CN103674176A - 一种料位检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

当测量小介电常数的介质时，由于导波雷达物位计与被测介质的介电常数相差很大，因而会产生强烈的尾波信号。本发明根据该尾波信号对导波雷达物位计的检测结果进行验证，提高了料位检测的精度。

Description

一种料位检测方法和装置

技术领域

本发明涉及料位测量领域，更具体的说是涉及一种料位检测方法和装置。

背景技术

随着石油和化工工业的发展，物位计在工业自动控制领域得到了越来越广泛的应用。目前市场上存在的物位计通常以雷达物位计为主，比如：导波雷达物位计和脉冲雷达物位计。。

导波雷达物位计采用时域反射原理和时域拓展技术进行测量的。其工作原理为：由发射单元输出的脉冲信号沿着导波雷达物位计的导波杆传播，当该脉冲信号传播到导波杆和被测介质的接触位置时，产生回波信号。进而，接收单元根据输出的脉冲信号和回波信号的时间差，从而得到被测介质的料位。

需要说明的是，在测量小介电常数的介质时，由于空气和被测介质的介电常数相差不大，因而在分界面处无明显的回波，增加了导波雷达物位计对回波信号的识别难度，降低了料位的检测精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种料位检测方法和装置，以提高料位的检测精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种料位检测方法，所述方法应用于导波雷达物位计，包括：

获取被测介质反射回来的回波信号；

在预设范围内，查找所述回波信号中的尾波信号；

计算所述尾波信号的所在位置；

根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位。

优选的，所述根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位之后，还包括：根据所述尾波信号确定的料位，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证。

优选的，所述根据所述尾波信号确定的料位，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证，包括：

当确定所述尾波信号确定的料位与所述导波雷达液位计直接检测到的料位的差在预设范围内时，则确定所述导波雷达液位计直接检测到的料位有效；

当确定所述尾波信号确定的料位与所述导波雷达液位计直接检测到的料位的差在超出了预设范围内时，则确定所述导波雷达液位计直接检测到的料位无效。

优选的，所述获取被测介质反射回来的回波信号，包括：

按照预设频率对所述回波信号进行取样；

根据取样结果生成所述回波信号的波形图。

优选的，所述计算所述尾波信号的所在位置包括：

确定所述尾波信号的最低点；

将所述尾波信号的最低点的所在位置作为所述尾波信号的所在位置。

一种料位检测装置，包括：

获取被测介质反射回来的回波信号的信号采集单元；

在预设范围内，查找所述回波信号中的尾波信号的信号查找单元；

计算所述尾波信号的所在位置，根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位的计算单元。

优选的，所述装置还包括：根据所述计算单元的计算结果，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证的验证单元。

优选的，所述装置还包括：输出验证结果的输出单元；

其中，当所述验证单元确定所述导波雷达物位计的检测结果有效时，输出所述导波雷达物位计的检测结果。

优选的，所述信号采集单元包括：

按照预设频率对所述回波信号进行采样的采样单元；

根据所述采样单元的采样结果，生成相应的波形图的绘制单元。

优选的，所述装置还包括：显示所述波形图和所述输出单元的输出结果的显示单元。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种料位检测方法。本发明通过尾波信号的所在位置确定被测介质的料位。具体的，由于被测介质的回波信号中的尾波信号的所在位置与被测介质的料位有关，被测介质的料位越高，尾波信号的所在位置越远，因而可根据尾波信号的所在位置确定料位的高度。当测量小介电常数的介质时，由于导波雷达物位计与被测介质的介电常数相差很大，因而会产生强烈的尾波信号，导波雷达物位计更容易识别该尾波信号。因而当被测介质的介电常数较小时，通过尾波信号确定被测介质的料位，提高了料位检测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一种料位检测方法的一个实施例的流程示意图；

图2示出了本发明一种料位检测装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1示出了本发明一种料位检测方法的一个实施例的流程示意图。在本实施例中，该方法包括：

101：获取被测介质反射回来的回波信号。

导波雷达物位计发出的电磁波沿着导波杆向下传播，当电磁波传播到空气与被测介质的界面时，由于介电常数发生变化因而会在空气与被测介质的界面处产生回波信号，使得一部分电磁波再由导波杆反射回导波雷达物位计，另一部分则继续沿导波杆向下传播，当电磁波由导波杆的末端传出时，由于导波杆与被测介质的介电常数不同，因而也会在导波杆的末端产生回波信号。需要说明的是，本领域的技术人员将在导波杆的末端产生的回波信号称为尾波信号。

需要说明的是，获取被测介质反射回来的回波信号时，可根据预设的频率对该回波信号进行取样，并根据取样结果生成相应的波形图。

102：在预设范围内，查找所述回波信号中的尾波信号。

根据导波雷达物位计的长度确定查寻范围。因尾波信号超过导波雷达物位计的长度，因而查寻范围要求延长。需要说明的是，因每个公司数据采样的速度不一样，因而该查找范围有差异，需根据情况进行设定，不作详细介绍。

103：计算所述尾波信号的所在位置。

由于电磁波在空气中和在被测介质中的传播速度不同，因而相对于在被测介质表面反射回去的回波信号来说，通过导波雷达物位计导波杆末端反射回来的回波信号（尾波信号）会产生延迟。导波雷达物位计导波杆浸没在被测介质中的部分越多，该尾波信号的延迟效果越明显。

需要说明的是，尾波信号的延迟具体表现在波形图中该尾波信号的所在位置。当尾波信号的延迟效果越明显时，该尾波信号在波形图中的位置越靠后。由于在实际的应用中，本发明按照一定的频率对回波信号进行取样，因而可根据该尾波信号的所在位置，确定导波雷达物位计的信号接收单元接收到该尾波信号的时间。

可选的，在本发明中，将尾波信号的波谷（尾波信号的最低点）所在位置作为尾波信号的所在位置。具体的，可根据两点取平均或多点拟合的方式准确得尾波信号的最低点。

104：根据尾波信号的所在位置确定当前的料位。

需要说明的是，根据尾波信号的所在位置可确定导波雷达物位计接收到导波杆末端反射回来的尾波信号的时间t。

具体的计算过程如下：设电磁波在空气中的传播速度为c，则电磁波在介质中的传播速度为

电磁波在空气中的传播时间为x/c，在介质中的传播时间则，其中，L为导波杆长；x为空高，c为电磁波在空气中传播速度；ε为液体的介电常数。

$t=-\frac{2(\sqrt{\mathrm{\ϵ}}-1)}{c}x+\frac{2\sqrt{\mathrm{\ϵ}}L}{c}---\left(1\right)$

$x=-\frac{c}{2(\sqrt{\mathrm{\ϵ}}-1)}t-\frac{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}}{\sqrt{\mathrm{\ϵ}}-1}L---\left(2\right)$

由式（1）、（2）可以看出，根据导波雷达物位计接收到末端反射回来的回波信号的时间可以计算空高x，进而根据物料罐体的高度计算出料位的高度。

105：根据尾波信号确定出的料位，对导波雷达物位计的检测结果进行验证。

在实际应应用中，导波雷达物位计根据电磁波在空气中的传播速度为c和导波雷达物位计接收到被测介质的界面反射回来的回波信号的时间t，计算空高x、具体的，x=ct/2，进而得到被测介质的料位。

在本发明中，利用尾波信号确定出的料位值，对导波雷达物位计实际检测出的料位值进行验证。当二者的差在预设的范围内时，说明导波雷达物位计的测量有效，当二者的差不做预设范围内时，说明导波雷达物位计的测量无效。

当测量小介电常数的介质时，由于导波雷达物位计与被测介质的介电常数相差很大，因而会产生强烈的尾波信号，导波雷达物位计更容易识别该尾波信号。因而当被测介质的介电常数较小时，通过尾波信号确定被测介质的料位，并根据该料位对导波雷达物位计实际的检测值进行验证，从而提高了料位检测的精度。

需要说明的是，本发明还公开一种料位检测装置。参见图2示出了本发明一种料位检测装置的一个实施例的结构示意图。

在本实施例中，该装置包括：获取被测介质反射回来的回波信号的信号采集单元21；

在预设范围内查找回波信号中的尾波信号的信号查找单元22；

计算尾波信号的所在位置，并根据尾波信号的所在位置计算料位的计算单元23；

根据计算单元23的计算结果，对导波雷达物位计的检测结果进行验证的验证单元24；

以及输出验证结果的输出单元25。

其中，信号采集单元21包括：按照预设频率对回波信号进行采样的采样单元26以及根据采样单元26的采样结果，生成相应的波形图的绘制单元27。

需要说明的是，为了实现人机互动，发明还包括：显示绘制单元27生成的波形图和所述输出单元25的输出结果的显示单元28。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种料位检测方法，所述方法应用于导波雷达物位计，其特征在于，包括：

获取被测介质反射回来的回波信号；

在预设范围内，查找所述回波信号中的尾波信号；

计算所述尾波信号的所在位置；

根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位之后，还包括：根据所述尾波信号确定的料位，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述尾波信号确定的料位，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证，包括：

当确定所述尾波信号确定的料位与所述导波雷达液位计直接检测到的料位的差在预设范围内时，则确定所述导波雷达液位计直接检测到的料位有效；

当确定所述尾波信号确定的料位与所述导波雷达液位计直接检测到的料位的差在超出了预设范围内时，则确定所述导波雷达液位计直接检测到的料位无效。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取被测介质反射回来的回波信号，包括：

按照预设频率对所述回波信号进行取样；

根据取样结果生成所述回波信号的波形图。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述尾波信号的所在位置包括：

确定所述尾波信号的最低点；

将所述尾波信号的最低点的所在位置作为所述尾波信号的所在位置。

6.一种料位检测装置，其特征在于，包括：

获取被测介质反射回来的回波信号的信号采集单元；

在预设范围内，查找所述回波信号中的尾波信号的信号查找单元；

计算所述尾波信号的所在位置，根据所述尾波信号的所在位置确定当前的料位的计算单元。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：根据所述计算单元的计算结果，对所述导波雷达物位计的检测结果进行验证的验证单元。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：输出验证结果的输出单元；

其中，当所述验证单元确定所述导波雷达物位计的检测结果有效时，输出所述导波雷达物位计的检测结果。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号采集单元包括：

按照预设频率对所述回波信号进行采样的采样单元；

根据所述采样单元的采样结果，生成相应的波形图的绘制单元。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：显示所述波形图和所述输出单元的输出结果的显示单元。

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