CN105318937B - 具有节能启动的脉冲雷达物位计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有节能启动的脉冲雷达物位计。一种用于为雷达物位计供电的方法，包括：初始频率稳定过程，该初始频率稳定过程确保第一时钟频率与第二时钟频率之间的稳定的分离频率，在该初始频率稳定过程期间不为所述雷达物位计提供用以提供物位输出的电力；以及随后的测量周期，该随后的测量周期仅在建立了稳定的分离频率时执行，在该随后的测量周期期间为所述雷达物位计供电以提供物位输出。本发明通过以下方式使得雷达物位计系统节省电力：在这样的在频率分离不能使得雷达物位计提供适当的物位测量的时间期间不为雷达物位计电路提供电力以及操作雷达物位计电路。

Description

具有节能启动的脉冲雷达物位计
技术领域
本发明涉及使用脉冲式测量的雷达物位计系统领域。特别地，本发明涉及雷达物位计系统内的电力管理。
背景技术
雷达物位计(radar level gauge，RLG)系统广泛用于确定容纳在罐中的物品的填充物位。雷达物位计量通常借助于非接触式测量或借助于通常还被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，在非接触式测量的情况下朝向容纳在罐中的物品辐射电磁信号，在接触式测量的情况下由用作波导装置的探针将电磁信号朝向物品进行引导并导入物品中。通常将探针设置成从罐的顶部朝向罐的底部竖直延伸。探针还可以设置在测量管道——所谓的腔中，所述腔连接至罐的外壁并与罐的内部流体连接。
发射的电磁信号在物品的表面处反射，由包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收反射信号。可以基于发射信号和反射信号来确定至物品的表面的距离。
更特别地，通常基于电磁信号的发射与电磁信号在罐的空气与容纳在罐中的物品之间的界面处的反射的接收之间的时间来确定至物品的表面的距离。为了确定物品的实际填充物位，基于上述时间(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。
现在市场上的大多数雷达物位计系统是：所谓的脉冲雷达物位计系统，该脉冲雷达物位计系统基于脉冲的发射与脉冲在物品的表面处的反射的接收之间的时间差来确定至容纳在罐中的物品的表面的距离；或者如下系统，该系统基于发射的调频信号与其在表面处的反射之间的频率差来确定至表面的距离。后一类型的系统通常被称为FMCW(调频连续波)型。
针对脉冲雷达物位计系统，通常使用时间扩展技术解决飞行时间。
这样的脉冲雷达物位计系统可以具有：第一振荡器，其用于以发射脉冲重复频率ft生成由脉冲形成的发射信号用于朝向容纳在罐中的物品的表面发射；以及第二振荡器，其用于以参考脉冲重复频率fref生成由参考脉冲形成的参考信号，该参考脉冲重复频率fref与发射脉冲重复频率相差给定频率差△f。该频率差△f通常在数Hz或数十Hz的范围中。
在测量扫描开始时，通常使发射信号与参考信号同步以具有同一相位。由于频率差△f，在测量扫描期间发射信号与参考信号之间的相位差将逐渐增加。在测量扫描期间，使参考信号与由于发射信号在容纳在罐中的物品的表面处反射而产生的反射信号相关联，使得仅在在同一时间发生反射脉冲和参考脉冲时产生输出信号。从测量扫描的启动到由于反射信号与参考信号的关联而产生的输出信号的发生之间的时间是发射信号与反射信号之间的相位差的度量，该相位差又是反射脉冲的飞行时间的时间扩展度量，可以根据该飞行时间确定至容纳在罐中的物品的表面的距离。
发射信号与参考信号的上述同步需要在可接受参数内的调节。WO01/02819描述了一种用于建立发射时钟和采样时钟并使发射时钟与采样时钟同步的频率调节器。控制器向时钟源反馈控制输出，使用该反馈以稳定第一时钟频率与第二时钟频率之间的第一频率分离，使得雷达物位计电路生成根据频率分离进行稳定并且校正的物位输出。
然而，当前的雷达物位计系统仍然是高耗电的并且难以满足关于电力使用和能量存储的安全要求。另外，在雷达物位计量领域的最近的发展要求更独立的功能性以及能够在较远的现场和远程现场进行操作的系统，在该较远的现场和远程现场处电力限制可能更严格，例如系统不能通过电网供电。因此，需要使雷达物位计使用的电力最小化，以及进一步提供一种能够独立操作并且通过以更低的总能量成本提供更多测量来在现场或现场外提供更大量的功能性的雷达物位计。更进一步，需要满足由于固有危险例如在存储罐中的高度易燃的物料等而限制允许被存储的能量的量的以上提及的安全规定。
发明内容
因此，本发明的目的是提供更节能的脉冲雷达物位计。
本发明基于如下认识：通过处理使用脉冲式测量的雷达物位计中的电力管理的新方式来实现优点。当启动雷达物位计时，将电力仅发送至包括频率生成电路、频率调节器和频率分离评估电路的系统的一部分。当第一时钟源与第二时钟源之间的频率分离正确时，将电力发送至系统的剩余部分以发射雷达信号并生成物位输出。因此，在物位测量时仅为系统的用于雷达发射和信号处理的部分供电是可能的。
根据本发明的第一方面，这些和其它目的通过用于测量至容纳在罐中的物料的表面的距离的脉冲雷达物位计系统来实现，该脉冲雷达物位计系统包括：频率生成电路，该频率生成电路适于生成第一时钟频率和第二时钟频率；以及频率调节器，该频率调节器被配置成朝向频率分离设定点来控制第一时钟频率与第二时钟频率之间的频率分离。该系统还包括频率分离评估电路，该频率分离评估电路被设置成在频率分离在预定频率范围内时生成上电信号。另外，该系统包括雷达物位计电路，该雷达物位计电路被配置成：基于第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号；基于第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的参考信号；朝向表面发射该发射信号；接收由发射信号在表面处反射而引起的返回信号；以及基于返回信号与参考信号之间的关系提供物位输出。该系统还包括电力管理电路，该电力管理电路被配置成在不存在上电信号时不为雷达物位计电路提供用以提供物位输出的电力，以及在存在上电信号时为雷达物位计电路供电以提供物位输出。
根据本发明的第二方面，所述目的还通过用于测量至容纳在罐中的物料的表面的距离的方法来实现。该方法包括以下步骤：生成第一时钟频率和第二时钟频率；以及控制频率分离以确保第一时钟频率与第二时钟频率之间的预定频率分离。该方法还包括以下步骤：在频率分离在预定频率范围内时生成上电信号；在不存在上电信号时，不为雷达物位计电路供电；在存在上电信号时，为雷达物位计电路供电，从而使得雷达物位计电路能够基于第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号并且基于第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的参考信号；朝向表面发射该发射信号；接收由发射信号在表面处反射而引起的返回信号；以及基于返回信号与参考信号之间的关系提供物位输出。
根据本发明的第三方面，所述目的还通过用于为雷达物位计供电的方法来实现，该方法包括：初始频率稳定过程，该初始频率稳定过程确保第一时钟频率与第二时钟频率之间的稳定的分离频率，在该频率稳定过程期间不为雷达物位计提供用以提供物位输出的电力；以及随后的测量周期，该测量周期仅在建立了稳定的分离频率时才执行，在该测量周期期间为雷达物位计供电以提供物位输出。
因此，本发明通过在这样的在频率分离不能使得雷达物位计提供适当的物位测量时的时间期间不为雷达物位计电路提供电力以及操作雷达物位计电路，来使得雷达物位计系统节省电力。在本发明的上下文中，表达“不提供电力”应当被理解为不为雷达物位计电路提供电力或为雷达物位计电路提供不足以能够执行测量和/或提供物位输出的电力。因此，当频率分离稳定的同时可以实现显著的电力节省。
换言之，本质上存在雷达物位计系统的至少两种不同的操作模式：一种准备模式，在该准备模式下不启用物位测量，即不存在雷达发射；以及一种激活模式，在该激活模式下启用物位测量，即执行雷达发射和物位采样以测量至容纳在罐中的物料的表面的距离。在本发明中，设置雷达物位计系统使得在准备模式下为尽可能少的部件和功能元件供电，即在准备阶段仅对于实现第一时钟频和第二时钟频率的正确并准确的定时而言必要的那些部件被激活并供电。
本发明的另一个优点是将不需要对由于不稳定或不正确的频率分离的物位测量进行校正而进行信号处置和处理消耗的能量，或至少最小化所述能量。
应当指出，频率分离通常具有Hz的量级，例如约4Hz。使用传统的反馈调节器，调节频率将具有相同的量级，这因此通常花费数秒以确保稳定的频率分离。测量周期通常短得多，具有ms的量级，因此将存在不提供物位测量直至频率分离适当地稳定为止的许多测量周期。利用本发明，可以节省用于那些测量的电力，从而提供了具有多个固有优点的更节能的雷达物位计系统。
即使在采用更具时效性的频率调节的情况下，由本发明提供的电力节省也是重要的。
本发明的优点在可用电力不足的情形下尤其重要，例如不具有与远程电源的任何连接并且将本地能量存储装置(例如电池)作为提供电力的唯一装置的雷达物位计系统。为了降低物位计系统的维护成本，电池寿命应当尽可能长，优选地具有数年的量级或甚至长达10年。这意味着设计具有很低的平均能耗但不影响物位计系统的性能例如监视罐中的变化的准确度和能力的物位计系统是重要的。换言之，与这种处置电力管理的方式相关的一个优点是降低的能耗，这又使得电池供电的雷达物位计系统能够操作更长的时间段而不使电池耗尽。
评估频率分离的简单方式是直接检测频率分离。例如，可以将频率分离评估电路配置成将检测到的频率分离与预定阈值进行比较以确定所述频率分离的良好定时。在本文中，术语“频率分离的良好定时”指频率分离关于时间是足够稳定的和/或频率分离足够小。当确定了频率分离的良好定时时，频率分离评估电路将生成上电信号以激活系统的更多部分。
评估频率分离的另一种方式是检测频率调节器的状况。例如，在频率分离稳定时可以使用表示当前频率分离与预定频率分离之间的差的误差信号来评估。
频率分离评估电路和电力管理电路可以包括在与所述雷达物位计电路分离的单个低电力电路中。因此，将用于频率稳定阶段所需的电路和部件与在测量阶段期间使用的电路和部件有效分开。低电力电路因此可以为独立的低电力FPGA方案或小的微控制单元。这样的单元本身对于本领域的普通技术人员而言是已知的并且廉价并耐用。
另外，可以在雷达物位计电路进行的测量期间将频率分离评估电路配置成停用。这样的方案使得能够进行电力划分的简单并高效的分离，例如在应用时即执行测量时绕过分离的低电力电路的电力管理。可以通过不激活在准备阶段期间使用的电路和部件来降低物位测量期间的峰值电力使用。此外，电力管理电路可以为雷达物位计电路提供用于多个连续测量的电力。
在本发明的一个实施例中，发射信号和参考信号是直流(DC)脉冲序列。在本发明的另一个实施例中，在发射信号和参考信号中的脉冲是经频率调制的，系统包括用于将返回信号与参考信号进行混频以提供罐信号的混频器。因此，应当理解，本发明适用于DC脉冲式测量和调频脉冲式测量二者。
当研究所附权利要求和以下描述时本发明的另外的特征和优点将变得明显。本领域的普通技术人员认识到可以在不脱离本发明的范围的前提下，将本发明的不同特征进行组合以创建与以下描述的实施例不同的实施例。
附图说明
现在将参照示出了本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1是根据本发明的第一实施例的用于脉冲式测量的雷达物位计系统的示意图。
图2是图1中的测量电子装置的示意图。
图3是根据本发明的另一实施例的测量电子装置的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在本详细描述中，根据本发明的物位计系统的各种实施例是主要参考非接触型脉冲雷达物位计系统来讨论的，在该非接触型脉冲雷达物位计系统中，使用辐射天线——例如锥形天线、喇叭形天线、阵列天线或贴片天线等——形式的传播设备来朝向容纳在罐中的物品传播电磁信号。
应当指出，这绝不限制本发明的范围，本发明等价地适用于如下脉冲式导波雷达(GWR)物位计系统，其利用传输线探针形式的传播设备，例如单引线探针(包括所谓的索末菲(Sommerfeld)探针或高保(Goubau)探针)、双引线探针、同轴探针等。
图1示意性地示出了设置在罐2的顶部、用于使用微波确定容纳在罐2中的物品3的填充物位的物位计系统1。物位计系统1因此在下文中被称为雷达物位计系统或RLG系统。
雷达物位计系统1包括：测量单元5；传播设备，其在此具有喇叭形天线6的形式、用于朝向容纳在罐2中的物品3的表面7传播微波；以及通信天线8，其用于与远程设备进行无线通信。
当测量容纳在罐2中的物品3的填充物位时，雷达物位计系统1由天线6朝向物品3的表面7发射电磁发射信号ST，其中该信号被反射作为表面回波信号SR。然后基于表面回波信号SR的飞行时间(从雷达物位计系统1到表面7并返回)来确定在罐2的顶部处的参考位置与物品3的表面7之间的距离。可以根据该距离和罐2的已知尺寸导出填充物位。
应当指出，尽管在本文中讨论容纳单一物品3的罐2，但是可以以相似方式测量至在罐2中存在的任何物料界面的距离。
如图1示意性示出地，将示例性物位计系统1配置成使用无线数据传输与外部设备例如远程控制中心进行通信。针对不同的应用，这可能是有利的，因为用于通信的布线通常可以代表用于安装物位计系统的成本的重要部分。通常还可以要求配置用于无线通信的物位计系统1接收来自本地能量存储装置例如电池或类似物(未示出)的电力。为了降低物位计系统1的维护成本，电池寿命应当尽可能长，优选地具有数年的量级或甚至长达10年。这意味着设计具有很低的平均能耗而不影响物位计系统1的性能例如监视罐2中的变化的准确度和能力的物位计系统1是重要的。这不仅对无线物位计系统1是重要的，而且对关于其电力/电能的供应施加了其它限制的物位计系统也是重要的。这样的雷达物位计系统的示例是通过通信线路供电的雷达物位计系统，例如所谓的双线制雷达物位计，其经由双线制4-20mA电流回路来通信以及接收电能。
图2示意性地示出了用于处置平均能耗重要的情形的广泛使用的方案。如图2所示，填充物位确定事件10a至10c在时间上分开，并且在这些填充物位确定事件10a至10c之间，物位计系统1处于休眠模式，在该休眠模式下用于确定填充物位的物位计系统的部件可以关闭。该方案通常被称为间歇性操作，将填充物位确定事件之间的时间tu定义为更新频率。该更新频率可以针对不同类型的实施而不同，针对关于能量提供不具有实际限制的雷达物位计系统例如由电网供应能量/电力的系统，更新频率可以高至每秒一次。针对具有严格限制的系统，例如放置在较远地方并且不具有任何远程电源仅由本地能量存储装置例如电池来供电的罐，更新频率可以较低，例如每分钟一次或每10分钟一次，或者更新频率可以甚至更低例如每小时一次或每天一次(24小时的周期)。应当指出，具有限制量的能量的雷达物位计系统的设计通常取决于即将到来的应用所需的更新频率。例如，较苛刻的安全要求可能要求较高的更新频率或更新频率可以由需要填充物位较快更新的系统的操作者设置得较高。应当指出，还可以由于用于通过其它源例如氢燃料电池或光伏太阳能电池供电的雷达物位计系统的少量的可用能量/电力而施加限制。
作为降低雷达物位计系统1的平均能耗的另一种方式，本发明的各个方面提供了雷达物位计系统的部件的高效启动以节约电力直至实际测量发生。以下将参照图3和图4进一步详细描述。
图3是示意性地示出了包括在图1中的物位计系统中的功能部件的框图。示例性物位计系统1包括通常被理解成雷达物位计电路的发射器支路和接收器支路。
将频率生成电路26配置成生成第一时钟频率和第二时钟频率，所述第一时钟频率和第二时钟频率用于生成发射脉冲序列和参考脉冲序列。在所示示例中，频率生成电路包括用于生成发射脉冲序列的发射脉冲生成器10。发射脉冲序列的脉冲重复频率在此等于第一时钟频率。频率生成电路还包括用于生成参考脉冲序列的参考脉冲生成器14。参考脉冲序列的脉冲重复频率在此等于第二时钟频率。发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14为典型的压控振荡器，并且可以为例如晶体振荡器。如果需要比振荡器生成的脉冲重复频率更高的脉冲重复频率，可以提供附加电路以使第一时钟频率与第二时钟频率相乘。脉冲重复频率通常具有MHz的量级。还应当指出，脉冲很短，具有纳秒的量级。
发射器支路还包括第一RF源11和发射天线12，接收器支路还包括第二RF源15、混频电路16以及接收天线17。接收器支路还包括用于将由接收天线17接收的信号进行放大的低噪声放大器18。在大多数应用中，将接收天线17和发射天线12实施为一个单个的天线。
在发射器支路中，由第一RF源11对由发射脉冲生成器10提供的脉冲进行调制以形成发射脉冲序列(微波能量的小“包(packet)”)形式的发射信号ST，该发射信号ST通过发射天线12朝向物品的表面7进行辐射。调制频率通常具有GHz的量级。
在接收器支路中，由第二RF源15对由参考脉冲生成器14提供的脉冲进行调制以形成参考信号SREF。反射信号SR被接收天线17接收，接着在低噪声放大器18中进行放大，并转发至混频电路16。还向混频电路16提供参考信号SREF。
如以下进一步详细说明的，发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14以略微不同的脉冲重复频率生成脉冲。发射脉冲重复频率与参考脉冲重复频率之间的频率差△f可以具有数Hz或数十Hz的量级。
发射信号ST的脉冲和参考信号SREF的脉冲可以有利地在测量扫描启动时处于同相位，使得可以使用在参考信号SREF与反射信号SR之间存在关联以前的时间连同频率差△f来确定反射信号SR的飞行时间。然后使用飞行时间确定填充物位。
在混频电路16中，参考信号SREF与反射信号SR时间关联以形成提供给微处理器20的罐信号Sm，其中基于测量信号Sm确定至物品6的表面7的距离。在混频电路16中执行的“采样”有时被称为“硬件采样”，其不应当与在随后的信号处理期间进行的采样相混淆。在混频电路16中进行的采样的细节还取决于脉冲的类型。
在混频器中返回信号与参考信号进行混频。在DC脉冲的情况下，即在不具有由RF源11和15引入的高频调制的情况下，将来自混频器的输出简单地提供至采样保持电路。在该所示的示例中，借助于高频调制脉冲，混频将提供中频(IF)信号。该信号可以由带通滤波器进行滤波以抑制噪声并然后提供至包络检测器。可以将来自包络检测器的输出提供至采样保持电路。
在任一种情况下，结果罐信号是提供至微处理器20用于进一步采样和处理的时间扩展回波信号(分段恒定)。因此，应当理解本发明适用于使用DC脉冲或调频脉冲的脉冲雷达物位计系统，关于特定部件例如用于生成频率调制以及对频率调制进行采样的电路的修改和细节对本领域的普通技术人员而言是已知的并根据系统1的设计或构造来选择。
物位计系统还包括频率调节器21，其连接至频率生成电路26用于控制发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14的定时。更具体地，频率调节器朝向频率分离设定点来控制第一时钟频率与第二时钟频率之间的频率分离。在WO 01/02819中公开了频率调节的示例，WO01/02819的公开内容通过引用并入本文中。
频率调节器21还连接至频率分离评估电路23，该频率分离评估电路23被设置成在所述频率分离位于预定频率范围即频率差△f内时生成上电信号。雷达物位计系统1还包括电力管理电路24，该电力管理电路24被配置成响应于来自频率分离评估电路23的上电信号向雷达物位计电路即发射器支路和接收器支路提供电力。
再次参考图3，物位计系统1还包括连接至频率生成电路26、频率调节器21、频率分离评估电路23和电力管理电路24的电源25。电源25可以为如上讨论的4-20mA控制回路或电池。应当注意，电源25可以为系统的电力的唯一提供者并且不存在远程电力，例如在电池的情况下。
在不存在上电信号时，将电力管理电路24配置成不为雷达物位计电路供电以提供物位输出。在存在上电信号时，将电力管理电路24配置成为雷达物位计电路供电以提供物位输出。电力管理电路24还连接至电力分配单元22，电力分配单元22连接至微处理器20以及物位计系统1的各个部分用于在测量期间为包括在雷达物位计电路中的那些部件供应电力。在图3示意性示出的示例性实施例中，电力分配单元22连接至第一RF源11、第二RF源15以及位于接收天线17与采样电路16之间的低噪声放大器18。
这些部件大体上仅需要在与当频率分离正确即频率分离足够稳定或足够小以可以进行物位测量时对应的时间处充分激活。因此，可以通过使用通过上电信号控制电力管理电路24的频率分离评估电路23来降低雷达物位计系统1的能耗，该上电信号又控制为包括在雷达物位计电路中的部件分配电力的电力分配单元22的电力供应。
应当注意，可以通过在测量期间停用频率分离评估电路23来进一步降低峰值电力使用。控制上电电路24的频率分离评估电路23从而可以包括在与雷达物位计电路分离的单个低电力电路27中。单个低电力电路27可以为任何类型的独立电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或小MCU。
应当注意，尽管电力分配单元22和微处理器20的元件被示出为通常以硬件实施的独立单元，它们还可以形成集成单元的部分。微处理器20的至少一些部分通常由嵌入式处理器执行的软件模块来实施。本发明不限制于该特定实现，可以构思适于实现在本文中描述的功能性的任何实施。
因此，在使用时，在雷达物位计1启动期间，在例如填充物位确定事件10a至10c之间的停用之后，由电源25为频率生成电路26、频率调节器21、频率分离评估电路23以及上电电路24供应电力。由频率调节器21控制频率生成电路26以实现正确的频率分离，频率分离评估电路23将监视频率分离。在由频率调节器21进行了足够量的调节尝试后，频率分离可接受，频率分离评估电路23然后将生成到达上电电路24的上电信号，该上电电路24向电力管理电路22发送电力，这使得由雷达物位计电路如以上结合图1所述地实现物位测量。
在确定了至物品6的表面7的距离之后，微处理器20然后通常通过具有4-20mA控制回路的连接(未示出)或通过以上讨论的无线连接(未示出)来发送所述数据。替代地，物位测量还可以本地地示出在指示器上，从而还可以本地地存储在一些类型的数字存储装置(未示出)中。
进一步降低频率调节器21的峰值电力使用的替代方案可以被配置成在测量期间不提供任何调节。施加至发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14的控制信号从而保持恒定，脉冲生成器将继续提供相同频率。换言之，发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14的Q值需要足够高用于一个或数个测量而不需要来自频率调节器21的连续调节。
进一步降低雷达物位计系统的电力使用的另外的替代方案包括将电力管理电路24和电力分配单元22配置为：一旦执行并接收到测量时，关闭除了微处理器20之外的所有部件的电力直至已经发送或存储了物位输出。在已经发送或存储了物位输出之后，如上所述，也关闭微处理器20的电力。
现在参照图4，图4是示出了根据本发明的示例性方法的步骤的流程图，第一步骤S1包括生成第一时钟频率和第二时钟频率。第二步骤S2包括控制频率分离以确保第一时钟频率与第二时钟频率之间的预定频率分离。
然后在第三步骤S3中，在频率分离在预定的频率范围内时生成上电信号。如果频率分离不在预定频率范围内，则方法将返回步骤S2并继续控制频率分离。如果频率分离在预定频率范围内，则生成上电信号。
步骤S1至S3可以称为确保稳定的分离频率的初始频率稳定过程。
在第四步骤S4中，如果存在上电信号，则为雷达物位计电路供电。因此，在不存在所述上电信号时，不为雷达物位计电路供电，以及在存在上电信号时为雷达物位计电路供电。
在第五步骤S5中提供至雷达物位计电路的电力将使得雷达物位计电路生成发射信号ST并朝向所述表面发射发射信号ST。发射信号ST是具有基于所述第一时钟频率的发射脉冲重复频率的脉冲序列。朝向容纳在罐2中的物品3的表面7发射发射信号ST。在第六步骤S6中，接收由于发射信号ST在表面7处反射而产生的反射返回信号SR。
在第七步骤S7中，返回信号SR与脉冲序列形式的参考信号时间关联，该脉冲序列具有基于第二时钟频率的参考脉冲重复频率。结果是时间扩展的测量信号Sm。最后在第八步骤S8中，填充物位被基于测量信号Sm来确定并提供作为物位输出。
步骤S4至S8可以被称为仅在建立了稳定的分离频率时执行的测量周期。
应当注意，以上已经主要参考了一些实施例描述了本发明。然而，如本领域的普通技术人员容易理解的，除了以上公开的实施例之外的其它实施例等同地落在由所附权利要求限定的本发明的范围内。
尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以与所描述的顺序不同。还可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这样的变型将取决于所选择的软件和硬件以及设计者的选择。所有这样的变型均在本公开内容的范围内。相似地，可以使用标准编程技术完成软件实施，在该标准编程技术中使用基于规则的逻辑和其它逻辑以完成各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。此外，尽管已经参考特定示例性实施例描述了本发明，但是对本领域的普通技术人员而言许多不同的更改、修改等将变得明显。例如，物位测量结果的通信处理是熟练技工和本领域的普通技术人员容易理解的、可以尝试任何合适的通信协议和设备的一个示例。熟练技工在实践要求保护的本发明时，可以通过研究附图、本公开内容以及所附权利要求来理解和实现对公开的实施例的变型。另外，在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，以及单数形式“一”或“一个”不排除多个。
本发明还被配置为：
1.一种脉冲雷达物位计系统(1)，用于测量至容纳在罐(2)中的物料(3)的表面(7)的距离，所述系统(1)包括：
频率生成电路(26)，所述频率生成电路(26)适于生成第一时钟频率和第二时钟频率；
频率调节器(21)，所述频率调节器(21)被配置成朝向频率分离设定点来控制所述第一时钟频率与所述第二时钟频率之间的频率分离；
频率分离评估电路(23)，所述频率分离评估电路(23)被设置成在所述频率分离在预定频率范围内时生成上电信号；
雷达物位计电路，所述雷达物位计电路被配置成：
-基于所述第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号，
-基于所述第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的参考信号，
-朝向所述表面发射所述发射信号，
-接收由所述发射信号在所述表面处反射而引起的返回信号，
-基于所述返回信号与所述参考信号之间的关系提供物位输出；以及
电力管理电路(24)，所述电力管理电路(24)被配置成：
在不存在所述上电信号时，不为所述雷达物位计电路提供用以提供物位输出的电力，以及
在存在所述上电信号时，为所述雷达物位计电路供电以提供物位输出。
2.根据1所述的雷达物位计系统(1)，还包括用于存储频率分离变化的预设阈值的存储装置，以及其中，所述频率分离评估电路(23)被配置成在所述频率分离的变化小于预定阈值时生成所述上电信号。
3.根据1或2所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)连接至所述频率调节器(21)并且被设置成基于所述频率调节器的状况来确定所述频率分离。
4.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述频率调节器(21)包括用于提供表示当前频率分离与所述频率分离设定点之间的差的误差信号的比较器，以及其中，所述频率分离评估电路(23)被设置成在所述误差信号小于所述预定阈值时生成所述上电信号。
5.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述频率生成电路(26)包括至少一个压控振荡器(10、14)。
6.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，还包括用于为所述雷达物位计电路提供电力的双线制控制回路。
7.根据1至5中任一项所述的雷达物位计系统(1)，没有与任何远程电源的任何连接并且包括作为为所述雷达物位计电路提供电力的唯一装置的内部电力存储装置(25)。
8.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)和所述电力管理电路(24)包括在与所述雷达物位计电路分离的单个低电力电路(27)中。
9.根据8所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述低电力电路是独立的低电力现场可编程门阵列方案和微控制单元之一。
10.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)被配置成在由所述雷达物位计电路进行的测量期间停用。
11.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述电力管理电路(24)每当存在上电信号时为所述雷达物位计电路提供用于多个连续的测量的电力。
12.根据前述任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述发射信号中的脉冲和所述参考信号中的脉冲为直流脉冲。
13.根据1至11中任一项所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述雷达物位计电路包括：
电路(11、15)，所述电路(11、15)用于对所述发射信号中的脉冲和所述参考信号中的脉冲进行频率调制，以及
混频器(16)，所述混频器(16)用于对所述返回信号与采样脉冲序列进行混频以提供罐信号。
14.根据13所述的雷达物位计系统(1)，其中，所述雷达物位计电路还包括用于对混频器输出进行滤波的带通滤波器，以及其中，所述预定频率范围被选择使得所述混频器输出的频率成分在所述带通滤波器的通带内。
15.一种用于测量至容纳在罐(2)中的物料(3)的表面(7)的距离的方法，所述方法包括以下步骤：
生成(S1)第一时钟频率和第二时钟频率；
控制(S2)频率分离以朝向频率分离设定点来控制所述第一时钟频率与所述第二时钟频率之间的频率分离；
在所述频率分离在预定频率范围内时生成(S3)上电信号；
在不存在所述上电信号时，不为雷达物位计电路供电；以及
在存在所述上电信号时，为所述雷达物位计电路供电(S4)，从而使得所述雷达物位计电路执行以下操作：
-基于所述第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号，
-基于所述第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成(S5)脉冲序列形式的参考信号，
-朝向所述表面发射所述发射信号，
-接收(S6)由所述发射信号在所述表面处反射而引起的返回信号，
-基于所述返回信号与所述参考信号之间的关系提供(S8)物位输出。
16.根据15所述的方法，其中，所述上电信号是基于控制所述分离频率的步骤的状况来生成的。
17.根据16所述的方法，其中，所述状况为表示当前频率分离与所述频率分离设定点之间的差的误差信号。
18.根据15所述的方法，还包括：
存储频率分离变化的预设阈值，以及
在所述频率分离的变化小于所述阈值时生成所述上电信号。
19.根据15所述的方法，其中，所述生成第一时钟频率和第二时钟频率以及控制频率分离的步骤仅在不发射发射信号时执行。
20.根据15所述的方法，其中，所述雷达物位计电路仅从内部电力存储装置来供电。
21.一种用于为雷达物位计供电的方法，包括：
初始频率稳定过程(S1至S3)，所述初始频率稳定过程(S1至S3)确保第一时钟频率与第二时钟频率之间的稳定的分离频率，在所述初始频率稳定过程期间不为所述雷达物位计提供用以提供物位输出的电力，以及
随后的测量周期(S4至S8)，所述随后的测量周期(S4至S8)仅在建立了稳定的分离频率时执行，在所述随后的测量周期(S4至S8)期间为所述雷达物位计供电以提供物位输出。

Claims (20)

1.一种脉冲雷达物位计系统(1)，用于测量至容纳在罐(2)中的物料(3)的表面(7)的距离，所述系统(1)包括：
频率生成电路(26)，所述频率生成电路(26)适于生成第一时钟频率和第二时钟频率；
频率调节器(21)，所述频率调节器(21)被配置成朝向频率分离设定点来控制所述第一时钟频率与所述第二时钟频率之间的频率分离；
频率分离评估电路(23)，所述频率分离评估电路(23)被设置成在所述频率分离在预定频率范围内时生成上电信号；
雷达物位计电路，所述雷达物位计电路被配置成：
-基于所述第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号，
-基于所述第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的参考信号，
-朝向所述表面发射所述发射信号，
-接收由所述发射信号在所述表面处反射而引起的返回信号，
-基于所述返回信号与所述参考信号之间的时间关系确定所述距离，并且基于所述距离和所述罐(2)的已知尺寸提供物位输出；以及
电力管理电路(24)，所述电力管理电路(24)被配置成：
在不存在所述上电信号时，不为所述雷达物位计电路提供用以提供物位输出的电力，以及
在存在所述上电信号时，为所述雷达物位计电路供电以提供物位输出。
2.根据权利要求1所述的脉冲雷达物位计系统(1)，还包括用于存储频率分离变化的预定阈值的存储装置，以及其中，所述频率分离评估电路(23)被配置成在所述频率分离的变化小于所述预定阈值时生成所述上电信号。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)连接至所述频率调节器(21)并且被设置成基于所述频率调节器的状况来确定所述频率分离。
4.根据权利要求2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述频率调节器(21)包括用于提供表示当前频率分离与所述频率分离设定点之间的差的误差信号的比较器，以及其中，所述频率分离评估电路(23)被设置成在所述误差信号小于所述预定阈值时生成所述上电信号。
5.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述频率生成电路(26)包括至少一个压控振荡器(10、14)。
6.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，还包括用于为所述雷达物位计电路提供电力的双线制控制回路。
7.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，没有与任何远程电源的任何连接并且包括作为为所述雷达物位计电路提供电力的唯一装置的内部电力存储装置(25)。
8.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)和所述电力管理电路(24)包括在与所述雷达物位计电路分离的单个低电力电路(27)中。
9.根据权利要求8所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述低电力电路是独立的低电力现场可编程门阵列方案和微控制单元之一。
10.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述频率分离评估电路(23)被配置成在由所述雷达物位计电路进行的测量期间停用。
11.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述电力管理电路(24)每当存在上电信号时为所述雷达物位计电路提供用于多个连续的测量的电力。
12.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述发射信号中的脉冲和所述参考信号中的脉冲为直流脉冲。
13.根据权利要求1或2所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述雷达物位计电路包括：
电路(11、15)，所述电路(11、15)用于对所述发射信号中的脉冲和所述参考信号中的脉冲进行频率调制，以及
混频器(16)，所述混频器(16)用于对所述返回信号与所述参考信号进行混频以提供罐信号。
14.根据权利要求13所述的脉冲雷达物位计系统(1)，其中，所述雷达物位计电路还包括用于对混频器输出进行滤波的带通滤波器，以及其中，所述预定频率范围被选择使得所述混频器输出的频率成分在所述带通滤波器的通带内。
15.一种用于测量至容纳在罐(2)中的物料(3)的表面(7)的距离的方法，所述方法包括以下步骤：
生成(S1)第一时钟频率和第二时钟频率；
控制(S2)频率分离以朝向频率分离设定点来控制所述第一时钟频率与所述第二时钟频率之间的频率分离；
在所述频率分离在预定频率范围内时生成(S3)上电信号；
在不存在所述上电信号时，不为雷达物位计电路供电；以及
在存在所述上电信号时，为所述雷达物位计电路供电(S4)，从而使得所述雷达物位计电路执行以下操作：
-基于所述第一时钟频率、以发射脉冲重复频率来生成脉冲序列形式的发射信号，
-基于所述第二时钟频率、以参考脉冲重复频率来生成(S5)脉冲序列形式的参考信号，
-朝向所述表面发射所述发射信号，
-接收(S6)由所述发射信号在所述表面处反射而引起的返回信号，
-基于所述返回信号与所述参考信号之间的时间关系确定所述距离，并且基于所述距离和所述罐(2)的已知尺寸提供(S8)物位输出。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述上电信号是基于控制所述分离频率的步骤的状况来生成的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述状况为表示当前频率分离与所述频率分离设定点之间的差的误差信号。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
存储频率分离变化的预设阈值，以及
在所述频率分离的变化小于所述阈值时生成所述上电信号。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述生成第一时钟频率和第二时钟频率以及控制频率分离的步骤仅在不发射发射信号时执行。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述雷达物位计电路仅从内部电力存储装置来供电。
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