[发明专利]使用具有不同频率步阶的发送信号的填充物位确定

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达物位计系统，并且涉及一种确定罐体中的制品的填充物位的方法。

背景技术

随着二十世纪七十年代和八十年代雷达物位计被开发为商品，调频连续波（FMCW）已成为高准确度应用的主要测量原理。FMCW测量包括向罐体发送在大约几GHz的频率范围内扫描的信号。例如，信号可以在24GHz-27GHz或者或9GHz-10.5GHz的范围内。所发送的信号被罐体中的内含物的表面（或通过任意其他阻抗转变）反射，并且延迟了一定时间的回波信号返回至该物位计。回波信号与所发送的信号混合以生成混合信号，该混合信号的频率等于在时间延迟期间发生的所发送的信号的频率变化。如果使用线性扫描，则也称为中频（IF）的该差频与距反射面的距离成比例。混合信号经常被称为IF信号。

近来，改进了FMCW原理，并且现今，FMCW原理通常涉及不发送连续扫描信号、而是发送具有步进频率与几乎恒定的振幅的信号。当所发送的信号和所接收的信号被混合时，每个频率步阶将提供逐段恒定IF信号中的一个恒定段。

然后，以如传统FMCW系统中一样类似的方式，使用IF信号的频率来确定距反射面的距离。典型值可以是以1000-1500步阶划分的30m距离处200-300个IF时段。

应注意，也可对由连续频率扫描产生的连续IF信号进行采样以允许数字处理。

虽然高度准确，但是传统FMCW系统（连续的以及步进的）相对功耗大，从而使得它们不太适合功率受限的应用。这样的应用的示例包括通过诸如4-20mA环路的双线接口供电的现场装置、以及由内部电源（例如，电池或太阳能电池）供电的无线装置。

主要电力消耗装置是微波模块，其由于对频率准确度的要求，要求相对高的功率以在每次扫描期间生成并发出微波能量。在各次扫描之间，可以使用合适的装置来储存电力，使得较低的平均电力可以用来在扫描持续期间对微波模块供电。然而，由于空间限制和内在安全（IS）要求，这样的电力储存容量是被严格限制的。因此，关键是限制微波模块的活动时段、即限制扫描的持续时间。此外，期望限制采样率，以便降低模拟信号处理和A/D转换的功耗。最后，从性能角度，具有宽带宽以使得提供更鲁棒的测量是有利的。

在使用离散且相互不同的频率的时间序列作为发送信号的雷达物位计系统中，可以通过减少发送信号中的频率的数量来减小微波模块的活动时间。

然而，减少保持的带宽上的频率的数量会导致IF信号失真，这又会引入可能被误认为表面回波的假回波。

因此，通过减少发送信号中的频率的数量来降低雷达物位计系统的功耗会导致填充物位确定的可靠性降低。

发明内容

鉴于以上，本发明的一般目的是通过使用离散且相互不同的频率的时间序列作为发送信号的雷达物位计系统来提供改进的填充物位确定，具体地提供在填充物位确定的功耗和可靠性之间的更有利的折衷。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种使用雷达物位计系统来确定罐体中的制品的填充物位的方法，该方法包括以下步骤：向制品的表面发送第一发送信号，该第一发送信号包括限定第一发送信号的第一带宽的、第一数量的离散且相互不同的频率的时间序列，该第一发送信号展现第一带宽与第一数量之间的第一比率；接收由第一发送信号在第一发送信号遇到的阻抗不连续处的反射产生的第一反射信号；将第一发送信号和第一反射信号混合，以形成第一中频信号；基于第一中频信号，确定表示表面回波候选的第一集合的第一数据集合；向制品的表面发送第二发送信号，该第二发送信号包括限定第二发送信号的第二带宽的、第二数量的离散且相互不同的频率的时间序列，该第二发送信号展现第二带宽与第二数量之间的第二比率，其中第二比率不同于第一比率；接收由第二发送信号在第二发送信号遇到的阻抗不连续处的反射产生的第二反射信号；将第二发送信号和第二反射信号混合，以形成第二中频信号；基于第二中频信号，确定表示表面回波候选的第二集合的第二数据集合；基于第一数据集合和第二数据集合之间的比较，从指示发送信号在罐体中相同物位的阻抗不连续处的反射的表面回波候选的第一集合和表面回波候选的第二集合识别表面回波候选的子集；以及基于来自表面回波候选的第一集合和表面回波候选的第二集合的表面回波候选的子集，确定填充物位。

本发明基于如下实现：可以从使用具有不同频率步阶的两个（或更多个）发送信号的填充物位确定中识别以及忽视由中频信号的失真产生的“假回波”。虽然这两个发送信号可导致中频信号的失真，但是失真将不同，这产生了指示罐体中的不同物位的“假回波”。另一方面，对于这两个发送信号，真回波将导致指示罐体中的相同物位。