具有節(jié)能啟動(dòng)的脈沖雷達(dá)物位計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用脈沖式測(cè)量的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)內(nèi)的電力管理。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)物位計(jì)(radar level gauge,RLG)系統(tǒng)廣泛用于確定容納在罐中的物品的填充物位。雷達(dá)物位計(jì)量通常借助于非接觸式測(cè)量或借助于通常還被稱為導(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)量的情況下朝向容納在罐中的物品輻射電磁信號(hào)，在接觸式測(cè)量的情況下由用作波導(dǎo)裝置的探針將電磁信號(hào)朝向物品進(jìn)行引導(dǎo)并導(dǎo)入物品中。通常將探針設(shè)置成從罐的頂部朝向罐的底部豎直延伸。探針還可以設(shè)置在測(cè)量管道——所謂的腔中，所述腔連接至罐的外壁并與罐的內(nèi)部流體連接。
[0003]發(fā)射的電磁信號(hào)在物品的表面處反射，由包括在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的接收器或收發(fā)器接收反射信號(hào)?？梢曰诎l(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)來(lái)確定至物品的表面的距離。
[0004]更特別地，通?；陔姶判盘?hào)的發(fā)射與電磁信號(hào)在罐的空氣與容納在罐中的物品之間的界面處的反射的接收之間的時(shí)間來(lái)確定至物品的表面的距離。為了確定物品的實(shí)際填充物位，基于上述時(shí)間(所謂的飛行時(shí)間)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)上的大多數(shù)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)是:所謂的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，該脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)基于脈沖的發(fā)射與脈沖在物品的表面處的反射的接收之間的時(shí)間差來(lái)確定至容納在罐中的物品的表面的距離；或者如下系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于發(fā)射的調(diào)頻信號(hào)與其在表面處的反射之間的頻率差來(lái)確定至表面的距離。后一類型的系統(tǒng)通常被稱為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)型。
[0006]針對(duì)脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，通常使用時(shí)間擴(kuò)展技術(shù)解決飛行時(shí)間。
[0007]這樣的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)可以具有:第一振蕩器，其用于以發(fā)射脈沖重復(fù)頻率ft生成由脈沖形成的發(fā)射信號(hào)用于朝向容納在罐中的物品的表面發(fā)射；以及第二振蕩器，其用于以參考脈沖重復(fù)頻率fraf生成由參考脈沖形成的參考信號(hào)，該參考脈沖重復(fù)頻率fraf與發(fā)射脈沖重復(fù)頻率相差給定頻率差Λ f。該頻率差Λ f通常在數(shù)Hz或數(shù)十Hz的范圍中。
[0008]在測(cè)量掃描開(kāi)始時(shí)，通常使發(fā)射信號(hào)與參考信號(hào)同步以具有同一相位。由于頻率差Λ f，在測(cè)量掃描期間發(fā)射信號(hào)與參考信號(hào)之間的相位差將逐漸增加。在測(cè)量掃描期間，使參考信號(hào)與由于發(fā)射信號(hào)在容納在罐中的物品的表面處反射而產(chǎn)生的反射信號(hào)相關(guān)聯(lián)，使得僅在在同一時(shí)間發(fā)生反射脈沖和參考脈沖時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)。從測(cè)量掃描的啟動(dòng)到由于反射信號(hào)與參考信號(hào)的關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生的輸出信號(hào)的發(fā)生之間的時(shí)間是發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)之間的相位差的度量，該相位差又是反射脈沖的飛行時(shí)間的時(shí)間擴(kuò)展度量，可以根據(jù)該飛行時(shí)間確定至容納在罐中的物品的表面的距離。
[0009]發(fā)射信號(hào)與參考信號(hào)的上述同步需要在可接受參數(shù)內(nèi)的調(diào)節(jié)。W001/02819描述了一種用于建立發(fā)射時(shí)鐘和采樣時(shí)鐘并使發(fā)射時(shí)鐘與采樣時(shí)鐘同步的頻率調(diào)節(jié)器?？刂破飨驎r(shí)鐘源反饋控制輸出，使用該反饋以穩(wěn)定第一時(shí)鐘頻率與第二時(shí)鐘頻率之間的第一頻率分離，使得雷達(dá)物位計(jì)電路生成根據(jù)頻率分離進(jìn)行穩(wěn)定并且校正的物位輸出。
[0010]然而，當(dāng)前的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)仍然是高耗電的并且難以滿足關(guān)于電力使用和能量存儲(chǔ)的安全要求。另外，在雷達(dá)物位計(jì)量領(lǐng)域的最近的發(fā)展要求更獨(dú)立的功能性以及能夠在較遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作的系統(tǒng)，在該較遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)處電力限制可能更嚴(yán)格，例如系統(tǒng)不能通過(guò)電網(wǎng)供電。因此，需要使雷達(dá)物位計(jì)使用的電力最小化，以及進(jìn)一步提供一種能夠獨(dú)立操作并且通過(guò)以更低的總能量成本提供更多測(cè)量來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)外提供更大量的功能性的雷達(dá)物位計(jì)。更進(jìn)一步，需要滿足由于固有危險(xiǎn)例如在存儲(chǔ)罐中的高度易燃的物料等而限制允許被存儲(chǔ)的能量的量的以上提及的安全規(guī)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的目的是提供更節(jié)能的脈沖雷達(dá)物位計(jì)。
[0012]本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí):通過(guò)處理使用脈沖式測(cè)量的雷達(dá)物位計(jì)中的電力管理的新方式來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)啟動(dòng)雷達(dá)物位計(jì)時(shí)，將電力僅發(fā)送至包括頻率生成電路、頻率調(diào)節(jié)器和頻率分離評(píng)估電路的系統(tǒng)的一部分。當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘源與第二時(shí)鐘源之間的頻率分離正確時(shí)，將電力發(fā)送至系統(tǒng)的剩余部分以發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并生成物位輸出。因此，在物位測(cè)量時(shí)僅為系統(tǒng)的用于雷達(dá)發(fā)射和信號(hào)處理的部分供電是可能的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些和其它目的通過(guò)用于測(cè)量至容納在罐中的物料的表面的距離的脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該脈沖雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)包括:頻率生成電路，該頻率生成電路適于生成第一時(shí)鐘頻率和第二時(shí)鐘頻率；以及頻率調(diào)節(jié)器，該頻率調(diào)節(jié)器被配置成朝向頻率分離設(shè)定點(diǎn)來(lái)控制第一時(shí)鐘頻率與第二時(shí)鐘頻率之間的頻率分離。該系統(tǒng)還包括頻率分離評(píng)估電路，該頻率分離評(píng)估電路被設(shè)置成在頻率分離在預(yù)定頻率范圍內(nèi)時(shí)生成上電信號(hào)。另外，該系統(tǒng)包括雷達(dá)物位計(jì)電路，該雷達(dá)物位計(jì)電路被配置成:基于第一時(shí)鐘頻率、以發(fā)射脈沖重復(fù)頻率來(lái)生成脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)；基于第二時(shí)鐘頻率、以參考脈沖重復(fù)頻率來(lái)生成脈沖序列形式的參考信號(hào)；朝向表面發(fā)射該發(fā)射信號(hào)；接收由發(fā)射信號(hào)在表面處反射而引起的返回信號(hào)；以及基于返回信號(hào)與參考信號(hào)之間的關(guān)系提供物位輸出。該系統(tǒng)還包括電力管理電路，該電力管理電路被配置成在不存在上電信號(hào)時(shí)不為雷達(dá)物位計(jì)電路提供用以提供物位輸出的電力，以及在存在上電信號(hào)時(shí)為雷達(dá)物位計(jì)電路供電以提供物位輸出。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，所述目的還通過(guò)用于測(cè)量至容納在罐中的物料的表面的距離的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法包括以下步驟:生成第一時(shí)鐘頻率和第二時(shí)鐘頻率；以及控制頻率分離以確保第一時(shí)鐘頻率與第二時(shí)鐘頻率之間的預(yù)定頻率分離。該方法還包括以下步驟:在頻率分離在預(yù)定頻率范圍內(nèi)時(shí)生成上電信號(hào)；在不存在上電信號(hào)時(shí)，不為雷達(dá)物位計(jì)電路供電；在存在上電信號(hào)時(shí)，為雷達(dá)物位計(jì)電路供電，從而使得雷達(dá)物位計(jì)電路能夠基于第一時(shí)鐘頻率、以發(fā)射脈沖重復(fù)頻率來(lái)生成脈沖序列形式的發(fā)射信號(hào)并且基于第二時(shí)鐘頻率、以參考脈沖重復(fù)頻率來(lái)生成脈沖序列形式的參考信號(hào)；朝向表面發(fā)射該發(fā)射信號(hào)；接收由發(fā)射信號(hào)在表面處反射而引起的返回信號(hào)；以及基于返回信號(hào)與參考信號(hào)之間的關(guān)系提供物位輸出。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，所述目的還通過(guò)用于為雷達(dá)物位計(jì)供電的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括:初始頻率穩(wěn)定過(guò)程，該初始頻率穩(wěn)定過(guò)程確保第一時(shí)鐘頻率與第二時(shí)鐘頻率之間的穩(wěn)定的分離頻率，在該頻率穩(wěn)定過(guò)程期間不為雷達(dá)物位計(jì)提供用以提供物位輸出的電力；以及隨后的測(cè)量周期，該測(cè)量周期僅在建立了穩(wěn)定的分離頻率時(shí)才執(zhí)行，在該測(cè)量周期期間為雷達(dá)物位計(jì)供電以提供物位輸出。
[0016]因此，本發(fā)明通過(guò)在這樣的在頻率分離不能使得雷達(dá)物位計(jì)提供適當(dāng)?shù)奈镂粶y(cè)量時(shí)的時(shí)間期間不為雷達(dá)物位計(jì)電路提供電力以及操作雷達(dá)物位計(jì)電路，來(lái)使得雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)節(jié)省電力。在本發(fā)明的上下文中，表達(dá)“不提供電力”應(yīng)當(dāng)被理解為不為雷達(dá)物位計(jì)電路提供電力或?yàn)槔走_(dá)物位計(jì)電路提供不足以能夠執(zhí)行測(cè)量和/或提供物位輸出的電力。因此，當(dāng)頻率分離穩(wěn)定的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)顯著的電力節(jié)省。
[0017]換言之，本質(zhì)上存在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的至少兩種不同的操作模式:一種準(zhǔn)備模式，在該準(zhǔn)備模式下不啟用物位測(cè)量，即不存在雷達(dá)發(fā)射；以及一種激活模式，在該激活模式下啟用物位測(cè)量，即執(zhí)行雷達(dá)發(fā)射和物位采樣以測(cè)量至容納在罐中的物料的表面的距離。在本發(fā)明中，設(shè)置雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)使得在準(zhǔn)備模式下為盡可能少的部件和功能元件供電，即在準(zhǔn)備階段僅對(duì)于實(shí)現(xiàn)第一時(shí)鐘頻和第二時(shí)鐘頻率的正確并準(zhǔn)確的定時(shí)而言必要的那些部件被激活并供電。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將不需要對(duì)由于不穩(wěn)定或不正確的頻率分離的物位測(cè)量進(jìn)行校正而進(jìn)行信號(hào)處置和處理消耗的能量，或至少最小化所述能量。
[0019]應(yīng)當(dāng)指出，頻率分離通常具有Hz的量級(jí)，例如約4Hz。使用傳統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)頻率將具有相同的量級(jí)，這因此通常花費(fèi)數(shù)秒以確保穩(wěn)定的頻率分離。測(cè)量