專利名稱：一種導波雷達液位計的制作方法
技術領域：
本發明屬于液位測量技術領域，更為具體地講，涉及一種導波雷達液位計。
背景技術：
液位的測量方式按照應用場合分類，可以分為連續測量和位式測量。這兩者的區別就在于是否主要測量固定液位。連續測量方式可以實時測量整個量程范圍內變動的液位信息。位式測量方式測量的則是固定的檢測點。在工業應用中常采用更有效的連續測量方式來檢測液位。常見的連續測量方式的液位計主要有連通式、壓差式、浮筒式、伺服式、電容式、磁致伸縮式、超聲波和雷達液位計等。雷達液位計是利用電磁波信號來檢測液位的一種儀器，由無線電檢測與雷達測距技術發展而來的，其基本原理是:產生并發射高頻電磁波，到達液面后經反射得到回波，通過測量發射波和回波之間的時間間隔T進行液位的估算。液面高度H與T的關系為:
權利要求
1.一種導波雷達液位計，其特征在于，包括: 控制及信號處理模塊，用于產生周期性的脈沖信號PWMl和PWM2，其中脈沖信號PWMl周期為h，脈沖信號PWM2周期為t2;脈沖信號PWM2的每個周期的低電平段為回波信號采樣時間段ts，高電平段為時間間隔測量時間段t。； 發射信號及采樣信號產生電路，用于將周期性的脈沖信號PWMl轉換為窄脈沖信號作為發射信號，同時，將轉換得到的窄脈沖信號在回波信號采樣時間段進行延遲，使每個窄脈沖信號周期步進增長At，得到采樣信號，并滿足:
2.根據權利要求1所述的導波雷達液位計，其特征在于，所述的發射信號及采樣信號產生電路包括鋸齒波產生電路以及帶相位負反饋環的信號產生電路； 所述發射信號是脈沖信號PWMl在帶相位負反饋環的信號產生電路中，由窄脈沖產生電路中轉換成同頻率的負極性的窄脈沖，然后經過另一非門反向后輸出窄脈沖，再經過放大驅動電路放大后得到； 鋸齒波產生電路產生一個在脈沖信號PWM2的每個周期的低電平段電壓線性增加，在高電平段為低電壓U1ot的周期性鋸齒波信號并輸出給帶相位負反饋環的信號產生電路； 在帶相位負反饋環的信號產生電路中，由斜波產生電路將負極性的窄脈沖轉換為下降沿到來時，電壓線性降低，上升沿到來時恢復為高電平的斜波信號；斜波信號再與鋸齒波信號疊加，形成回波信號采樣時間段％內電壓線性增加，時間間隔測量時間段t。為低電壓U1ot的帶有斜波信號的鋸齒波信號； 將此帶有斜波信號的鋸齒波信號送入帶相位負反饋環的信號產生電路中另一非門，同時，低電壓U1ot等于另一非門的低電平門限電壓；當其幅度低于另一非門的門限電壓時，輸出端由低電平變為高電平，獲得窄脈沖信號周期步進增長At的采樣信號； 在帶相位負反饋環的信號產生電路中，相位比較器對放大前的發射信號和采樣信號即兩個與非門的輸出進行相位比較，比較輸出相位差給低通濾波器；當相位差非正常的增加時，低通濾波器輸出的直流電平增加，該直流電平經過一反相放大器反向放大后，再通過另一反向放大器的負端與該反向放大器正端的鋸齒波信號進行疊加，使另一與非門輸入信號的幅值增加，其翻轉時刻提前，導致非正常增加的相位得到修正；相位差非正常減小時的情況過程相反。
3.根據權利要求2所述的導波雷達液位計，其特征在于，所述的鋸齒波產生電路包括分頻器、計數器、DAC及平滑電路； 將控制及信號處理模塊產生的周期性的脈沖信號PWMl輸送給分頻器，經過η分頻后輸入12位二進制紋波計數器，得到12路并行計數信號AO All，DAC及平滑電路將得到的12路并行計數信號AO All轉換為模擬信號并進行平滑；其中，AO是PWMl經η分頻后得到的信號，Al是AO經過2分頻后產生的信號，Α2是AO經過4分頻后產生的信號，以此類推，All是AO經過211分頻后產生的信號；其中，分頻數η根據具體電路確定。
脈沖信號PWM2控制計數器，使其只有在低電平的回波信號采樣時間段ts內計數，DAC及平滑電路輸出的電壓從低電壓Ulw線性上升；在脈沖信號PWM2為高電平的時間間隔測量時間段t。內停止計數，DAC及平滑電路輸出的電壓為低電壓UlOT，從而得到在脈沖信號PWM2的每個周期的低電平段電壓線性增加，在高電平段為低電壓U1ot的周期性鋸齒波信號； 鋸齒波產生電路21中的DAC及平滑電路輸出的周期性鋸齒波信號在脈沖信號PWM2為低電平的時間段，輸出電壓線性上升，在脈沖信號PWM2為高電平的時間段，輸出低電壓Uiow。
4.根據權利要求1所述的導波雷達液位計，其特征在于，所述的信號收發模塊包括二極管平衡混頻電路、兩個低通濾波器以及一個差分放大器；二極管平衡混頻電路又包括匹配網絡1、2、采樣電路1、2、耦合電容Cl以及匹配電阻構成； 匹配網絡有發射信號輸出端和回波信號輸出端，發射信號分為兩路分別輸出到匹配網絡1、2中，一路經過匹配網絡I匹配后，通過發射信號輸出端耦合到耦合電容Cl將發射信號上升沿處轉換為發射脈沖信號，并沿同軸電纜及導波桿進行傳輸，當其與被測液位液體表面接觸時，產生回波信號沿導波桿及同軸電纜返回匹配網絡1，然后通過回波信號輸出端輸出到采樣電路I中；另一路經過匹配網絡2匹配后通過發射信號輸出端輸出到匹配電阻上，匹配網絡2的輸出端與采樣電路2輸入端連接；其中，匹配電阻的阻值和同軸電纜及導波桿的特征阻抗相同，保證匹配網絡1、2回波信號輸出端的完全匹配，這樣發射信號通過匹配網絡1、2回波信號輸出端輸出的信號完全相同，可以在差分放大器中，將其抵消，從而使差分放大器輸出僅有回波信號； 采樣電路I由二極管D1、電容C2、電阻R2組成，采樣電路2由二極管D2、電容C2、電阻R2組成，兩個低通濾波器1、2的輸入端分別通過正向的二極管D1、D2連接到電阻R2，然后連接到地；同時，兩個低通濾波器1、2的輸入端還分別通過正向二極管Dl、D2連接到電容C2，然后連接到采樣信號。采樣信號上升沿到來時，通過電容C2使正向二極管Dl、D2不再導通，回波信號通過低通濾波器1、電容輸出到差分放大器正端，匹配網絡2的輸出端通過低通濾波器1、電容與差分放大器負端連接。
5.根據權利要求1所述的導波雷達液位計，其特征在于，還包括一放大比較電路組成5，用于對采集到的回波信號進行處理，將其轉換為控制及信號處理模塊可以識別的邊沿信號，同時通過脈沖信號PWM3產生用于時間間隔<的基準信號；其中脈沖信號PWM3由控制及信號處理模塊產生，脈沖信號PWM3是頻率為f2、周期為t2、占空比為35%的信號； 脈沖信號PWM3經過放大比較電路后產生基準信號，它是計算時間間隔<即為發射脈沖信號在導波桿中傳輸的時間的基準信號；通過調整同軸電纜的長度，使經時間擴展后頂部斷路回波信號出現的時刻正好對應在脈沖信號PWM3下降沿的時刻；基準信號的時刻就是頂部斷路回波信號的時刻；通過測量基準信號與回波信號之間的的時間間隔 <，便可得到電磁波在導波桿上傳輸的距離，進而得出實時的液面高度`值。
全文摘要
本發明提供了一種導波雷達液位計，通過控制及信號處理模塊產生兩路脈沖信號，一路在發射信號及采樣信號產生電路中轉變為窄脈沖信號，并作為發射信號在信號收發模塊中轉換為發射脈沖信號通過同軸電纜及導波桿傳輸到被測液位液體表面產生回波信號；另一路在回波信號采樣時間段對每個窄脈沖信號周期步進增長Δt，得到步進延時的采樣信號，然后送入信號收發模塊，在采樣信號的控制下，對回波信號進行采樣，由于采樣信號與發射脈沖信號同頻，但周期步進增長，并覆蓋回波信號與發射信號之間的最大時間間隔，實現了等效采樣對回波信號進行時間擴展，這樣可用較低的采樣頻率實現較高的測量精度。
文檔編號G01F23/284GK103175587SQ20131006463
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月1日 優先權日2013年3月1日
發明者趙輝, 楊紅宇, 李碩, 孫興信, 古天祥 申請人:電子科技大學