[發明專利]基于一階導數并結合參考曲線的導波式雷達物位計回波信號處理方法

有效

• 申請號: 201410671092.6
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104374447B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 徐科軍;魏萌;劉錚
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S13/10
• 代理公司: 合肥金安專利事務所34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于物位檢測技術領域，具體涉及一種以單片機為核心的基于一階導數并結合參考曲線的處理導波式雷達物位計回波信號的方法。

背景技術

導波式雷達物位計利用雷達技術中的回波測距原理進行物位測量，廣泛應用于工業領域。導波式雷達物位計回波信號處理的難點在于真實物位回波的判斷和回波定位點的確定。其中，物位回波決定了測量是否準確，回波定位點影響測量準確度。

針對導波式雷達物位計信號處理的關鍵問題，國外幾家著名廠家，例如，E+H公司、Emerson Rosemount公司和Siemens-Milltronics公司等分別提出了不同的回波信號處理方法。羅斯蒙特公司（“Method of determining a disturbance echo profile for a radar level gauge system”, U.S Patent: No.7924216 B2, Apr.12,2011）介紹了一種基于反射器的方法，根據空罐條件下的反射器波形構造參考曲線，通過比較實際距離與電氣距離確定液面之上最近的反射器，得到參考曲線應用范圍，相減后可消除液面之上的干擾回波，然后根據最大值確定物位回波。羅斯蒙特公司（“System and method for filling level determination”, U.S Patent: No.7525476 B1, Apr.28, 2009.）介紹了在導波桿已知位置處安裝反射器，通過一對已知反射器的已知距離與測量距離之差來補償傳播速度沿導波桿的變化，以提高測量準確度。羅斯蒙特公司（“通過多模式傳播的具有介電常數補償的導波式雷達物位計系統”,中國, CN201120366374.7, 2012-6-6.）介紹了一種特制導波桿，稱為不完全外部介電傳輸探測器，可以支持兩種或以上不同速度的傳播模式，然后根據公式確定介電常數和傳播速度。

中國發明專利（“一種處理導波式雷達物位計回波信號的系統和方法”，專利號: ZL 201210150945.2，申請日：2012-9-12，授權日：2013-9-11）介紹了針對不同介電常數的不同物位回波判斷方法。該專利與上述專利相同的地方為：根據空罐信號構造參考曲線；對回波信號段進行了巴特沃斯低通濾波預處理；物位回波的判斷可以看成兩步，先根據導數檢測回波，并設置寬度范圍排除一部分干擾，再對剩下的回波找高出參考曲線的最大值確定物位回波；回波定位點由峰值點和相鄰兩點的2階Lagrange插值點確定；標定數據為4~10點的線性插值或3次擬合。與上述專利的不同點是，對于小介電常數介質，參考曲線需要作填平尾波的修正；回波信號段進行了斜率放大以凸顯變化趨勢；回波信號段減去參考曲線得到凈回波信號段，且之后的處理都針對該信號。

該專利存在的問題是：巴特沃斯低通濾波是一種頻域濾波方法，應用于頻域特征不明顯的導波式雷達物位計回波信號處理，效果不佳；構造參考曲線需要先構造空罐條件，應用于實際生產時，需要放空物料，且需要更新，否則不能排除新產生的干擾回波；回波信號與參考曲線相減可能會導致回波定位點的非線性移動，影響測量精度。

為此，申請中國發明專利(基于一階導數的導波式雷達物位計回波信號處理系統和方法，申請號：201310534738.1，申請日：2013年11月1日) 提供了一種處理無同步脈沖觸發的導波式雷達物位計回波信號的系統和方法。采用了基于一階導數的方法檢測回波、存儲了回波多個參數，如端點、峰值點、寬度、斜率振幅等，并基于對這些參數的有機組合確定物位回波；提出了針對無觸發采樣的導波式雷達物位計的采樣方法及參考起始點的確定方法；采用3點、分兩段線性標定。該申請發明專利不需要空罐條件，實際操作簡單。

該申請發明專利存在的問題是：回波參數下降比的限制可能導致排除真實回波或無法排除干擾回波導致判錯；采用對真實回波進行插值得到最高峰值點作為特征點，進行標定和測量，其線性度不是最好的，即測量準確度不是最好的；對測量結果進行60點中位值平均濾波，響應速度較慢。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供一種基于一階導數并結合參考曲線的導波式雷達物位計回波信號處理方法，從而達到對物位回波的準確判斷更加可靠，達到減小盲區、提高測量精度、響應速度較快的要求，并且對硬件要求不高、無需構造空罐條件。