專(zhuān)利名稱(chēng)：料位計(jì)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種料位計(jì)系統(tǒng)，該料位計(jì)系統(tǒng)使用電磁波以確定到裝在罐中的產(chǎn)品的表面的距離。
背景技術(shù)：
諸如雷達(dá)料位計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)裝置適合用于測(cè)量諸如工藝流體、粒子料以及其它材料的產(chǎn)品的高度(level)。這樣的雷達(dá)料位計(jì)的示例可以包括微波單元，用于向表面發(fā)射微波以及接收表面反射的微波；處理電路，被布置成與微波單元通信，以及基于發(fā)射的微波和接收的微波之間的關(guān)系而確定高度。近年來(lái)，對(duì)于對(duì)功耗具有其它限制的無(wú)線(xiàn)測(cè)量裝置或系統(tǒng)(諸如，例如，通過(guò)4-20mA的電流回路連接的、所謂的回路供電系統(tǒng))的需求不斷增力卩。無(wú)線(xiàn)測(cè)量裝置可以例如 由電池或太陽(yáng)能來(lái)供電。對(duì)于這樣的裝置，有利的是提高能效，例如以便增加電池的壽命。因此，需要具有提高的功率效率的新型測(cè)量裝置，以便對(duì)傳統(tǒng)雷達(dá)料位計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。帶來(lái)功耗減小的一種途徑是減少測(cè)量時(shí)間，即使得測(cè)量更快速。然而，與通常用于雷達(dá)料位計(jì)的連續(xù)測(cè)量方案相結(jié)合的較短測(cè)量時(shí)間將提供大量的測(cè)量結(jié)果。大量的結(jié)果不一定會(huì)帶來(lái)測(cè)量精度或可靠性的提高。此外，處理和存儲(chǔ)所生成的增加的數(shù)據(jù)量更加困難，特別是在給定對(duì)能耗的限制的情況下。因此，雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的間歇運(yùn)行是對(duì)于提高能效的有吸引力的替選，其中在該間歇運(yùn)行中，系統(tǒng)僅以給定的時(shí)間間隔執(zhí)行測(cè)量。然而，也存在與間歇測(cè)量相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。例如，系統(tǒng)可以被配置為以規(guī)則的間隔喚醒并且執(zhí)行測(cè)量，并且如果要測(cè)量的產(chǎn)品的表面特性隨時(shí)間變化，則測(cè)量可能會(huì)提供不可靠的結(jié)果。此外，下一次測(cè)量可能也是不可靠的，等等，這會(huì)導(dǎo)致可靠測(cè)量與不穩(wěn)定高度讀數(shù)之間的較長(zhǎng)時(shí)段。因此，需要一種用于間歇地測(cè)量罐中的產(chǎn)品的料位的改進(jìn)料位計(jì)系統(tǒng)和方法。
實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述內(nèi)容，本實(shí)用新型的總體目的是提供一種改進(jìn)的方法和裝置，其用于可靠地確定裝在罐中的產(chǎn)品的料位，從而提供提高的可靠性和能效。特別地，本實(shí)用新型的一個(gè)目的是至少針對(duì)一些測(cè)量條件為間歇料位計(jì)系統(tǒng)提供減少的活動(dòng)時(shí)間。根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，該目的和其它目的通過(guò)確定裝在罐中的產(chǎn)品的料位的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括如下步驟a)向產(chǎn)品的表面的目標(biāo)區(qū)域發(fā)射電磁探測(cè)信號(hào)；b)接收作為電磁探測(cè)信號(hào)在表面處的反射的反射探測(cè)信號(hào)；c)確定表示反射探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值；如果參數(shù)值表示大于預(yù)定閾值的幅度，則d)向表面的目標(biāo)區(qū)域發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)；e)接收作為電磁測(cè)量信號(hào)在表面處的反射的返回信號(hào)；以及f)基于電磁測(cè)量信號(hào)與返回信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系，確定料位。本實(shí)用新型基于如下實(shí)現(xiàn)有利的是在執(zhí)行測(cè)量循環(huán)之前，確立使得測(cè)量很可能會(huì)成功的測(cè)量條件。在使用向表面發(fā)射電磁信號(hào)以及由在產(chǎn)品表面處的反射得到的反射信號(hào)的測(cè)量系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)的充足部分應(yīng)該被反射并且由接收器接收，以實(shí)現(xiàn)反射信號(hào)的分析，從而確立到表面的距離。在產(chǎn)品表面具有時(shí)變散射體的性質(zhì)的測(cè)量條件下，諸如對(duì)于湍動(dòng)表面，反射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)與表面的時(shí)間變化相對(duì)應(yīng)地隨時(shí)間而變化。在相對(duì)慢的測(cè)量中，其中，測(cè)量時(shí)間顯著長(zhǎng)于時(shí)變表面的周期，反射信號(hào)將是表示表面的時(shí)間平均值的時(shí)間平均信號(hào)。在該上下文中，表面的周期與表面的特定點(diǎn)處的表面高度隨時(shí)間的變化有關(guān)。因此，在測(cè)量顯著慢于表面的周期性時(shí)間變化的情況下，與表面的周期相關(guān)地執(zhí)行測(cè)量的實(shí)際時(shí)間不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。在測(cè)量時(shí)間可以等于或小于時(shí)變表面的周期的快速測(cè)量系統(tǒng)中，相反成立。如果在反射信號(hào)具有相對(duì)低的幅度時(shí)開(kāi)始測(cè)量循環(huán)，則測(cè)量可能會(huì)失敗或者測(cè)量結(jié)果會(huì)不可靠，從而由于可能需要重復(fù)測(cè)量直至成功地執(zhí)行測(cè)量為止而導(dǎo)致不必要的能耗。然而，通過(guò)發(fā)射可以顯著短于測(cè)量信號(hào)的初始信號(hào)、探測(cè)信號(hào)以確立是否反射了信號(hào)的充足部分，可 以確定測(cè)量條件是否是有利的。從而，更可能的是，僅在很可能導(dǎo)致成功測(cè)量的條件下開(kāi)始和執(zhí)行測(cè)量，從而由于減少了失敗測(cè)量的數(shù)量而導(dǎo)致能效提高。另外，在測(cè)量時(shí)間顯著短于表面周期的料位計(jì)系統(tǒng)中，從確定反射探測(cè)信號(hào)的幅度大于預(yù)定閾值到測(cè)量完成的時(shí)間足以使表面被認(rèn)為在測(cè)量持續(xù)時(shí)間期間是準(zhǔn)靜態(tài)的。因此，當(dāng)在周期性時(shí)變表面上進(jìn)行測(cè)量時(shí)，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的料位計(jì)系統(tǒng)尤其有用，其中，在該周期性時(shí)變表面中，時(shí)變表面的周期至少等于或長(zhǎng)于測(cè)量持續(xù)時(shí)間。因而，系統(tǒng)的活動(dòng)時(shí)間與表面的時(shí)間變化的周期有關(guān)，其中系統(tǒng)的活動(dòng)時(shí)間被定義為從發(fā)射第一探測(cè)脈沖到測(cè)量完成的時(shí)間。特別地，假設(shè)表面條件為使得可能在時(shí)變表面的周期期間的某點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，活動(dòng)時(shí)間短于或等于時(shí)變表面的周期。湍動(dòng)表面的典型周期可以為大約10ms。因此，有利的是，在用于間歇測(cè)量的系統(tǒng)中特別是在測(cè)量時(shí)變表面時(shí)，使用根據(jù)本實(shí)用新型的方法，以便降低能耗。在該上下文中，時(shí)變表面可以例如是如下湍動(dòng)表面其中湍動(dòng)源可以是導(dǎo)致罐中的產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)的沸騰、攪拌或其它效果。在一些情形下，產(chǎn)品的表面會(huì)隨機(jī)變化。然而，在隨機(jī)變化的表面的情況下，同樣有利的是使用根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的方法來(lái)確定料位，這是因?yàn)槿绻_定測(cè)量開(kāi)始時(shí)的條件為使得發(fā)射信號(hào)的充足部分被反射，則更可能可以執(zhí)行成功的測(cè)量。在該上下文中，術(shù)語(yǔ)“探測(cè)信號(hào)”應(yīng)該被理解為用于確定測(cè)量條件是否有利的任意信號(hào)。探測(cè)信號(hào)例如可以是具有預(yù)定形狀和幅度的單個(gè)脈沖。測(cè)量信號(hào)可以是任意類(lèi)型的電磁信號(hào)，諸如連續(xù)周期信號(hào)、脈沖列、離散脈沖或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意其它信號(hào)形式。此外，測(cè)量可以有利地基于渡越時(shí)間原理，其中，可以根據(jù)例如反射信號(hào)的幅度、相位、相移或頻率內(nèi)容而直接地或間接地獲得時(shí)間。表示反射探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值可以是反射探測(cè)信號(hào)的實(shí)際幅度。通過(guò)將反射探測(cè)信號(hào)的幅度與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，可以確定反射信號(hào)的幅度是否為使得可以成功執(zhí)行測(cè)量。然而，表示探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值可以是與信號(hào)的幅度有關(guān)的任意特征，諸如絕對(duì)幅度或相對(duì)幅度、能含量、相位、形狀或者可以直接或間接地與信號(hào)的幅度相關(guān)的任意其它參數(shù)。[0020]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如果在步驟c)中確定的所述參數(shù)值表示小于或等于預(yù)定閾值的幅度，則方法返回到步驟a)。由此，可以重復(fù)地發(fā)射探測(cè)信號(hào)，直至接收到表示測(cè)量條件有利的反射探測(cè)信號(hào)為止?；蛘撸瑸榱吮苊馓綔y(cè)信號(hào)的無(wú)限發(fā)射，這可能是在表面特性為使得信號(hào)的充足部分未被反射的條件下的情況，可以對(duì)要發(fā)送的探測(cè)信號(hào)的數(shù)量存在限制或者存在預(yù)設(shè)超時(shí)限制，在該預(yù)設(shè)超時(shí)限制之后，中斷探測(cè)信號(hào)的發(fā)射，并且系統(tǒng)返回到被動(dòng)模式。在一個(gè)實(shí)施例中，用于執(zhí)行步驟d)至f)所需的時(shí)間不會(huì)超過(guò)IOOii S。在許多情形下，有利的是測(cè)量花費(fèi)盡可能少的時(shí)間。從能效的角度來(lái)看，期望減少測(cè)量時(shí)間，從而減少系統(tǒng)的活動(dòng)時(shí)間。此外，快速測(cè)量增大了如下概率在與探測(cè)信號(hào)被反射時(shí)相同的表面條件下執(zhí)行整個(gè)測(cè)量。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，測(cè)量信號(hào)被形成為不同載波脈沖的脈沖列，其中每個(gè)載波脈沖具有大于I微秒的持續(xù)時(shí)間。 在本實(shí)用新型的該實(shí)施例中，步驟f)可以包括如下步驟fI)確定與所發(fā)射的每個(gè)相應(yīng)不同脈沖相關(guān)地接收的每個(gè)不同脈沖的實(shí)際相位特性；f2)基于初始估計(jì)的距離，確定與所發(fā)射的每個(gè)相應(yīng)不同脈沖相關(guān)地接收的每個(gè)不同脈沖的預(yù)期相位特性；以及f3)將實(shí)際相位特性與預(yù)期相位特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以提供距離的更新估計(jì)。此外，初始估計(jì)的距離可以通過(guò)初始距離測(cè)量來(lái)獲得。根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種用于確定裝在罐中的產(chǎn)品的料位的料位計(jì)系統(tǒng)，該料位計(jì)系統(tǒng)可工作在探測(cè)狀態(tài)和測(cè)量狀態(tài)，并且包括雷達(dá)模塊，用于生成、發(fā)射和接收電磁信號(hào)；傳播裝置，連接到雷達(dá)模塊并且被布置成向罐內(nèi)的產(chǎn)品傳播發(fā)射電磁信號(hào)，以及接收由于發(fā)射電磁信號(hào)在裝在罐中的產(chǎn)品的表面處的反射而得到的反射電磁信號(hào)；以及處理電路，連接到雷達(dá)模塊，該處理電路包括操作控制電路；比較電路；以及料位確定電路，其中當(dāng)料位計(jì)系統(tǒng)工作在探測(cè)狀態(tài)時(shí)操作控制電路控制雷達(dá)模塊發(fā)射探測(cè)信號(hào)；比較電路將表示接收反射探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值與表示幅度閾值的預(yù)定參數(shù)值進(jìn)行比較；并且如果所述幅度大于所述幅度閾值，則操作控制電路控制料位計(jì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到所述測(cè)量狀態(tài)，以及當(dāng)雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)工作在測(cè)量狀態(tài)時(shí)操作控制電路控制雷達(dá)模塊發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)；并且料位確定電路基于發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)與所接收的發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)的反射之間的時(shí)間關(guān)系，確定料位。傳播裝置可以是能夠傳播電磁信號(hào)的任意裝置，包括傳輸線(xiàn)探針、波導(dǎo)以及各種類(lèi)型的輻射天線(xiàn)，諸如喇叭天線(xiàn)、陣列天線(xiàn)等。應(yīng)注意，處理電路可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或若干個(gè)包括在料位計(jì)系統(tǒng)中的微處理器。此外，操作控制電路、比較電路以及料位確定電路可以被實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的微處理器或者實(shí)現(xiàn)為單個(gè)微處理器或電路板中的集成功能。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)料位計(jì)系統(tǒng)工作在探測(cè)狀態(tài)時(shí)如果幅度小于或等于預(yù)定值，則操作控制電路可以控制料位計(jì)系統(tǒng)保持在探測(cè)狀態(tài)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，料位計(jì)系統(tǒng)還可以包括實(shí)時(shí)采樣器，其中，當(dāng)雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)工作在測(cè)量狀態(tài)時(shí)實(shí)時(shí)采樣器實(shí)時(shí)地對(duì)所接收的發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)的反射進(jìn)行采樣，并且將采樣反射信號(hào)提供給料位確定電路；并且料位確定電路基于發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)與采樣反射信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系，確定料位。[0030]本實(shí)用新型的該第二方面的另外的效果和特征與以上結(jié)合本實(shí)用新型的第一方面描述的那些效果和特征非常類(lèi)似。

現(xiàn)在將參照示出本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的這些和其它方面，其中圖Ia和圖Ib示意性地示出了在時(shí)變表面處反射的發(fā)射電磁信號(hào)；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的示意圖示；圖3是圖2所示的雷達(dá)模塊的框圖4示出了圖3所示的雷達(dá)模塊的發(fā)射器部和接收器部的示例性實(shí)施例；以及圖5是概述根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
在該詳細(xì)描述中，主要參考具有諸如喇叭天線(xiàn)的自由傳播天線(xiàn)的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)討論根據(jù)本實(shí)用新型的方法和系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例，該雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)用于確定裝在罐中的產(chǎn)品的料位。應(yīng)注意，這決不是限制本實(shí)用新型的范圍，本實(shí)用新型同樣適用于其它信號(hào)傳播裝置，其它信號(hào)傳播裝置包括其它自由傳播天線(xiàn)(諸如棒狀天線(xiàn)、平板天線(xiàn)、固定或可移動(dòng)拋物面天線(xiàn)或錐形天線(xiàn))和波導(dǎo)，諸如蒸餾管(still pipe)、傳輸線(xiàn)或探針，諸如單線(xiàn)探針(包括所謂的古博(Goubau)探針)、雙線(xiàn)探針或同軸探針。圖Ia示意性地示出了料位計(jì)系統(tǒng)中的發(fā)射和接收天線(xiàn)1，用于向產(chǎn)品的表面3發(fā)射電磁信號(hào)2。當(dāng)信號(hào)2到達(dá)表面3時(shí)，信號(hào)的至少一部分被反射4。圖Ia所示的是如下情況其中，表面具有使得反射信號(hào)在不直接朝向接收天線(xiàn)I的方向上被反射的特性。因而，與發(fā)射信號(hào)相比，到達(dá)天線(xiàn)的反射信號(hào)的幅度減小。這也在圖Ia的圖中由表示發(fā)射信號(hào)2的脈沖5和反射脈沖6示出，反射脈沖6表示反射信號(hào)4的由天線(xiàn)接收的部分。圖Ib示意性地示出了如下情況其中，表面7的特性為使得發(fā)射信號(hào)2主要垂直于表面7被反射，從而使得大部分反射信號(hào)8到達(dá)接收天線(xiàn)I。如圖Ib中的圖所示，到達(dá)天線(xiàn)的反射信號(hào)10的幅度顯著大于圖Ia所示的反射信號(hào)6。因而，圖Ib中的接收信號(hào)10的幅度可以被視為測(cè)量條件更有利的指示，這是因?yàn)榕c圖Ia中的接收信號(hào)6相比，發(fā)射信號(hào)5的較大部分被反射并且由接收天線(xiàn)I接收。應(yīng)注意，圖I所示的信號(hào)和脈沖僅是示例性的示意表示，以便示出信號(hào)反射如何受時(shí)變表面的影響。圖2示意性地示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的、用于確定包括在罐24中的產(chǎn)品22的料位的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)20。雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)20包括雷達(dá)模塊26、傳播裝置28以及處理電路44，處理電路44包括操作控制電路30、比較電路32、料位確定電路34以及雷達(dá)模塊26。盡管這里被示出為分開(kāi)的塊，但是處理電路44同樣也可以設(shè)置在同一電路板上或者實(shí)現(xiàn)在同一微處理器中。通過(guò)分析由天線(xiàn)28向產(chǎn)品22的表面38的目標(biāo)區(qū)域36發(fā)射的測(cè)量信號(hào)ST、以及從表面38傳回的反射信號(hào)Sk，料位確定單元34可以確定參考位置與產(chǎn)品22的表面38之間的距離，由此可以推出料位。應(yīng)注意，盡管此處討論了裝單一產(chǎn)品22的罐24，但是可以以類(lèi)似方式來(lái)測(cè)量到存在于罐24中的任何材料界面的距離。料位通過(guò)通信天線(xiàn)40被傳送到遠(yuǎn)程位置。在操作中，雷達(dá)模塊26生成電磁測(cè)量信號(hào)St并接收反射信號(hào)SK。以下將更詳細(xì)地描述的雷達(dá)模塊26將數(shù)據(jù)提供到處理電路44，根據(jù)該數(shù)據(jù)可以確定料位。處理電路44確定料位和/或其他處理參數(shù)，并且經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信單元34將該信息提供到遠(yuǎn)程位置，無(wú)線(xiàn)通信單元34可以有利地遵照無(wú)線(xiàn)HART (IEC 62591)。處理電路44還可以經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信單元34接收各種命令，并且可以響應(yīng)于這樣的命令而控制雷達(dá)模塊。特別地，處理電路44可以經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信單元34接收喚醒信號(hào)、執(zhí)行測(cè)量操作、報(bào)告所確定的料位然后返回到休眠。這種間歇操作是用于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的自主操作而無(wú)需用戶(hù)干預(yù)的重要因素。雷達(dá)模塊26、處理電路44以及無(wú)線(xiàn)通信單元34都由來(lái)自諸如電池42的本地電源的電力來(lái)供電。圖3示出了圖2中的雷達(dá)模塊26的更詳細(xì)的框圖。雷達(dá)模塊26包括集成在單個(gè) 芯片上的發(fā)射器部和接收器部。單個(gè)芯片設(shè)計(jì)可以通過(guò)在單個(gè)硅片或者多個(gè)硅片上集成來(lái)實(shí)現(xiàn)，該多個(gè)硅片集成在單個(gè)可安裝部件中。發(fā)射器部包括脈沖發(fā)生器50，脈沖發(fā)生器50被布置成生成并發(fā)射具有期望頻率和脈沖形狀的脈沖。脈沖發(fā)生器50經(jīng)由輸出端51連接到信號(hào)傳播裝置28。脈沖發(fā)生器50的重復(fù)頻率由例如從處理電路44接收的外部時(shí)鐘信號(hào)52來(lái)控制。作為示例，脈沖的中心頻率可以是3. 4GHz，并且重復(fù)頻率可以在I-IOOMHz的范圍中，例如為90MHz。每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間可以為納秒量級(jí)。接收器部包括連接到放大器54的輸入端53，放大器54被布置成對(duì)在輸入端53處接收的信號(hào)進(jìn)行放大。接收器部還包括實(shí)時(shí)采樣器55，實(shí)時(shí)采樣器55被布置成對(duì)所接收的信號(hào)實(shí)時(shí)采樣。在雷達(dá)料位計(jì)的背景中，實(shí)時(shí)采樣指示皮秒量級(jí)的分辨率。采樣器55經(jīng)由延時(shí)單元56連接到脈沖發(fā)生器50，并且被布置在脈沖發(fā)生器50發(fā)出測(cè)量脈沖的時(shí)刻之后經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)延遲T，開(kāi)始對(duì)接收信號(hào)的采樣。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，采樣器55可以被布置成根據(jù)在由Hjortland等人的^Thresholded samplers for UffB impulse radar”中描述的“掃描閾值米樣”原理工作，該文章通過(guò)引用而合并于此。根據(jù)該方法，將接收信號(hào)與閾值進(jìn)行比較，并且通過(guò)反相器級(jí)陣列對(duì)無(wú)時(shí)鐘信號(hào)的輸出進(jìn)行采樣。現(xiàn)在將參照?qǐng)D4描述用于掃描閾值采樣的雷達(dá)模塊26的發(fā)射器部和接收器部的示例性配置，其中圖4更詳細(xì)地示出了圖3的實(shí)時(shí)采樣器55。如在圖4中可以看出，實(shí)時(shí)采樣器55包括由多個(gè)串聯(lián)布置的采樣延遲元件61a-61c構(gòu)成的采樣延遲線(xiàn)60。在延遲元件61a-61c之間，采樣延遲線(xiàn)60連接到一系列D觸發(fā)器62a-62d。D觸發(fā)器62a-62d還在D輸入處經(jīng)由閾值電路63連接到輸入端53。D觸發(fā)器62a-62d中的每個(gè)的輸出連接到相應(yīng)計(jì)數(shù)器64a-64d。通過(guò)沿采樣延遲線(xiàn)60的傳播延遲，D觸發(fā)器62a_62d將在不同的時(shí)刻由延遲的測(cè)量脈沖觸發(fā)，該延遲的測(cè)量脈沖源自脈沖發(fā)生器并且沿采樣延遲線(xiàn)60行進(jìn)。因此，D觸發(fā)器62a-62d的D輸入處的信號(hào)將在不同的時(shí)刻被米樣,其中連續(xù)樣本之間的時(shí)間、即米樣周期與延遲兀件61a_61c的信號(hào)傳播延遲相對(duì)應(yīng)。在掃描閾值米樣中，將輸入信號(hào)(在該情況下為反射信號(hào)Sk)與閾值電路63中的閾值進(jìn)行比較。如果/當(dāng)輸入信號(hào)Sk高于閾值時(shí)，來(lái)自閾值電路63的輸出為“高”，并且當(dāng)輸入信號(hào)Sk低于閾值時(shí),輸出為“低”。如果在D觸發(fā)器62a-62d處米樣時(shí)的輸出為“高”，則“ I ”將從該D觸發(fā)器62a-62d提供到計(jì)數(shù)器。換言之，將提供二進(jìn)制序列。[0050]重復(fù)進(jìn)行采樣若干次，同時(shí)逐漸增加(掃描)閾值，從而得到多個(gè)二進(jìn)制序列。對(duì)這些二進(jìn)制序列進(jìn)行組合以產(chǎn)生數(shù)字采樣信號(hào)，該數(shù)字采樣信號(hào)具有與采樣重復(fù)次數(shù)加一對(duì)應(yīng)的分辨率(在信號(hào)幅度方面)。采樣延遲線(xiàn)60可以例如包括128個(gè)采樣延遲元件，每個(gè)采樣延遲元件由一個(gè)(或若干個(gè))反相器級(jí)構(gòu)成。在該情況下，將形成128位的二進(jìn)制序列。如果僅執(zhí)行一次采樣，則分辨率(用信號(hào)幅度表示)將為2 (高或低)。如果執(zhí)行了 511次采樣，則分辨率將為512或29。采樣器可以可選地被布置成獲取重復(fù)的樣本序列并且對(duì)結(jié)果求平均，以便減小噪聲的影響。有效采樣速率(用時(shí)間表示的分辨率)將與單個(gè)采樣延遲元件的傳播延遲成反比。作為示例，如果采樣延遲元件之一(一個(gè)反相器級(jí))的傳播延遲為大約30ps，則采樣速率將接近35GS/s。當(dāng)電磁波以0. 3mm/ps的速度在真空中行進(jìn)時(shí),如果測(cè)量單向延遲則采樣器的空間分辨率將為大約9mm，而如果測(cè)量雙向延遲，則為大約4. 5mm。在申請(qǐng)12/981995中描述了基于頻率調(diào)制脈沖波(FMPW)的替選測(cè)量方法，其全部 內(nèi)容通過(guò)引用而合并于此。現(xiàn)在將參照?qǐng)D2所示的罐中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的示意圖示和圖5所示的流程圖來(lái)描述根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的示例性方法，其中圖5概述了該方法的一般步驟。在圖5的第一步驟501中，向產(chǎn)品22的表面38的目標(biāo)區(qū)域36發(fā)射探測(cè)信號(hào)。探測(cè)信號(hào)可以是具有預(yù)定形狀和幅度的單個(gè)脈沖。接下來(lái)，在步驟502中，探測(cè)信號(hào)在表面38處被反射，并且接收反射信號(hào)的向接收天線(xiàn)傳播的部分。在步驟503中，確定表示接收信號(hào)的幅度的參數(shù)值。例如，參數(shù)值可以是脈沖的實(shí)際幅度。在步驟504中，執(zhí)行接收脈沖的幅度或者任何等同特性(諸如能量、形狀或相位)與預(yù)定閾值的比較。如果接收脈沖的幅度高于閾值，則確定表面條件為使得發(fā)射脈沖的充足部分被反射，以便成功地執(zhí)行確定表面位置從而確定罐的料位的測(cè)量。另一方面，如果反射信號(hào)的幅度等于或低于閾值，則方法返回到步驟501，并且發(fā)射新的探測(cè)信號(hào)。因而，可以推遲測(cè)量，直至表面特性為使得測(cè)量很可能成功為止。然而，如果接連的探測(cè)信號(hào)未能提供滿(mǎn)足閾值要求的反射信號(hào)，則可以在預(yù)定數(shù)量的發(fā)射信號(hào)之后或在預(yù)定超時(shí)時(shí)間段之后，中斷探測(cè)信號(hào)的發(fā)射?；蛘?，即使不滿(mǎn)足閾值條件，也可以在多個(gè)發(fā)射探測(cè)信號(hào)之后或在給定時(shí)間之后執(zhí)行測(cè)量。在步驟505中，向產(chǎn)品的表面的上述目標(biāo)區(qū)域36發(fā)射測(cè)量信號(hào)。期望的是，測(cè)量信號(hào)在與探測(cè)信號(hào)被反射的目標(biāo)區(qū)域相同的目標(biāo)區(qū)域處被反射，以使得表面特性針對(duì)這兩個(gè)信號(hào)是可比較的。如果測(cè)量時(shí)間以及接收探測(cè)信號(hào)與初始化測(cè)量之間的時(shí)間關(guān)于表面變化為短，則這是可能的。在步驟506中，接收反射的測(cè)量信號(hào)，并且最終在步驟507中，基于到表面的距離確定料位。本領(lǐng)域技術(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，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行許多修改和變化。例如，探測(cè)信號(hào)可以以許多不同的方式來(lái)配置，但是仍堅(jiān)持本實(shí)用新型的總體構(gòu)思。此外，料位確定可以利用任意現(xiàn)有的或未來(lái)的適當(dāng)確定方案。這樣的確定方案應(yīng)該優(yōu)選地相對(duì)較快并且具有高能效。
權(quán)利要求1.一種料位計(jì)系統(tǒng)(20)，其用于確定裝在罐(24)中的產(chǎn)品(22)的料位，所述料位計(jì)系統(tǒng)能夠工作在探測(cè)狀態(tài)和測(cè)量狀態(tài)，并且包括 雷達(dá)模塊(26)，用于生成、發(fā)射以及接收電磁信號(hào)； 傳播裝置(28)，連接到所述雷達(dá)模塊，并且被布置成向所述罐內(nèi)的所述產(chǎn)品傳播發(fā)射電磁信號(hào)，以及接收由于所述發(fā)射電磁信號(hào)在裝在所述罐中的所述產(chǎn)品的表面處的反射而得到的反射電磁信號(hào)；以及 處理電路(44 )，連接到所述雷達(dá)模塊，所述處理電路包括 操作控制電路(30)； 比較電路(32);以及 料位確定電路(34)， 其中 當(dāng)所述料位計(jì)系統(tǒng)工作在所述探測(cè)狀態(tài)時(shí) 所述操作控制電路(30)控制所述雷達(dá)模塊(26)發(fā)射探測(cè)信號(hào)； 所述比較電路(32)將表示所接收的反射探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值與表示幅度閾值的預(yù)定參數(shù)值進(jìn)行比較；并且 如果所述幅度大于所述幅度閾值，則所述操作控制電路(30 )控制所述料位計(jì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到所述測(cè)量狀態(tài)；以及 當(dāng)所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)工作在所述測(cè)量狀態(tài)時(shí) 所述操作控制電路(30)控制所述雷達(dá)模塊發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)；并且所述料位確定電路(34)基于所述發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)與所接收的所述發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)的反射之間的時(shí)間關(guān)系，確定所述料位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的料位計(jì)系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述料位計(jì)系統(tǒng)工作在所述探測(cè)狀態(tài)時(shí) 如果所述幅度小于或等于所述預(yù)定閾值，則所述操作控制電路控制所述料位計(jì)系統(tǒng)保持在所述探測(cè)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的料位計(jì)系統(tǒng)，還包括實(shí)時(shí)采樣器(55)，其中 當(dāng)所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)工作在所述測(cè)量狀態(tài)時(shí) 所述實(shí)時(shí)采樣器對(duì)所述所接收的所述發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)的反射實(shí)時(shí)地進(jìn)行采樣，并且將采樣反射信號(hào)提供給所述料位確定電路；以及 所述料位確定電路基于所述發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)與所述采樣反射信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系，確定所述料位。
專(zhuān)利摘要本申請(qǐng)公開(kāi)了一種料位計(jì)系統(tǒng)(20)，其用于確定裝在罐(24)中的產(chǎn)品(22)的料位，所述料位計(jì)系統(tǒng)包括雷達(dá)模塊(26)；傳播裝置(28)；以及處理電路(44)。處理電路包括操作控制電路(30)；比較電路(32)；以及料位確定電路(34)。當(dāng)所述料位計(jì)系統(tǒng)工作在探測(cè)狀態(tài)時(shí)，比較電路(32)將表示所接收的反射探測(cè)信號(hào)的幅度的參數(shù)值與表示幅度閾值的預(yù)定參數(shù)值進(jìn)行比較；并且如果幅度大于所述幅度閾值，則操作控制電路(30)控制所述料位計(jì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到測(cè)量狀態(tài)。當(dāng)雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)工作在所述測(cè)量狀態(tài)時(shí)，料位確定電路(34)基于發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)與所接收的發(fā)射電磁測(cè)量信號(hào)的反射之間的時(shí)間關(guān)系，確定料位。
文檔編號(hào)G01F23/284GK202501901SQ20112043869
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者法比安·文格爾 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司