[发明专利]高灵敏度频率调制雷达物位计系统

说明书

技术领域

本发明涉及频率调制雷达物位计(radar level gauge)系统。

背景技术

当前，雷达物位计系统在各种应用领域得到使用，用于精确确定填充水平(filling level)。为了借助于雷达物位计系统来确定产品的填充水平，经常通过天线向产品表面发射和传播电磁信号，其中产品表面反射该信号。被反射的信号由该雷达物位计系统接收，通过时发射信号与反射信号进行比较，确定参考位置和该产品表面之间的距离。基于这个距离能够确定填充水平。

目前市场上的大部分雷达物位计系统或者是基于脉冲发射和接收该脉冲在产品表面的反射之间的时间差来确定到储罐中所包含产品的表面的距离的系统，或者是基于发射的频率调制信号和该信号在表面处的反射之间的相位差来确定到产品表面的距离的系统。后一种类型的系统通常被称为是FMCW(调频连续波)类型。还有介于上述两种类型之间的雷达物位计系统。

不同的雷达物位计系统能够以不同的灵敏度水平确定储罐中包含的产品的填充水平。通常，在具有高灵敏度的雷达物位计系统中，即使发射非常微弱的电磁信号也能够确定储罐中的产品的填充水平。能够启动确定填充水平的最弱的发射信号可用作衡量雷达物位计系统灵敏度的标准。

取决于雷达物位计系统的应用领域以及诸如包含在储罐中的产品的电性能的多种因素，对雷达物位计系统的灵敏度有不同的要求。例如，当储罐中的产品与储罐中的气氛具有相似的信号传播性能时，通常需要高灵敏度以保证可靠确定填充水平。这会在表面导致小的阻抗变换，由此产生一个较弱的回波信号。产生较弱回波信号的产品的例子有液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、石油产品、诸如塑料颗粒或者谷物的固体等。

此外，当雷达物位计系统的操作通常受到政府法规关于诸如发射信号的频率和功率等参数方面的约束时，在敞开或者半敞开的应用中(例如，敞开储罐、浮顶储罐、水库、河流或者湖泊)也通常要求高灵敏度。

鉴于诸如上面所示例的应用要求，目前可用的雷达物位计系统在灵敏度方面经常达不到要求。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其他不足，本发明总的目的在于提供一种改进的频率调制雷达物位计系统，特别是一种具有增加的灵敏度的频率调制雷达物位计系统。

根据本发明的第一方面，通过雷达物位计系统实现这些或者其他的目的，以确定储罐中包含的产品的填充水平，该雷达物位计系统包括：收发机，用于生成、发射和接收经频率调制的电磁信号；发射传播装置，其与该收发机电连接，用于向储罐中包含的产品表面传播发射的电磁信号；和接收传播装置，其与该收发机电连接，用于向该收发机返回回波信号，该回波信号由该发射的电磁信号在阻抗转变部分处的反射而产生，包括在该表面处反射而产生的的表面回波信号；其中，该收发机包括：信号发生器，用于产生具有预定中心频率的频率调制信号；发射机分支，其经由第一频率变换器将信号发生器的输出连接至该发射传播装置，该第一频率变换器用于变换该频率调制信号的频率以提供该发射的电磁信号；接收机分支，其连接至该接收传播装置，用于接收该表面回波信号；和混频器，其具有经由第二频率变换器连接到该信号发生器的第一输入端，该第二频率变换器用于变换该频率调制信号的频率，以及连接到该接收机分支的第二输入端，用于形成一个表示发射的电磁信号与表面回波信号之间相位差的中频信号，其中对于发射的电磁信号与回波信号来说，该发射传播装置与该接收传播装置之间的信号隔离至少为30dB，该雷达物位计系统还包括连接到该收发机的处理电路，用于基于该中频信号确定填充水平。

发射传播装置和接收传播装置中的每一个都可以是能够从和朝向该收发机引导电磁信号的任何装置。

该发射传播装置可配置为向自由空间辐射电磁信号，或者沿波导结构引导电磁信号，该接收传播装置可配置为捕获在自由空间传播的电磁信号，或者沿波导结构引导电磁信号。

发射和接收传播装置的实例包括：喇叭天线、拉杆天线、贴片(patch)天线、阵列天线和各种探头，如单线探头、双线探头、同轴探头等。在一些应用中，诸如在所谓的浮顶储罐中，传播装置(一般为天线)通常被称为模式转换器或者模式发生器。

储罐(tank)可以是能够容纳产品的任何容器(container)或者器皿（vessel)，它可以是金属的、部分金属或者完全非金属的，可以是开放、半开放或者封闭的。