[发明专利]雷达物位计系统的储能单元

说明书

技术领域

本发明涉及使用微波来测量容器中产品的表面的物位的雷达物位计系统。更具体地说，本发明涉及这种物位计中的储能。

背景技术

雷达物位计(radar level gauge)适用于对诸如处理流体、粒状化合物和其它物质的产品的物位(level)进行非接触测量。这种雷达物位计系统的一个例子可以包括：微波单元，用于向表面发送微波和接收表面反射的微波；处理电路，设置成与所述微波单元通信和根据发送微波与接收微波之间的关系确定所述物位；接口，用于将所述处理电路连接到所述雷达物位计外部；以及功率管理电路，用于向所述微波单元和所述处理电路提供工作功率。

为了保证接收回波达到满意信号电平，发射微波必须具有足够功率电平。接收信号的处理也需要大功率，并且，在一些情况下，在处理期间增大处理器的时钟频率，以便能够进行高速计算。总之，这导致了在测量周期的某些阶段对功率的要求提高了。对于调频连续波(FMCW)系统，功率要求尤其高。但是，由于在上述类型的物位计中能量通常是稀有资源，所以实际上功率的提供相对难以实现。

尤其，在使用双线馈送系统的系统中，有限的可用功率是一个问题。测量储罐中的物位的雷达物位计以及其它类型的处理传感器通常与双线接口连接，其中只有两条线既用于向传感器供应有限功率又用于传送测量和处理的测量信号。该接口可以是数字通信叠加在上面的4-20mA工业环路，或诸如Fieldbus Foundation(FF)或Profibus的另一种双线现场总线。其它可能接口包括四线接口，其中两条线提供功率，两条线传送测量信号。因此，在4-20mA环路的情况下，可用功率取决于物位计的信号值，使得在信号值低(例如，大约4mA)的时段内，只有非常有限的功率可用。即使在高信号值(例如，大约20mA)的时段内，可用功率也可能不足以在测量周期期间向处理电路和微波发射器供电。

由于这个原因，可能需要某种形式的功率管理，以便在不同部件之间和随时间分配可用功率。这样的功率管理可以包括将能量存储在某种类型的储能设备中，以便这种能量可以用于在功率要求提高了的时段内升高可用功率。储能可以在每个测量周期之后的特别指定待机时段中进行，或在低活动性期间，在整个测量周期内进行。

在包含爆炸性气体或液体的储罐中进行测量的情况下，或在传感器处在爆炸危险区中的任何其它状况下，还存在防爆的问题。通常，通过某种类型的外壳使装置是防爆的，或者使它的外部电连接是本质安全(IS)的。后一种情况要求输入功率、电压和电流不超过安全法规(IS要求)规定的水平。这是通过设置在与本质安全区的接口中的所谓电气屏障来保证的。

但是，这些IS要求也将装置中允许的储能水平限制在给定电压和电流水平上。这样的限制适用于像电容和电感那样的存在于系统之中的任何能量存储装置，并且严重限制了如上所述的储能解决方案的适用性。在许多情况下，这导致了需要例如通过模制来封装电路的繁琐和昂贵的过程，并且，在其它情况下，安全法规甚至不接受封装作为保证防爆装置的手段。

发明内容

本发明的目的是解决上面描述的雷达物位计系统中的上述问题，在雷达物位计系统中提供改进的储能而不违反安全法规(IS要求)。

这个目的是借助于根据所附权利要求的雷达物位计、电源电路和方法实现的。

本发明基于这样的认识：虽然在工作电压上只允许非常有限的储能(例如电容)，但在较低电压下限制要宽松得多。

根据本发明的第一方面，提供了一种使用微波来测量容器中产品的表面的物位的雷达物位计系统，其包含：微波单元，用于向表面发送微波和接收表面反射的微波；处理电路，与所述微波单元连接并设置成根据发送微波与接收微波之间的关系确定物位；接口，用于向所述雷达物位计系统提供通信和功率；以及功率管理电路，用于调节所述微波单元和所述处理电路要使用的工作功率，其中所述功率管理电路包含DC-DC转换器，其具有与所述接口连接的输入端、与所述微波单元和所述处理电路连接的输出端、和与电基准点连接的基准端，其中所述输入端上的第一电压电平和所述输出端上的第二电压电平与所述电基准点上的基准电压电平有关；以及连接在所述DC-DC转换器的输入端与输出端之间的储能电容器。

根据这种设计，可以将足够量的能量存储在所述储能电容器中，以及所述储能电容器的存储容量基本上可以是不受限制的。使用大型电容器的可能性归因于以下事实：从电路原理的角度来看，所述储能电容器将被设置成与所述微波单元和所述处理电路的负载电容并联。于是，所述功率管理电路的电容因该电容源自串联电容而“减小”。