基于溫度控制脈沖重復(fù)頻率的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟：獲得表示當(dāng)前操作溫度的信號(hào)；基于當(dāng)前的操作溫度和多個(gè)數(shù)據(jù)集，確定用于控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的初始頻率控制參數(shù)，多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及從初始頻率控制參數(shù)開(kāi)始，控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，以在當(dāng)前操作溫度下實(shí)現(xiàn)第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差。
【專利說(shuō)明】基于溫度控制脈沖重復(fù)頻率的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，并且涉及控制這樣的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)物位計(jì)(RLG)系統(tǒng)被廣泛的用于確定在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的裝料高度(filling level)。通常地，用非接觸測(cè)量(借此向容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品輻射電磁信號(hào))或用接觸測(cè)量(通常稱為導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)，借此通過(guò)充當(dāng)波導(dǎo)的探針引導(dǎo)電磁信號(hào)朝向并且進(jìn)入產(chǎn)品)來(lái)執(zhí)行雷達(dá)物位測(cè)量。探針通常被布置成從頂部向儲(chǔ)料倉(cāng)的底部垂直地延伸。探針還可以被布置在測(cè)量管(所謂的腔)中，該測(cè)量管連接到儲(chǔ)料倉(cāng)的外壁并且與儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)部流體相連。
[0003]發(fā)射的電磁信號(hào)在產(chǎn)品的表面上反射，并且通過(guò)包括在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的接收器或收發(fā)器接收反射的信號(hào)?；诎l(fā)射的和接收的信號(hào)，可以確定到產(chǎn)品的表面的距離。
[0004]更具體地，通?；诎l(fā)送電磁信號(hào)與接收電磁信號(hào)在界面上的反射之間的時(shí)間確定到產(chǎn)品的表面的距離，該界面在儲(chǔ)料倉(cāng)中的空氣與容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品之間。為了確定產(chǎn)品的實(shí)際裝料高度，基于以上提及的時(shí)間(所謂的行程時(shí)間)和電磁信號(hào)的傳播速度確定從參考位置到產(chǎn)品的表面的距離。
[0005]現(xiàn)今出售的多數(shù)的雷達(dá)物位計(jì)或是所謂的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于發(fā)送脈沖與接收脈沖在產(chǎn)品的表面上的反射之間的時(shí)間差來(lái)確定到在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的表面的距離；或是基于所發(fā)送的調(diào)頻信號(hào)和調(diào)頻信號(hào)在產(chǎn)品的表面上的反射信號(hào)之間頻率上的差別確定到表面的距離的系統(tǒng)。后一種類型的系統(tǒng)通常稱為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)類型。
[0006]對(duì)于脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng),通常使用時(shí)間擴(kuò)展(time expansion)技術(shù)求解行程時(shí)間。
[0007]
[0008]這樣的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可以具有第一振蕩器和第二振蕩器，第一振蕩器用于生成用于向容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的表面的發(fā)送的、由具有發(fā)射脈沖重復(fù)頻率ft的脈沖形成的傳輸信號(hào)，該脈沖；第二振蕩器用于生成由具有參考脈沖重復(fù)頻率的參考脈沖形成的參考信號(hào)，該參考脈沖重復(fù)頻率fMf以已知的頻率差不同于發(fā)射脈沖重復(fù)頻率。此頻率差A(yù)f典型地在幾Hz或幾十Hz的范圍中。
[0009]在測(cè)量掃描開(kāi)始時(shí)，傳輸信號(hào)和參考信號(hào)是同步的以具有相同的相位。由于頻率差Λ f，在測(cè)量掃描期間傳輸信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位差別將逐漸增加。
[0010]在測(cè)量掃描期間，將通過(guò)傳輸信號(hào)在容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的表面上的反射形成的反射信號(hào)與參考信號(hào)相關(guān)聯(lián)，以使得僅當(dāng)反射脈沖和參考脈沖同時(shí)出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。從開(kāi)始測(cè)量掃描到出現(xiàn)由反射信號(hào)與參考信號(hào)的相關(guān)性引起的輸出信號(hào)是發(fā)送信號(hào)與反射信號(hào)之間的相位差別的測(cè)量，該測(cè)量反過(guò)來(lái)是反射的脈沖的行程時(shí)間的時(shí)間擴(kuò)展測(cè)量，根據(jù)該測(cè)量可以確定到容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的表面的距離。
[0011]因?yàn)閭鬏斝盘?hào)與參考信號(hào)之間的頻率差A(yù)f的精度對(duì)于脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的性能是重要的，所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)器控制第二 (和/或第一)振蕩器，該調(diào)節(jié)器監(jiān)控頻率差A(yù)f并且控制第一和第二振蕩器中的至少一個(gè)以實(shí)現(xiàn)已知的并且足夠接近期望的頻率差Δ fdes的頻率差，期望的頻率差Λ fdes是對(duì)脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。
[0012]為了提供穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器可能需要幾百個(gè)的量級(jí)的頻率差A(yù)f的采樣，由于時(shí)間擴(kuò)展頻率差A(yù)f的值較小(期望達(dá)到足夠的時(shí)間擴(kuò)展)，所以該采樣對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可能長(zhǎng)至20-30秒。
[0013]因此，當(dāng)前可獲得的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可能需要在實(shí)際裝料高度測(cè)量可以開(kāi)始之前被供電很長(zhǎng)一段時(shí)間。
[0014]US 7 412 337公開(kāi)了旨在減少控制第一和/或第二振蕩器以實(shí)現(xiàn)期望的頻率差A(yù)f所需的時(shí)間的方法。在根據(jù)US 7 412 337的方法中，確定至少兩個(gè)控制變量(差別頻率數(shù)據(jù)點(diǎn))之間的梯度，并且基于梯度和差別頻率，確定控制的操作點(diǎn)以及調(diào)整控制算法。然而根據(jù)US 7 412 337的方法顯得相對(duì)復(fù)雜并且繁瑣，并且關(guān)于減少用于控制所需要的時(shí)間存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]考慮到以上所述，本發(fā)明的一般的目的是提供改進(jìn)的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)和方法，并且特別是提供一種能夠更節(jié)能地進(jìn)行裝料高度確定的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)和方法。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了一種控制脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的方法，該脈沖物位計(jì)系統(tǒng)包括:傳輸信號(hào)生成電路，用于生成第一脈沖序列形式的電磁傳輸信號(hào)，第一脈沖序列具有第一脈沖重復(fù)頻率；傳播裝置，被連接到傳輸信號(hào)生成電路，并且被布置成向在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ル姶艂鬏斝盘?hào)，以及返回由電磁傳輸信號(hào)在產(chǎn)品的表面上的反射引起的電磁反射信號(hào)；參考信號(hào)生成電路，用于生成第二脈沖序列形式的電磁反射信號(hào)，第二脈沖序列具有第二脈沖重復(fù)頻率；以及處理電路，用于基于電磁反射信號(hào)、電磁參考信號(hào)、以及第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差，確定產(chǎn)品的裝料高度，其中方法包括以下步驟:獲得表示當(dāng)前操作溫度的信號(hào)；基于當(dāng)前的操作溫度和多個(gè)數(shù)據(jù)集，確定用于控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的初始頻率控制參數(shù)，多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及從初始頻率控制參數(shù)開(kāi)始，控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，以在當(dāng)前操作溫度下實(shí)現(xiàn)第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差。
[0017]當(dāng)初始頻率控制參數(shù)導(dǎo)致了足夠接近期望的頻率差的頻率差時(shí)，控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)以實(shí)現(xiàn)已知的頻率差的步驟可以簡(jiǎn)單地涉及使用初始頻率控制參數(shù)來(lái)控制傳輸信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路。如果確定所導(dǎo)致的頻率差(已知的頻率差)與期望的頻率差僅稍微不同，則可以通過(guò)處理電路進(jìn)行補(bǔ)償。
[0018]本發(fā)明是基于以下認(rèn)識(shí):控制傳輸信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路以實(shí)現(xiàn)足夠接近期望的頻率差的頻率差所花費(fèi)的時(shí)間不是不變的，而是依賴于導(dǎo)致期望的頻率差的頻率控制參數(shù)(諸如電壓)與控制過(guò)程開(kāi)始時(shí)的初始頻率控制參數(shù)之間的差別。通常地，與如果初始頻率控制參數(shù)遠(yuǎn)離“最終”頻率控制參數(shù)相比，如果初始頻率控制參數(shù)接近“最終”頻率控制參數(shù)(導(dǎo)致足夠接近期望的頻率差的已知頻率差的頻率控制參數(shù))，則控制過(guò)程將會(huì)花費(fèi)較少的時(shí)間。
[0019]本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，對(duì)于脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，以上所述的“最終”頻率控制參數(shù)主要依賴于傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路的操作溫度而改變，并且如果檢查了當(dāng)前操作溫度并且依賴于當(dāng)前操作溫度選擇了初始頻率控制參數(shù)，則可以大量縮短實(shí)現(xiàn)期望的頻率差的時(shí)間。
[0020]頻率差是否足夠接近期望的頻率差將依賴于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體地依賴于帶通濾波器等的設(shè)計(jì)。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)者認(rèn)為在期望的頻率差附近某一范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)特定裝置可接受的測(cè)量性能，則在該范圍內(nèi)的頻率差的值足夠接近期望的頻率差。
[0021]因此，可以實(shí)現(xiàn)與先前可能的控制相比更有效的差別頻率的控制，這意味著可以大量縮短電脈沖物位計(jì)系統(tǒng)從上電起直到可以執(zhí)行可靠的裝料高度確定的時(shí)間。因?yàn)榭梢允褂镁哂休^短的激活周期的間斷性操作，因此這反過(guò)來(lái)提供了更節(jié)能的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)。這對(duì)于電池供電的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)尤其有用，并且可以提供更長(zhǎng)的電池壽命和/或更高的更新速率。
[0022]當(dāng)前操作溫度可以有利地成為包括傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路的物位計(jì)系統(tǒng)的部件的當(dāng)前操作溫度。
[0023]例如可以通過(guò)選擇在存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集中最接近的匹配來(lái)確定初始頻率控制參數(shù)。替選地，可以使用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集通過(guò)內(nèi)插或外推來(lái)確定初始頻率控制參數(shù)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，該方法還可以包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集的步驟，該數(shù)據(jù)集包括表示當(dāng)前操作溫度和用于當(dāng)前操作溫度的當(dāng)前頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0025]在這些實(shí)施例中，脈沖物位計(jì)系統(tǒng)是自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)逐漸地建立操作溫度和對(duì)應(yīng)的頻率控制參數(shù)的更優(yōu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，該對(duì)應(yīng)的頻率控制參數(shù)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的操作溫度下的預(yù)定的頻率差。這提供了逐漸減少的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，如上所述其反過(guò)來(lái)導(dǎo)致進(jìn)一步改善的能量效率。
[0026]替選地，或額外地，在生產(chǎn)中或隨后的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)安裝中執(zhí)行溫度表征。為了執(zhí)行這樣的溫度表征，脈沖物位計(jì)系統(tǒng)(至少傳輸信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路)的操作溫度可以在操作溫度的集合中改變，并且存儲(chǔ)用于操作溫度集合中的每一個(gè)操作溫度的的頻率控制參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的操作溫度
[0027]通過(guò)這樣的溫度表征和數(shù)據(jù)集的預(yù)先存儲(chǔ)，隨著脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的安裝，脈沖物位計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)直接具有所希望的縮短的啟動(dòng)時(shí)間。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的各種的實(shí)施例，傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)可以包括電壓控制振蕩器，并且然后頻率控制參數(shù)可以是提供至電壓控制振蕩器的控制電壓。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的方法可以還包括基于電磁反射信號(hào)、電磁參考信號(hào)、以及第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知頻率差確定裝料高度的步驟。使用已知的頻率差，可以使用時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)確定電磁傳輸信號(hào)到表面并且返回的行程時(shí)間。這樣的技術(shù)本身對(duì)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是公知的。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了用于確定容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的裝料高度的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，該脈沖物位計(jì)系統(tǒng)包括:傳輸信號(hào)生成電路，用于生成第一脈沖序列形式的電磁傳輸信號(hào)，第一脈沖序列具有第一脈沖重復(fù)頻率；傳播裝置，被連接到傳輸信號(hào)生成電路，并且被布置成向在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ル姶艂鬏斝盘?hào)，以及返回由電磁傳輸信號(hào)在產(chǎn)品的表面上的反射引起的電磁反射信號(hào)；參考信號(hào)生成電路，用于生成第二脈沖序列形式的電磁反射信號(hào)，第二脈沖序列具有第二脈沖重復(fù)頻率；處理電路，用于基于電磁反射信號(hào)、電磁參考信號(hào)、以及第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差，確定產(chǎn)品的裝料高度，以及頻率控制電路，用于控制傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知頻率差，其中脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還包括:存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)集，多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及溫度傳感器，用于提供表示脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的當(dāng)前操作溫度的信號(hào)。
[0031]傳播裝置可以是能夠傳播電磁信號(hào)的任何裝置，包括傳輸線探針、波導(dǎo)以及各種類型的輻射天線諸如號(hào)角天線、拋物型天線、棒狀天線、陣列天線等。
[0032]應(yīng)當(dāng)注意處理電路和頻率控制電路可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或幾個(gè)包括在脈沖物位計(jì)中的微處理器。處理電路、頻率控制電路、存儲(chǔ)器以及溫度傳感器可以被實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的微處理器或被實(shí)現(xiàn)為在單個(gè)微處理器或電路板中的集成的功能。
[0033]儲(chǔ)料倉(cāng)可以是任何能夠容納產(chǎn)品的容器或器皿，并且可以是金屬的，或部分地或全部地非金屬的，敞開(kāi)的，半敞開(kāi)的，或封閉的。而且，可以通過(guò)布置傳播裝置向儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品傳播信號(hào)直接地確定容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的裝料高度，或通過(guò)在所謂的腔內(nèi)布置傳播裝置間接地確定容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品的裝料高度，其中所謂的腔位于儲(chǔ)料倉(cāng)外部但是與儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)部流體連接，以這樣的方式使得腔內(nèi)部的高度對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)料倉(cāng)中的高度。
[0034]傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的任一個(gè)或兩者可以包括電壓控制的振蕩器電路，該電路可以包括晶振管。替選地，傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的任一個(gè)或兩者可以包括由電子電路形成的諧振器元件，該電路包括具有電感特性的部件和具有電容特性的部件。
[0035]脈沖物位計(jì)系統(tǒng)可以額外地包括被配置成形成包括一序列值的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量電路，每個(gè)值代表電磁參考信號(hào)和電磁反射信號(hào)的脈沖之間的時(shí)間相關(guān)性。此測(cè)量電路例如可以包括混合器，并且可以通過(guò)混合電磁參考信號(hào)和電磁反射信號(hào)形成測(cè)量信號(hào)，以使得每當(dāng)參考脈沖信號(hào)通過(guò)用于電磁反射信號(hào)的時(shí)域時(shí)生成表示時(shí)間相關(guān)性的脈沖?？梢詫⒃撁}沖提供給采樣保持電路以形成連續(xù)的信號(hào)。
[0036]溫度傳感器可以是任何可用于檢測(cè)傳輸信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路的操作溫度的傳感器。通過(guò)溫度傳感器提供的信號(hào)可以是例如電信號(hào)，諸如依賴溫度的電流或電壓等。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的各種的實(shí)施例，處理電路還可以被配置成從溫度傳感器獲得表示當(dāng)前操作溫度的信號(hào)；基于當(dāng)前操作溫度和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的多個(gè)數(shù)據(jù)集確定傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的初始頻率控制參數(shù)，其中數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)包括表示先前操作溫度和先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)，先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)致足夠接近在先前操作溫度下的第一脈沖重復(fù)頻率和第二脈沖重復(fù)頻率之間期望的頻率差的頻率差；以及控制頻率控制電路，以使用初始頻率控制參數(shù)啟動(dòng)頻率控制電路對(duì)所述傳輸信號(hào)生成電路與所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的控制。
[0038]在本申請(qǐng)的上下文中，頻率控制電路以初始頻率控制參數(shù)“啟動(dòng)”其對(duì)傳輸信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的控制應(yīng)當(dāng)被理解為，意味著通過(guò)頻率控制電路提供至傳輸信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路的第一頻率控制參數(shù)是初始頻率控制參數(shù)。初始頻率控制參數(shù)將會(huì)導(dǎo)致初始頻率差，初始頻率差可以小于或大于預(yù)定的頻率差。如果必要，頻率控制電路將基于初始頻率差與預(yù)定的頻率差之間的差別根據(jù)例如任合適的閉環(huán)控制系統(tǒng)配置繼續(xù)修改頻率控制參數(shù)。
[0039]根據(jù)一些實(shí)施例，用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)器可以包括包含多個(gè)預(yù)存的數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)器區(qū)域，預(yù)存的數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前的操作溫度和對(duì)于先前操作溫度先前確定的控制參數(shù)的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器區(qū)域可以是非易失性存儲(chǔ)器區(qū)域，諸如快閃存儲(chǔ)器區(qū)域。
[0040]替選地，或額外地，存儲(chǔ)器區(qū)域可以包括可寫(xiě)的存儲(chǔ)器區(qū)域，并且處理電路可以還被配置成在可寫(xiě)的存儲(chǔ)器區(qū)域中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包括表示當(dāng)前溫度和在當(dāng)前操作溫度下導(dǎo)致第一脈沖重復(fù)頻率與第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差的當(dāng)前頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0041]而且，脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還可以有利地包括本地能量存儲(chǔ)器以對(duì)物位計(jì)系統(tǒng)的操作提供電能。本地能量存儲(chǔ)器可以有利地包括例如電池和/或超級(jí)電容器。
[0042]而且，脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還可以包括用于與遠(yuǎn)程系統(tǒng)無(wú)線通信的無(wú)線通信電路，諸如無(wú)線電收發(fā)機(jī)。
[0043]本發(fā)明的第二方面的進(jìn)一步的效果和特征很大程度上類似于結(jié)合本發(fā)明的第一方面以上描述的這些效果和特征。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]參照示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的附圖，將詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它方面。
[0045]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例被布置成確定儲(chǔ)料倉(cāng)的裝料高度的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)；
[0046]圖2示意性地示出了用于在圖1中的物位計(jì)系統(tǒng)的間斷性的操作的驅(qū)動(dòng)方案；
[0047]圖3是在圖1中的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的示意的框圖；
[0048]圖4是示意地示出頻率控制參數(shù)與頻率差之間的示例的溫度依賴關(guān)系的圖；
[0049]圖5是具有對(duì)應(yīng)的操作溫度和在對(duì)應(yīng)的操作溫度下導(dǎo)致預(yù)定的頻率差的控制參數(shù)的集合的表格；
[0050]圖6是概述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]在本發(fā)明的詳述說(shuō)明中，主要參照非接觸類型的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)討論根據(jù)本發(fā)明的物位計(jì)系統(tǒng)的不同的實(shí)施例，在非接觸類型的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中使用輻射天線(諸如錐形天線、號(hào)角天線、陣列天線或貼片天線)形式的傳播裝置向容納在儲(chǔ)料倉(cāng)中的產(chǎn)品傳播電磁信號(hào)。
[0052]應(yīng)當(dāng)注意，這并沒(méi)有限制本發(fā)明的范圍，其可等同地應(yīng)用于使用傳輸線探針形式(諸如單線探針(包括所謂的Goubau探針)、雙引線探針、同軸探針等)的傳輸裝置的脈沖導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)物位計(jì)系統(tǒng)。
[0053]圖1示意地示出了被布置在儲(chǔ)料倉(cāng)2的頂部用于使用微波確定容納在儲(chǔ)料倉(cāng)2中的產(chǎn)品3的裝料高度的物位計(jì)系統(tǒng)I。物位計(jì)系統(tǒng)I因此在下文中被稱為雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)或RLG-系統(tǒng)。
[0054]雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)I包括測(cè)量單元5、用于向容納在儲(chǔ)料倉(cāng)2中的產(chǎn)品3的表面7傳播微波的傳播裝置(在此以號(hào)角天線6的形式)、以及用于允許與遠(yuǎn)程裝置無(wú)線通信的通信天線8。
[0055]當(dāng)測(cè)量容納在儲(chǔ)料倉(cāng)2中的產(chǎn)品3的裝料高度時(shí)，雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)I通過(guò)號(hào)角天線6向產(chǎn)品3的表面7發(fā)射電磁傳播信號(hào)St，其中該信號(hào)被反射為表面回波信號(hào)SK。然后基于表面回波信號(hào)Sk的行程時(shí)間(從雷達(dá)物位計(jì)裝置系統(tǒng)I到表面7然后返回)確定在儲(chǔ)料倉(cāng)2的頂部的參考位置與產(chǎn)品3的表面7之間的距離。根據(jù)此距離和已知的儲(chǔ)料倉(cāng)2的尺寸可以推算出裝料高度。
[0056]應(yīng)當(dāng)注意，盡管在此討論了容納單個(gè)產(chǎn)品3的儲(chǔ)料倉(cāng)2，但是可以用類似的方式測(cè)量到存在于儲(chǔ)料倉(cāng)2中的任何材料界面的距離。
[0057]如在圖1中示意性地示出，示例的物位計(jì)系統(tǒng)I被配置成使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與外部裝置(諸如遠(yuǎn)程控制中心)通信。因?yàn)橛糜谕ㄐ诺木€圈可能通常代表用于安裝物位計(jì)系統(tǒng)的成本中的相當(dāng)大的部分，因此對(duì)于不同的裝置，這可能是有利的，。被配置成用于無(wú)線通信的物位計(jì)系統(tǒng)可能通常需要接收來(lái)自本地能量存儲(chǔ)器(諸如電池等)的電力。為了降低物位計(jì)系統(tǒng)I的維護(hù)成本，電池的壽命應(yīng)當(dāng)盡可能的長(zhǎng)，優(yōu)選地是數(shù)年的量級(jí)，這意味著重要的是在不危害物位計(jì)I的性能(例如精確度和監(jiān)控儲(chǔ)料倉(cāng)2中的改變的能力)的情況下設(shè)計(jì)用于非常低的平均能量消耗的物位計(jì)系統(tǒng)I。
[0058]在圖2中示例地示出廣泛使用的方案，該方案用于處理其中平均能量消耗非常重要的情況。如在圖2中所示，裝料高度確定事件9a_c在時(shí)間上是分立的，并且在這些裝料高度確定事件9a_c之間，物位計(jì)系統(tǒng)I處于睡眠模式中，在睡眠模式中用于確定裝料高度物位計(jì)系統(tǒng)的部件可以關(guān)閉。此方案通常被稱為間斷性操作，并且裝料高度確定事件之間的時(shí)間tu限定了更新頻率。
[0059]對(duì)于脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，本發(fā)明的不同方面提供了與現(xiàn)有的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)相比縮短的裝料高度確定事件9a_c的間隔。
[0060]這將參照?qǐng)D3至圖6描述進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0061]圖3是示意性地示出包括在圖1中的物位計(jì)系統(tǒng)中的功能組件的框圖。示例的物位計(jì)系統(tǒng)I包括發(fā)射機(jī)支路和接收機(jī)支路。
[0062]發(fā)射機(jī)支路包括傳輸信號(hào)生成電路，在此以傳輸脈沖生成器10和第一 RF源11,以及發(fā)射天線12的形式提供。接收器支路包括參考信號(hào)提供電路，在此以參考脈沖生成器14和第二 RF源15、測(cè)量電路16、以及接收天線17的形式提供。接收器支路還包括低噪聲放大器18，用于放大通過(guò)接收天線17接收到的信號(hào)。
[0063]在發(fā)射器支路中，通過(guò)傳輸脈沖生成器10提供的傳輸脈沖對(duì)通過(guò)第一 RF源11生成的微波進(jìn)行調(diào)制，使得形成脈沖序列(短的微波能量包)形式的傳輸信號(hào)ST，并且通過(guò)發(fā)射天線12向產(chǎn)品的表面7輻射。
[0064]通過(guò)接收天線17接收反射信號(hào)Sk并且隨后在低噪聲放大器18中將其放大，然后將其運(yùn)送到測(cè)量電路16。還對(duì)測(cè)量電路16提供參考信號(hào)SKEF，參考信號(hào)Skef是通過(guò)如上所述的參考脈沖生成器14和第二 RF源15形成的以用于發(fā)射信號(hào)St的生成。
[0065]發(fā)射脈沖生成器10和參考脈沖生成器14生成具有輕微地脈沖重復(fù)頻率差的脈沖。傳輸脈沖重復(fù)頻率和參考脈沖重復(fù)頻率之間的頻率差可以是幾Hz或幾十Hz的量級(jí)。
[0066]在測(cè)量電路16中，參考信號(hào)Skef和反射信號(hào)Sk是時(shí)間相關(guān)的以形成時(shí)間擴(kuò)展的測(cè)量信號(hào)Sm，該信號(hào)被提供至微處理器(μ P) 20，在微處理器20中基于測(cè)量信號(hào)Sm確定到產(chǎn)品的表面7的距離。
[0067]測(cè)量電路16可以例如包括混合器和采樣保持放大器，但是可以以本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員公知的其它方式實(shí)現(xiàn)。例如，采樣保持放大器可以被配置成通過(guò)使用參考信號(hào)Skef控制采樣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間相關(guān)性。
[0068]在測(cè)量掃描開(kāi)始時(shí)傳輸信號(hào)St的脈沖和參考信號(hào)Skef的脈沖可以有利地同相位，以使得在參考信號(hào)Skef與反射信號(hào)&之間存在相關(guān)性之前的時(shí)間和已知的頻率差△ f可以被用作確定反射信號(hào)Sk的行程時(shí)間。然后使用行程時(shí)間確定裝料高度。
[0069]如在圖3中所見(jiàn)，物位計(jì)系統(tǒng)I還包括頻率控制電路21，其被連接到微處理器20，并且被連接到傳輸脈沖生成器10以及參考脈沖生成器14，以控制傳輸脈沖生成器10和參考脈沖生成器14中的至少一個(gè)的脈沖重復(fù)頻率。
[0070]脈沖物位計(jì)系統(tǒng)I還包括存儲(chǔ)器(MEM)23和溫度傳感器(Temp)24，兩者都連接到微處理器20。
[0071]在脈沖物位計(jì)系統(tǒng)I中(該系統(tǒng)使用時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)以形成時(shí)間擴(kuò)展測(cè)量信號(hào)Sm，根據(jù)該信號(hào)可以如上所述確定裝料高度)，重要的是通過(guò)頻率控制電路21控制傳輸脈沖生成器10和參考信號(hào)生成器14中的至少一個(gè)以至少在每個(gè)裝料高度確定事件9a-c開(kāi)始之前實(shí)現(xiàn)期望的頻率差A(yù)f。
[0072]如在上述
【發(fā)明內(nèi)容】
部分所描述的，發(fā)現(xiàn)用于該控制所需要的時(shí)間依賴于初始頻率控制參數(shù)和“最終”頻率控制參數(shù)之間的差別，“最終”頻率控制參數(shù)導(dǎo)致足夠接近期望的頻率差A(yù)f的頻率差。然而，“最終”頻率控制參數(shù)將依賴于脈沖物位計(jì)系統(tǒng)I的當(dāng)前操作溫度(特別是傳輸脈沖生成器10和參考脈沖生成器14的當(dāng)前操作溫度)。
[0073]參照?qǐng)D4將在以下更詳細(xì)地討論操作溫度和頻率控制參數(shù)之間的關(guān)系，圖4是示意性地示出示例的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的頻率差控制的溫度依賴性的圖。
[0074]如在圖4中所見(jiàn)，圖30包括第一曲線31、第二曲線32以及第三曲線33。第一曲線31代表在第一操作溫度T1下頻率控制參數(shù)V (假定對(duì)傳輸脈沖生成器10提供不變的控制電壓時(shí)，提供給參考脈沖生成器14的控制電壓)和傳輸脈沖生成器10的傳輸脈沖重復(fù)頻率Pkft與參考脈沖生成器14的參考脈沖重復(fù)頻率PRFMf之間的頻率差Λ f之間的關(guān)系。第二曲線32和第三曲線33分別代表用于第二溫度T2和第三溫度T3的相同關(guān)系。第二溫度T2高于第一溫度T1，并且第三溫度T3高于第二溫度T2。
[0075]如在圖4中所示，不同的控制電壓V1-V3將會(huì)導(dǎo)致用于不同的操作溫度!^的期望的頻率差A(yù)fd6S。
[0076]如在圖5中示意性地所示,每個(gè)操作溫度T1-T3及其對(duì)應(yīng)的頻率控制參數(shù)(在此為控制電壓V1-V3)被作為數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)在脈沖物位計(jì)系統(tǒng)I的存儲(chǔ)器23中。如將在以下參照?qǐng)D6中的流程圖進(jìn)一步所描述地，至少在每個(gè)裝料高度確定事件9a_c開(kāi)始時(shí)，這些數(shù)據(jù)集被用在本發(fā)明的各種實(shí)施例中以減少達(dá)到期望的頻率差Λ fdes所需要的時(shí)間，。
[0077]現(xiàn)在將參照?qǐng)D6中的流程圖和圖3以及圖5描述根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例。
[0078]參照?qǐng)D6，在第一步驟100中，微處理器20從溫度傳感器24獲得表示當(dāng)前操作溫
度Tprasmt的信號(hào)。
[0079]基于當(dāng)前操作溫度Tpresent和上面結(jié)合圖5提及的所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集，在步驟101中通過(guò)微處理器20確定初始頻率控制參數(shù)，在此初始頻率控制參數(shù)是用于在參考脈沖生成器14中包括的VCO的初始控制電壓Vinitial。例如，如果與表格中的任何其它溫度相比，Tpresmt更接近圖5表格中的1~2，則可以使用對(duì)應(yīng)的控制電壓^作為Vinitial。替選地，可以使用某一形式的插值。在最簡(jiǎn)單的情況下，如果Tp_mt在T1和T2之間，則可以根據(jù)以下關(guān)系確定
"^initial.[0080]Vinitial= ((V2-V1) / (T2-T1)) *Tpresent.[0081]當(dāng)然，其它的和更多的成熟的近似方法在本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員的能力范圍之中。
[0082]隨后，通過(guò)微處理器將在步驟101中確定的表示初始控制電壓Vinitial的信號(hào)提供給頻率控制電路21，控制電路21在步驟102中從初始控制電壓Vinitial開(kāi)始控制參考脈沖生成器14以實(shí)現(xiàn)期望的頻率差A(yù)f。
[0083]當(dāng)達(dá)到了期望的頻率差A(yù)f時(shí)，除了已經(jīng)存在于存儲(chǔ)器23中的數(shù)據(jù)集之外，在步驟103，在存儲(chǔ)器23中存儲(chǔ)導(dǎo)致期望的頻率差Λ f的當(dāng)前操作溫度Tlffesent和控制電壓Vpresent作為另外的數(shù)據(jù)集。
[0084]本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到本 發(fā)明并沒(méi)有被限制于上述的優(yōu)選實(shí)施例。相反地，許多修改和變型可以在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)，例如用于控制參考脈沖生成器14的控制電壓可以保持不變，并且用于傳輸脈沖生成器10的控制電壓可以被控制，或用于傳輸脈沖生成器10和參考脈沖生成器14兩者的控制電壓可以被控制以實(shí)現(xiàn)期望的頻率差。
【權(quán)利要求】
1.一種控制脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的方法，所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)包括: 傳輸信號(hào)生成電路，用于生成第一脈沖序列形式的電磁傳輸信號(hào)，所述第一脈沖序列具有第一脈沖重復(fù)頻率； 傳播裝置，被連接到所述傳輸信號(hào)生成電路，并且被布置成向在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ鲭姶艂鬏斝盘?hào)，以及返回由所述電磁傳輸信號(hào)在所述產(chǎn)品的所述表面上的反射引起的電磁反射信號(hào)； 參考信號(hào)生成電路，用于生成第二脈沖序列形式的電磁反射信號(hào)，所述第二脈沖序列具有第二脈沖重復(fù)頻率；以及 處理電路，用于基于所述電磁反射信號(hào)、所述電磁參考信號(hào)、以及所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差，確定所述產(chǎn)品的裝料高度， 其中所述方法包括以下步驟: 獲得表示當(dāng)前操作溫度的信號(hào)； 基于所述當(dāng)前的操作溫度和多個(gè)數(shù)據(jù)集，確定用于控制所述傳輸信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的初始頻率控制參數(shù)，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于所述先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及從所述初始頻率控制參數(shù)開(kāi)始，控制所述傳輸信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，以在所述當(dāng)前操作溫度下實(shí)現(xiàn)所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟: 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包`括表示所述當(dāng)前操作溫度和當(dāng)前頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)，所述當(dāng)前頻率控制參數(shù)導(dǎo)致在所述當(dāng)前操作溫度下所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述傳輸信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)包括電壓控制振蕩器，并且所述頻率控制參數(shù)是對(duì)所述電壓控制振蕩器提供的控制電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟: 基于所述電磁反射信號(hào)、所述電磁參考信號(hào)、以及所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差，確定所述裝料高度。
5.一種用于確定在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的裝料高度的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)包括: 傳輸信號(hào)生成電路，用于生成第一脈沖序列形式的電磁傳輸信號(hào)，所述第一脈沖序列具有第一脈沖重復(fù)頻率； 傳播裝置，被連接到所述傳輸信號(hào)生成電路，并且被布置成向在儲(chǔ)料倉(cāng)中容納的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ鲭姶艂鬏斝盘?hào)，以及返回由所述電磁傳輸信號(hào)在所述產(chǎn)品的所述表面上的反射引起的電磁反射信號(hào)； 參考信號(hào)生成電路，用于生成第二脈沖序列形式的電磁反射信號(hào)，所述第二脈沖序列具有第二脈沖重復(fù)頻率； 處理電路，用于基于所述電磁反射信號(hào)、所述電磁參考信號(hào)、以及所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的已知的頻率差，確定所述產(chǎn)品的裝料高度，以及頻率控制電路，用于控制所述傳輸信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差， 其中所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還包括: 存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)集，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于所述先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及 溫度傳感器，用于提供表示所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)的當(dāng)前操作溫度的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述處理電路還被配置成: 從所述溫度傳感器獲得表示所述當(dāng)前操作溫度的信號(hào)； 基于所述當(dāng)前操作溫度和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的多個(gè)數(shù)據(jù)集，確定所述傳輸信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的初始頻率控制參數(shù)，所述多個(gè)數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于所述先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)；以及 控制所述頻率控制電路，以使用所述初始頻率控制參數(shù)啟動(dòng)所述頻率控制電路對(duì)所述傳輸信號(hào)生成電路與所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述存儲(chǔ)器包括包含多個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)器區(qū)域，所述多個(gè)預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)數(shù)據(jù)集包括表示先前操作溫度以及對(duì)于所述先前操作溫度先前確定的頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)， 其中所述存儲(chǔ)器包括可寫(xiě)存儲(chǔ) 器區(qū)域，以及 其中所述處理電路還被配置成在所述可寫(xiě)存儲(chǔ)器區(qū)域中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集，所述數(shù)據(jù)集包括表示所述當(dāng)前溫度和當(dāng)前頻率控制參數(shù)的數(shù)據(jù)，所述當(dāng)前頻率控制參數(shù)導(dǎo)致在所述當(dāng)前操作溫度下所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述處理電路還被配置成基于所述電磁反射信號(hào)、所述電磁參考信號(hào)以及所述第一脈沖重復(fù)頻率與所述第二脈沖重復(fù)頻率之間的所述已知的頻率差，確定所述裝料高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還包括本地能量存儲(chǔ)器，本地能量存儲(chǔ)器用于為所述物位計(jì)系統(tǒng)的操作提供電能。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的脈沖物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述脈沖物位計(jì)系統(tǒng)還包括用于與遠(yuǎn)程系統(tǒng)無(wú)線通信的無(wú)線通信電路。
【文檔編號(hào)】G01F23/284GK103512632SQ201210352864
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】萊夫·尼爾森, 哈坎·德林, 哈坎·尼貝里 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司