[发明专利]雷达水准仪中的能量存储

说明书

技术领域

本发明涉及利用微波用于测量容器中的产品表面的水平面的雷达水准仪系统。更具体而言，本发明涉及这种计量器中的能量存储。

背景技术

雷达水准仪适合用于对诸如过程流体、粒状化合物以及其它材料的产品表面的水平面进行非接触测量。这种雷达水准仪的一个实例可以包括用于朝表面发射微波和接收由表面反射的微波的微波单元，用于与所述微波单元通信、并基于所发射的和接收的微波之间的关系确定所述水平面的处理电路，用于将所述处理电路与所述雷达水准仪外部连接的接口，以及为所述微波单元和所述处理电路提供工作电源的电源管理电路。

为了确保接收的回波的信号电平符合要求，所发射的微波必须具有足够的功率电平。处理所接收的信号同样需要相当大的功率，并且在某些情况中，为了能够进行高速计算，在处理期间处理器的时钟频率提高。综合起来，这就导致在测量周期的某些部分期间对功率的需求增大。对调频等幅波(FMCW)系统的功率需求特别高。然而，在实践中完成功率供应相对困难，因为在上述类型的计量器中，能量通常是稀缺的资源。

实际上，在利用双线馈送系统的系统中，有限的可用功率是一个问题。用于测量容器中的水平面的雷达水准仪，以及其它类型的处理传感器典型地与一个双线接口相连接，其中仅仅两条线即用作向传感器提供有限的功率又传送测量的和处理的测量信号。接口可以是具有叠加的数字通信的4-20mA的工业环路，或者其它的双线现场总线(fieldbus)，比如现场总线基金会(FF：Fieldbus Foundation)或现场总线(Profibus)。其它可能的接口包括四线接口，其中两条线提供电源，两条线传送测量信号。在4-20mA环路的情况下，可用功率由此取决于计量器的信号值，所以在低信号值(例如，大约4mA)的周期期间只有非常有限的功率可用。即使是在高信号值(例如，大约20mA)的周期期间，可用功率也可能不足以在测量周期期间为处理电路和微波发射器提供动力。

由于这个原因，可能需要某些形式的电源管理以在不同的组件之间并随时间分配可用功率。这种电源管理可以包括某些类型的能量存储装置中的能量存储，以便该能量可以被用于在增大的功率需求的周期期间增加可用功率。该能量存储可以在每个测量周期之后在特别指定的等待时间内起作用，或者在低活动率周期期间在贯穿整个测量周期起作用。

在装有爆炸性气体或液体的容器中进行测量情况下，或者在传感器位于爆炸危险区域中进行测量的任何其它情况下，还存在爆炸保护的问题。通常，或者利用某些类型的盒子为该装置形成防爆，或者使其的外部电连接固有安全(IS)。后一种情况要求输入功率、电压和电流不超过安全规程(IS要求)规定的级别。这是通过安排在与固有安全区域的接口中的所谓的电阻挡(electrical barrier)阻挡来保证的。

然而，这些IS要求同样限制了在给定的电压和电流级别下装置中允许的能量存储级别。这种限制适用于系统中存在的任何能量存储，比如电容和电感，并且严格限制了上文概述的能量存储方案的适用性。在许多情况中，这就导致封装电路，例如通过制模，所需要的麻烦和昂贵的处理，并且在其它情况中，甚至安全规程不允许封装作为确保防爆装置的手段。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并且在不违反安全规程的(IS要求)的情况下在雷达水准仪中提供改进的能量存储。

这个目的以根据所附权利要求的雷达水准仪、电源电路和方法实现。

本发明基于这样的实现，即虽然在工作电压仅仅允许非常有限的能量存储(例如，电容)，这种限制在较低电压时不是很严格。

根据本发明的第一方面，提供了一种雷达水准仪，其包括用于朝表面发射微波和接收由表面反射的微波的微波单元，与所述微波单元相连并安排用于基于所发射的和接收的微波之间的关系确定所述水平面的处理电路，用于与所述雷达水准仪外部连接的接口，以及用于为所述微波单元和所述处理电路提供工作电源的电源管理电路。该电源管理电路包括临时能量存储器，用于为所述临时能量存储器提供低于所述处理电路所需的工作电压的中间电压以便为所述能量存储器充电的装置，以及用于将来自所述临时能量存储器的输出电压上变换为所述工作电压的变换装置。根据本发明的第二方面，提供一种在用于测量过程变量(process variable)的传感器中使用的电源管理电路，包括临时能量存储器，用于为所述临时能量存储器提供低于所述处理电路所需的工作电压的中间电压以便为所述能量存储器充电的装置，以及用于将来自所述临时能量存储器的输出电压上变换到所述工作电压的变换装置。