[發明專利]使用具有不同頻率步階的發送信號的填充物位確定

在審

• 申請號: 201310176725.1
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN104034392A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 朱勝;陳煒

技術領域

本發明涉及一種雷達物位計系統，并且涉及一種確定罐體中的制品的填充物位的方法。

背景技術

隨著二十世紀七十年代和八十年代雷達物位計被開發為商品，調頻連續波（FMCW）已成為高準確度應用的主要測量原理。FMCW測量包括向罐體發送在大約幾GHz的頻率范圍內掃描的信號。例如，信號可以在24GHz-27GHz或者或9GHz-10.5GHz的范圍內。所發送的信號被罐體中的內含物的表面（或通過任意其他阻抗轉變）反射，并且延遲了一定時間的回波信號返回至該物位計。回波信號與所發送的信號混合以生成混合信號，該混合信號的頻率等于在時間延遲期間發生的所發送的信號的頻率變化。如果使用線性掃描，則也稱為中頻（IF）的該差頻與距反射面的距離成比例?；旌闲盘柦洺１环Q為IF信號。

近來，改進了FMCW原理，并且現今，FMCW原理通常涉及不發送連續掃描信號、而是發送具有步進頻率與幾乎恒定的振幅的信號。當所發送的信號和所接收的信號被混合時，每個頻率步階將提供逐段恒定IF信號中的一個恒定段。

然后，以如傳統FMCW系統中一樣類似的方式，使用IF信號的頻率來確定距反射面的距離。典型值可以是以1000-1500步階劃分的30m距離處200-300個IF時段。

應注意，也可對由連續頻率掃描產生的連續IF信號進行采樣以允許數字處理。

雖然高度準確，但是傳統FMCW系統（連續的以及步進的）相對功耗大，從而使得它們不太適合功率受限的應用。這樣的應用的示例包括通過諸如4-20mA環路的雙線接口供電的現場裝置、以及由內部電源（例如，電池或太陽能電池）供電的無線裝置。

主要電力消耗裝置是微波模塊，其由于對頻率準確度的要求，要求相對高的功率以在每次掃描期間生成并發出微波能量。在各次掃描之間，可以使用合適的裝置來儲存電力，使得較低的平均電力可以用來在掃描持續期間對微波模塊供電。然而，由于空間限制和內在安全（IS）要求，這樣的電力儲存容量是被嚴格限制的。因此，關鍵是限制微波模塊的活動時段、即限制掃描的持續時間。此外，期望限制采樣率，以便降低模擬信號處理和A/D轉換的功耗。最后，從性能角度，具有寬帶寬以使得提供更魯棒的測量是有利的。

在使用離散且相互不同的頻率的時間序列作為發送信號的雷達物位計系統中，可以通過減少發送信號中的頻率的數量來減小微波模塊的活動時間。

然而，減少保持的帶寬上的頻率的數量會導致IF信號失真，這又會引入可能被誤認為表面回波的假回波。

因此，通過減少發送信號中的頻率的數量來降低雷達物位計系統的功耗會導致填充物位確定的可靠性降低。

發明內容

鑒于以上，本發明的一般目的是通過使用離散且相互不同的頻率的時間序列作為發送信號的雷達物位計系統來提供改進的填充物位確定，具體地提供在填充物位確定的功耗和可靠性之間的更有利的折衷。

因此，根據本發明的第一方面，提供了一種使用雷達物位計系統來確定罐體中的制品的填充物位的方法，該方法包括以下步驟：向制品的表面發送第一發送信號，該第一發送信號包括限定第一發送信號的第一帶寬的、第一數量的離散且相互不同的頻率的時間序列，該第一發送信號展現第一帶寬與第一數量之間的第一比率；接收由第一發送信號在第一發送信號遇到的阻抗不連續處的反射產生的第一反射信號；將第一發送信號和第一反射信號混合，以形成第一中頻信號；基于第一中頻信號，確定表示表面回波候選的第一集合的第一數據集合；向制品的表面發送第二發送信號，該第二發送信號包括限定第二發送信號的第二帶寬的、第二數量的離散且相互不同的頻率的時間序列，該第二發送信號展現第二帶寬與第二數量之間的第二比率，其中第二比率不同于第一比率；接收由第二發送信號在第二發送信號遇到的阻抗不連續處的反射產生的第二反射信號；將第二發送信號和第二反射信號混合，以形成第二中頻信號；基于第二中頻信號，確定表示表面回波候選的第二集合的第二數據集合；基于第一數據集合和第二數據集合之間的比較，從指示發送信號在罐體中相同物位的阻抗不連續處的反射的表面回波候選的第一集合和表面回波候選的第二集合識別表面回波候選的子集；以及基于來自表面回波候選的第一集合和表面回波候選的第二集合的表面回波候選的子集，確定填充物位。

本發明基于如下實現：可以從使用具有不同頻率步階的兩個（或更多個）發送信號的填充物位確定中識別以及忽視由中頻信號的失真產生的“假回波”。雖然這兩個發送信號可導致中頻信號的失真，但是失真將不同，這產生了指示罐體中的不同物位的“假回波”。另一方面，對于這兩個發送信號，真回波將導致指示罐體中的相同物位。