[發(fā)明專(zhuān)利]調(diào)頻雷達(dá)物位計(jì)量

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410017917.2
• 申請(qǐng)日: 2014-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104568056B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德斯·伊爾斯科格
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01F23/284
• 分類(lèi)號(hào): G01F23/284
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

公開(kāi)了調(diào)頻雷達(dá)物位計(jì)量。提供了用于測(cè)量距罐中的物品的表面的距離的雷達(dá)物位計(jì)和方法。所述雷達(dá)物位計(jì)包括收發(fā)器電路，所述收發(fā)器電路被配置成發(fā)射和接收電磁信號(hào)，所述收發(fā)器電路包括穩(wěn)頻反饋環(huán)路，所述穩(wěn)頻反饋環(huán)路被配置成生成頻率掃描形式的電磁發(fā)射信號(hào)。所述穩(wěn)頻反饋環(huán)路被配置成生成用于形成頻率掃描的正弦調(diào)制的振蕩。雷達(dá)物位計(jì)還包括：第二混頻器，被配置成將中頻信號(hào)與所述正弦調(diào)制的頻率的整數(shù)倍進(jìn)行混頻以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的中頻信號(hào)；以及處理電路，被配置成基于所述經(jīng)調(diào)節(jié)的中頻信號(hào)來(lái)確定所述距離。通過(guò)提供包括正弦調(diào)制的頻率掃描，所述雷達(dá)物位計(jì)和所述方法實(shí)現(xiàn)提高的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用電磁波來(lái)確定距罐中的物品的表面的距離的雷達(dá)物位計(jì)和方法。

背景技術(shù)

自從雷達(dá)物位計(jì)量在1970年代和1980年代被開(kāi)發(fā)作為商業(yè)產(chǎn)品以來(lái)，調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）就已成為高精確度應(yīng)用的主導(dǎo)測(cè)量原理。FMCW測(cè)量包括將在若干GHz量級(jí)的頻率范圍中被掃描的信號(hào)發(fā)射到罐中。例如，該信號(hào)可以處于9GHz至11GHz或24GHz至27GHz的范圍中。所發(fā)射的信號(hào)被罐中的內(nèi)容物的表面（或任何其他阻抗過(guò)渡（impedance transition））所反射，并且延遲了一定時(shí)間的回波信號(hào)返回物位計(jì)。回波信號(hào)與所發(fā)射的信號(hào)被進(jìn)行混頻以生成混頻器信號(hào)，該混頻器信號(hào)具有與所發(fā)射的信號(hào)在時(shí)延期間發(fā)生的頻率變化相等的頻率。由于線(xiàn)性?huà)呙瑁@種差頻（也被稱(chēng)為中頻（IF））與距反射表面的距離成比例。混頻器信號(hào)通常被稱(chēng)為IF信號(hào)。

近來(lái)，F(xiàn)MCW原理被改進(jìn)了，并且現(xiàn)在其典型地包括以實(shí)際上恒定的幅度來(lái)發(fā)射具有步進(jìn)頻率的信號(hào)，而不是發(fā)射連續(xù)掃描。當(dāng)所發(fā)射的信號(hào)與所接收的信號(hào)被混頻后，每個(gè)頻率步進(jìn)將提供分段恒定的IF信號(hào)中的恒定的一段，從而提供IF信號(hào)的一個(gè)“樣本”。為了確定該分段恒定的IF信號(hào)的頻率，需要比采樣定理所規(guī)定的數(shù)目多的多個(gè)（N個(gè)）頻率。然后，以與傳統(tǒng)的FMCW系統(tǒng)相似的方式使用IF信號(hào)的頻率來(lái)確定距反射表面的距離。典型值可以是以1000至1500個(gè)步進(jìn)劃分的30米距離處的200至300個(gè)IF時(shí)段。應(yīng)當(dāng)注意，還可以對(duì)源于連續(xù)頻率掃描的連續(xù)IF信號(hào)進(jìn)行采樣以使得能夠進(jìn)行數(shù)字處理。

傳統(tǒng)的FMCW系統(tǒng)（連續(xù)的以及步進(jìn)的）盡管高度精確，但是卻相對(duì)耗電，使得其較不適合功率受限的應(yīng)用。這樣的應(yīng)用的示例包括由兩線(xiàn)接口（例如4mA至20mA環(huán)路）供電的現(xiàn)場(chǎng)裝置和由內(nèi)置電源（例如蓄電池或太陽(yáng)能電池）供電的無(wú)線(xiàn)裝置。

傳統(tǒng)的FMCW系統(tǒng)的相對(duì)高的功率需求的原因之一是需要在所發(fā)射的電磁波與所接收的電磁波之間進(jìn)行隔離。也可以例如通過(guò)向頻率掃描添加額外的調(diào)制來(lái)改進(jìn)隔離從而增加靈敏度。然而，這樣的調(diào)制典型地需要添加的部件，即附加的振蕩器和加法器，并因此將會(huì)增加裝置的復(fù)雜度和功耗。因此，期望在不增加裝置的復(fù)雜度的情況下提高靈敏度以降低功耗。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于雷達(dá)物位計(jì)的上述期望特性，本發(fā)明的總體目的是通過(guò)提高靈敏度來(lái)使得能夠改進(jìn)雷達(dá)物位計(jì)的性能，并通過(guò)使得能夠使用較低的發(fā)射功率來(lái)降低雷達(dá)物位計(jì)的能量需求。

本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí)：通過(guò)將雷達(dá)物位計(jì)中所包括的電子部件配置成提供通常不期望的作用，這些不期望的作用實(shí)際上將提供附加的調(diào)制，從而使得能夠增加雷達(dá)物位計(jì)的靈敏度。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)如下用于測(cè)量距罐中的物品的表面的距離的雷達(dá)物位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些以及其他目的，所述雷達(dá)物位計(jì)包括：收發(fā)器電路，被配置成發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)并且接收從所述表面反射的電磁返回信號(hào)，所述收發(fā)器電路包括穩(wěn)頻反饋環(huán)路，所述穩(wěn)頻反饋環(huán)路被配置成生成頻率掃描形式的電磁發(fā)射信號(hào)；第一混頻器，被配置成將發(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)進(jìn)行混頻以提供第一中頻信號(hào)；信號(hào)傳播裝置，被布置成朝向所述表面導(dǎo)引所述發(fā)射信號(hào)并且將所述返回信號(hào)導(dǎo)引至所述收發(fā)器電路。所述穩(wěn)頻反饋環(huán)路被有意地配置成生成用于形成頻率掃描的調(diào)制的振蕩。所述雷達(dá)物位計(jì)還包括：第二混頻器，被配置成將所述第一中頻信號(hào)與正弦調(diào)制的頻率的整數(shù)倍進(jìn)行混頻以提供第二中頻信號(hào)；以及處理電路，被配置成基于所述第二中頻信號(hào)來(lái)確定所述距離。