使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計制造技術

一種使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計(1)，其中測量信號包括第一頻率掃描和第二頻率掃描，并且混頻器(25)被布置為使測量信號與回波信號混頻以基于第一頻率掃描形成第一IF信號，并且基于第二頻率掃描形成第二IF信號。處理電路(11)采樣電路適于對第一IF信號和第二IF信號采樣，以形成包括來自每個料箱信號的樣本的組合樣本向量，并且基于組合樣本向量確定距離。通過組合來自兩次(或更多次)不同掃描的樣本，樣本數目和帶寬均可以增加，因而維持范圍L。然而，由于樣本獲得自兩次分立的掃描，因此各次掃描的掃描時間不需要增加，并且可以維持平均功耗。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種頻率調制連續波(FMCW)類型的雷達料位計，具體地，涉及使用電磁波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計和料位計量方法。
技術介紹
從在1970年代和1980年代中開發雷達料位計量作為商業產品開始，頻率調制連續波(FMCW)已成為用于高精度應用的主要測量原理。FMCW測量包括將在幾個GHz的頻率范圍上掃描的信號傳送到料箱中。例如，信號范圍可以是25至27GHz或者9至10. 5G Hz。傳送信號被料箱中的內容物的表面(或者通過任何其他阻抗轉變)反射，并且已被延遲特定時間的回波信號返回到料位計。回波信號與傳送信號混頻以生成混頻信號，其具有等于在時間延遲期間發生的傳送信號的頻率改變的頻率。如果使用線性掃描，則該差頻(其還被稱為中頻(IF))與到反射表面的距離成比例。混頻信號常常被稱為IF信號。最近，FMCff原理已被改迸，并且現今典型地牽涉不傳送連續掃描而是傳送具有幾乎恒定幅度的具有階躍頻率的信號。當傳送信號和接收信號混頻時，每個頻率階將提供分段恒定IF信號的一個恒定段，因而提供IF信號的一個“樣本”。為了確定分段恒定IF信號的頻率，將需要許多個頻率，其數目N大于采樣定理規定的數目。隨后按與傳統的FMCW系統相似的方式使用IF信號的頻率確定到反射表面的距離。典型值可以是分為1000至1500個階的30m距離處的200至300個IF時段。注意，還可以對從連續頻率掃描得到的連續IF信號采樣以便于允許數字處理。盡管傳統的FMCW系統(連續的以及階躍的)是高度準確的，但是其功耗相對高，使得它們不太適合其中功率有限的應用。這些應用的示例包括由諸如4至20mA回路的雙線接口供電的現場設備，以及由內部電源(例如電池組或太陽能電池)供電的無線設備。主要的功率消耗者是微波模塊，其由于對頻率精度的要求而需要相對高的功率以在每次掃描期間生成并且發射微波能量。可以使用掃描之間的適當的裝置來存儲功率，從而可以使用較低的平均功率在掃描期間對微波模塊供電。然而，由于空間限制和原有安全度(IS)要求，這種功率存儲容量嚴重受限。因此，至關緊要的是限制微波模塊的活躍時段，即限制掃描的時長。此外，有必要限制采樣率，以便于減少模擬信號處理和A/D轉換中的功耗。最后，出于性能觀點，有利的是具有寬的帶寬，提供高的分辨率(即高精度)。對于任何采樣FMCW系統(連續掃描或者階躍)，最大測量距離(范圍)L被確定為L = Nc/4B，其中N是樣本的數目，c是光速，并且B是掃描帶寬。在階躍頻率掃描的情況下，N將典型地對應于所使用的不同頻率的數目。掃描時間T是T = N/fs，其中fs是A/D轉換的采樣率。在階躍頻率掃描的情況下，fs將典型地也是掃描的階躍速率。根據這些簡單的關系，清楚的是，増加的帶寬B將導致減少的范圍L，除非樣本N的數目増加。然而，由于出于A/D轉換的觀點采樣頻率固定在合理的值，因此任何樣本數目的增加將不可避免地導致增加的掃描時間。因而對于給定的范圍，存在一方面的精度(帶寬)和另一方面的功耗(掃描時間)之間的權衡。在具有連續掃描以及具有階躍頻率掃描的情況下，該權衡存在于任何采樣FMCW系統中。
技術實現思路
本技術的目的在于解決上文提到的權衡，并且對于給定的檢測范圍提供在不增加掃描時間的情況下增加帶寬的方法。根據本技術的ー個方面，該目的通過ー種使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計實現，其包括微波源，被布置為生成包括第一頻率掃描和第二頻率掃描的測量信號；信號傳播設備，與微波源連接并且適于將測量信號發射到料箱中，并且接收從表面反射的回波信號；功率存儲部，用于為微波源供電，該功率存儲部在掃描之間充電；混頻器，與微波源和信號傳播設備連接，并且被布置為使測量信號與回波信號混頻以基于第一頻率掃描形成第一 IF信號，并且基于第二頻率掃描形成第二 IF信號；采樣電路，被連接為從混頻器接收料箱信號并且適于對第一 IF信號和第二 IF信號采樣并且形成包括來自每 個料箱信號的樣本的組合樣本向量；以及處理電路，與采樣電路連接并且適于基于組合樣本向量確定距離。根據本技術的另一方面，該目的通過ー種使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計實現，其包括微波源，被布置為生成包括第一頻率掃描和第二頻率掃描的測量信號；信號傳播設備，與微波源連接并且適于允許將測量信號傳播到料箱中，并且接收從表面反射的回波信號；功率存儲部，用于為微波源供電，功率存儲部在掃描之間充電；混頻器，與微波源和信號傳播設備連接，并且被布置為使測量信號與回波信號混頻以基于第一頻率掃描形成第一中頻IF信號，并且基于第二頻率掃描形成第二中頻IF信號；處理電路，被連接為從混頻器接收料箱信號并且適于對第一 IF信號和第二 IF信號采樣，以形成包括來自每個料箱信號的樣本的組合樣本向量，并且基于組合樣本向量確定距離。根據本技術的另一方面，該目的通過ー種用于確定到料箱中的產品表面的距離的方法實現，其包括如下步驟生成包括第一頻率掃描和第二頻率掃描的測量信號，將測量信號發射到料箱中，接收從表面反射的回波信號，使測量信號與回波信號混頻以基于第一頻率掃描形成第一 IF信號，并且基于第二頻率掃描形成第二 IF信號，對第一 IF信號和第二 IF信號采樣，形成包括來自第一和第二料箱信號的樣本的組合樣本向量，以及基于組合樣本向量確定距離。通過組合來自兩次(或更多次)不同掃描的樣本，樣本數目和帶寬兩者均可以增カロ，因而維持范圍し然而，由于樣本獲得自兩次分立的掃描，因此各次掃描的掃描時間不需要増加，并且可以維持平均功耗。換言之，對于給定范圍和采樣頻率，通過組合兩次(或更多次)連續的掃描，可以在不需要較長的掃描時間的情況下獲得較大的帶寬。因而單個測量周期在兩次(或更多次)掃描時間期間展開，并且因此可以將功耗維持在低水平。當然，如果被視為有利的，可以在更多次單獨的掃描(諸如三次或更多次掃描)之間劃分測量周期。然而，在増加的帶寬和延長測量周期之間存在權衡。較長的測量周期需要較穩定的測量情形，并且可能變得較易受紊亂和噪聲的影響。本技術可以有利地用在具有階躍頻率掃描的FMCW系統中，S卩其中每次發射的掃描包括離散頻率集合，從而所生成的IF信號是分段恒定的。根據ー個實施例，測量信號包括第三頻率掃描。根據ー個實施例，處理電路適于通過使來自最近獲取的IF信號的樣本與次最近獲取的IF信號的樣本組合，在毎次頻率掃描之后更新組合樣本向量。換言之，對于每次掃描，獲得更新的組合樣本向量，并且可以確定更新的距離度量。因而來自每次掃描的IF信號將被使用兩次；首先與緊接之前獲得的IF信號組合，并且隨后與緊接之后獲得的IF信號組合。關于該處理的優點在于，可以在每次掃描之后獲得更新的度量，即如傳統的階躍FMCW中那樣頻繁地獲得更新的度量。根據ー個實施例，處理電路包括采樣電路，采樣電路包括采樣和保持電路以及Σ -Δ轉換器中的ー個。根據ー個實施例，第ー頻率集合包括《)，《)+2ムれ《)+4ムれ·· .，f0+2 (N-I) Af， 而第二頻率集合包括fO+Af，fO+3Af，. . .，fO+(2N_l) Af，其中Af是頻率階。因而每個集合包括N個頻率，其均導致分段恒定IF信號的一個恒定段。根據ー個實施例，每次頻率掃描本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計，其包括：微波源，被布置為生成包括第一頻率掃描和第二頻率掃描的測量信號；信號傳播設備，與所述微波源連接并且適于允許將所述測量信號傳播到所述料箱中，并且接收從所述表面反射的回波信號；功率存儲部，用于為所述微波源供電，所述功率存儲部在掃描之間充電；混頻器，與所述微波源和所述信號傳播設備連接，并且被布置為使所述測量信號與所述回波信號混頻以基于所述第一頻率掃描形成第一中頻IF信號，并且基于所述第二頻率掃描形成第二中頻IF信號；處理電路，被連接為從所述混頻器接收所述料箱信號并且適于對所述第一IF信號和所述第二IF信號采樣，以形成包括來自每個料箱信號的樣本的組合樣本向量，并且基于所述組合樣本向量確定所述距離。

【技術特征摘要】
2011.05.24 US 13/114,4121.ー種使用微波確定到料箱中的產品表面的距離的料位計，其包括 微波源，被布置為生成包括第一頻率掃描和第二頻率掃描的測量信號； 信號傳播設備，與所述微波源連接并且適于允許將所述測量信號傳播到所述料箱中，并且接收從所述表面反射的回波信號； 功率存儲部，用于為所述微波源供電，所述功率存儲部在掃描之間充電； 混頻器，與所述微波源和所述信號傳播設備連接，并且被布置為使所述測量信號與所述回波信號混頻以基于所述第一頻率掃描形成第一中頻IF信號，并且基于所述第二頻率掃描形成第二中頻IF信號； 處理電路，被連接為從所述混頻器接收所述料箱信號并且適于對所述第一 IF信號和所述第二 IF信號采樣，以形成包括來自每個料箱信號的樣本的組合樣本向量，并且基于所述組合樣本向量確定所述距離。2.根據權利要求I所述的料位計,其中每次頻率掃描包括離散頻率集合，由此每個IF信號是分段恒定的。3.根據權利要求I所述的料位計，其中所述測量信號包括第三...

【專利技術屬性】
技術研發人員：米卡埃爾·克列曼，
申請(專利權)人：羅斯蒙特儲罐雷達股份公司，
類型：實用新型
國別省市：