[發明專利]雷達水準儀中的能量存儲

有效

• 申請號: 200680025679.3
• 申請日: 2006-06-02
• 公開（公告）號: CN101223422A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 雷弗·尼爾森
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙特雷達液位股份公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S7/02;G01S13/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 董莘

技術領域

本發明涉及利用微波用于測量容器中的產品表面的水平面的雷達水準儀系統。更具體而言，本發明涉及這種計量器中的能量存儲。

背景技術

雷達水準儀適合用于對諸如過程流體、粒狀化合物以及其它材料的產品表面的水平面進行非接觸測量。這種雷達水準儀的一個實例可以包括用于朝表面發射微波和接收由表面反射的微波的微波單元，用于與所述微波單元通信、并基于所發射的和接收的微波之間的關系確定所述水平面的處理電路，用于將所述處理電路與所述雷達水準儀外部連接的接口，以及為所述微波單元和所述處理電路提供工作電源的電源管理電路。

為了確保接收的回波的信號電平符合要求，所發射的微波必須具有足夠的功率電平。處理所接收的信號同樣需要相當大的功率，并且在某些情況中，為了能夠進行高速計算，在處理期間處理器的時鐘頻率提高。綜合起來，這就導致在測量周期的某些部分期間對功率的需求增大。對調頻等幅波(FMCW)系統的功率需求特別高。然而，在實踐中完成功率供應相對困難，因為在上述類型的計量器中，能量通常是稀缺的資源。

實際上，在利用雙線饋送系統的系統中，有限的可用功率是一個問題。用于測量容器中的水平面的雷達水準儀，以及其它類型的處理傳感器典型地與一個雙線接口相連接，其中僅僅兩條線即用作向傳感器提供有限的功率又傳送測量的和處理的測量信號。接口可以是具有疊加的數字通信的4-20mA的工業環路，或者其它的雙線現場總線(fieldbus)，比如現場總線基金會(FF：Fieldbus?Foundation)或現場總線(Profibus)。其它可能的接口包括四線接口，其中兩條線提供電源，兩條線傳送測量信號。在4-20mA環路的情況下，可用功率由此取決于計量器的信號值，所以在低信號值(例如，大約4mA)的周期期間只有非常有限的功率可用。即使是在高信號值(例如，大約20mA)的周期期間，可用功率也可能不足以在測量周期期間為處理電路和微波發射器提供動力。

由于這個原因，可能需要某些形式的電源管理以在不同的組件之間并隨時間分配可用功率。這種電源管理可以包括某些類型的能量存儲裝置中的能量存儲，以便該能量可以被用于在增大的功率需求的周期期間增加可用功率。該能量存儲可以在每個測量周期之后在特別指定的等待時間內起作用，或者在低活動率周期期間在貫穿整個測量周期起作用。

在裝有爆炸性氣體或液體的容器中進行測量情況下，或者在傳感器位于爆炸危險區域中進行測量的任何其它情況下，還存在爆炸保護的問題。通常，或者利用某些類型的盒子為該裝置形成防爆，或者使其的外部電連接固有安全(IS)。后一種情況要求輸入功率、電壓和電流不超過安全規程(IS要求)規定的級別。這是通過安排在與固有安全區域的接口中的所謂的電阻擋(electrical?barrier)阻擋來保證的。

然而，這些IS要求同樣限制了在給定的電壓和電流級別下裝置中允許的能量存儲級別。這種限制適用于系統中存在的任何能量存儲，比如電容和電感，并且嚴格限制了上文概述的能量存儲方案的適用性。在許多情況中，這就導致封裝電路，例如通過制模，所需要的麻煩和昂貴的處理，并且在其它情況中，甚至安全規程不允許封裝作為確保防爆裝置的手段。

發明內容

本發明的一個目的是解決上述問題，并且在不違反安全規程的(IS要求)的情況下在雷達水準儀中提供改進的能量存儲。

這個目的以根據所附權利要求的雷達水準儀、電源電路和方法實現。

本發明基于這樣的實現，即雖然在工作電壓僅僅允許非常有限的能量存儲(例如，電容)，這種限制在較低電壓時不是很嚴格。

根據本發明的第一方面，提供了一種雷達水準儀，其包括用于朝表面發射微波和接收由表面反射的微波的微波單元，與所述微波單元相連并安排用于基于所發射的和接收的微波之間的關系確定所述水平面的處理電路，用于與所述雷達水準儀外部連接的接口，以及用于為所述微波單元和所述處理電路提供工作電源的電源管理電路。該電源管理電路包括臨時能量存儲器，用于為所述臨時能量存儲器提供低于所述處理電路所需的工作電壓的中間電壓以便為所述能量存儲器充電的裝置，以及用于將來自所述臨時能量存儲器的輸出電壓上變換為所述工作電壓的變換裝置。根據本發明的第二方面，提供一種在用于測量過程變量(process?variable)的傳感器中使用的電源管理電路，包括臨時能量存儲器，用于為所述臨時能量存儲器提供低于所述處理電路所需的工作電壓的中間電壓以便為所述能量存儲器充電的裝置，以及用于將來自所述臨時能量存儲器的輸出電壓上變換到所述工作電壓的變換裝置。