[发明专利]具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪

说明书

本发明涉及具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪。根据本发明的雷达水准仪系统包括用于生成输出信号的PLL电路。PLL电路配置成指示PLL电路的锁状态，并且信号修改电路连接到PLL电路，用于接收输出信号，并且用于修改输出信号的至少一个性质以便形成传输信号。信号修改电路被布置并配置成接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的至少一个性质。

技术领域

本发明涉及雷达水准仪系统，并且涉及使用雷达水准仪系统来确定填充水平的方法。

背景技术

由于雷达水平计量在1970年代和1980年代已被开发为商业产品，所以调频连续波（FMCW）已成为针对高准确度应用的占优势的测量原理。FMCW测量包括将信号传输到罐中，所述信号在几个GHz量级的频率范围之上扫描。例如，信号可以处于25-27GHz或9-1.5GHz的范围内。传输的信号被罐中内容的表面（或任何其它阻抗迁移）反射，并且已被延迟一定时间的回声信号返回到仪表。回声信号与传输的信号相混合以生成混合器信号，该混合器信号具有与在时间延迟期间发生的传输信号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）的这个差频与到反射表面的距离成比例。混合器信号通常被称为IF信号。

最近，FMCW原理已被改进，并且今天典型地涉及不是传输连续扫描，而是传输具有拥有实际上恒定的振幅的步进频率的信号。当传输的信号和接收的信号混合时，每个频率步长会提供一个恒定分段的恒定IF信号，这样一来就提供了IF信号的一个“样本”。为了毫无疑义地确定分段恒定IF信号的频率，将会需要大于采样定理所规定数目的频率数N。然后以与传统FMCW系统中类似的方式使用IF信号的频率来确定到反射表面的距离。典型的值可以是1000-1500个步长中划分的30m距离处200-300个IF周期。

注意，由连续频率扫描引起的连续IF信号也可以被采样以便允许数字处理。

尽管高度准确，但是传统的FMCW系统（连续以及步进）相对而言功耗大，使得它们较少适合于电力受限的应用。这种应用的例子包括由二线接口如4-20mA回路供电的现场装置以及由内部电源（例如电池或太阳能电池）供电的无线装置。

发明内容

考虑到上述境况，本发明的一般目的是要使用FMCW测量原理来提供更有能效的填充水平确定。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统，包括：收发器，用于生成、传输和接收电磁信号；信号传播装置，其耦合到所述收发器，用于朝向所述产品的表面传播传输信号，并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器；以及处理电路，其耦合到所述收发器，用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平，所述收发器包括：PLL电路，用于生成输出信号，所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态；以及频率修改电路，其连接到所述PLL电路，用于接收所述输出信号，并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号，其中，所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制，并且其中，所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号，并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号，从所述第一状态迁移到所述第二状态。