CN102362158B - 用于高能效确定装料高度的脉冲雷达物位计系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用雷达物位计系统确定包含在储罐中的产品的装料高度的方法和系统，该方法包括以下步骤：使用输出具有第一振荡频率的第一信号的第一脉冲生成电路来生成发射信号；使用包括具有输入和输出的谐振器元件的第二脉冲生成电路来生成形式为具有第二脉冲重复频率的第二脉冲队列的参考信号，该第二脉冲重复频率与第一脉冲重复频率不同。生成参考信号的步骤包括以下步骤：向包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入提供第一信号；控制第二脉冲生成电路的至少一个参数；以及向谐振器元件的输入提供来自谐振器元件的输出信号。

Description

用于高能效确定装料高度的脉冲雷达物位计系统和方法
技术领域
本发明涉及一种使用脉冲雷达物位计系统确定包含在储罐中产品的装料高度的方法，并且涉及一种脉冲雷达物位计系统。
背景技术
雷达物位计(radar level gauge，RLG)系统广泛地用于确定包含在储罐中的产品的装料高度。雷达液位测量一般通过非接触测量(其中向包含在储罐中的产品放射电磁信号)或者通过通常被称作导波雷达(guidedwave radar，GWR)的接触测量(其中通过用作波导的探针将电磁信号导向并进入产品内)来执行。探针一般被布置为从储罐的顶部向底部竖直延伸。探针也可能被布置在测量管内(所谓的腔)，该测量管连接到储罐的外壁并且和储罐的内部流体连接。
发射的电磁信号在产品的表面被反射，并且该反射信号被包括在雷达物位计系统中的接收器或者收发器接收。基于该发射和反射的信号，可以确定到该产品的表面的距离。
更具体地，一般基于电磁信号的发射和该信号在储罐中的空气和包含其中的产品之间的界面中的反射的接收之间的时间来确定到产品表面的距离。为了确定产品的实际装料高度，基于上面提到的时间(所谓的飞行时间)和电磁信号的传播速度来确定从参考位置到表面的距离。
如今市场上的多数雷达物位计系统或者是基于脉冲的发射和它在产品表面上的反射的接收之间的时间差来确定到包含在储罐中的产品的表面的距离的所谓的脉冲雷达物位计系统，或者是基于发射的调频信号和它在表面的反射之间的相位差来确定到表面的距离的系统。后一类型的系统一般被称为FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)类型。
对于脉冲雷达物位计系统，一般使用时间扩展技术来解决飞行时间。
这样的脉冲雷达物位计系统典型地具有第一振荡器，用于生成由以发射脉冲重复频率ft向包含在储罐中的产品表面发射的脉冲形成的发射信号，以及第二振荡器，用于生成由具有与发射脉冲重复频率ft相差为给定的频率差Δf的参考脉冲重复频率fr的参考脉冲形成的参考信号。该频率差Δf典型地在Hz或者数十Hz的范围内。
在测量扫描的开始，使发射信号和参考信号同步以具有相同的相位。由于频率差Δf，发射信号和参考信号之间的相位差在测量扫描期间将逐渐增加。
在测量扫描期间，由发射信号在包含在储罐中的产品表面的反射形成的反射信号与参考信号相关，使得当反射脉冲和参考脉冲同时发生时仅产生输出信号。由反射信号和参考信号的相关性产生的从测量扫描的开始到输出信号发生的时间是发射信号和反射信号之间相位差的度量，该时间又是反射脉冲的飞行时间的时间扩展度量，从该时间可以确定到包含在储罐中的产品的表面的距离。
由于发射信号和参考信号之间的频率差Δf的准确性对于脉冲雷达物位计系统的性能很重要，可以通过监控频率差Δf并且调整第二振荡器以保持预定频率差Δf的调整器来控制第二振荡器。
为提供稳定的调整，调整器典型地可能需要量级为数百个的频率差Δf的采样，该频率差Δf对应于由于期望达到足够的时间扩展的频率差Δf的低值而长度可为20-30秒的持续时间。
因此，当前可获得的脉冲雷达物位计系统通常需要在实际装料高度测量可以开始之前需要上电充足的时间段。
发明内容
鉴于现有技术上面提到的和其它的缺点，本发明的一般目的在于提供一种改进的雷达物位计系统和方法，并且尤其提供一种能够更高能效地确定装料高度的脉冲雷达物位计系统和方法。
根据本发明的第一方面，通过使用雷达物位计系统确定包含在储罐中的产品的装料高度的方法实现这些和其他目的，该方法包括以下步骤：使用输出具有第一振荡频率的第一信号的第一脉冲生成电路来生成发射信号，该发射信号的形式为具有第一脉冲重复频率的第一脉冲队列；使用包括具有输入和输出的谐振器元件的第二脉冲生成电路来生成形式为具有第二脉冲重复频率的第二脉冲队列的参考信号，该第二脉冲重复频率和第一脉冲重复频率相差预定频率差；向包含在储罐中的产品的表面传播发射信号；接收由发射信号在产品的表面处的反射所得到的反射信号；形成包括值的序列的测量信号，每个值代表参考信号的脉冲和反射信号的脉冲之间的时间相关性；以及基于测量信号确定装料高度，其中生成参考信号的步骤包括以下步骤：向包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入提供第一信号；监控来自谐振器元件的输出信号，该输出信号基本上对应于被延迟一时间延迟的第一信号；将第二脉冲生成电路的至少一个参数控制为产生与预定频率差相对应的时间延迟的参数值；以及向谐振器元件的输入提供来自谐振器元件的输出信号，同时保持至少一个参数的参数值，由此生成参考信号。
需要指出没有任何根据本发明的多个方面的方法被限制于以任何特定顺序执行其步骤。此外，可以在一个时间点执行一些步骤，并且在另一时间点执行其他步骤。
储罐可以是任何能够包含产品的容器或者器皿，并且可以是金属的，或者部分或者完全非金属的，开放的、半开放的、或者闭合的。此外，可以通过使用向储罐内的产品传播发射信号的信号传播装置直接确定包含在储罐中的产品的装料高度，或者通过使用布置在位于储罐外部的所谓的腔内、但是以腔内的高度对应于储罐内的高度这样的方式和储罐的内部流体连接的传播装置间接地确定包含在储罐中的产品的装料高度。发射信号是电磁信号。
本发明基于如下实现，当第一脉冲生成电路输出的第一信号提供给谐振器元件的输入时第一信号和来自谐振器元件的输出信号之间的时间延迟与当来自谐振器元件的输出信号提供给谐振器元件的输入时、也就是当第二脉冲生成电路中的谐振器元件布置为振荡电路配置时第一信号和来自谐振器元件的输出信号之间的频率差成比例。换句话说，本发明人已经实现了可以通过控制第二脉冲生成电路的至少一个参数来控制第一脉冲生成电路和第二脉冲生成电路输出的信号之间的频率差，以获得当雷达物位计系统处于第一状态中时谐振器元件的输出和输入之间的期望时间延迟(对应于预定频率差)，并且然后将雷达物位计系统转换到第二状态，在第二状态中，以具有在雷达物位计系统处于第一状态时产生期望时间延迟的相同的参数设置的反馈配置来操作第二脉冲生成电路。
本发明人还实现了通过基于时间延迟调整第二脉冲电路比基于频率差的直接测量更快地获得稳定的频率差，因为在第二脉冲生成电路的脉冲重复频率上可以获取新的时间延迟采样。
因为脉冲重复频率可能大约是频率差的106倍，相应地可以减少启动时间，这提供了更高能效的脉冲雷达物位计系统。
通过本发明的多个实施例获得的这种效果被认为对于没有连接到固定电源线，而是通过一个或者多个电池或者其它本地电源本地供电的雷达物位计系统尤其重要。
在现有技术系统中，在两次连续测量扫描的开始时间之间的最小时间对应于预定的频率差的一个完整周期，因为第一脉冲生成电路和第二脉冲生成电路输出的信号在测量扫描开始时应该是同相的。
此外，为了允许根据频率差的现有技术对每次测量扫描直接调整，每次测量扫描应该持续预定频率差的整个周期。
通常由于频率差的典型值和涉及的测量范围，仅需要一部分这样的持续频率差的整个周期的测量扫描来确定装料高度。
通过根据本发明的方法，可以控制第一脉冲生成电路和第二脉冲生成电路以同相并且以比现有技术方法可能的更频繁地获得期望的频率差这样的方式来进行操作。因此，测量扫描可以在比以前可能的时间短的多的时间之后重新开始。作为结果，可以节省电能和时间。通过本发明的多个实施例可以在实践上任意确定测量扫描的持续时间(利用由第一/第二脉冲生成电路的脉冲重复频率确定的最小增量)，并且从而可以基于比如储罐的尺寸和/或预期的装料高度等因子来调整。
控制的步骤可以有利地包括控制包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件两端的无功负载的步骤。通过控制谐振器元件两端的无功负载可以方便地控制馈送给第二脉冲生成电路的信号以其经过谐振器元件这样的方式的延迟。当第二脉冲生成电路被布置为振荡器配置时，随着在谐振器元件的输出处的信号被反馈给谐振器元件的输入，谐振器元件两端的无功负载确定第二脉冲生成电路的谐振频率。
作为控制谐振器元件两端的无功负载的替换或者补充，可以通过控制谐振器元件本身的电子和/或机械属性来控制时间延迟。
此外，第二脉冲生成电路可以包括压控电容器，并且控制无功负载的步骤可以包括控制施加在压控电容器两端的电压的步骤。这是控制谐振器元件两端的无功负载的方便的方法。一种类型的压控电容器通常被称为可变电抗器或者变容二极管。
根据多个实施例，根据本发明的方法可以还包括延迟发射信号和参考信号中的至少一个的步骤，以补偿第二脉冲生成电路中的延迟。这里，可以缩短从雷达物位计系统转换到第二状态直到发射信号和参考信号同相的时间。作为结果，可以减少在开始测量扫描之前的时间，这提供了减少的雷达物位计系统的能量消耗。
在控制发射信号和参考信号之间的频率差使得参考信号的频率比发射信号的频率略低的情况下，可以有利地延迟发射信号使得第一脉冲队列中的第一脉冲发生在比第二脉冲队列中的第一脉冲更晚的时间。
可替换地，可以控制发射信号和参考信号之间的频率差使得参考信号的频率比发射信号的频率略高。在这种情况下，可以有利地延迟参考信号使得第二脉冲队列中的第一脉冲发生在比第一脉冲队列中的第一脉冲更晚的时间。
根据本发明的第二方面，通过雷达物位计系统实现上面提到的以及其它目标，用于确定包含在储罐中的产品的装料高度，该雷达物位计系统包括：第一脉冲生成电路，具有用于输出具有第一振荡频率的第一信号的输出，用于生成形式为具有第一脉冲重复频率的第一脉冲队列的发射信号；第二脉冲生成电路，包括具有输入和输出的谐振器元件，用于生成形式为具有第二脉冲重复频率的第二脉冲队列的参考信号，该第二脉冲重复频率和第一脉冲重复频率相差预定频率差；传播装置，连接到第一脉冲生成电路，并且被布置为向储罐内的产品的表面传播发射信号，并且返回由发射信号在包含在储罐中的产品的表面处的反射所得到的反射信号；测量电路，连接到传播装置，并且可连接到第二脉冲生成电路，测量电路被配置为形成包括值的序列的测量信号，每个值代表参考信号和反射信号的脉冲之间的时间相关性；以及处理电路，连接到测量电路，用于基于测量信号来确定装料高度，其中雷达物位计系统还包括：可控制以使雷达物位计系统在以下第一状态和第二状态之间转换的转换元件：第一状态用于频率差的校准，其中第一脉冲生成电路的输出连接到包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入；以及第二状态用于装料高度的测量，其中包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输出连接到包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入和测量电路。
根据一个实施例，传播装置可以是被布置成向着包含在储罐中的产品延伸并延伸进入产品以用于向产品的表面引导发射信号的探针，并且沿着该探针引导反射信号返回。
根据另一个实施例，传播装置可以包括用于向包含在储罐中的产品表面放射发射信号并且捕获由发射信号在包含在储罐中的产品表面处的反射得到的反射信号的天线装置。
需要指出的是包括在处理电路中的任意一个或者多个装置可以提供为单独的物理组件、单个组件内的单独硬件块、或者由一个或者多个微处理器执行的软件。
第一脉冲生成电路和第二脉冲生成电路中的任一个或者两个可以以压控振荡电路的形式提供，压控振荡电路可以包括晶体振荡器。可替换地，第一脉冲生成电路和第二脉冲生成电路中的任一个或者两个可以包括由包括具有电感特征的部分和具有电容特征部分的电路形成的谐振器元件。
例如，测量电路可以包括混频器并且测量信号可以通过混合参考信号和反射信号来形成使得在每次参考脉冲经过反射信号的时间域时生成指示时间相关性的脉冲。
例如，以一个或者多个电子开关的形式提供转换元件，转换元件是可控制的以在用于频率差校准的第一状态和用于装料高度测量的第二状态之间转换雷达物位计系统。为了提供在发射信号和参考信号之间期望的信号隔离，可能期望以至少两个串行布置的电子转换元件的形式提供转换元件。
根据本发明的多个实施例，雷达物位计系统可以还包括监控电路，被布置为当雷达物位计系统处于第一状态时，监控来自谐振器元件的输出信号相对于第一信号的时间延迟；以及控制单元，被布置为将第二脉冲生成电路的至少一个参数控制为产生与预定频率差相对应的时间延迟的参数值。
需要指出的是在当雷达物位计系统处于第一状态时经过第二脉冲生成电路的信号的时间延迟与当雷达物位计处于第二状态时第二脉冲生成电路所生成的信号的频率之间存在相关性。可以为第二脉冲生成电路确定该相关性并且可以例如以查找表或者类似的形式存储结果。这可以有利地在部署雷达物位计系统之前进行，但是也可以在将雷达物位计安装到现场之后进行。例如，查找表或者类似的可以存储在包括在雷达物位计系统中的非易失性存储器中。
第二脉冲生成电路可以包括谐振器元件两端的可控制的无功负载。
当是这种情况时，控制单元可以被布置成控制无功负载由此使得将时间延迟控制为与发射信号和参考信号之间的期望频率差相对应的时间延迟值。
可控制的无功负载可以有利地包括压控电容器，其中可以通过控制压控电容器两端的电压来控制第二脉冲生成电路中的谐振器元件两端的无功负载。
此外，雷达物位计系统还可以有利地包括布置在第一脉冲生成电路和传播装置之间的延迟装置，用于在向包含在储罐中的产品的表面传播发射信号之前延迟发射信号。可替换地，或者与之结合，雷达物位计系统可以包括布置在第二脉冲生成电路和测量电路之间的延迟装置，用于延迟参考信号。
例如，可以以RC电路、LC电路、多种电子滤波器架构等形式、或者以技术人员所了解的任何其它方式来提供这样的一个或多个延迟装置。根据发射信号和参考信号中哪个具有更高的频率，可以调整一个或多个延迟装置以使发射信号延迟使得在第一脉冲队列中的第一脉冲发生在比第二脉冲队列中的第一脉冲更晚的时间这样的延迟时间，或者使参考信号延迟使得第二脉冲队列中的第一脉冲发生在比第一脉冲队列中的第一序列更晚的时间这样的延迟时间。
此外，当雷达物位计处于第一状态中时，包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输出可以不与包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入相连接；以及当雷达物位计处于第二状态中时，第一脉冲生成电路的输出可以不与包括在第二脉冲生成电路中的谐振器元件的输入相连接。
本发明的进一步的实施例以及通过本发明的第二方面获得的效果和上面针对本发明的第一方面所描述的那些非常相似。
附图说明
将参考示出了本发明的当前优选实施例的附图更详细描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1示意性地图示了安装在包含固体的示例性储罐中的根据本发明的实施例雷达物位计系统；
图2是包括在图1中的雷达物位计系统中的测量电子单元的示意性图示；
图3是示意性图示了图1中的雷达物位计系统的框图；
图4示意性图示了图3中调整器的示例性实施例；
图5a-b分别示意性图示了当图3中的雷达物位计系统处在第一和第二状态时出现在其中的信号；以及
图6是示意性图示了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在本详细说明书中，参考非接触型的脉冲雷达物位计系统主要讨论根据本发明的雷达物位计的多个实施例，在该非接触型的脉冲雷达物位计系统中，使用比如锥形天线、喇叭形天线、阵列天线或者贴片天线这样放射天线形式的传播装置向包含在储罐中的产品传播电磁信号。
需要指出的是这并不限制本发明的范围，本发明同样可应用于利用比如单探针(包括所谓的郭柏(Goubau)探针)、双探针、同轴探针等探针形式的传播装置的脉冲导波雷达(GWR)物位计系统。
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的雷达物位计系统1，包括测量电子单元2、以及放射天线装置形式的传播装置3。雷达物位计系统1设置在储罐5上，该储罐部分地填充要被测量的产品6。在图1中图示的情况下，产品6是固体，比如谷类或者塑料球，但是产品可以同样地是液体，比如水或者基于石油的产品。通过分析通过天线装置3向产品6的表面7放射的发射信号ST以及从表面7返回的反射信号SR，测量电子单元2可以确定参考位置和产品6的表面7之间的距离，从而可以推导出装料高度。需要指出的是，虽然在这里讨论包含单一产品6的储罐5，但是可以用类似的方法测量到存在于储罐5中的任意材料界面的距离。
如图2中示意性图示的，电子单元2包括收发器10和处理单元11，收发器10用于发射和接收电磁信号，处理单元11连接到收发器10上用以控制收发器并且处理收发器接收到的信号以确定储罐5中的产品6的装料高度。
此外，处理单元11可经由接口12连接到用于模拟和/或数字通信的外部通信线13。而且，虽然图2中未示出，雷达物位计系统1典型地可连接到外部电源，或者可以通过外部通信线13供电。可替换地，雷达物位计系统1可以本地供电，并且可以被配置成无线通信。
虽然在图2中被示为单独的块，也可以在同一个电路板上设置收发器10、处理电路11和接口12中的几个。
此外，在图2中，收发器10被图示为与储罐5的内部分离并且经由穿过设置在储罐壁中的导孔(feed-through)15的导体14连接到天线装置3。应该理解不一定是这种情况，至少可以在储罐5的内部中设置收发器10。比如，在以如图2中示意性图示的贴片天线形式设置天线装置3的情况下，至少可以在同一电路板上设置收发器10和贴片天线3。
图3是示意性示出包括在图1中的雷达物位计系统中的功能部件的框图。该示例性雷达物位计系统1包括发射器分支和接收器分支，发射器分支用于生成并向包含在储罐(图3中未示出)中的产品6的表面7发射发射信号ST，接收器分支用于接收并操作由发射信号ST在产品6的表面7处的反射得到的反射信号SR。
发射器分支包括第一脉冲生成器20形式的第一脉冲生成电路、延迟装置21和发射器天线22，并且发射器分支包括第二脉冲生成电路25、测量电路(在这里以混频器26的形式)以及接收天线27。雷达物位计系统1还包括开关28以及用于控制雷达物位计系统1的测量操作的测量控制单元30。
在这里以压控晶体振荡器的形式提供第二脉冲生成电路25，该压控晶体振荡器包括具有输入33和输出34的晶体振荡器32的形式的谐振元件、反相放大器35和以布置在晶体振荡器32的输入33和地之间的电容二极管36形式的可控制的无功负载。
通过开关28，雷达物位计系统1在第一状态和第二状态之间是可控制的，在第一状态中，晶体振荡器32的输入33连接到第一脉冲生成器20的信号输出，在第二状态中，晶体振荡器32的输入33改为经由典型振荡器反馈配置中的反相放大器35连接到晶体振荡器32的输出34。
在测量操作中，将在第二状态中控制雷达物位计系统1，这使得第一脉冲生成器20和第二脉冲生成电路25独立操作。第一脉冲生成器20生成的信号在通过发射天线22向产品6的表面7放射之前通过延迟装置21延迟作为发射信号ST。
发射信号ST在储罐中产品6的表面7处被反射，并且反射信号SR被接收器天线27接收并反馈给混频器26。由于从发射器天线22到表面7并且返回到接收器天线27的飞行时间，反射信号SR原则上是发射信号ST的延迟形式。但是，延迟通常很小以至于实际中不可能以足够的精度直接测量它。
因此，在混频器26中在反射信号SR和由第二脉冲生成电路25输出的参考信号SREF之间执行时间相关。参考信号SREF是在频率上与第一脉冲生成器20输出的信号相差预定频率差Δf的信号。当测量扫描开始时，参考信号SREF和发射信号ST是同相的，并且接下来确定了在参考信号“赶上”反射信号SR之前的时间。从该时间和频率差Δf，可以确定到表面7的距离。
在前面段落中简单描述的时间扩展技术被本领域技术人员所熟知，并且在脉冲雷达物位计系统中广泛使用。
如技术人员容易理解的那样，装料高度可靠和准确的测量需要频率差Δf的精确调节。对于现有技术的典型的雷达物位计系统，如在背景技术部分中调到的那样，这样的精确调节需要在频率差的大量周期上监控和调节频率差Δf，这可能是一个相对长的时间，因为频率差Δf通常比较小，比如在Hz或者数十Hz的范围中。
如下面将要对图3中的示例性雷达物位计系统描述的，调节频率差Δf的这一时间可以通过根据本发明的多个实施例的雷达物位计系统动态地缩短。
为了调节/校准雷达物位计系统1上电时和/或者在测量扫描之间的频率差，操作开关28以控制雷达物位计系统1到第一脉冲生成器20的输出连接到晶体振荡器32的输入33的第一状态。在晶体振荡器32的输出34处的信号将是与输入信号具有相同频率的信号，但是取决于第二脉冲生成电路25的特性具有时间延迟td。具体地，可以通过控制电容二极管36两端的电压来在最小时间延迟td，min和最大时间延迟td，max之间控制时间延迟td。由于通过使用与当雷达物位计系统1处于它的第二状态中时用来控制频率差Δf的参数相同的参数(也就是电容二极管36两端的电压)，时间延迟是可控制的，因此在当雷达物位计系统处于它的第一状态时的时间延迟td的值和当雷达物位计系统处于它的第二状态时的频率差Δf之间存在一对一的关系。
因而，可以通过将雷达物位计系统转换到第一状态并且调节时间延迟td，然后在保持电容二极管36两端的电压的情况下转换回第二状态来间接调整频率差Δf，这可以产生期望的时间延迟td。
时间延迟td的调整可以按照远高于频率差Δf的参考信号SREF的频率发生。因此，达到稳定和调整的频率差Δf的时间可从数秒减少至数毫秒，这对于雷达物位计系统1的功率消耗有很大影响。
需要指出图3中图示的雷达物位计系统1已经被简化并且根据本发明的多个实施例的雷达物位计系统可能典型地包括另外的部件，比如在发射器分支上和接收器分支上的高频脉冲生成器，其中每个由调幅脉冲队列形成的脉冲可以用来确定装料高度。
另外，如上面参考图2简要描述的，雷达物位计系统1包括连接到测量电路26的用于确定包含在储罐中的产品6的装料高度的处理电路(图3中未示出)。
参考图4，现在将描述图3中的测量控制单元30的示例性的配置。
当图3中的雷达物位计系统1处于它的第一状态时，来自第一信号生成器20的输出信号和通过经过第二脉冲生成电路25被延迟的相同信号都提供给时间延迟检测器40。从时间延迟检测器40，检测到的时间延迟被提供给调整器41，该调整器41比较检测到的时间延迟和存储在非易失性存储器42中的期望时间延迟。作为比较的结果，调整器输出在晶体振荡器32的输入33和在第二脉冲生成电路25中的电容二极管36之间提供的电压，以向着与预定频率差Δf相对应的期望时间延迟td，desired调整时间延迟td。在调整器41和第二脉冲生成电路25之间提供采样保持放大器43用于在雷达物位计系统1被控制到它的第二状态并且执行测量时保持电容二极管36两端的电压。
在这样的背景下需要指出采样保持放大器43是能够在给定时间上保持电压电平的装置的一个简单的示意性例子，并且有多种其他装置可以提供期望的功能，正如本领域技术人员所熟知的那样。
需要指出时间延迟检测器40可能同样地检测信号之间的相位差，该相位差等效于经过第二脉冲生成电路25的信号的延迟。
现在将参考图5a-b简要描述在图3中的雷达物位计系统1处于第一和第二状态时其中多种信号之间的关系。
在图5a中，示出了如结合图3和4在上面描述的当雷达物位计系统1处于第一状态时信号输入到测量控制单元30的信号的例子。
如图5a中可以看到的，第一脉冲生成器20输出的信号S1和存在于晶体振荡器的输出34处的延迟信号S2具有相同的频率，但是存在由晶体振荡器32的特性和第二脉冲生成电路的设置(具体地电容二极管36两端的电压)所确定的时间延迟td。
图5b图示了多个当雷达物位计系统1处于第二状态也就是测量状态时存在于其中的各种信号。当使雷达物位计系统1从第一状态转换到第二状态同时保持电容二极管36两端的电压时，第二脉冲生成电路25输出的信号SREF将和第一脉冲生成器20输出的信号S1具有相同的频率，但是延迟时间延迟td。当测试扫描开始时，发射信号ST和参考信号SREF将是同相的。为了缩短从设置雷达物位计系统1处于第二状态到测试扫描可以开始时的时间，第一脉冲生成器20输出的信号S1因此被延迟给定时间，使得发射信号ST的第一脉冲在雷达物位计系统1被设置在第二状态中后相对于参考信号SREF延迟。由此，参考信号SREF在相对短的时间后将“赶上”发射信号，表示测量扫描的开始。
现在将参考图6中的流程图描述根据本发明的方法的实施例。
参考图6，当雷达物位计系统处于第一状态时在步骤601-604中执行频率差的校准/调整，并且当雷达物位计系统处于第二状态时在步骤605-607中执行测量扫描。这些步骤的集合可以如图6中指示的那样依次执行，或者可以在一次校准/调整操作后执行几个测量扫描。
在步骤601中，第一脉冲生成器生成第一信号S1。在接下来的步骤602中将第一信号S1提供给晶体振荡器32的输入33。此后，在步骤603中，监控来自晶体振荡器32的输出S2，并且在步骤604中控制第二脉冲生成电路25中的电容二极管36上的电压以将信号S1、S2之间的时间延迟td控制为对应于预定频率差Δf的期望时间延迟td，desired。
在接下来的步骤605中，控制雷达物位计系统到第二状态并且将来自晶体振荡器32的输出信号S2提供到晶体振荡器32的输入33，同时保持电容二极管36两端的电压。此后，在步骤606中，反射信号SR和第二脉冲生成电路25输出的参考信号SREF在混频器26中时间相关。最后，在步骤607中，处理电路基于时间相关的结果来确定装料高度。

Claims (16)

1.一种使用雷达物位计系统确定包含在储罐中的产品的装料高度的方法，所述方法包括以下步骤：
使用输出具有第一振荡频率的第一信号的第一脉冲生成电路来生成发射信号，所述发射信号的形式为具有第一脉冲重复频率的第一脉冲队列；
使用包括具有输入和输出的谐振器元件的第二脉冲生成电路来生成形式为具有第二脉冲重复频率的第二脉冲队列的参考信号，所述第二脉冲重复频率和所述第一脉冲重复频率相差预定频率差；
向包含在储罐中的所述产品的表面传播所述发射信号；
接收由所述发射信号在所述产品的所述表面处的反射所得到的反射信号；
形成包括值的序列的测量信号，每个值代表所述参考信号的脉冲和所述反射信号的脉冲之间的时间相关性；以及
基于所述测量信号确定所述装料高度，
其中生成所述参考信号的步骤包括以下步骤：
向包括在所述第二脉冲生成电路中的谐振器元件的所述输入提供所述第一信号；
监控来自所述谐振器元件的输出信号，所述输出信号基本上对应于被延迟一时间延迟的所述第一信号；
将所述第二脉冲生成电路的至少一个参数控制为产生与所述预定频率差相对应的所述时间延迟的参数值；以及
向所述谐振器元件的所述输入提供来自所述谐振器元件的所述输出信号，同时保持所述至少一个参数的所述参数值，由此生成所述参考信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制步骤包括以下步骤：
控制包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件两端的无功负载。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二脉冲生成电路包括压控电容器，并且所述控制所述无功负载的步骤包括以下步骤：
控制施加在所述压控电容器两端的电压。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的方法，还包括延迟所述发射信号和所述参考信号中的至少一个的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述发射信号被延迟使得所述第一脉冲队列中的第一脉冲发生在比所述第二脉冲队列中的第一脉冲更晚的时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述参考信号被延迟使得所述第二脉冲队列中的第一脉冲发生在比所述第一脉冲队列中的第一脉冲更晚的时间。
7.一种雷达物位计系统，用于确定包含在储罐中的产品的装料高度，所述雷达物位计系统包括：
第一脉冲生成电路，具有用于输出具有第一振荡频率的第一信号的输出，用于生成形式为具有第一脉冲重复频率的第一脉冲队列的发射信号；
第二脉冲生成电路，包括具有输入和输出的谐振器元件，用于生成形式为具有第二脉冲重复频率的第二脉冲队列的参考信号，所述第二脉冲重复频率和所述第一脉冲重复频率相差预定频率差；
传播装置，连接到所述第一脉冲生成电路，并且被布置为向所述储罐内的所述产品的表面传播所述发射信号，并且返回由所述发射信号在包含在所述储罐中的产品的所述表面处的反射所得到的反射信号；
测量电路，连接到所述传播装置，并且可连接到所述第二脉冲生成电路，所述测量电路被配置为形成包括值的序列的测量信号，每个值代表所述参考信号和所述反射信号的脉冲之间的时间相关性；以及
处理电路，连接到所述测量电路，用于基于所述测量信号来确定装料高度，
其中所述雷达物位计系统还包括：
可控制以使雷达物位计系统在以下第一状态和第二状态之间转换的转换元件：
所述第一状态用于所述频率差的校准，其中所述第一脉冲生成电路的所述输出连接到包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输入；以及
所述第二状态用于所述装料高度的测量，其中包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输出连接到包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输入和所述测量电路。
8.根据权利要求7所述的雷达物位计系统，还包括：
监控电路，被布置为当所述雷达物位计系统处于所述第一状态时，监控来自所述谐振器元件的所述输出信号相对于所述第一信号的时间延迟；以及
控制单元，被布置为将所述第二脉冲生成电路的至少一个参数控制为产生与所述预定频率差相对应的所述时间延迟的参数值。
9.根据权利要求8所述的雷达物位计系统，其中所述控制单元还被布置为在所述雷达物位计系统处于所述第二状态时保持所述参数值，由此达到所述预定频率差。
10.根据权利要求7到9中任意一项所述的雷达物位计系统，其中所述第二脉冲生成电路包括所述谐振器元件两端的可控制的无功负载。
11.根据权利要求10所述的雷达物位计系统，还包括：
监控电路，被布置为当所述雷达物位计系统处于所述第一状态时，监控来自所述谐振器元件的所述输出信号相对于所述第一信号的时间延迟；
控制单元，被布置为将至少所述谐振器元件两端的所述无功负载控制为产生与所述预定频率差相对应的所述时间延迟的无功负载值。
12.根据权利要求10所述的雷达物位计系统，其中所述可控制的无功负载包括压控电容器。
13.根据权利要求7到9中任意一项所述的雷达物位计系统，还包括布置在所述第一脉冲生成电路和所述传播装置之间的延迟装置，用于在向包含在所述储罐中的所述产品的所述表面传播所述发射信号之前延迟所述发射信号。
14.根据权利要求7到9中任意一项所述的雷达物位计系统，还包括布置在所述第二脉冲生成电路和所述测量电路之间的延迟装置，用于延迟所述参考信号。
15.根据权利要求7到9中任意一项所述的雷达物位计系统，其中：
在所述第一状态中，包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输出不与包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输入相连接；以及
在所述第二状态中，所述第一脉冲生成电路的所述输出不与包括在所述第二脉冲生成电路中的所述谐振器元件的所述输入相连接。
16.根据权利要求7到9中任意一项所述的雷达物位计系统，其中所述谐振器元件包括具有预定谐振频率的晶体。
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