[实用新型]雷达物位计量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用电磁波来确定到罐中的产品的表面的距离的雷达物位计。 

背景技术

自从在20世纪70年代和20世纪80年代将雷达物位计量作为商品开发以来，调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)已经成为用于高精度应用的主测量原理。FMCW测量包括向罐中发射在大约为几GHz的频率范围内扫频的信号。例如，信号可以在25-27GHz或者9.5-11GHz的范围内。发射的信号被罐中的容纳物的表面(或者被任何其他阻抗转变)反射，而延迟了一定时间的回波信号返回到物位计。回波信号与发射信号混频以产生混频信号，该混频信号的频率等于发射信号在时间延迟期间发生的频率变化。由于线性扫频，该差频——也称为中频(IF)——与到反射表面的距离成比例。混频信号通常称为IF信号。 

尽管目前的FMCW系统的精度很高，但是其功耗较大，这使得FMCW系统不太适合用于功率受限的应用。这些应用的示例包括通过双线接口供电的现场设备，例如4-20mA的回路，也包括由内部电源(例如，电池或太阳能电池)供电的无线设备。各种方法都能够用于减少电力损耗。 

在同一实用新型人的US 12/981 995中，介绍了一种新的功耗较低的测量原理，该方法包括发射一系列具有恒定载波频率的脉冲，每个脉冲与传播时间相比很长(例如，与大约1μs的十分之一的传播时间相比，脉冲持续时间大约为10μs至100ms)。因此，该方法称为多频脉冲波(Multiple Frequency Pulsed Wave，MFPW)。 

测量周期中的不同载波频率的数量不足以提供连续的IF信号， 或者甚至不足以用在所谓的“步进式”或“离散式”FMCW系统中实现的方法来提供IF频率的近似。取而代之，根据特定的频率方案选择一小组频率，并且针对每个频率确定接收到的脉冲的相移。 

确定到表面的距离的处理包括建立相位随着发射频率的变化(见图1)。线A表示初始距离估计，而线B表示更新的估计。理论上，仅需要两个值(点x)来确定变化率(线B的斜率)，而实际上可能需要更多的样本，例如，5至20个样本。在更复杂的回波条件期间或在启动期间，可能需要几百个样本。自然地，从电力节约的观点来看，理想的是用尽可能少的样本来提供高精度和可靠性。 

在不需要很多样本的情况下提高精度的一种方法是确定到表面的距离的“粗略近似值”，在确定精确的距离测量时，将该估计值用作起始点。 

实用新型内容

基于以上描述，本实用新型的目的是提供一种使用具有比传播时间长的恒定频率的脉冲的、改善的雷达物位计量系统，该系统能与现有测量无关地提供粗略距离估计。 

根据本实用新型的第一方面，这些和其他目的通过使用用于确定到保存在罐中的产品的表面的距离的方法来实现。该方法包括：形成作为不同载波脉冲的脉冲串的发射信号，这些载波脉冲具有大于1微秒且短于100毫秒的持续时间，每个脉冲围绕限定的中心频率进行频率调制；向表面发射该发射信号；接收在表面处反射的电磁返回信号；在第一信道(I信道)将返回信号与发射信号混频，并且在第二信道(Q信道)将返回信号与相移90度的发射信号混频，以提供两个IF(中频)信号；对IF信号进行滤波，以提供与调制频率的第一选定谐波对应的已滤波信号；将每个信道的已滤波信号与调制频率的第一选定谐波混频，以提供两个初级幅度值(I和Q)；基于初级幅度值计算(步骤S5)接收到的每个不同脉冲关于所发射的每个相应不同脉冲的实际相位属性，并基于实际相位属性确定距离测量值；对IF信号进行滤波，以提供与调制频率的第二选定谐波对应的已滤波信号，将每个信道的已滤波信号与调制频率的第二选定谐波混频，以 提供两个次级幅度值(I和Q)；以及基于初级幅度值和次级幅度值之间的关系提供距离的近似值。