脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)以及用于控制該脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)物位計(jì)(RLG)系統(tǒng)廣泛用于確定罐中所容納的物品的填充物位。雷達(dá)物位計(jì)量通常借助于非接觸式測(cè)量或者借助于通常被稱為導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)的接觸式測(cè)量來(lái)執(zhí)行，在非接觸式測(cè)量中朝向罐中所容納的物品輻射電磁信號(hào)，在接觸式測(cè)量中通過(guò)用作波導(dǎo)裝置的探頭將電磁信號(hào)導(dǎo)向并導(dǎo)入物品中。通常將探頭設(shè)置為從罐的頂部朝向罐的底部垂直延伸。也可以將探頭設(shè)置于測(cè)量管(所謂的腔)中，該測(cè)量管連接至罐的外壁并與罐的內(nèi)部流體連通。
[0003]所發(fā)射的電磁信號(hào)在物品的表面被反射，反射信號(hào)被包括在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的接收器或收發(fā)器接收?？梢曰诎l(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)來(lái)確定距物品表面的距離。
[0004]更具體地，通常基于電磁信號(hào)的發(fā)射與其在罐中的空氣和物品之間的界面中的反射的接收之間的時(shí)間來(lái)確定距物品表面的距離。為了確定物品的實(shí)際填充物位，基于以上提及的時(shí)間(所謂的行進(jìn)時(shí)間(time-of-flight))和電磁信號(hào)的傳播速度來(lái)確定從參考位置到表面的距離。
[0005]現(xiàn)在市場(chǎng)上的多數(shù)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)或者是基于發(fā)射脈沖與接收脈沖在罐中所容納的物品表面處的反射之間的時(shí)間差來(lái)確定距物品表面的距離的、所謂的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，或者是基于發(fā)射的頻率調(diào)制信號(hào)與其在表面處的反射之間的頻率(和/或相位)差來(lái)確定距表面的距離的系統(tǒng)。后一種系統(tǒng)通常被稱為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)類型。
[0006]對(duì)于脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，通常使用時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)來(lái)求解飛行時(shí)間(time-of-flight)。
[0007]這樣的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可以具有第一振蕩器和第二振蕩器，其中，第一振蕩器用于生成通過(guò)以發(fā)射脈沖重復(fù)頻率ft朝向罐中所容納的物品的表面發(fā)射脈沖而形成的發(fā)射信號(hào)，第二振蕩器用于生成通過(guò)以與發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率相差已知的(至少近似已知的)脈沖重復(fù)頻率差的參考脈沖重復(fù)頻率的參考脈沖而形成的參考信號(hào)。該頻率差A(yù)f通常在數(shù)赫茲(Hz)或者數(shù)十赫茲范圍內(nèi)。
[0008]在測(cè)量掃描開(kāi)始時(shí)，使發(fā)射信號(hào)和參考信號(hào)同步以具有相同的相位。由于頻率差Δ f，發(fā)射信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位差在測(cè)量掃描期間將逐漸增加。
[0009]在測(cè)量掃描期間，例如可以將通過(guò)發(fā)射信號(hào)在罐中所容納的物品的表面處的反射所形成的反射信號(hào)與參考信號(hào)相關(guān)聯(lián)，使得僅當(dāng)反射脈沖和參考脈沖同時(shí)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。在這樣的示例性脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)中，從測(cè)量掃描的開(kāi)始到由于反射信號(hào)與參考信號(hào)的關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生輸出信號(hào)的發(fā)生的時(shí)間是發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)之間相位差的量度，該時(shí)間繼而是反射脈沖的飛行時(shí)間的時(shí)間擴(kuò)展量度，可以根據(jù)所述時(shí)間來(lái)確定距罐中所容納的物品的表面的距離。
[0010]由于發(fā)射信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率與參考信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率之間的脈沖重復(fù)頻率差Λ?.的精度對(duì)脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的性能很重要，所以可以通過(guò)頻率調(diào)節(jié)器來(lái)控制第一和/或第二振蕩器，所述頻率調(diào)節(jié)器監(jiān)視脈沖重復(fù)頻率差Δ f并控制第一和第二振蕩器中至少之一以使脈沖重復(fù)頻率差的實(shí)際值與期望值之間的差最小化。
[0011]為了提供穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器可能需要與長(zhǎng)達(dá)20?30秒的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的大約數(shù)百個(gè)頻率差A(yù)f的樣本。
[0012]因此，在可以開(kāi)始實(shí)際的填充物位測(cè)量之前，當(dāng)前可用的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可能需要被供電達(dá)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段。
[0013]US 7412337公開(kāi)了一種方法，該方法旨在降低控制第一和/或第二振蕩器用以實(shí)現(xiàn)期望的頻率差A(yù)f所需的時(shí)間。在根據(jù)US 7412337的方法中，確定至少兩個(gè)控制變量差分頻率數(shù)據(jù)點(diǎn)的梯度，并且基于梯度和差頻來(lái)確定控制的工作點(diǎn)并調(diào)整控制算法。然而，根據(jù)US 7412337的方法似乎相對(duì)復(fù)雜和麻煩，并且在關(guān)于降低控制所需的時(shí)間方面存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明的總體目的是提供一種改進(jìn)的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)和方法，特別是使得填充物位確定能夠更節(jié)能的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)和方法。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了一種使用物位計(jì)系統(tǒng)確定罐中的物品的填充物位的方法，該物位計(jì)系統(tǒng)包括:發(fā)射信號(hào)生成電路，用于生成脈沖式電磁發(fā)射信號(hào)；傳播裝置，其連接至所述發(fā)射信號(hào)生成電路，并且所述傳播裝置被設(shè)置成朝向物品的表面?zhèn)鞑グl(fā)射信號(hào)以及返回由于所述發(fā)射信號(hào)在表面處的反射而產(chǎn)生的電磁反射信號(hào)；以及參考信號(hào)生成電路，用于生成脈沖式電磁參考信號(hào)，所述方法包括以下步驟:使用第一頻率控制設(shè)置來(lái)控制所述發(fā)射信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)，其中，所述第一頻率控制設(shè)置被選擇用以實(shí)現(xiàn)所述發(fā)射信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率與所述參考信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率之間的期望的脈沖重復(fù)頻率差；朝向表面發(fā)射第一發(fā)射信號(hào)；接收由于所述第一發(fā)射信號(hào)在表面處的反射而產(chǎn)生的第一反射信號(hào)；生成第一參考信號(hào)；基于所述第一反射信號(hào)和所述第一參考信號(hào)確定第一填充物位測(cè)量值水平；確定所述第一發(fā)射信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率與所述第一參考信號(hào)的脈沖重復(fù)頻率之間的實(shí)際的脈沖重復(fù)頻率差；基于所述第一頻率控制設(shè)置以及所述期望的脈沖重復(fù)頻率差與所述實(shí)際的脈沖重復(fù)頻率差之間的差確定第二頻率控制設(shè)置；存儲(chǔ)所述第二頻率控制設(shè)置；獲取表示連續(xù)的填充物位確定之間的時(shí)間的信號(hào)；如果所獲取的信號(hào)表示連續(xù)的填充物位確定之間的時(shí)間短于預(yù)定的時(shí)間，則執(zhí)行以下步驟:取回所述第二頻率控制設(shè)置；使用所述第二頻率控制設(shè)置控制所述發(fā)射信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)；朝向表面發(fā)射第二發(fā)射信號(hào)；接收由于所述第二發(fā)射信號(hào)在表面處的反射而產(chǎn)生的第二反射信號(hào)；生成第二參考信號(hào)；基于所述第二反射信號(hào)和所述第二參考信號(hào)確定第二填充物位測(cè)量值；如果所獲取的信號(hào)表示連續(xù)的填充物位確定之間的時(shí)間長(zhǎng)于所述預(yù)定的時(shí)間，則執(zhí)行以下步驟:以實(shí)現(xiàn)所述期望的脈沖重復(fù)頻率差為目標(biāo)來(lái)調(diào)節(jié)所述發(fā)射信號(hào)生成電路和所述參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的脈沖重復(fù)頻率；朝向表面發(fā)射第三發(fā)射信號(hào)；接收由于所述第三發(fā)射信號(hào)在表面處的反射而產(chǎn)生的第三反射信號(hào)；生成第三參考信號(hào)；以及基于所述第三反射信號(hào)和所述第三參考信號(hào)確定第三填充物位測(cè)量值。
[0016]以上提及的脈沖式電磁發(fā)射信號(hào)和參考信號(hào)可以是所謂的DC脈沖，或者可以以作為通過(guò)具有脈沖重復(fù)頻率的DC脈沖幅度調(diào)制后的載波信號(hào)的形式來(lái)提供這些脈沖式信號(hào)。
[0017]所獲取的表示連續(xù)的填充物位確定之間的時(shí)間的信號(hào)可以是根據(jù)其可以至少近似地推導(dǎo)出自最近的填充物位確定起的時(shí)間的任何信號(hào)。例如，所獲取的信號(hào)可以表示更新率、或者自先前的填充物位確定中所包括的任意事件(例如先前的發(fā)射信號(hào)的傳輸、先前的填充物位測(cè)量值的輸出或者脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)(的部分)的掉電)起實(shí)際經(jīng)過(guò)的時(shí)間。
[0018]例如，可以通過(guò)從遠(yuǎn)程主機(jī)接收信號(hào)、讀取存儲(chǔ)器中的配置設(shè)置或者輪詢定時(shí)器等來(lái)獲取所述信號(hào)。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，以實(shí)現(xiàn)期望的脈沖重復(fù)頻率差為目標(biāo)來(lái)“調(diào)節(jié)”發(fā)射信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的脈沖重復(fù)頻率不止包括使用頻率控制設(shè)置來(lái)簡(jiǎn)單地控制發(fā)射信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)。調(diào)節(jié)步驟包括在反饋配置中對(duì)發(fā)射信號(hào)生成電路和參考信號(hào)生成電路中的至少一個(gè)的迭代控制，使得所應(yīng)用的頻率控制設(shè)置逐漸靠近如下頻率控制設(shè)置，該頻率控制設(shè)置導(dǎo)致足夠接近期望的脈沖重復(fù)頻率差的脈沖重復(fù)頻率差。
[0020]是否/何時(shí)認(rèn)為頻率差足夠接近期望的頻率差將依賴于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是帶通濾波器的設(shè)計(jì)等。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)者認(rèn)為可以在期望頻率差周圍的特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)給定應(yīng)用的可接受測(cè)量性能，則該范圍內(nèi)的頻率差值足夠接近期望的頻率差。
[0021]本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí):即使填充物位計(jì)已經(jīng)處于休眠狀態(tài)或者掉電，在執(zhí)行填充物位測(cè)量之前不總是需要調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率差。如果可以確定先前使用的頻率控制設(shè)置將基本上導(dǎo)致期望的脈沖重復(fù)頻率差，則無(wú)需進(jìn)行脈沖重復(fù)頻率差的另外的測(cè)量，而可以使用所存儲(chǔ)的、根據(jù)先前的填充物位測(cè)量的頻率控制設(shè)置來(lái)直接地控制發(fā)射信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路，甚至不測(cè)量所產(chǎn)生的脈沖重復(fù)頻率差。本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到:如果自最近的填充物位確定起的時(shí)間非常短，則可以直接使用與在最近的填充物位確定中相同或者類似的頻率控制設(shè)置而不需要調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率差。本質(zhì)上已知，環(huán)境條件(例如發(fā)射信號(hào)生成電路和/或參考信號(hào)生成電路的溫度)的變化可能對(duì)由于應(yīng)用給定的頻率控制設(shè)置而產(chǎn)生的頻率產(chǎn)生影響。如果經(jīng)過(guò)了短的時(shí)間，則與經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)的時(shí)間的情況相比可能環(huán)境條件只發(fā)生了較小變化。短的時(shí)間可以是分鐘量級(jí)，長(zhǎng)的時(shí)間可以是小時(shí)量級(jí)。也可以另外使用其它獲取信號(hào)來(lái)確定是否應(yīng)當(dāng)使用所存儲(chǔ)的頻率控制設(shè)置，或者確定是否應(yīng)該執(zhí)行新的調(diào)節(jié)。這樣的其它獲取信號(hào)可以是表示溫度或者溫度變化的信號(hào)。新的調(diào)節(jié)可以有利地從所存儲(chǔ)的頻率控制設(shè)置開(kāi)始，因?yàn)檫@可以降低成功調(diào)節(jié)所需的時(shí)間。
[0022]至少針對(duì)一些應(yīng)用和/或有時(shí)，這可以導(dǎo)致脈沖式物位計(jì)系統(tǒng)