的天線相連的擺動部件，擺動部件用于驅(qū)動天線改變方向。如在實(shí)施例四中，通過擺動部件驅(qū)動天線改變方向以使得天線發(fā)射角度相同。

本發(fā)明，上述天線部件中的天線可以是喇叭口天線和/或微帶平板天線和/或透鏡天線。

本發(fā)明中，所述多頻率雷達(dá)料位計(jì)還可包括輸出部件和/或顯示部件，所述輸出部件與運(yùn)算處理器相連，用于通過脈沖信號和/或開關(guān)信號和/或數(shù)據(jù)信號和/或無線信號形式將料位信號傳輸出去，所述顯示部件為指示燈、液晶顯示器等，可用于對結(jié)果或狀態(tài)進(jìn)行指示或顯示。

本發(fā)明對此不做具體限制。

實(shí)施例五

本發(fā)明實(shí)施例五提供了一種多頻率雷達(dá)料位計(jì)，包括運(yùn)算處理器、天線部件以及電磁波收發(fā)器，所述多頻率雷達(dá)料位計(jì)具有至少兩種工作模式；

在第一種工作模式下，所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件發(fā)射至少兩種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號且所述運(yùn)算處理器根據(jù)所述電磁波收發(fā)器發(fā)送來的所有回波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位信息；

在第二種工作模式下，所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件發(fā)射一種頻率的電磁波并接收返回的對應(yīng)回波信號且所述運(yùn)算處理器根據(jù)所述電磁波收發(fā)器發(fā)送來的回波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位信息。

比如，當(dāng)料位計(jì)所有部件正常工作時，料位計(jì)可工作在第一種工作模式下，當(dāng)料位計(jì)的部分電磁波收發(fā)部件故障，只能發(fā)送一種頻率電磁波時，可使料位計(jì)工作在第二種模式下，以根據(jù)同一頻率反射回的電磁波信號進(jìn)行運(yùn)算得到料位。

關(guān)于工作模式的切換，可自動進(jìn)行也可通過手動進(jìn)行，本發(fā)明不做具體限制。

實(shí)施例六

如圖6所示，本發(fā)明還提供了一種基于上述多頻率雷達(dá)料位計(jì)的物料料位測量方法，以發(fā)射兩種頻率的電磁波為例，所述測量方法包括如下步驟：

S11：第一電磁波收發(fā)部件向物料測量物料方向發(fā)射第一頻率電磁波，所述第一電磁波收發(fā)部件接收物料反射回來第一頻率電磁波回波信號；

S12：第一電磁波收發(fā)部件將第一頻率電磁波回波信號以電信號形式傳輸給所述運(yùn)算處理器；

S13：第二電磁波收發(fā)部件向物料測量物料方向發(fā)射第二頻率電磁波，所述第二電磁波收發(fā)部件接收物料反射回來第二頻率電磁波回波信號；

S14：所述第二電磁波收發(fā)部件將第二頻率電磁波回波信號以電信號形式傳輸給所述運(yùn)算處理器；

S15：所述運(yùn)算處理器，綜合第一頻率電磁波回波信號、第二頻率電磁波回波信號，依據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)學(xué)模型和或邏輯判斷，生成物料的料位。

以上為發(fā)射兩種頻率的電磁波的測量方法，當(dāng)發(fā)射兩種或兩種以上頻率的電磁波時，包括如下步驟：

S21：所述電磁波收發(fā)器通過所述天線部件向物料方向發(fā)射某一頻率的電磁波，所述電磁波收發(fā)器接收所述物料反射回來的對應(yīng)的電磁波回波信號并將所述電磁波回波信號以電信號形式傳輸給所述運(yùn)算處理器；

S22：所述電磁波收發(fā)器重復(fù)上述步驟S21至少一次，且每次發(fā)射的電磁波的頻率不同；

S23：所述運(yùn)算處理器，根據(jù)所有所述電磁波回波信號進(jìn)行處理運(yùn)算，得到所述物料的料位。

上述方法實(shí)施例可參見裝置實(shí)施例，具體細(xì)節(jié)不再重復(fù)。

雖然通過實(shí)施例描繪了本申請，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本申請有許多變形和變化而不脫離本申請的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請的精神。