CN107101696A - 减小填料物位测量装置的平均功率谱中的功率峰值 - Google Patents

减小填料物位测量装置的平均功率谱中的功率峰值 Download PDF

Info

Publication number
CN107101696A
CN107101696A CN201710096139.4A CN201710096139A CN107101696A CN 107101696 A CN107101696 A CN 107101696A CN 201710096139 A CN201710096139 A CN 201710096139A CN 107101696 A CN107101696 A CN 107101696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
transmission signal
slope
signal
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710096139.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107101696B (zh
Inventor
克里斯托弗·米勒
迈克尔·菲舍尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Publication of CN107101696A publication Critical patent/CN107101696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107101696B publication Critical patent/CN107101696B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/34—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G01S13/343—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明导致了填料物位测量装置的平均功率频谱中的功率峰值的减小，这些功率峰值是由所述填料物位测量装置在频率斜坡开始之前或在频率斜坡之后发射恒定频率的次数引起的。所述填料物位测量装置被设计用于产生且发射传输信号，其中所述传输信号包含至少一个频率斜坡。为了确定器皿中的填充材料的物位，仅使用了在基频间隔内的频率。在这种情况下，所述基频间隔的最小频率大于所述频率斜坡的最小频率，且/或所述基频间隔的最大频率小于所述频率斜坡的最大频率。

Description

减小填料物位测量装置的平均功率谱中的功率峰值
相关申请的引用
本申请要求2016年2月22日提交的欧洲专利申请第16 156 684.9号的优先权日权益，因此将该欧洲专利申请的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及物位测量。特别地，本发明涉及用于减小填料物位测量装置的传输信号的平均功率频谱中的功率峰值的方法、物位雷达(level radar)、程序要素和计算机可读介质。
背景技术
当确定器皿中或封闭器皿外部(自由场)的填充材料的物位时，能够使用如下这样的填料物位测量装置：该填料物位测量装置向填充材料发射雷达或超声波信号，并且记录在填充材料处被反射的信号以便根据该反射的信号来求出物位。
在例如以调频连续波(FMCW：frequency-modulated continuous wave)信号的形式发射雷达波且以该雷达波作为传输信号或用于测量物位的测量信号的填料物位测量装置的随时间取平均的功率谱(也称为均方根(RMS)谱(RMS＝Root Mean Square))中，在传输信号的某些特定频率处会出现功率峰值。这些功率峰值可以是由于传输信号保持在特定频率下而产生的。
尤其在雷达波被用于物位测量中的情况下，存在着关于所辐射出的信号的最大平均功率水平的法定要求。为了不超过所允许的传输水平(例如，在EU(欧盟)中应用了协调标准的传输水平)，传输水平一般地可以被保持为相对较低的值。让传输水平不超过平均功率的可允许极限值的另一个原因在于要以时钟的方式来发射雷达信号。在这种情况下，在活动时期内由填料物位测量装置发射雷达信号。然后跟着就是非活动时期，在该非活动时期内，填料物位测量装置或该填料物位测量装置的负责产生并发射雷达信号的雷达系统被关闭。结果，能够有效地减小所发射信号的平均功率。然而，传输信号的峰值功率不会受此影响。
发明内容
期望提供一种用于减小填料物位测量装置的平均功率谱中的功率峰值和水平增大量的方法，并且期望提供一种针对于所允许的最大传输水平具有改进的功率谱的填料物位测量装置。
根据独立权利要求的特征，提供了利用调频连续波(FMCW)信号来确定器皿中的填充材料的物位的填料物位测量装置、用于操作所述利用调频连续波信号的填料物位测量装置的方法、程序要素以及计算机可读介质。本发明的发展能够在从属权利要求中找到。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定器皿中的填充材料的物位的填料物位测量装置。例如，所述填料物位测量装置也能够被用来测量传送带上的散装材料的质量流量(mass flow)。所述填料物位测量装置能够利用调频连续波信号进行操作。在这种情况下，所述填料物位测量装置至少具有下列部件：高频电路，借助于该高频电路能够产生传输信号，其中所述传输信号具有至少一个频率斜坡；传输装置，所述传输装置用于有针对性地向所述填充材料发射所述传输信号；以及评估部，所述评估部用于基于在所述填充材料处被反射的所述传输信号来确定所述填充材料的物位。所述传输信号的所述频率斜坡具有最小频率fmin和最大频率fmax。当确定所述物位时，所述评估部被设计成仅使用在所述填充材料处被反射的所述传输信号中的具有在基频间隔内的频率的那一部分。在这种情况下，所述基频间隔的最小频率大于所述频率斜坡的最小频率fmin，且/或所述基频间隔的最大频率小于所述频率斜坡的最大频率fmax。
频率斜坡应理解为是指如下这样的传输信号或传输信号分量：在该传输信号或传输信号分量之处或之内，频率随时间单调上升或单调下降。单调上升和单调下降的频率的组合也是可能的。
所述填料物位测量装置的所述传输信号能够在某一时期内具有例如与频率斜坡(即，其中频率随时间单调增大或单调减小的传输信号分量)连接的恒定频率分量。传输信号还能够由在时间上被布置成一行或被连续布置的一个或多个频率斜坡给出，而不是必须存在有其中信号保持在恒定频率下的时期。此外，传输信号在通过频率斜坡之后的随后时期的期间内保持在恒定频率下也是可以的。这个频率能够由例如所述频率斜坡的最大频率给出。前述的传输信号的频率的时间依赖关系的其他组合也是可能的。
根据本发明的基频间隔应被理解为是指这样的频率间隔：在由所述填料物位测量装置确定物位时，处于该频率间隔内的那些频率被考虑进来。这意味着仅使用填料物位测量装置的在填充材料处被反射的传输信号中的处于所述基频间隔内的频率分量来进行所述被反射的传输信号的评估。
基频间隔跟传输信号的频率斜坡的最小频率fmin与最大频率fmax之间的频率范围这二者之间的区别具有下列效果：利用调频连续波信号进行操作的填料物位测量装置包括可能具有某一建立或热身时间的电路部件。在这些电路部件的所述建立或热身时间的时期内发射的传输信号不能够被用于可靠的测量，即，不能够被用来可靠地确定物位。用于测量的传输信号分量较佳地可以由频率斜坡给出，即，当进行测量时，如下这样的信号分量是不被期望的：在该信号分量中，具有恒定频率的传输信号分量在某一时期内被发射。由于必要的建立或热身时间，以频率斜坡直接开始可能是不明智的。为此，在由频率斜坡给出传输信号的后续部分之前，最初可以在恒定频率下等待直到建立或热身时间之后。本发明避免了在建立或热身时期的期间内发射具有恒定频率的传输信号分量，在这个时期的期间内已经通过了频率斜坡的一部分，但是该频率斜坡的这一部分不被用于实际测量。以这种方式，能够彻底地消除或至少显著地减少具有恒定频率的传输信号分量被发射时的时间。
根据本发明的一个实施例，所述频率斜坡的这个部分在所述基频间隔之下(在上升的频率斜坡的情况下)。所述填料物位测量装置能够被设计成只有在建立时间(settlingtime)已经过去时才达到所述基频间隔的最小频率。
根据本发明的另一个实施例，所述频率斜坡的这个部分在所述基频间隔之上(在下降的频率斜坡的情况下)。所述填料物位测量装置能够被设计成只有在建立时间已经终止时才达到所述基频间隔的最大频率。
根据本发明的一个实施例，所述基频间隔的最小频率大于所述频率斜坡的最小频率fmin。在这种情况下，所述高频电路被专门设计成以使得所述传输信号不包含具有恒定频率的连续波信号的方式产生至少一个频率斜坡。在此说明的处理能够导致功率谱完全没有任何峰值。
根据这个实施例，所述传输信号能够由多个频率斜坡组成，但是在任何情况下都由至少一个频率斜坡组成。如果使用多个频率斜坡，则传输信号的频率例如从最小频率到最大频率以单调的方式随时间增大，并且随后跳回到最小频率，以便如前面一样从最小频率到最大频率以单调的方式随时间上升。因此，所述传输信号不包含具有恒定频率的连续波信号。在这种情况下，具有恒定频率的连续波信号应理解为是指在一个时期内频率恒定的信号，所述一个时期通常远小于所述频率斜坡被经过的时间间隔。例如，辐射出恒定的连续波信号的所述时期或持续时间能够由所述填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间给出。
根据本发明的另一个实施例，所述传输信号包括在频率斜坡之前的具有恒定频率fSmin的连续波信号。在这种情况下，所述频率斜坡的最小频率fmin对应于频率fSmin。在这种情况下，辐射出具有恒定频率的连续波信号的时期能够小于所述填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间。
换言之，这意味着：在这个实施例中，所述传输信号最初在固定频率fSmin下具有恒定输入，以便然后通过频率斜坡，该频率斜坡从频率fmin开始一直到该频率斜坡的最大频率fmax。因为频率斜坡的最小频率fmin对应于频率fSmin，所以从所述恒定的连续波信号到该频率斜坡的过渡是稳定的。然而，辐射出具有恒定频率的连续波信号的时期能够小于所述填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间，特别地，远远小于所述填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间。这意味着在频率斜坡已经开始的同时所述填料物位测量装置的电路部件仍然正在建立或热身。
根据另一个实施例，所述填料物位测量装置的所述高频电路被设计成借助于锁相环(PLL：phase-locked loop)来产生传输信号的频率斜坡。具有内置的斜坡发生器的集成PLL模块在没有任何额外的电路费用的前提下提供了这种可能性。在这种情况下，在出现于所述PLL模块中的每个时钟信号之后，所述传输信号的频率被增大一个预定值。只有在预设数量的时钟信号之后才能达到所述基频间隔的最小频率。
这意味着所述传输信号具有在所述基频间隔之外的频率份额。当评估在填充材料处被反射的传输信号时，将不会考虑在所述基频间隔之外的这些频率。
根据另一个实施例，所述高频电路被设计成借助于PLL模块中的规则连续的时钟信号而在锁相环中产生传输信号的频率斜坡，并且在这个过程中，在每个时钟信号之后使传输信号的频率增大一个预定值。在这种情况下，只有在预设数量的时钟信号之后才能达到所述传输信号的最大频率，并且所述传输信号的最大频率超过所述基频间隔的最大频率。因此，在这种情况下，最大传输频率大于所述基频间隔的最大频率。
根据本发明的一个实施例，所述基频间隔能够在24GHz与26.5GHz之间的范围内。所述基频间隔还能够在75GHz与85GHz之间。能够进一步规定：所述基频间隔的最小频率与所述传输信号的所述频率斜坡的最小频率fmin之间的差大于100MHz或者大于所述基频间隔的5％或10％，且/或所述频率斜坡的最大频率fmax与所述基频间隔的最大频率之间的差大于100MHz。还能够规定：前述两个差中的至少一个差大于10MHz，大于50MHz，或大于200MHz。
频率差能够特别地根据所述锁相环的建立时间来确定。因此，能够以如下的方式来选择所述频率斜坡的频率fmin：不晚于达到所述基频间隔的最小频率时的时间点，所述锁相环被建立且锁定。
实践中，这个频率差然后实际上在例如从10MHz至200MHz的范围内变化。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于操作利用调频连续波(FMCW)信号的填料物位测量装置的方法，其中，所述方法包括随后提及的各步骤：确定传输信号的至少一个频率斜坡的最小频率fmin和最大频率fmax；此外，确定基频间隔，这个基频间隔的特征在于该基频间隔的最小频率大于所述频率斜坡的最小频率fmin，且/或该基频间隔的最大频率小于所述频率斜坡的最大频率fmax。在进一步的方法步骤中，产生具有所述至少一个频率斜坡的所述传输信号。在另一个方法步骤中，向填充材料发射所述传输信号。最后，能够仅使用在所述填充材料处被反射的所述传输信号中的具有在所述基频间隔内的频率的那一部分来评估所述被反射的所述传输信号。
使用这个方法，能够避免或至少显著地减少在所述填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间的期间内的所述传输信号分量的静止。例如，与建立或热身时间相比，辐射出具有恒定频率的传输信号分量的时期被减小到4分之一。减小到10分之一也是可能的。此外，也能够完全消除辐射出频率恒定的传输信号的时期。在前述这些情况下，传输信号能够在建立或热身时间的期间内已经通过频率斜坡的一部分。然后，当建立时间终止时，沿着频率斜坡来获得所述基频间隔的最小频率(或在下降的频率斜坡的情况下，获得所述基频间隔的最大频率)。在这个频率之后的传输信号分量被用于确定物位。
根据本发明的再一个方面，提出了一种程序要素，当该程序要素在填料物位测量装置的处理器上被执行时，该程序要素促使所述填料物位测量装置实施在上述方法的说明中所指出的各步骤。
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质上存储着具有前述特征的程序要素。
下面，将会参照附图来说明本发明的实施例。
附图说明
图1a示出了包括装有填充材料的器皿的填料物位测量装置。
图1b示出了根据本发明实施例的包括填料物位测量装置的各部件的方框图。
图2示出了填料物位测量装置的传输信号的频率与时间的函数关系。
图3示出了根据本发明实施例的填料物位测量装置的包括频率斜坡的传输信号的频率与时间的函数关系。
图4a示出了根据本发明另一个实施例的传输信号的频率对时间的依赖性。
图4b示出了根据本发明又一个实施例的传输信号的频率对时间的依赖性。
图5示出了利用调频连续波信号而产生的不同传输信号的平均功率谱的频率依赖性。
图6示出了根据本发明实施例的用于操作填料物位测量装置的方法的流程图。
具体实施方式
下面，将会参照附图来说明本发明的实施例。在这种情况下，结合填料物位测量装置而被说明的特征和性能同样能够转用到方法中，就像反过来一样，方法中的步骤能够在填料物位测量装置中和该填料物位测量装置的操作中被实施。
附图中的绘制是示意性的并且是不成比例的。在不同的附图中使用了相同的附图标记的情况下，这些附图标记表示相同或相似的元件。
图1a示出了填料物位测量装置10，该填料物位测量装置10连接到器皿或容器11的上器皿壁，或该填料物位测量装置10的至少一部分经由上器皿壁中的开口插入到器皿的内部中。器皿11内安放着填充材料12。为了确定器皿11内的填充材料12的物位，填料物位测量装置10能够向该填充材料发射传输信号13，传输信号13在填充材料处被反射然后被填料物位测量装置记录并且被用来计算物位。例如，发射的所述信号能够是雷达信号。然而，在物位测量中使用超声波信号也是可以的。在这种情况下，传输信号包括某一既定的频率范围。可能存在有规定了某些频带的法定要求或法定标准，填料物位测量装置的信号的频率可以在这些频带内。在使用雷达信号来进行非接触式物位测量的填料物位测量装置的情况下，所允许的传输频率例如在K带(K band)内，即在24.05GHz与26.5GHz之间，或者在W带(Wband)内，即在75GHz与85GHz之间。关于在法定允许频带的一个频带内的每个频率的最大平均功率水平，也可能存在有法定要求。由于存在着其中填料物位测量装置的传输信号保持在恒定频率下的时期，导致了在该频率下平均功率水平的相应增加。
填料物位测量装置能够具有例如由图1b中的方框电路图再现的电子器件。填料物位测量装置10的电子器件具有能量供应部或能量供应器101，该能量供应部或能量供应器101向处理器102、压控振荡器(VCO：voltage-controlled oscillator)107和HF(高频)电路108供应能量。处理器102与接口103连接。例如，用户能够将填料物位测量装置在测量时所要使用的频率范围输入到这个接口103中。将诸如测量的重复率等其他数据输入到该接口中也是可以的。输入的这个信息能够进而被传输至处理器102。与接口103的另一侧连接的是小数N分频模块(fractional-N module)104。该小数N分频模块104接收基准振荡器105的信号，并将信号进而传送至滤波器106，滤波器106进而将这些信号供应至压控振荡器107。压控振荡器107进而在一侧处直接或经由分频器(divider)电路(预分频器(prescaler))与小数N分频模块104连接，并且压控振荡器107在另一侧处与RF(射频)电路108连接。
实际的锁相环110是由小数N分频PLL(锁相环)模块104、环路滤波器106和压控振荡器107这些部件形成的。锁定的环路被从107至104的反馈路径闭合。
特别地，RF电路108能够包括有源电路(乘法器、放大器)、无源元件(耦合器、循环器)和其他部件。该RF电路的信号被放置在RF输出(天线)109处，然后作为传输信号从填料物位测量装置10向填充材料发射。上述的小数N分频模块104、环路滤波器106和压控振荡器107这些部件能够被用来产生调频连续波(FMCW)信号。
图2示出了填料物位测量装置10的例如能够由图1b所示的方框电路图中的那些部件产生的传输信号(调频连续波信号)的频率的时间依赖性的示例。作为时间的函数，传输信号20最初具有频率恒定的输入201。该恒定输入的频率对应于传输信号的最小频率fmin。在该恒定频率之后跟着的是传输信号20的频率斜坡202。该频率斜坡的特征在于：作为时间的函数的传输信号的频率从该传输信号的最小频率fmin单调上升直到该传输信号的最大频率fmax。能够规定：在达到传输信号的最大频率fmax之后，填料物位测量装置的传输部被关闭。如果是这种情况，则传输信号20仅包括与频率斜坡202连接的具有恒定频率的信号分量201。然而，利用一个时间序列的上述模式的信号来获得传输信号20也是可以的。在这种情况下，在达到最大传输频率fmax时不将填料物位测量装置的传输部关闭，而是将传输频率重置为最小值fmin并且在有限时间内再次发射具有恒定频率的信号分量。该信号分量是由图2中的附图标记203表示的。进而与传输信号的这个部分连接的是频率斜坡204，在该频率斜坡204中，频率从最小频率fmin开始随时间单调增大直到最大频率fmax。
在图2中，基频间隔ΔfN 30的特征在于最小频率301和最大频率302。在图2的情况下，基频间隔30的最小频率与最小传输频率fmin一致，并且基频间隔30的最大频率302与最大传输频率fmax一致。此外，从图2中能够看出，其中传输信号保持在恒定频率fmin下的时期与其中频率斜坡在202、204处通过的时期具有相同的大小。拥有固定频率的时间还能够远远短于或长于该斜坡。
传输信号20的稳频输入201、203能够由如下的事实引起，该事实是：压控振荡器至少在频率扫描(frequency sweep)的开始处暂停，并且还可能在频率扫描的结尾处暂停。术语“频率扫描”和“频率斜坡”能够等同地使用。
这样的在其内发射恒定频率的“停驻时间”通常是必要的，以便接通后面的诸如乘法器、放大器和其他部件等有源电路部件。换言之，如果基频范围30的特征在于填料物位测量装置的如图2所示的最小传输频率fmin和最大传输频率fmax，那么在通过频率斜坡202之前需要最初经过一定量的时间，在该一定量的时间段内相应的电子部件被接通并且能够稳定地建立。然而，传输信号的平均功率谱中的在频率fmin处的增大例如是由在某一时期内在图2中的频率fmin处保持恒定的频率分量引起的。为了能够在整体上不会降低传输信号的整个频率范围内的传输水平的前提下避免功率谱中的这种增大并且不超过最大可允许极限值，本发明提出了作为时间函数的例如如图3或图4所示的传输信号的频率依赖性。
在图3中，作为时间的函数而示出了填料物位测量装置的传输信号21的频率。这里，测量信号21具有最小频率fmin 401和最大频率fmax 402。这意味着传输信号21的频率处于传输频率间隔Δf 40内。基频间隔或基频范围30，即，具有最小频率301和最大频率302的频率间隔ΔfN，处于传输频率间隔Δf 40内。只有在基频间隔30内的传输频率将会被用在基于在填充材料处被反射的传输信号来确定物位的过程中。传输信号21具有频率恒定分量211和频率斜坡分量212。传输信号21仅包括前述分量211、212是可以的。然而，如下情况也是可以的：传输信号在频率斜坡212的结尾处达到最大传输频率值fmax 402之后、跳回至传输信号的最小频率值fmin 401，并且传输信号的频率恒定分量213进而在频率fmin 401处连接至上述频率斜坡。具有在最小频率fmin与最大频率fmax之间的频率的频率斜坡214可以进而连接至上述频率恒定分量213。特别地，传输信号能够由上述的多个传输信号分量组成。然而，传输信号21仅包括频率恒定的输入211和与之连接的频率斜坡212也是可以的。
与图2所示的传输信号20相比，图3所示的传输信号21的特征在于：在最小传输频率fmin 401处的频率恒定的输入是在更短的时间间隔内发射的。由于辐射出信号(例如，恒定频率fmin的连续波信号)时的更短时期，在最小传输频率fmin 401处的传输信号21的平均功率水平低于图2中的示例的在最小传输频率fmin 301处的传输信号20的平均功率水平。然而，在图3的情况下，传输信号保持在最小传输频率fmin 401时的时期能够小于填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间。这意味着在填料物位测量装置的电路部件的建立时间内发射的传输信号分量不能够被用于测量目的，而能够被用于确定物位的可靠传输信号分量仅仅是在一旦建立时间已经终止才被产生的。图3中的与传输信号21的频率恒定分量211直接连接的频率斜坡分量212因为填料物位测量装置的电路部件的建立时间尚未终止而不能够被用于测量物位的这个问题由如下的事实来克服，该事实是：基频间隔30(用于物位测量的频率落入在该基频间隔30内)具有最小频率301，例如仅在必要的建立或热身时间终止之后沿着频率斜坡才会达到该最小频率301。
有效的是，这意味着首先能够选择或预定所期望的基频间隔30。此外，填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间是能够知晓的。代替在建立时间的期间内使用与频率斜坡连接的具有恒定频率的传输信号分量来进行物位测量的是，本发明的一种构思包括将频率斜坡扩展到更小频率，即，比基频间隔的最小频率301更小的频率。然而，只有在基频间隔30内的频率将会被用于物位测量。以这种方式，能够减少停驻时间，即，其中传输信号21以恒定频率值fmin 401为特征时的时间。由此，有利地减小了在“停驻频率”处的平均功率水平，即，在某一时期内处于恒定状态的传输信号的频率值处的平均功率水平。于是，在结果上有利的是，能够维持填料物位测量装置的电路部件的热身和建立时间，并且能够在由频率斜坡界定的较大频率范围上的这些时期内分配由填料物位测量装置辐射的功率从而代替在建立或热身时间的期间内在固定频率(例如，指的是频率斜坡的开始频率或结尾频率)处辐射功率。
上述的和/或下述的频率斜坡能够在如下的填料物位测量装置的雷达系统中逐步地产生：该填料物位测量装置能够借助于小数N分频模块中的时钟信号例如在锁相环中产生调频连续波信号。在这种情况下，在电路图中的下游处连接着的压控振荡器的输出频率在各个时钟循环中被增大某个固定幅度。以这种方式，各个时钟循环中的特定输出频率是已知的并且被精确定义的。根据本发明，传输信号的开始频率被设定为比基频间隔的最小值低的值。通过使锁相环“向上脉动(pulsing up)”直至至少达到基频间隔的预设最大频率，来产生相应的频率斜坡。然而，也可以设定比基频范围的最大频率大的最大传输频率。在频率斜坡开始之后仅在规定数量的步骤之后才能达到基频范围30的最小频率。只有在达到基频范围的最小频率时，被用于物位测量的传输信号的频率范围才开始。以这种方式，可以防止填料物位测量装置在该填料物位测量装置的电路部件的热身或建立时间的期间内保持在恒定值，该恒定值可能对应于例如频率斜坡的最小值和基频间隔的最小值。
图4a示出了根据本发明另一个实施例的作为时间函数的传输信号22的频率依赖性。相应地，传输信号22具有在频率间隔Δf 40内的、位于最小频率fmin 401与最大频率fmax402之间的频率。位于该传输频率间隔Δf 40内的是基频间隔ΔfN 30，该基频间隔ΔfN 30具有该基频间隔的最小频率301和最大频率302。传输信号22仅由至少一个频率斜坡222给出。因此，与图2和图3中的情况相比，省略了具有恒定频率的传输信号分量。传输信号22进而能够由数个相同的、在时间上连续的频率斜坡222、224组成。如图4中显然可见的，传输信号22的最小频率fmin 401小于基频间隔ΔfN 30的最小频率301。在这个实施例中，传输信号22的最大频率fmax 402也大于基频间隔30的最大频率302。在时间间隔Δt内，传输信号的频率能够沿着频率斜坡从传输信号22的最小值fmin 401增大到基频间隔的最小值301。根据本发明，时间Δt旨在至少对应于填料物位测量装置的电路部件的热身或建立时间。因此，例如，如图4所示，作为时间函数的传输信号的频率依赖性能够呈现出锯齿状的进展。由于仅在时间Δt之后才达到基频间隔的最小频率的这个事实，能够在不会具有在通过频率斜坡222、224之前在“停驻频率”处的增大的平均功率水平的前提下，把填料物位测量装置的电路部件的建立或热身时间的必要性继续考虑进来。
如图4b所示，频率斜坡还能够在热身/建立时间的期间内在基频带内开始，然后首先到达所期望的频率斜坡的起始值(在向下的频率中)。结果，频率范围将不会扩大到超出基频范围。尽管所使用的频谱的一部分将会“通过(run through)”两次(这导致水平增大了3dB)，但是没有出现“尖峰”或峰值512(参看图5)。
与图4a中的信号进展相比，优势在于没有任何频谱“被浪费”(即，Δf＝ΔfN)的这个事实。基频间隔30与传输频率间隔40相同。
图5示出了例如能够由频谱分析仪测量且表示出来的、作为频率函数的传输信号的随时间取平均的标准化功率谱Lp的对数表示51、52。对数化的功率谱51能够是例如图2所示的传输信号20的功率谱。对数化的功率谱52能够进而对应于图3所示的传输信号21的功率谱。功率谱51在频率间隔Δf1 511的最小频率处具有功率峰值512。频率间隔Δf1 511包括用于形成功率谱51的基础的传输信号的所有频率。功率峰值512是由下面的传输信号分量引起的：在该分量中，该传输信号在它通过频率斜坡之前在某一时间间隔(例如，电路部件的建立时间)的期间内保持在恒定频率。
同样地，在功率谱52中发现了功率峰值522，其中，与功率谱51的功率峰值512相比，功率峰值522的幅度显著减小了。功率谱52对应于具有在频率间隔Δf2 521内的传输频率的传输信号，其中，功率峰值522位于在频率间隔Δf2 521的最小频率处的功率谱中。该功率峰值522也是由传输信号的在有限时间间隔内恒定的频率分量导出的，但是在曲线52的情况下，其中相应的传输信号具有恒定分量的时间比在曲线51的情况下的时间短。这导致与功率峰值512相比而言功率峰值522被减小了。除了功率峰值512和522以外，平均功率51的功率谱和平均功率52的功率谱各自在频率间隔Δf1 511和Δf2 521内一般是大体上恒定的。这是由于如下的事实：在作为图5的基础的填料物位测量装置的情况下，由相应的填料物位测量装置辐射的能量实际上与频率无关，并且分别形成平均功率谱51和52的基础的两个频率斜坡202和212具有相同的斜率。由于在平均功率谱中所示出的功率峰值的减小，能够在由填料物位测量装置在预定测量时期内辐射出相同能量的情况下，避免在某一频率处达到最大功率水平的问题。特别地，在例如如图4b所示的传输信号的情况下，在根据图5的功率谱中，在该功率谱中将不会再出现功率峰值，而是平坦的、略微凸起的进展53。
图6示出了用于操作填料物位测量装置的方法的流程图，在该方法中，防止或减小了填料物位测量装置的平均功率频谱中的功率峰值。在步骤601中，设定传输信号的至少一个频率斜坡的最小频率fmin和最大频率fmax。在步骤602中，设定基频间隔，该基频间隔的最小频率大于频率斜坡的最小频率，且/或该基频间隔的最大频率小于频率斜坡的最大频率fmax。设定基频间隔的步骤602发生在设定频率斜坡的最小频率fmin和最大频率fmax的步骤601之前也是可以的。在随后的步骤603中，由填料物位测量装置产生具有至少一个频率斜坡的传输信号，以便在接下来的步骤604中向填充材料发射。在步骤605中，仅使用在填充材料处被反射的传输信号中的具有在步骤602中设定的基频间隔内的频率的那一部分来评估所述被反射的传输信号。
还应当指出，“包括”和“具有”不排除任何其他元件或步骤的可能，并且不定冠词“一个”不排除多个的可能。还应当指出，结合上述各实施例中的一个实施例而被说明的特征或步骤还能够与上述其他实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求书中的附图标记不应被视为限制。

Claims (9)

1.一种填料物位测量装置(10)，其利用调频连续波信号亦即FMCW信号来确定器皿(11)中的填充材料(12)的物位，所述填料物位测量装置包括：
高频电路，所述高频电路被配置成产生传输信号(21、22)，其中所述传输信号具有至少一个频率斜坡(212、222)；
传输装置，所述传输装置被配置成将所述传输信号(21、22)向所述填充材料发射；
评估部，所述评估部被配置成基于在所述填充材料处被反射的传输信号来确定所述填充材料的所述物位；
其中，所述至少一个频率斜坡(212、222)具有最小频率fmin和最大频率fmax；
其中，当确定所述填料物位时，所述评估部被配置成仅考虑所述被反射的传输信号中的具有在基频间隔(30)内的频率的那一部分；并且其中，所述基频间隔的最小频率(301)大于所述频率斜坡的最小频率fmin，且/或所述基频间隔的最大频率(302)小于所述频率斜坡的最大频率fmax。
2.根据权利要求1所述的填料物位测量装置，
其中，所述基频间隔(30)的最小频率(301)大于所述频率斜坡(212、222)的最小频率fmin；并且
其中，所述高频电路被配置成仅产生所述至少一个频率斜坡(212、222)，以使得所述传输信号(22)不含有具有恒定频率(201、203、211、213)的连续波信号。
3.根据权利要求1所述的填料物位测量装置，
其中，所述传输信号(21)在所述频率斜坡(212)之前含有具有恒定频率fSmin的连续波信号(211)；并且
其中，所述频率斜坡(212)的最小频率fmin与所述恒定频率fSmin一致。
4.根据前述权利要求中任一项所述的填料物位测量装置，
其中，所述高频电路被配置成借助于在具有斜坡发生器的锁相环中的规则连续时钟信号来产生所述传输信号(21、22)的所述频率斜坡(212、222)；
其中，所述高频电路被配置成在每个时钟信号之后使所述传输信号(21、22)的频率增大一个预定值；并且
其中，只有在预设数量的时钟信号之后才能达到所述基频间隔(30)的最小频率(301)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的填料物位测量装置，
其中，所述高频电路被配置成借助于在锁相环中的规则连续时钟信号来产生所述传输信号(21、22)的所述频率斜坡(212、222)；
其中，所述高频电路被配置成在每个时钟信号之后使所述传输信号(21、22)的频率增大一个预定值；
其中，只有在已经达到所述基频间隔(30)的最大频率(302)后的预设数量的时钟信号之后才能达到所述传输信号(22)的最大频率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的填料物位测量装置，
其中，所述基频间隔(30)在24.05GHz与26.5GHz之间或者75GHz与85GHz之间的范围内；并且
其中，所述基频间隔(30)的最小频率(301)与所述传输信号(21、22)的所述频率斜坡(212、222)的最小频率fmin之间的差大于100MHz，且/或所述频率斜坡(212、222)的最大频率fmax与所述基频间隔(30)的最大频率(302)之间的差大于100MHz。
7.一种用于操作填料物位测量装置(10)的方法，所述填料物位测量装置(10)利用调频连续波信号亦即FMCW信号来确定器皿(11)中的填充材料(12)的填料物位，所述方法具有以下步骤：
确定传输信号(21、22)的至少一个频率斜坡(212、222)的最小频率fmin和最大频率fmax；
确定基频间隔(30)，其中所述基频间隔(30)的最小频率(301)大于所述频率斜坡的最小频率fmin，且/或所述基频间隔(30)的最大频率(302)小于所述频率斜坡(212、222)的最大频率fmax；
产生具有所述至少一个频率斜坡(212、222)的所述传输信号(21、22)；
将所述传输信号(21、22)向所述填充材料发射；
仅使用在所述填充材料处被反射的传输信号中的具有在所述基频间隔(30)内的频率的那一部分来评估所述被反射的传输信号。
8.一种程序要素，当所述程序要素在填料物位测量装置的处理器上被执行时，所述程序要素指示所述填料物位测量装置实施如权利要求7所述的那些步骤。
9.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有如权利要求8所述的程序要素。
CN201710096139.4A 2016-02-22 2017-02-22 填料物位测量装置及操作方法、程序要素、计算机可读介质 Active CN107101696B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16156684.9 2016-02-22
EP16156684.9A EP3208579B1 (de) 2016-02-22 2016-02-22 Reduzierung von leistungsspitzen im spektrum der mittleren leistung von füllstandmessgeräten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107101696A true CN107101696A (zh) 2017-08-29
CN107101696B CN107101696B (zh) 2020-09-29

Family

ID=55405225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710096139.4A Active CN107101696B (zh) 2016-02-22 2017-02-22 填料物位测量装置及操作方法、程序要素、计算机可读介质

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10557743B2 (zh)
EP (1) EP3208579B1 (zh)
CN (1) CN107101696B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110553696A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 Vega格里沙贝两合公司 填充物位测量方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018123199A1 (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 株式会社ソシオネクスト 周波数掃引発振回路
CN111183339B (zh) * 2017-10-06 2022-05-24 Vega格里沙贝两合公司 物位测量装置、物位测量方法和计算机可读介质
DE102022105197A1 (de) 2022-03-04 2023-09-07 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545614A (zh) * 2000-12-22 2004-11-10 ������˹�ͺ�ɪ�����Ϲ�˾ 用于发射无线电信号的装置
DE102009013300A1 (de) * 2008-04-23 2009-10-29 Continental Automotive Gmbh Funktionsmoduliertes FMCW-Radar mit Integratorempfänger
CN102016524A (zh) * 2008-05-16 2011-04-13 罗斯蒙特雷达液位股份公司 使用带有周期性排列的基准阻抗转变元件的波导结构的雷达液位计系统
CN104034391A (zh) * 2013-03-07 2014-09-10 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪
US20150007654A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-08 Vega Grieshaber Kg Determining a distance and a flow speed of a medium

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044355A (en) * 1973-11-20 1977-08-23 Saab-Scania Aktiebolag Measurement of contents of tanks etc. with microwave radiations
FR2691809B1 (fr) * 1992-05-26 1994-09-02 Thomson Csf Procédé de compensation automatique de la non linéarité de la pente de modulation d'un radar à onde continue modulée en fréquence et radar pour sa mise en Óoeuvre.
US5309160A (en) * 1993-01-04 1994-05-03 Westinghouse Electric Corp. Radar system and method having variable tracking range
JP4111667B2 (ja) * 2000-09-26 2008-07-02 富士通テン株式会社 Ｆｍ−ｃｗレーダ装置
JP4871104B2 (ja) * 2006-11-24 2012-02-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 レーダ装置及び信号処理方法
DE102007043535A1 (de) * 2007-09-12 2009-03-19 Robert Bosch Gmbh FMCW-Radarortungsvorrichtung und entsprechendes FMCW-Radarortungsverfahren
US8085097B2 (en) * 2008-05-06 2011-12-27 Hittite Microwave Corporation Integrated ramp, sweep fractional frequency synthesizer on an integrated circuit chip
EP2390679B1 (en) * 2010-05-27 2012-10-03 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Automotive radar with radio-frequency interference avoidance
DE102012003373B4 (de) * 2012-02-22 2018-11-22 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zur Überwachung und Verfahren zum Betreiben eines nach dem Radar-Prinzip arbeitenden Füllstandmesssystems und entsprechendes Füllstandmesssystem
US10094920B2 (en) * 2014-08-27 2018-10-09 Texas Instruments Incorporated Range resolution in FMCW radars

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545614A (zh) * 2000-12-22 2004-11-10 ������˹�ͺ�ɪ�����Ϲ�˾ 用于发射无线电信号的装置
DE102009013300A1 (de) * 2008-04-23 2009-10-29 Continental Automotive Gmbh Funktionsmoduliertes FMCW-Radar mit Integratorempfänger
CN102016524A (zh) * 2008-05-16 2011-04-13 罗斯蒙特雷达液位股份公司 使用带有周期性排列的基准阻抗转变元件的波导结构的雷达液位计系统
CN104034391A (zh) * 2013-03-07 2014-09-10 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 具有锁状态控制的调频连续波雷达水准仪
US20150007654A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-08 Vega Grieshaber Kg Determining a distance and a flow speed of a medium

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110553696A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 Vega格里沙贝两合公司 填充物位测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10557743B2 (en) 2020-02-11
US20170241825A1 (en) 2017-08-24
EP3208579B1 (de) 2020-01-29
CN107101696B (zh) 2020-09-29
EP3208579A1 (de) 2017-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107101696A (zh) 减小填料物位测量装置的平均功率谱中的功率峰值
US6486826B1 (en) Arrangement for the precise distance measuring, in particular the filling level measuring
US10866134B2 (en) Fill level measurement device having optimised energy consumption
RU2678211C2 (ru) Частотно-модулированное радарное измерение уровня
RU2650824C2 (ru) Радарная система измерения уровня с контролем состояния синхронизации
CN107677339A (zh) 雷达料位测量装置
US10132671B2 (en) Pulsed radar level gauge with single oscillator
EP2680027B1 (en) Pulsed level gauge system with temperature-based control of pulse repetition frequency
WO2004013584A1 (en) Stabilization of oscillators for a low power radar level transmitter
CN109000759B (zh) 包括锁相环的雷达料位测量装置及其用途和操作方法
US20060055467A1 (en) Broadband modulation pll, and modulation factor adjustment method thereof
CN108871500B (zh) 包括锁相环的雷达料位测量装置及其用途和操作方法
US7113047B2 (en) Clock generator and its control method
EP3479137B1 (en) Fmcw radar level gauge with enhanced timing control
CN112600555A (zh) 一种产生调频连续波信号的方法
US8664980B2 (en) Frequency synthesizer for generating a low noise and low jitter timebase of a reference signal
WO2018060352A1 (en) Pulsed radar level gauge with single oscillator
Hsiao et al. A low-noise CMOS frequency synthesizer with an ultra-short settling time
Indrawijaya et al. Fractional-N PLL Synthesizer for FMCW Signal Generator with Dual-Mode Modulation Pattern
JP3001575B1 (ja) クロックディザリング回路を用いたｐｌｌ回路
EP3301472B1 (en) Pulsed radar level gauge with single oscillator
Furmanski A PLL Microwave Frequency Synthesizer
Stelzer et al. Generation of precise frequency ramps for FSCW applications with a fractional-N-PLL at 24 GHz
WO2001063742A1 (en) Swept frequency phase locked loop
CN105656483A (zh) 频率合成模块及相关的频率增益确定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant