CN106352950B - 雷达物液位量测装置及雷达物液位量测方法 - Google Patents

Abstract

一种雷达物液位量测装置及雷达物液位量测方法，该雷达物液位量测装置，包含一第一震荡模块、一第二震荡模块、一频率比较单元及一控制模块。该第一震荡模块具有一第一震荡频率；该第一震荡模块产生一第一脉冲信号；该第二震荡模块具有一第二震荡频率；该第二震荡模块产生一第二脉冲信号；该频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号；该控制模块将该调整信号与一期望值进行比较，以得到一比较结果信号；依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二震荡频率，使得该第二震荡频率与该第一震荡频率之间具有一固定频率差。本发明还公开了对应的雷达物液位量测方法。

Description

雷达物液位量测装置及雷达物液位量测方法

技术领域

本发明涉及一种量测装置及量测方法，特别是一种雷达物液位量测装置及雷达物液位量测方法。

背景技术

目前，雷达物液位量测装置的缺点是雷达物液位量测装置容易受到测量环境的影响；当测量环境产生剧烈变化时，例如测量环境的温度剧烈变化时，雷达物液位量测装置就不能维持高的准确度，雷达物液位量测装置的准确度容易受到测量环境的温度影响，且雷达物液位量测装置的功能亦会容易受到测量环境的温度影响，使得雷达物液位量测装置的功能变得不正常。这是因为随着温度的变化，雷达物液位量测装置的两个频率之间的差值也随之不断的变化；因此，量测会变得不精准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种提供一种雷达物液位量测装置和一种雷达物液位量测方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种雷达物液位量测装置，包含一第一震荡模块，该第一震荡模块具有一第一震荡频率，依据该第一震荡频率，该第一震荡模块产生一第一脉冲信号；一第二震荡模块，该第二震荡模块具有一第二震荡频率，依据该第二震荡频率，该第二震荡模块产生一第二脉冲信号；一频率比较单元，该频率比较单元电性连接至该第一震荡模块及该第二震荡模块；及一控制模块，该控制模块具有一期望值，该控制模块电性连接至该第二震荡模块及该频率比较单元。其中该第一震荡模块传送该第一脉冲信号至该频率比较单元；该第二震荡模块传送该第二脉冲信号至该频率比较单元；该频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号；该频率比较单元传送该调整信号至该控制模块；该控制模块将该调整信号与该期望值进行比较，以得到一比较结果信号；依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二震荡频率，使得该第二震荡频率与该第一震荡频率之间具有一固定频率差。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种雷达物液位量测方法，包含：产生具有一固定震荡频率的一第一脉冲信号；产生具有一可调震荡频率的一第二脉冲信号；利用一频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号；该频率比较单元传送该调整信号至一控制模块；该控制模块将该调整信号与一期望值进行比较，以得到一比较结果信号；及依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二脉冲信号的该可调震荡频率，使得该第二脉冲信号的该可调震荡频率与该第一脉冲信号的该固定震荡频率之间具有一固定频率差。

本发明的技术效果在于：

本发明的功效在于即便测量环境产生剧烈变化，雷达物液位量测装置依旧能维持高的准确度且雷达物液位量测装置的功能正常。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的雷达物液位量测装置的一部分框图；

图2为本发明的雷达物液位量测方法流程图；

图3为本发明的雷达物液位量测装置的另一部分框图。

其中，附图标记

雷达物液位量测装置 10

第一震荡模块 102

第二震荡模块 104

频率比较单元 106

控制模块 107

控制单元 108

雷达物液位量测单元 110

第一脉冲信号 10202

第一震荡单元 10204

第二脉冲信号 10402

第二震荡单元 10404

调整信号 10602

计数器 10804

频域转时域转换器 10806

输出调节器 10808

频率微调单元 10810

电压转换器 10812

阻抗隔离器 10814

频率控制器 10816

期望值 10818

第一史密特触发器 11002

第二史密特触发器 11004

第一正反器电路 11006

第二正反器电路 11008

第一涟波计数器电路 11010

第二涟波计数器电路 11012

滤波器 11014

探棒 11016

耦合器 11018

降频混波器 11020

运算放大器 11022

步骤 S02～12

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参考图1，其为本发明的雷达物液位量测装置一部分框图。一雷达物液位量测装置10包含一第一震荡模块102、一第二震荡模块104、一频率比较单元106、一控制模块107；该控制模块107包含一控制单元108及一频率微调单元10810。该控制单元108包含一计数器10804、一频域转时域转换器10806及一输出调节器10808。该频率微调单元10810包含一电压转换器10812、一阻抗隔离器10814及一频率控制器10816。

该频率比较单元106电性连接至该第一震荡模块102及该第二震荡模块104；该控制单元108电性连接至该第二震荡模块104及该频率比较单元106。该计数器10804电性连接至该频率比较单元106；该频域转时域转换器10806电性连接至该计数器10804；该输出调节器10808电性连接至该频域转时域转换器10806；该频率微调单元10810电性连接至该输出调节器10808及该第二震荡模块104。该电压转换器10812电性连接至该输出调节器10808；该阻抗隔离器10814电性连接至该电压转换器10812；该频率控制器10816电性连接至该阻抗隔离器10814及该第二震荡模块104。

其中，本实施例的频率比较单元106可以为D型正反器(D-type flip-flop)，但不以此为限。

该第一震荡模块102具有一第一震荡频率；依据该第一震荡频率，该第一震荡模块102产生一第一脉冲信号10202；该第一震荡模块102传送该第一脉冲信号10202至该频率比较模块106；该第二震荡模块104具有一第二震荡频率；依据该第二震荡频率，该第二震荡模块104产生一第二脉冲信号10402；该第二震荡模块104传送该第二脉冲信号10402至该频率比较单元106。

该频率比较单元106转换该第一脉冲信号10202及该第二脉冲信号10402成为一调整信号10602；该频率比较单元106传送该调整信号10602至该控制模块107；该控制模块107具有一期望值10818；该控制模块107将该调整信号10602与该期望值10818进行比较，以得到一比较结果信号；依据该比较结果信号，该控制模块107调整该第二震荡频率(例如透过该频率微调单元10810调整该第二震荡频率)，使得该第二震荡频率与该第一震荡频率之间具有一固定频率差。

该期望值10818的运作原理叙述如下：该控制模块107包含该控制单元108以及该频率微调单元10810；该调整信号10602为多个脉冲信号，该期望值10818为使用者利用外部系统(图未示)对该控制单元108输入的一预设值，该计数器10804计算接收到该调整信号10602的次数后传递该比较结果信号给该频域转时域转换器10806；此时该比较结果信号为频域信号，因此该频域转时域转换器10806将该比较结果信号转换为一时域信号给该输出调节器10808；该输出调节器10808收到该时域信号后，对应该时域信号输出具有占空比(duty cycle)的一控制电压信号给该电压转换器10812；该电压转换器10812收到该控制电压信号之后，透过该阻抗隔离器10814传递一驱动电压信号给该频率控制器10816；该频率控制器10816依据该驱动电压信号大小而对应输出一定电压信号给该第二震荡单元104，该第二震荡单元104依据所接收到的该定电压信号大小进行频率调整。

其中，该输出调节器10808所输出的该控制电压信号可例如为具有占空比的一电压信号；该控制电压信号会与计数器10804所接收到该调整信号10602的次数呈反比关系；如果该计数器10804接收到该调整信号10602的次数大于该期望值10818时，该输出调节器10808会输出具有较小占空比的该控制电压信号(如30％)给予该频率微调单元10810，使该频率微调单元10810输出较低的该定电压信号以降低该第二震荡单元104的该第二震荡频率；如果该计数器10804所接收到该调整信号10602的次数不大于该期望值10818，则该输出调节器10808会输出具有较高占空比的该控制电压信号(如60％)给该频率微调单元10810，使该频率微调单元10810输出较高的该定电压信号以提高该第二震荡单元104的该第二震荡频率。

进一步说明，该电压转换器10812可为例如但不限定为电压积分电路；该阻抗隔离器10814的功效在于透过阻抗隔离效果，顺利传递该电压信号，避免该电压信号受到频率干扰而使该频率控制器10816无法正确输出对应的该定电压信号。

特别说明，该控制单元108内的该计数器10804、该频域转时域转换器10806、该输出调节器10808等元件，可以为硬件电路形式，也可为软件形式，本发明所定义的电性连结，在硬件电路形式为电子线路上的电性连接，在软件形式指电脑运算模块之间的数据传递。

该固定频率差为一常数值，可为例如但本发明不限定为22赫兹。在一具体实施例，该第一震荡频率加上该固定频率差等于该第二震荡频率。在一具体实施例应用于本发明，测量环境的温度从摄氏25度提高至摄氏90度，在此温度范围，雷达物液位量测装置10依旧能维持高的准确度且雷达物液位量测装置10的功能正常；接着测量环境的温度从摄氏90度降低至摄氏25度，在此温度范围，雷达物液位量测装置10依旧能维持高的准确度且雷达物液位量测装置10的功能正常。

请参考图3，其为本发明的雷达物液位量测装置的另一部分框图。该雷达物液位量测装置10还包含一雷达物液位量测单元110，该雷达物液位量测单元110电性连接至该第一震荡模块102、该第二震荡模块104及该频域转时域转换器10806；该第一震荡模块102包含一第一震荡单元10204以及一第一史密特触发器11002；该第二震荡模块104包含一第二震荡单元10404以及一第二史密特触发器11004。

该雷达物液位量测单元110包含一第一正反器电路11006、一第二正反器电路11008、一第一涟波计数器电路11010、一第二涟波计数器电路11012、一滤波器11014、一探棒11016、一耦合器11018、一降频混波器11020及一运算放大器11022。

该第一史密特触发器11002电性连接至该第一震荡单元10204；该第二史密特触发器11004电性连接至该第二震荡单元10404；该第一正反器电路11006电性连接至该第一史密特触发器11002；该第二正反器电路11008电性连接至该第二史密特触发器11004；该第一涟波计数器电路11010电性连接至该第一正反器电路11006；该第二涟波计数器电路11012电性连接至该第二正反器电路11008及该第一涟波计数器电路11010；该滤波器11014电性连接至该第一涟波计数器电路11010及该第一正反器电路11006；该探棒11016电性连接至该滤波器11014；该耦合器11018电性连接至该探棒11016；该降频混波器11020电性连接至该耦合器11018及该第二涟波计数器电路11012；该运算放大器11022电性连接至该降频混波器11020及该控制单元108的该频域转时域转换器10806。

该第一史密特触发器11002及该第二史密特触发器11004用以将该第一震荡单元10204以及该第二震荡单元10404所输出的弦波转为方波；该第一正反器电路11006及该第二正反器电路11008用以将方波变窄(即提升方波的频率)；当该第一涟波计数器电路11010接收到一定数量的方波之后，该第一涟波计数器电路11010通知该第二涟波计数器电路11012，使得该第二涟波计数器电路11012的方波在下个周期回到该固定频率差为该常数值(例如22赫兹)的状态。

该第一正反器电路11006所传送的方波经过该滤波器11014送至该探棒11016，以进行雷达物液位量测；回弹的波通过该探棒11016接收后，回弹的波经过该耦合器11018传送至该降频混波器11020以与该第二涟波计数器电路11012所传送的方波进行降频混波，以得到一降频混波信号；之后，该降频混波信号经过该运算放大器11022传送至该控制单元108(经过该频域转时域转换器10806)进行物液位的高度计算。

请参考图2，其为本发明的雷达物液位量测方法流程图。一雷达物液位量测方法包含下列步骤：

S02：产生具有一固定震荡频率的一第一脉冲信号。

S04：产生具有一可调震荡频率的一第二脉冲信号。

S06：利用一频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号。

S08：该频率比较单元传送该调整信号至一控制模块。

S10：该控制模块将该调整信号与一期望值进行比较，以得到一比较结果信号。

S12：依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二脉冲信号的该可调震荡频率，使得该第二脉冲信号的该可调震荡频率与该第一脉冲信号的该固定震荡频率之间具有一固定频率差。

该控制模块包含一控制单元以及一频率微调单元；该调整信号为多个脉冲信号；该控制单元计算接收到该调整信号的次数；如果接收到该调整信号的次数大于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元降低该可调震荡频率；如果接收到该调整信号的次数不大于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元提高该可调震荡频率。

本发明的雷达物液位量测方法的其余内容与图1或图3相同，为简洁因素，故于此不再赘述。

本发明的功效在于即便测量环境产生剧烈变化，雷达物液位量测装置10依旧能维持高的准确度且雷达物液位量测装置10的功能正常。本发明的主要技术特征在于，不管测量环境的改变，通过回授信号控制技术，使该第二震荡频率与该第一震荡频率(或该可调震荡频率与该固定震荡频率)之间总是具有固定频率差；因此，即便测量环境产生剧烈变化，雷达物液位量测装置10依旧能维持高的准确度且雷达物液位量测装置10的功能正常。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种雷达物液位量测装置，其特征在于，包含：

一第一震荡模块，该第一震荡模块具有一第一震荡频率，依据该第一震荡频率，该第一震荡模块产生一第一脉冲信号；

一第二震荡模块，该第二震荡模块具有一第二震荡频率，依据该第二震荡频率，该第二震荡模块产生一第二脉冲信号；

一频率比较单元，该频率比较单元电性连接至该第一震荡模块及该第二震荡模块；及

一控制模块，该控制模块具有一期望值，该控制模块电性连接至该第二震荡模块及该频率比较单元，

其中该第一震荡模块传送该第一脉冲信号至该频率比较单元；该第二震荡模块传送该第二脉冲信号至该频率比较单元；该频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号；该频率比较单元传送该调整信号至该控制模块；该控制模块将该调整信号与该期望值进行比较，以得到一比较结果信号；依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二震荡频率，使得该第二震荡频率与该第一震荡频率之间具有一固定频率差；

其中该控制模块包含：

一控制单元，该控制单元电性连接该频率比较单元，

其中该控制单元包含：

一计数器，该计数器电性连接至该频率比较单元；

一频域转时域转换器，该频域转时域转换器电性连接至该计数器；及

一输出调节器，该输出调节器电性连接至该频域转时域转换器。

2.如权利要求1所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，该控制模块还包含：

一频率微调单元，该频率微调单元电性连接至该输出调节器及该第二震荡模块，

其中该调整信号为多个脉冲信号，该计数器计算接收到该调整信号的次数以得到该比较结果信号；如果接收到该调整信号的次数大于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元降低该第二震荡模块的该第二震荡频率；如果接收到该调整信号的次数小于或等于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元提高该第二震荡模块的该第二震荡频率。

3.如权利要求2所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，该频率微调单元包含：

一电压转换器，该电压转换器电性连接至该输出调节器；

一阻抗隔离器，该阻抗隔离器电性连接至该电压转换器；及

一频率控制器，该频率控制器电性连接至该阻抗隔离器及该第二震荡模块；

其中该计数器计算接收到该调整信号的次数后传递该比较结果信号给该频域转时域转换器；该频域转时域转换器将该比较结果信号的频域信号转换为一时域信号给该输出调节器；该输出调节器收到该时域信号之后，输出一具有占空比的一控制电压信号给该电压转换器；该电压转换器收到该控制电压信号后，透过该阻抗隔离器传递一驱动电压信号给该频率控制器；该频率控制器依据该驱动电压信号大小而对应输出一定电压信号给该第二震荡模块，该第二震荡模块依据所接收到的该定电压信号大小进行频率调整。

4.如权利要求3所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，还包含：

一雷达物液位量测单元，该雷达物液位量测单元电性连接至该第一震荡模块、该第二震荡模块及该频域转时域转换器，

其中该第一震荡模块包含一第一震荡单元以及一第一史密特触发器；该第二震荡模块包含一第二震荡单元以及一第二史密特触发器；该第一史密特触发器电性连接该第一震荡单元；该第二史密特触发器电性连接该第二震荡单元。

5.如权利要求4所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，该雷达物液位量测单元包含：

一第一正反器电路，该第一正反器电路电性连接至该第一史密特触发器；及

一第二正反器电路，该第二正反器电路电性连接至该第二史密特触发器。

6.如权利要求5所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，该雷达物液位量测单元还包含：

一第一涟波计数器电路，该第一涟波计数器电路电性连接至该第一正反器电路；及

一第二涟波计数器电路，该第二涟波计数器电路电性连接至该第二正反器电路及该第一涟波计数器电路，

其中当该第一涟波计数器电路接收到一定数量的方波之后，该第一涟波计数器电路通知该第二涟波计数器电路，使得该第二涟波计数器电路的方波在下个周期回到该固定频率差系为一常数值的状态。

7.如权利要求6所述的雷达物液位量测装置，其特征在于，该雷达物液位量测单元还包含：

一滤波器，该滤波器电性连接至该第一涟波计数器电路及该第一正反器电路；

一探棒，该探棒电性连接至该滤波器；

一耦合器，该耦合器电性连接至该探棒；

一降频混波器，该降频混波器电性连接至该耦合器及该第二涟波计数器电路；及

一运算放大器，该运算放大器电性连接至该降频混波器及该频域转时域转换器。

8.一种雷达物液位量测方法，其特征在于，包含：

a.产生具有一固定震荡频率的一第一脉冲信号；

b.产生具有一可调震荡频率的一第二脉冲信号；

c.利用一频率比较单元转换该第一脉冲信号及该第二脉冲信号成为一调整信号；

d.该频率比较单元传送该调整信号至一控制模块；

e.该控制模块将该调整信号与一期望值进行比较，以得到一比较结果信号；及

f.依据该比较结果信号，该控制模块调整该第二脉冲信号的该可调震荡频率，使得该第二脉冲信号的该可调震荡频率与该第一脉冲信号的该固定震荡频率之间具有一固定频率差，

其中该控制模块包含一控制单元以及一频率微调单元；该调整信号为多个脉冲信号，该控制模块计算接收到该调整信号的次数；如果接收到该调整信号的次数大于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元降低该可调震荡频率；如果接收到该调整信号的次数小于或等于该期望值，则该控制单元透过该频率微调单元提高该可调震荡频率。