具有多個接收器支路的雷達物位計系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷達物位計系統和一種用于確定容器中的填充物位的方法。
【背景技術】
[0002]雷達物位計系統廣泛用于測量容器中的填充物位。通常通過如下方式來執行雷達物位計量:朝向容器中的物品傳播電磁發射信號，并且接收由發射信號在該發射信號遇到的阻抗過渡處(包括物品的表面)的反射所產生的電磁反射信號。
[0003]可以朝向容器中容納的物品輻射所發射的電磁信號，或者可以通過傳輸線探頭將所發射的電磁信號導向物品并導入到物品中。后者通常被稱為導波雷達(GWR)。
[0004]雷達物位計通常大體上被分類為脈沖式系統或者頻率調制連續波(FMCW)型系統。
[0005]脈沖式雷達物位計可以具有:第一振蕩器，用于生成通過朝向容器中容納的物品的表面傳輸具有發射脈沖重復頻率ft的脈沖而形成的發射信號；以及第二振蕩器，用于生成通過具有參考脈沖重復頻率f；的參考脈沖形成的參考信號，其中參考脈沖重復頻率f；與發射脈沖重復頻率ft相差給定頻率差Λ fD該頻率差Λ f典型地位于幾Hz或數十Hz的范圍內。
[0006]在測量掃描開始時，使發射信號和參考信號同步以具有相同的相位。由于頻率差Δ f，發射信號與參考信號之間的相位差在測量掃描期間將逐漸增加。
[0007]在測量掃描期間，將由發射信號在該發射信號遇到的阻抗過渡處的反射而形成的反射信號與參考信號進行關聯，以基于反射信號與參考信號之間的時間關聯性(等同于相位關系)形成測量信號。可以基于測量信號確定填充物位。
[0008]在FMCW型雷達物位計系統中，朝向所述表面發射具有時變頻率的發射信號，并基于發射信號與反射信號之間的頻率(和/或相位)差來確定距所述表面的距離。發射信號和反射信號可以在混頻器中進行組合，這產生了表示發射信號與反射信號之間的相位關系(具體地為相位/頻率差)的所謂的中頻信號。可以基于所測量的相位/頻率差和發射信號的相位/頻率隨時間的已知變化來確定距所述表面的距離。
[0009]為了確定容器中物品的填充物位，除了距物品的表面的距離之外，通常還確定距已知豎直位置處的參考阻抗過渡的距離。可以根據參考阻抗過渡與物品的表面之間的距離以及參考阻抗過渡的已知豎直位置來推斷填充物位。
[0010]例如，可以便利地通過在雷達物位計系統的信號傳播裝置(例如天線或者傳輸線探頭)與收發器之間的連接處的阻抗不連續提供參考阻抗過渡。
[0011]在這種情況下，例如，與由物品的表面反射的表面回波信號相比，由參考阻抗過渡反射的參考回波信號具有大得多的幅度。
[0012]這可能使得難以確定所接收的反射信號的合適的增益函數和/或確定基于反射信號與發射信號而形成的測量信號的合適的增益函數。增益可能過高，這可能導致參考回波信號飽和；或者增益可能過低，這可能導致辨別表面回波信號困難。
[0013]US6690320通過如下方式來解決該問題:在每個測量周期開始時使用相對低的放大因子，當從基準脈沖提取到時序信息時，軟件將放大因子增加至對于從小得多的物位回波脈沖提取時序信息而言最佳的更高值。
[0014]然而，存在與根據US6690320的方法相關的改進空間，特別是參考阻抗過渡與物品的表面之間的距離相對小的情況。
【發明內容】
[0015]鑒于現有技術的以上提及的缺點和其他缺點，本發明的總體目的為提供一種改進的填充物位確定。
[0016]因此，根據本發明的第一方面，提供了一種用于確定容器中的物品的填充物位的雷達物位計系統，包括:信號傳播裝置，其被設置成朝向物品的表面傳播電磁發射信號并且返回由所述電磁發射信號在所述發射信號遇到的阻抗不連續處的反射所產生的電磁反射信號；發射器電路，其耦接至信號傳播裝置并且被配置成在測量周期期間生成并發射所述發射信號；接收器電路，其耦接至信號傳播裝置并且被配置成在測量周期期間接收反射信號，該接收器電路包括:第一接收器支路，其被配置成將反射信號變換成表示發射信號與在測量周期期間接收的反射信號之間的相位關系的數字第一測量信號，該第一測量信號是根據與所述反射信號相關的第一增益函數經過幅度調制的；以及第二接收器支路，其被配置成將反射信號變換成表示發射信號與在測量周期期間接收的反射信號之間的相位關系的數字第二測量信號，該第二測量信號是根據與反射信號相關的、與所述第一增益函數不同的第二增益函數進行幅度調制的；以及處理電路，其耦接至第一接收器支路和第二接收器支路并且被配置成基于第一測量信號和第二測量信號來確定填充物位。
[0017]術語“增益函數”應當被理解為第一 /第二測量信號與所接收的信號之間的幅度關系。由于第一 /第二測量信號為數字信號(信號值的序列)，所以幅度關系是關于信號值與所接收的信號幅度的。
[0018]取決于雷達物位計系統的特定實施方式(例如如果雷達物位計系統為所謂的脈沖式雷達物位計系統或者為FMCW型的雷達物位計系統)，和/或取決于應用或測量情況，第一增益函數和第二增益函數可以表示數字第一/第二測量信號與模擬反射信號的幅度之間的不同關系。
[0019]例如，增益函數可以是頻率獨立的或頻率依賴的。
[0020]在頻率獨立增益函數的情況下，以上提及的幅度調制可以涉及將跨越測量信號的頻譜與可以小于或大于單位值(或等于單位值)的增益因子相乘。可替選地，頻率獨立增益函數可以涉及對于高于參考電壓電平的幅值，將該幅度值與第一增益因子相乘，而對于低于參考電壓電平的幅值，將該幅值與不同于第一增益因子的第二增益因子相乘。例如，參考電壓電平可以合適地為0V，于是可以將正幅值與第一增益因子相乘并且可以將負幅值與第二增益因子相乘。
[0021]在頻率依賴增益函數的情況下，特定頻率范圍可以被強衰減、有效地阻止，而其他頻率范圍可以被放大或者僅微弱地衰減。此外，增益可以被控制成隨著頻率基本連續地變化。例如，在FMCW型雷達物位計系統中，距所述表面(或另一阻抗過渡)更長的距離對應于測量信號(通常被稱為中頻信號或IF信號)的更高頻率。為了補償通過更長傳播路徑所產生的增加的衰減，較高的頻率比較低的頻率被放大得更多。
[0022]頻率依賴增益函數可以有利地使用一個或若干個模擬濾波器來實施。
[0023]相應地，第一接收器支路可以包括第一增益函數塊，其可以包括第一放大器和/或第一頻率濾波器。類似地，第二接收器支路可以包括第二增益函數塊，其可以包括第二放大器和/或第二頻率濾波器。第一/第二增益函數塊將第一/第二增益函數施加于對第一/第二增益函數塊的輸入信號以輸出經幅度調制的輸出信號，該輸出信號已經根據第一/第二增益函數進行了幅度調制。盡管已經提及了，但應當強調的是，第一增益函數塊和第二增益函數塊中任一個增益函數塊可以應用作為單位增益的最簡單的可能的增益函數。
[0024]雷達物位計系統可以有利地包括提供其他增益函數的另外的接收器支路。
[0025]本發明基于如下實現:可以通過將從傳播裝置到處理電路的信號路徑分為提供不同增益函數的至少第一接收器支路和第二接收器支路，來實現距容器中的物品的表面的距離的可靠且精確的確定。然后，給定反射信號將會產生如下兩個數字測量信號:其攜帶關于發射信號與反射信號之間的相同相位(時序)關系的信息但已經經受不同的增益函數。這可以例如用于同時并且在相同測量周期內調節不同的測量信號，使得它們對于容器中的不同區域的測量和/或具有明顯不同特性的阻抗過渡是最佳的。
[0026]由于第一測量信號和第二測量信號來源于同一反射信號，所以本發明的實施方式使得當物品的表面接近于參考阻抗過渡并且即使該表面在比參考阻抗過渡高的豎直位置處時，也能夠對參考阻抗過渡的豎直位置(在適用的情況下)和物品的表面進行精確確定。
[0027]此外，不管雷達物位計系統是否包括參考阻抗過渡，都提供根據不同增益函數經過幅度調制的同一測量信號的兩個副本使得能夠進行更高級的信號處理，由此，例如可以提高填充物位測量的靈敏度。
[0028]此外，兩個(或更多個)測量信號的比較使得能夠校準沿第一和/或第二接收器支路的各種部件。例如，可以相對于彼此對濾波器和/或放大器進行校準。
[0029]另外，測量信號的比較可以用于檢測在接收器支路之一中的錯誤，例如部件故障。這進一步提高了雷達物位計系統的可靠性。本發明的實施方式還提供了冗余填充物位確定，這本身就提高了填充物位確定的可靠性。
[0030]第二接收器支路可以有利地至少部分地與第一接收器支路并聯，從而提供在信號傳播裝置與處理電路之間的不同的信號路徑。反射信號同時在至少部分并聯的接收器支路中被同時變換。
[0031]此外，接收器支路中的至少一個接收器支路可以包括放大器電路和/或至少一個頻率濾波器，以用于實現以上所討論的提供頻率獨立或頻率依賴幅度調制的增益函數。
[0032]根據各個實施方式，第一接收器支路可以包括第一模數變換器電路；第二接收器支路可以包