[發明專利]頻率調制連續波類型的雷達料位計

有效

• 申請號: 201110290269.4
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102798436B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S13/34
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王萍;陳煒

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。

技術領域

本發明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。

背景技術

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10.5GHz。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，FMCW原理已被改進，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，增加的帶寬B將導致減少的范圍L，除非樣本N的數目增加。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。

發明內容

本發明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。