[发明专利]具有集成式微波电路的低功率雷达物位计系统

说明书

本发明涉及一种雷达物位计系统以及用于确定罐中的物品的填充物位的方法。所述雷达物位计系统包括：信号传播设备；微波信号源；微波信号源控制器；混频器，其被配置成合并来自所述微波信号源的发射信号与来自表面的反射信号以形成中频信号；以及处理电路系统，其耦接至混频器，并且被配置成基于中频信号来确定填充物位。微波信号源被配置成呈现偏离发射信号的载波频率大于或等于‑70dBc/Hz@100kHz的相位噪声。

技术领域

本发明涉及一种雷达物位计系统，以及用于确定罐中物品的填充物位的方法。

背景技术

由于雷达物位计量在20世纪70年代和80年代被商业化，因而调频连续波(FMCW)计量已经成为高精度应用的主要测量原理。FMCW型填充物位测量包括将在约几GHz的频率范围上扫描的信号发射至罐中。例如，该信号可以在24-27GHz或9-10.5GHz的范围内。发射信号被罐中物品的表面(或被任何其它阻抗过渡)反射，并且延迟了一定时间的回波信号被返回至物位计。回波信号与发射信号在混频器中被合并以生成合并信号，该合并信号具有与时间延迟期间发射信号所发生的频率变化相等的频率。如果使用线性扫描，则也被称为中频(IF)的该频率与距反射表面的距离成比例。来自混频器的合并信号通常被称为中频信号或IF信号。

最近，改进了FMCW原理，其当前通常涉及不发射连续频率扫描而是发射具有步进频率且实际上恒定幅度的信号—步进频率扫描。当将发射信号与接收信号混合时，每个频率步进将提供一个恒定段的分段恒定的 IF信号。对分段恒定IF信号进行采样，并且例如使用FFT将采样信号转换为频面以识别IF信号的频率分量。然后，可以将频率分量转变为例如具有回波曲线或相似物形式的距离。

尽管传统的(连续的及步进的)FMCW系统非常精确，但其相对耗电大，这使其不太适合电力(和/或能量)有限的应用。这样的应用的示例包括通过双线接口(例如4-20mA回路)供电的现场设备以及通过内部能源(例如电池或太阳能单元电池)供电的无线设备。

针对具有有限的可用能量和/或电力的应用，物位测量系统的成本和尺寸通常也是关键参数。例如，在过程工业中可能发现这样的应用。

为了使得这样的应用受益于FMCW型雷达物位计量的高性能，期望提供更紧凑和具有成本效益的FMCW型雷达物位计系统，其还能够以合理的更新频率通过有限的可用电力/能量来操作。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的总体目的是提供一种改进的雷达物位计系统，该系统使得能够针对能量和/或电力供应严格有限的应用进行精确的填充物位确定。本发明的实施方式的另一个目的是以比当前可用的 FMCW型雷达物位计系统更低的成本来实现此。

根据本发明的第一方面，因而提供了一种回路供电的雷达物位计系统，其用于确定罐中物品的填充物位，以及用于经由双线4-20mA电流回路将表示填充物位的测量信号提供给远程设备，所述双线4-20mA电流回路为回路供电的雷达物位计系统的唯一外部电源，所述雷达物位计系统包括：回路接口电路系统，用于将测量信号提供给双线电流回路，以及将来自所述双线电流回路的电力提供给所述雷达物位计系统；信号传播设备，其被设置成朝向所述物品的表面传播电磁发射信号，以及返回由于电磁发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁反射信号；微波信号源，其耦接至所述信号传播设备并且能够控制以生成所述电磁发射信号，所述微波信号源被配置成呈现偏离发射信号的载波频率大于或等于-70dBc/Hz@ 100kHz的相位噪声；微波信号源控制器，其耦接至所述微波信号源并且被配置成控制微波信号源以生成如下测量扫描形式的发射信号，所述测量扫描包括用于限定发射信号的带宽的离散且彼此不同的频率步进的时间序列；混频器，其耦接至所述微波信号源和所述信号传播设备，并且被配置成合并将所述发射信号与所述反射信号以形成中频信号；以及处理电路系统(processing circuitry)，其耦接至所述混频器并且被配置成基于所述中频信号来确定填充物位，其中，至少所述微波信号源和所述混频器被包括在集成式微波电路中。