CN107677339B - 雷达料位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种雷达料位测量装置(100)，其包括：用于产生振荡信号的频率合成器(102)，用于根据振荡信号产生传输信号的高频模块(112)，和用于为频率合成器(102)和高频模块(112)供给电能的能量供给模块(114)。频率合成器(102)包括控制单元(104)、参考振荡器(103)和锁相环(106)，锁相环(106)包括锁相元件(108)和振荡器(110)，锁相环(106)被设置为将振荡信号的频率调整至目标值，且锁相元件(108)被配置为当振荡信号的频率已经达到目标值时为控制单元(104)提供控制信号。控制单元(104)也被设置为在锁相元件(108)提供控制信号前，启动能量供给模块(114)来为高频模块(112)供给电能。

Description

雷达料位测量装置
技术领域
本发明总体上涉及基于雷达的料位测量领域。本发明特别涉及雷达料位测量装置、雷达料位测量装置的操作方法、用于雷达料位测量装置的程序元素(program element)和含有程序元素的计算机可读介质。
背景技术
雷达料位测量装置(即，用于料位测量的雷达传感器)包括经常以定时方式操作的高频模块和/或高频电路。这样的时钟操作涉及交替地经过操作的有效时段和无效时段，在有效时段内朝着填充物料发射测量信号，且在无效时段内不发送测量信号。
为了节约能量，在无效时段内，全部高频模块或高频模块的至少一些组件与例如电压供给和/或电流供给等能量供给断开。因为高频模块的组件通常属于雷达料位测量装置中的最大的电能消耗体，所以当能量供给是规定的和/或有限的时候，可以因此增加雷达料位测量装置的测量速率。
雷达料位测量装置通常以计时方式工作的另一个原因是为了遵守高频雷达信号的法定发射限制，以便允许例如在容器中和/或在户外使用雷达料位测量装置。如果在不中断的情况下不发送测量信号，特别是发射的测量信号的高频成分，那么在这种方式下雷达料位测量装置的平均发射功率或平均发送功率可能会相应地减小。
发明内容
本发明的目的可以是提出一种特别是在定时操作期间内可以对其功能进行检测和/或监控的可靠且节能的雷达料位测量装置。
通过独立权利要求的特征来达到上述目的。在从属权利要求和下面的说明中说明了本发明的进一步实施例。
本发明的一个方面涉及用于确定填充料，特别是容器中填充料的料位的雷达料位测量装置。雷达料位测量装置可以是雷达传感器或用于测量料位的传感器。雷达料位测量装置包括用于产生振荡信号的频率合成器。频率合成器可以是用于产生振荡信号的频率产生器、频率产生器模块和/或频率产生器电路。此外，雷达料位测量装置包括用于根据振荡信号产生传输信号(transmission signal)的高频模块和/或高频电路。高频模块可以被配置为修改振荡信号的频率和/或功率并由此产生传输信号。然后，传输信号可以被传送或传递至例如天线和/或天线装置，且以测量信号、传输信号或雷达信号的形式从雷达料位测量装置发射以测量和/或确定料位。此外，雷达料位测量装置包括用于为频率合成器和高频模块的至少一部分供给电能的能量供给模块、能量供给部和/或能量供给装置，即能量供给模块被配置为供给电流和/或电压。至少频率合成器和高频模块可以形成雷达料位测量装置的雷达模块。频率合成器包括控制单元和锁相环，锁相环包括锁相元件和振荡器，锁相环被配置为将振荡信号的频率调整和/或控制至目标值，且锁相元件被配置为当振荡信号的频率已经达到目标值时，为控制单元提供和/或发送控制信号。其中，控制单元被配置为在锁相元件提供控制信号前，启动和/或激活能量供给模块来为高频模块供给电能。控制单元可以是控制电路、控制电路系统和/或控制模块。
一般而言，雷达料位测量装置可以被配置用于定时操作，其中，在有效时段和/或操作阶段内发射测量信号，且在无效时段和/或无效阶段内至少中断和/或减小向高频模块的至少一部分的能量供给。
控制单元例如可以是算法单元、算法模块、逻辑装置和/或处理器。振荡器例如可以是压控振荡器(VCO)。
锁相环通常可以是闭合控制环，可以用来调整振荡器的相位位置和/或频率，使得参考信号与振荡信号之间的相位偏差和/或从相位偏差导出的信号尽可能保持恒定。锁相元件可以是锁相环(PLL)组件，其将例如由参考振荡器提供的参考信号与振荡信号进行比较。例如，用于期望的相位偏差的值可以从控制单元传送至锁相元件。来自锁相元件的控制信号可以是例如在锁相元件的信号输出端处提供的数字信号，并且表明相位偏差已经达到期望值且因此振荡信号的频率与目标值匹配。
总之，根据本发明的雷达料位测量装置被配置为例如通过启动能量供给模块来为频率合成器供给电能以在定时操作期间激活频率合成器，并且被配置为在振荡信号的频率被调整至目标值的校正时间(setting time)内已经启动能量供给模块，使得也为高频模块供给电能。这样，一方面，可以确保：一旦达到目标值且控制信号已经发出或输出，雷达料位测量装置的所有组件已经准备好进行操作并且料位测量可以立即得以实施。另一方面，控制信号可以用来在发射测量信号前检查合成器的功能性，即雷达料位测量装置可以响应于作为测量信号的发射条件的控制信号，使频率合成器能够基于控制信号而被监视。在这种情况下，通过相应地启动能量供给模块，可以在相同的时间或在不同的时间为频率合成器和高频模块供给电能，且当存在控制信号时，可以将传输信号传送至天线且可以经由天线发射测量信号。
根据实施例，控制单元被配置为响应于控制信号来测量料位。特别地，可以通过由控制单元指示高频模块将传输信号发射至雷达料位测量装置的天线和/或天线装置来开始测量，以便确定料位。一般而言，“开始测量”可以意味着：经由雷达料位测量装置的发送通道发射测量信号和/或经由接收通道接收被反射的雷达信号，然后可以评价该雷达信号以便确定料位。也可以通过在调频连续波(FMCW)操作和/或步频连续波(SFCW)操作中的频率扫描，通过从起始频率开始对频率进行扫描来开始测量。
根据实施例，控制单元被配置为在频率合成器进行频率扫描的同时，连续地监视控制信号。这意味着：当进行频率扫描时，可以连续地检查、监视、控制和/或确保频率合成器的功能性。在频率扫描中，在从起始频率至终止频率的整个频率扫描中，扫描传输信号和/或测量信号的频率，终止频率可以高于起始频率。上述频率扫描也可以被称为频率斜升(frequency ramp)。
根据实施例，控制单元被配置为在可限定的、可编程的和/或可动态适应的等待时间结束后，测量和/或确定料位。等待时间可以被选定为这样的长度：一旦其结束，就能够确保振荡信号的频率已经达到目标值且高频模块处于稳定状态和/或准备好以供使用。一般而言，雷达料位测量装置可以被配置为：一旦启动能量供给模块为频率合成器和高频模块供给电能，并且一旦等待时间结束且存在控制信号，就可以进行料位测量。
根据实施例，能量供给模块包括用于为频率合成器供给能量(例如，电能)的第一输出端和用于为高频模块供给能量(例如，电能)的第二输出端。第一输出端和第二输出端彼此独立地和/或彼此单独地可以被控制单元启动和/或能够被控制单元启动。可替代地或额外地，能量供给模块包括用于为频率合成器供给电能的第一能量供给单元和用于为高频模块供给电能的第二能量供给单元。第一能量供给单元和第二能量供给单元彼此独立地和/或彼此单独地可以被控制单元启动和/或能够被控制单元启动。换言之，能量供给模块被配置为使得频率合成器和高频模块可以彼此独立地和/或单独地被供给能量和/或被操作。
根据一个实施例，频率合成器也包括用于将参考信号发出和/或输出至锁相环的参考振荡器。参考振荡器例如可以为锁相元件提供参考信号，使得可以设定参考信号与振荡信号之间的预设相位偏差。
根据实施例，锁相环还包括对从锁相元件传送至振荡器的信号进行滤波的环路滤波器。因此，环路滤波器可以布置和/或放置在锁相元件与振荡器之间。
根据实施例，雷达料位测量装置还包括控制模块，其用于监视能量供给模块供给至高频模块的电能，控制模块被配置为如果向高频模块的能量供给超过或降至低于(未达到)能量供给的预设值，则将控制信号发出和/或输出至控制单元。例如，控制模块可以是用于监视电流和/或电压的能量供给监视装置。例如，如果高频模块的能量消耗上升至某阈值以上或下降至另一阈值以下，那么这可以作为高频模块的组件发生故障的指示。因此，可以借助于控制模块在操作期间有利地检查和/或监视高频模块的功能性。
根据实施例，高频模块包括第一耦合器、第二耦合器、用于调整传输信号的功率的功率调节器和用于检查和/或确定功率的功率检测器。第一耦合器的输入端连接至频率合成器的输出端，且第一耦合器的输出端连接至功率调节器的输入端。换言之，振荡信号经由第一耦合器传送至功率调节器。此外，功率调节器的输出端连接至第二耦合器的输入端，且第二耦合器被配置为将传输信号的功率的至少一部分供给至功率检测器。第一和第二耦合器可以均是定向耦合器，例如功率分配器和/或混合耦合器。特别地，功率调节器可以是可变和/或适应性功率调节器。一般来说，高频模块包括这样的耦合器：耦合出传输信号的一部分并且将其供给至功率检测器以用于确定功率。
根据实施例，功率检测器连接至控制单元，控制单元被配置为根据由功率检测器提供的且与传输信号的功率相关的信号来确定传输信号的功率。其中，控制单元耦接至功率调节器且被配置为特别是根据确定的传输信号的功率来调整和/或控制功率调节器。因此，借助于功率检测器，可以在经由天线发射测量信号之前有利地检查传输信号的功率。
根据实施例，控制单元被配置为通过调整功率调节器使传输信号的功率最小化和/或设定校正时间内的功率的最小值。可替代地或额外地，控制单元被配置为在紧接着料位测量之前将传输信号的功率增加至期望的和/或预定的目标功率值。例如，可以在紧接着频率扫描开始之前将功率调节器从低放大率切换至期望的较高放大率。这可以有利地防止在定时操作期间的无效时段内和/或频率合成器的校正时间内发出不想要的测量信号。
根据实施例，功率调节器是可变放大器或可变衰减器。因此，可以可靠地调整传输信号的功率。
本发明的另一方面涉及雷达料位测量装置的操作方法，雷达料位测量装置包括用于产生振荡信号的频率合成器、用于根据振荡信号产生传输信号的高频模块和用于为频率合成器和高频模块供给电能的能量供给模块。所述方法包括以下步骤：
启动能量供给模块为频率合成器供给电能；
借助于频率合成器的锁相环将振荡信号的频率调整至预设的目标值；
当振荡信号的频率与目标值匹配时，借助于锁相环的锁相元件来提供控制信号；且
在提供控制信号前，启动能量供给模块为高频模块供给电能。
上述和下述的雷达料位测量装置的特征和元件可以是上述和下述的方法的特征和步骤。同样，方法的特征和步骤可以是雷达料位测量装置的特征和元件。
本发明的另一方面涉及程序元素，当在雷达料位测量装置的控制单元上执行所述程序元素时，所述程序元素指示雷达料位测量装置实施上述和下述的方法的各步骤。
本发明的另一方面涉及计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有程序元素，当程序元素在雷达料位测量装置的控制单元中被执行时，该程序元素指示雷达料位测量装置实施上述和下述的方法的各步骤。
在下文中将参照附图说明本发明的各实施例，在附图中，相同的附图标记可以标示相同、类似或具有相同功能的元件。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的雷达料位测量装置的示意图。
图2是用于图示图1的雷达料位测量装置的操作方法的步骤的流程图的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的雷达料位测量装置的示意图。
图4示出了用于根据本发明的一个实施例的雷达料位测量装置的高频模块。
图5是用于图示包括有图4的高频模块的雷达料位测量装置的操作方法的步骤的流程图的示意图。
图中的视图仅是示意性的并且不是按比例的。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的雷达料位测量装置100的示意图，雷达料位测量装置100的各组件被示意为方框图。
雷达料位测量装置100包括用于产生振荡信号的频率合成器102。频率合成器102包括控制单元104、参考振荡器103和锁相环106。
锁相环106包括锁相元件108或PLL组件108，参考振荡器103产生的参考信号经由对应的输入端被供给至锁相元件108或PLL组件108。此外，锁相环106包括环路滤波器105，其设置在锁相元件108与振荡器110之间。锁相环106是闭合控制环路，通过该闭合控制环路可以调整振荡器110的相位位置和/或频率，使得参考信号与振荡信号之间的相位偏差和/或由相位偏差导出的信号可以尽可能地保持恒定。例如，振荡器110可以是压控振荡器(VCO)。
锁相元件108可以经由控制输入端109接收来自控制单元104的控制信号。例如，可以为振荡信号的频率设定目标值，和/或可以经由控制输入端109对锁相元件108进行编程。如果振荡信号的频率与该目标值一致，那么数字控制信号经由信号输出端107被发出和/或被输出至控制单元104。该控制信号通常也被称为“锁定检测”信号。
雷达料位测量装置100还包括高频模块112，其基于振荡信号生成传输信号。
此外，雷达料位测量装置100包括天线113和/或天线装置113，传输信号被供给至天线113和/或天线装置113并且凭借天线113和/或天线装置113可以发射基于传输信号的测量信号以用于实际的料位测量。
此外，雷达料位测量装置100包括能量供给模块114，其用于为频率合成器102和高频模块112供给电能。能量供给模块114耦接和/或连接至控制单元104，且可以由控制单元104致动和/或控制。可以彼此单独地和/或彼此独立地为频率合成器102和高频模块112供给能量。为此，能量供给模块114可以包括用于为频率合成器102供给能量的第一输出端115或第一能量供给单元115和用于为高频模块112供给能量的第二输出端117或第二能量供给单元117，该第二输出端或单元可以独立于控制单元104地被启动。
一般而言，根据本发明的雷达料位测量装置100的控制单元104被配置为：在锁相元件108提供控制信号前，即在振荡信号的频率与目标值一致前，启动和/或激活能量供给模块114为高频模块112供给电能。因此，例如在校正时间内(其间，振荡信号的频率被调整至目标值)，高频模块112可以已经被激活。此外，控制单元104被配置为：例如通过在开始于起始频率的频率扫描中扫描传输信号和/或测量信号的频率，响应于控制信号实施料位测量。
根据本发明的雷达料位测量装置的一个操作模式可以概述如下。雷达料位测量装置100可以以多种操作模式操作，从而能够借助于频率合成器102来产生具有不同调制模式的传输信号和/或测量信号。在基于雷达的料位测量中，常见的操作模式和/或调制模式是调频连续波(FMCW)和步频连续波(SFCW)。能量供给模块114为频率合成器102的各组件和高频模块112的有源组件提供电能。如上所述，控制单元104可以单独地致动(即开启和关断)向频率合成器102的供给和向高频模块112的供给。为了清楚起见，图1中未示出向控制单元104的电压供给和向参考振荡器103的电压供给。
如果激活向频率合成器102的能量供给，那么锁相环106在校正时间内将振荡器110的频率调整至预设和/或期望的目标值。在相同的时间或在不同的时间，向高频模块112的能量供给也被激活，使得一旦上述调整的时段结束和/或在一定的额外等待时间后，高频模块在校正时间内也能够全面运转。如果振荡信号的频率与目标值一致，即如果振荡器110处于其目标频率且如果锁相环106锁定，那么锁相元件108将控制信号或“锁定检测”信号发出和/或输出至控制单元104。借助于该控制信号，可以有利地监视振荡器110的正确输出频率或振荡信号的正确频率，且因此也可以有利地监视传送至天线113的传输信号和天线113发射的测量信号的正确频率。因此，使用根据本发明的雷达料位测量装置100，可以仅在振荡器的频率已经达到频率扫描的正确起始频率之后，才有利地发起料位测量或距离测量，即利用FMCW或SFCW调制开始频率扫描。因此也可以针对每次料位测量确保频率合成器102的正确功能。此外，也可以在雷达料位测量装置100的操作期间连续地检查频率合成器102的功能性和/或正确功能。
图2是用于图示图1的雷达料位测量装置100的操作方法的步骤的流程图的示意图。
在第一步骤S1中，开始测量例程，且在第二步骤S2中，控制单元104启动能量供给模块114，使得经由能量供给模块114的第一输出端115为频率合成器102或频率合成器102的组件供给电能。特别地，在步骤S2中，控制单元104开启向参考振荡器103、锁相元件108、振荡器110且可选地向环路滤波器105的能量供给。
在另外的步骤S3中，控制单元104初始化锁相元件108，其中，例如，控制单元104经由控制输入端109对锁相元件108的寄存器进行编程，且例如，可以为振荡信号的频率设定目标值。一旦完成锁相元件108的初始化，就将振荡信号的频率和/或振荡器110的频率调整至目标值，即目标频率。在FMCW或SFCW操作中，频率的目标值例如可以是频率扫描的起始频率。根据锁相环106的设计，将频率调整至目标值可能涉及已知的校正时间。
在校正时间内，即在频率合成器102和/或振荡器110的调谐期间，在额外的步骤S4中，开启向高频模块112的有源组件的能量供给。为此，例如通过激活能量供给模块114的第二输出端117，控制单元104对应地启动能量供给模块114。
在另外的步骤S5中，控制单元104等待一定的可限定的等待时间。例如，该等待时间可以被存储在控制单元104或相应的存储器中。例如，控制单元104也可以例如基于目标值等确定和/或动态适应等待时间。等待时间应该是这样的长度和/或应该被选定为：在所述等待时间结束时或当所述等待时间结束时，振荡器110的频率和/或频率合成器102的频率已经达到目标值，即位于起始频率，且因此一旦开启电压供给和/或启动能量供给模块114，高频模块112就处于稳定状态。
在额外的步骤S6中，控制单元104查询锁相元件108的控制信号(锁定检测信号)。换言之，一旦等待时间结束，在步骤S6中，控制单元104就可以检查锁相元件108是否正在信号输出端107提供控制信号。这意味着：在步骤S6中，检查振荡信号的频率以查看该频率是否与目标值一致，以及振荡器110是否因此达到起始频率并处于稳定状态。也因此检查频率合成器102以查看频率合成器102是否准备好进行编程、调谐和/或传送频率扫描。
如果在步骤S6中，锁相元件108提供控制信号，那么在步骤S7中，开始料位测量，且例如传送频率扫描；即，响应于控制信号的存在，在步骤S7中，通过经由天线113发射测量信号和/或通过接收在填充物料处反射的雷达信号来实施料位测量。
与此相反，如果在步骤S6中，锁相元件108不提供控制信号，那么在步骤S8中，可以中断测量例程，或者可以例如通过再次实施步骤S5等待额外的等待时间和/或将额外的等待时间添加至测量例程。
最后，在可选的步骤S9中，例如，一旦成功地经过频率扫描，就可以通过相应地重新启动能量供给模块114关断向频率合成器102和向高频模块112的能量供给。
在整个测量例程期间和/或当经历频率扫描时，控制单元104可以连续地监视控制信号，从而在发生故障的情况下可以立即采取行动和/或可以选择性地放弃测量。
以同样的方式，根据本发明的雷达料位测量装置100的锁相元件108的控制信号可以用来检查频率合成器102的功能。
图3是根据本发明的实施例的雷达料位测量装置100的示意图。除非另有说明，图3中的雷达料位测量装置100具有与图1中的雷达料位测量装置100相同的元件和特征。除非另有说明，图3中的雷达料位测量装置100也以图2所示的方式操作。
除了图1示出的组件以外，图3中的雷达料位测量装置100还包括控制模块120，其用于监视能量供给模块114供给至高频模块112的电能，该控制模块120被配置为如果超过或降至低于向高频模块112的能量供给的预设值，则将控制信号发射至控制单元104。因此，控制模块120布置在能量供给模块114与高频模块112之间。例如，控制模块120可以包括电流表或常用的传感器和/或电压表以用于确定供给至高频模块112的电流强度和/或电压。
与使用控制信号来检查频率合成器102的功能性不一样，可能难以检查高频模块112的功能性，这是因为：在高频模块112的模拟有源组件(例如，频率倍增器、混合器和/或放大器)中，数字输出信号通常不可用于检查该高频模块的功能。然而，高频模块112的组件的正确功能的适当指标可以是能量供给的一定的电压限额和/或电流限额的维持。换言之，可以假设：如果高频模块112的组件的供给电压和/或电流消耗例如过低，那么高频模块112的功能也受到影响。
因此，使用图3所示的雷达料位测量装置100，可以在发射测量信号前有利地检查高频模块112的功能性和/或可以在工作期间有利地连续检查高频模块112的功能性。在图2所示的测量例程或图2所示的方法的序列中，可以在紧接着在步骤S6中检查控制信号是否存在之前和/或与之同时，通过控制模块120检查高频模块112的功能性。因此，在步骤S6中，除了查询控制信号是否存在以外，还能够查询和/或检查为高频模块112的能量供给而提供的值，即控制模块120确定的电流供给值和/或电压供给值是否位于限定的限额内。如果在步骤S6中，上述值位于限定的限额内且控制信号也存在，那么可以如图2所示，经历频率扫描。然而，如果用于能量供给的值位于设置的值以外，即高频模块112的电流供给值和/或电压供给值位于规定的限额以外，那么在额外的可选的等待时间后，中断测量例程，且在步骤S5中重新开始测量例程或可以彻底从起点重新开始测量例程。
图4示出了根据一个实施例的雷达料位测量装置100的高频模块112的实施例。除非另有说明，图4中的高频模块112具有与前面附图中示出的高频模块112相同的元件和特征。特别地，高频模块例如可以包括一个或多个频率倍增器、混合器、放大器和/或耦合器，或不同情况下的定向耦合器。
高频模块112包括第一耦合器122，频率合成器102或振荡器110的振荡信号通过输入端123而被供给至第一耦合器122。例如，第一耦合器122可以形成为功率分配器122，且第一耦合器122可以被配置为耦合出振荡信号的一些信号功率并且经由输出端124将这些信号功率供给至混合装置126或混合器126。借助于倍增器和/或混合器也可以在频率合成器102的输出端与第一耦合器122的输入端123之间发生其它的频率转换。
第一耦合器122的输出端125连接至高频模块112的功率调节器128的输入端127。因此，振荡信号从频率合成器102被引导至第一耦合器122，一些功率被耦合出且在振荡信号的基础上生成了传输信号，该传输信号被供给至功率调节器128。功率调节器128可以形成为可变的和/或适应性放大器128，从而能够借助于控制单元104调整传输信号的放大率。可替代地，功率调节器128也可以形成为可变的和/或适应性衰减器。
传输信号经由功率调节器128的输出端129供给至高频模块112的第二耦合器130或功率分配器130的输入端131。第二耦合器130的输出端132耦合至天线113，传输信号随后可以经由天线113以测量信号的形式发射，从而实施实际的料位测量。
第二耦合器130的另一个输出端133连接至高频模块112的功率检测器134，使得传输信号的一些功率可以经由额外的输出端133供给至功率检测器134。功率检测器134又连接至控制单元104。功率检测器134被配置为产生与传输信号的功率相关的信号且将该信号供给至控制单元104。考虑到传输信号的经由第二耦合器130被耦合出的这一部分功率，控制单元104可以确定、计算和/或探知传输信号的功率。因此，可以通过功率检测器134和控制单元104有利地检查高频模块112的发送功率和/或传输信号的功率。
第二耦合器130包括输出端135，例如在填充物料处被反射的且经由天线113接收的雷达信号经由输出端135供给至混合装置126。在经由第一耦合器122的输出端124以及经由第二耦合器130的输出端135供给至混合装置126的信号的基础上，混合装置126混合出中间频率信号，该中间频率信号可以被进一步处理以便探知和/或确定料位。
根据本发明的雷达料位测量装置100特别是关于定时操作的另一有利方面是：控制单元104被配置为在频率合成器102和/或振荡器110的校正时间内，即在振荡信号的频率达到目标值之前，通过调整功率控件128来使传输信号的功率最小化且将其保持在低水平；和/或控制单元104被配置为设定放大率的最小值并且只有在校正时间之后和/或当控制信号存在时将放大率增大至期望的值。可替代地或额外地，控制单元104被配置为在紧接着实施料位测量之前将传输信号的功率增加至和/或将传输信号的功率调整至目标功率值，即设定期望的放大率值。一方面，可以由此防止测量信号的不期望的发射，且另一方面可以节约能量。
在下文中，概述高频模块112的操作模式。图4所示的包含被示意为方框图的各组件的高频模块112可以有利地用于雷达料位测量装置100，以便使用FMCW和/或SFCW调制来测量料位。图4中的高频模块112可以因此用于图1和图3中的雷达料位测量装置100。为了清楚起见，图4未示出向高频模块112的有源组件的能量供给。振荡信号到达第一耦合器122，在此处被分割成用于混合装置126的LO分量或LO(局部振荡器)信号以及经由可设定的功率调节器128以传输信号的形式转送至第二耦合器130的分量。在第二耦合器130中，传输信号再次被分割成以测量信号的形式转送至天线113的发送分量，和被引导至功率检测器134的分量。测量信号在填充物料表面处被反射，返回到达天线113且经由第二耦合器130转送至混合装置126。经由天线113接收的信号被转换成中间频率信号，该中间频率信号包含与填充物料表面有关的距离信息，且借助于LO信号在混合装置126中评价经由天线113接收的信号。
例如使用可变功率调节器128来实施适应性功率控制，该适应性功率控制被调整为与料位测量的回波比相匹配。例如，欧洲标准EN 302729-1V1.1.2(2011-05)中说明了这种失真减缓技术。
此外，在校正时间内和/或当调谐锁相环106时，可变功率调节器128的放大率优选设定为最低值。因此，可以使实际频率扫描开始前的不想要的发射最小化。仅设定期望的放大率值，且仅在频率扫描开始前提高发送功率。例如，功率调节器128由控制单元104控制。
通过例如借助于控制单元104使用第二耦合器130中已知的耦合阻尼来评价功率检测器134，可以得出关于供给至天线113和发射的发送功率的结论。
图5是用于图示包括有图4的高频模块的雷达料位测量装置100的操作方法的步骤的流程图的示意图。图5示出了上述电路变型例的可能流程图。
步骤S1、S2和S3与图2示出的一致，且因此参考与图2有关的实施例。
在校正时间内，即当调谐频率合成器102和/或振荡器110时，在额外的步骤S4中，通过相应地启动能量供给模块114来开启向高频模块112的有源组件的能量供给。此外，将功率调节器128设定为其最低放大值。这确保了将不想要的发射最小化。
接着，在步骤S5中等待预设的等待时间。该等待时间应该被设定为使得振荡信号的频率在该等待时间结束时已经达到目标值，以便在通过启动能量供给模块114开启电压供给和/或能量供给之后，振荡器110位于其起始频率且高频模块112处于稳定状态。
在步骤S6中，控制单元104首先查询控制模块120中确定的用于高频模块112的电流或电压值是否位于设定的限额内。如果不是，那么在S7中可以中断测量例程。或者，也可以包括额外的等待时间，且例如在步骤S5中，将额外的等待时间添加回测量例程中，即可以再次实施步骤S5。
在额外的步骤S8中，控制单元104查询锁相元件108的控制信号。如果不存在控制信号，那么在步骤S9中可以中断测量例程；或者，可替代地，可以在步骤S5中重新开始测量例程。
如果存在控制信号，那么在步骤S10中，将可变功率调节器128的放大率设定为期望的值，以便足够的发送功率可用于测量料位。在功率检测器134中确定当前的发送功率或传输信号的功率，且控制单元104在步骤S11中查询和/或确认当前的发送功率或传输信号的功率。如果发送功率位于规定的范围外，那么在步骤S12中中断测量例程或可替代地在步骤S5中重新开始测量例程。如果发送功率位于预设的范围内，那么在步骤S13中经历频率扫描。如果已经经过了SFCW或FMCW传输信号的频率扫描，那么在步骤S14中，通过启动能量供给模块114来再次关断向频率合成器102和高频模块112的能量或电压供给。当经历频率扫描时，优选连续地检查高频模块112处的电流和电压值，控制信号和/或传输信号的功率，使得如果发生故障，可以立即采取行动或可以选择性地放弃测量。
总之，根据本发明的雷达料位测量装置100在雷达料位测量装置100的定时操作期间，在发射调制的测量信号以便测量料位之前和/或之时，可以用来检查和/或可以检查特别是频率合成器102、高频模块112的部分电路的功能和/或传输信号的功率。特别地，可以通过使用作为随后发射测量信号的条件的控制信号来监视频率合成器102。此外，可以通过在紧接着频率扫描开始之前(即，也在频率合成器112的校正时间内)将可变功率调节器128从低放大率切换至期望的较高放大率，来防止定时测量操作期间的测量信号的不期望的发射。
也应指出，术语“包括”和“具有”不排除其它元件或步骤的可能性，且“一个”或“一”不排除多个的可能性。也应指出，参照上述实施例中的一者说明的特征或步骤也可以与上述的其它实施例中的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被认为是限制。
相关申请的交叉参考
本申请主张享有于2016年8月1日提交的申请号为16182151.7的欧洲专利申请的申请日的权益，并将该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (12)

1.一种用于确定填充物料的料位的雷达料位测量装置(100)，所述雷达料位测量装置(100)包括：
用于产生振荡信号的频率合成器(102)；
用于根据所述振荡信号产生传输信号的高频模块(112)，和
用于为所述频率合成器(102)和所述高频模块(112)供给电能的能量供给模块(114)；
其中，所述频率合成器(102)包括控制单元(104)和锁相环(106)，所述锁相环(106)包括锁相元件(108)和振荡器(110)；
其中，所述锁相环(106)被设置为将所述振荡信号的频率调整至目标值；
其中，所述锁相元件(108)被设置为当所述振荡信号的频率已经达到所述目标值时，将控制信号提供至所述控制单元(104)；
其中，所述控制单元(104)被配置为在所述振荡信号的频率被调整至所述目标值的校正时间内，在所述锁相元件(108)提供所述控制信号之前，启动所述能量供给模块(114)为所述高频模块(112)供给电能；
其中所述控制单元(104)被进一步配置为响应于所述控制信号并且在可限定的等待时间、可编程的等待时间和可动态适应的等待时间中的至少一者结束后，来确定所述料位。
2.根据权利要求1所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述控制单元(104)被配置为在所述频率合成器(102)进行频率扫描的同时，连续地监视所述控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述能量供给模块(114)包括用于为所述频率合成器(102)供给电能的第一输出端(115)和用于为所述高频模块(112)供给电能的第二输出端(117)；
其中，所述第一输出端(115)和所述第二输出端(117)能够彼此独立地被所述控制单元(104)启动。
4.根据权利要求1或2所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述能量供给模块(114)包括用于为所述频率合成器(102)供给电能的第一能量供给单元(115)和用于为所述高频模块(112)供给电能的第二能量供给单元(117)；且
其中，所述第一能量供给单元(115)和所述第二能量供给单元(117)能够独立于彼此地被所述控制单元(104)启动。
5.根据权利要求1或2所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述频率合成器(102)还包括用于将参考信号输出至所述锁相环(106)的参考振荡器(103)；且/或
其中，所述锁相环(106)还包括用于对从所述锁相元件(108)传送至所述振荡器(110)的信号进行滤波的环路滤波器(105)。
6.根据权利要求1或2所述的雷达料位测量装置(100)，还包括：
控制模块(120)，所述控制模块(120)用于监视所述能量供给模块(114)供给至所述高频模块(112)的电能；
其中，所述控制模块(120)被设置为如果超过、降至低于或未达到向所述高频模块(112)的能量供给的预设值，则将第二控制信号输出至所述控制单元(104)。
7.根据权利要求1所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述高频模块(112)包括第一耦合器(122)、第二耦合器(130)、用于调整所述传输信号的功率的功率调节器(128)以及用于确定并检查所述传输信号的功率的功率检测器(134)；
其中，所述第一耦合器(122)的输入端(123)连接至所述频率合成器(102)的输出端；
其中，所述第一耦合器(122)的输出端(125)连接至所述功率调节器(128)的输入端(127)；
其中，所述功率调节器(128)的输出端(129)连接至所述第二耦合器(130)的输入端(131)；且
其中，所述第二耦合器(130)被配置为将所述传输信号的功率的至少一部分供给至所述功率检测器(134)。
8.根据权利要求7所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述功率检测器(134)连接至所述控制单元(104)；且
其中，所述控制单元(104)被配置为基于所述功率检测器(134)提供的且与所述传输信号的功率相关的信号确定所述传输信号的功率；且
其中，所述控制单元(104)还耦合至所述功率调节器(128)且被配置为调整所述功率调节器(128)。
9.根据权利要求8所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述控制单元(104)被设置为通过调整所述功率调节器(128)在所述校正时间内使所述传输信号的功率最小化；和/或
其中，所述控制单元(104)被设置为在紧接着实施料位测量之前将所述传输信号的功率增大至目标功率值。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的雷达料位测量装置(100)，
其中，所述功率调节器(128)是可变放大器和可变衰减器中的一者。
11.一种雷达料位测量装置(100)的操作方法，所述雷达料位测量装置(100)包括用于产生振荡信号的频率合成器(102)、用于根据所述振荡信号产生传输信号的高频模块(112)和用于为所述频率合成器(102)和所述高频模块(112)供给电能的能量供给模块(114)，
所述方法包括以下步骤：
启动所述能量供给模块(114)为所述频率合成器(102)供给电能；
借助于所述频率合成器(102)的锁相环(106)将所述振荡信号的频率调整至预设的目标值；
当所述振荡信号的频率与所述目标值匹配时，借助于所述锁相环(106)的锁相元件(108)来提供控制信号；且
在所述振荡信号的频率被调整至所述目标值的校正时间内，在提供所述控制信号前，启动所述能量供给模块(114)来为所述高频模块(112)供给电能；且
响应于所述控制信号并且在可限定的等待时间、可编程的等待时间和可动态适应的等待时间中的至少一者结束后，确定所述料位。
12.一种计算机可读介质，其上存储有程序元素，当所述程序元素在雷达料位测量装置(100)的控制单元(104)中被执行时，所述程序元素指示所述雷达料位测量装置(100)实施根据权利要求11所述的方法的各步骤。
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