CN108225496B - 雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统 - Google Patents

雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统 Download PDF

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    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level

Abstract

本发明提供雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统，装置包括：由电磁屏蔽材料制成的箱体、及信息处理装置，其中，所述箱体的内壁设置有吸波材料，所述箱体内的第一侧壁设置有表面为平面的反射板，与所述第一侧壁相对的第二侧壁处设置有用于安装待测仪表的容纳部，信息处理装置通信连接设置于所述容纳部的待测仪表。信息处理装置通过获取待测仪表经所述箱体产生的回波信号并加以分析，最终判定所述待测仪表的回波信号是否合格。本发明通过建立良好的测试环境，并对采集到的回波信号进行识别和处理，能够自动判断回波信号质量，提高判断被测仪表是否合格的判断效率。

Description

雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统
技术领域
本发明涉及工业过程控制领域中，用于测量罐体内物位高度的雷达物位计领域，特别是涉及雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统。
背景技术
雷达物位计是用于测量物料高度的仪器，通常将其安装在需要测量物料高度的罐体的顶端。脉冲雷达物位计采用时域反射技术，通过天线将电磁波脉冲发射出去，当电磁波遇到被测物质后，由于介电常数发生突变，部分能量被反射回来，并被天线系统接收。通过计算电磁波发射脉冲和返回脉冲的时间差即可得到物料到物位计基准面的距离，再根据罐体高度等相关参数即可计算出物料的高度，其中，发射脉冲和返回脉冲的时间差是通过分析和处理仪表所采集到的时域回波信号来得到的。
由于时域回波信号的质量直接决定着仪表的盲区、信噪比、测量精度等重要指标，所以时域回波信号的一致性也直接决定着产品测量性能的一致性。当脉冲雷达物位计的工作频率达到微波波段时，仪表元件参数、电路板制板工艺、微带线尺寸、天线尺寸和材料的细微差异，都会导致回波信号波形发生细微变化。此外，从天线发射出来的电磁波在空间传播时，也会受到各种反射物产生的虚假信号的干扰，从而导致回波信号的波形发生变化。
因此，建立一套科学合理的测试装置和测试方法来测试和评定回波信号的质量，进一步保证产品的可靠性与一致性是十分必要的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统，用于解决现有技术中的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供雷达物位计回波信号自动测试装置，包括：由电磁屏蔽材料制成的箱体，其中，所述箱体的内壁设置有吸波材料，所述箱体内的第一侧壁设置有表面为平面的反射板，与所述第一侧壁相对的第二侧壁处设置有用于安装待测仪表的容纳部；信息处理装置，通信连接设置于所述容纳部的待测仪表。
于本发明一实施例中，所述箱体的长度为3米。
于本发明一实施例中，所述第一侧壁和所述第二侧壁分别为垂直于所述长度方向的表面。
于本发明一实施例中，所述吸波材料表面的形状包括：锥形。
于本发明一实施例中，所述吸波材料的吸收频带包括：4GHz-28GHz。
于本发明一实施例中，所述反射板的表面相对于所述箱体长度方向的垂直度偏差在±0.1°范围内。
于本发明一实施例中，所述反射板的平整度偏差在±0.1mm范围内。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供雷达物位计回波信号自动测试方法，应用于如上任一所述的雷达物位计回波信号自动测试装置中的信息处理装置，所述方法包括：获取待测仪表的回波信号的波形数据；根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声合格强度值比对；若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声合格强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述第一预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第一预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；若计算的相似度不小于所述第一预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与第二所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第二所述预设相似度值比对；若计算的相似度不小于所述第二预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供雷达物位计回波信号自动测试系统，应用于如上任一所述的雷达物位计回波信号自动测试装置中的信息处理装置，所述系统包括：输入模块，用于获取待测仪表的回波信号的波形数据；分析模块，用于根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声合格强度值比对；若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声合格强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述第一预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第一预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；若计算的相似度不小于所述第一预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与第二所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第二所述预设相似度值比对；若计算的相似度不小于所述第二预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
如上所述，本发明的雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统，通过建立良好的测试环境，并对采集到的回波信号进行识别和处理，能够自动判断回波信号质量，高效率地确定被测试仪表是否合格。
附图说明
图1显示为本发明一实施例的雷达物位计回波信号自动测试装置示意图。
图2显示为本发明一实施例的雷达物位计回波信号自动测试系统模块图。
图3显示为本发明一实施例的雷达物位计回波信号自动测试方法流程图。
图4显示为本发明一实施例的采集的回波信号示意图。
元件标号说明
1 被测试仪表
2 吸波材料
3 电磁屏蔽箱
4 反射板
5 近端回波信号
6 背景噪声水平信号
7 3米处固定反射板产生的回波信号
S301～S305 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种雷达物位计回波信号自动测试装置，用于判断被测试仪表1是否合格，所述装置主要由：吸波材料2、电磁屏蔽箱3、反射板4、信息处理装置(未图示)构成。在一实施例中，电磁屏蔽箱3是用电磁屏蔽材料建立的长3米的长方体测试箱，吸波材料2可以为表面为锥形的泡沫吸收材料，安装于测试箱的内壁，优选的，吸波材料2的吸收频带包括4GHz-28GHz。对于垂直于测试箱长度方向的两个侧面，一侧设置有用于容纳待测试仪表1的容纳部，另一侧设置有用于为待测试仪表1提供标准位置的回波信号的反射板4，优选的，反射板4为表面非常平整的圆形，其相对于图中水平方向的垂直度偏差在±0.1°范围内，平整度偏差在±0.1mm内。信息处理装置(未图示)可以为包括处理器、存储器等部件的电子设备，例如：电脑、智能手机等，其中，该信息处理装置搭载有雷达物位计回波信号自动测试系统200。
如图2所示，所述系统200作为一种软件实现，主要包括：输入模块201、分析模块202。输入模块201获取待测仪表的回波信号的波形数据。分析模块202根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声合格强度值比对；若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声合格强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述第一预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第一预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；若计算的相似度不小于所述第一预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与第二所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与第二所述预设相似度值比对；若计算的相似度不小于所述第二预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
当需要检测仪表是否合格时，将该仪表放入箱体一侧的容纳部处固定，并将该仪表的发射端和接收端朝向箱体内部，对准反射板的位置，且将该仪表通过测试电缆(集成了电源和通讯线)与信息处理装置连接，随后，在仪表工作的情况下，启动安装于信息处理装置的雷达物位计回波信号自动测试系统，开始接收该仪表发送的回波信号。
请参阅图3，以下将详细说明本发明的分析所述回波信号是否合格的实现过程：
步骤S301：获取待测仪表的回波信号的波形数据。
步骤S302：根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声的强度值比对。
步骤S303：若计算的背景噪声强度不大于所述预设背景噪声强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与预设相似度值比对；当然，若计算的背景噪声强度大于所述预设背景噪声强度值，则判定所述待测仪表的回波信号不合格。
上述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号。图4显示了箱体长度为3米时，信息处理装置获取的回波信号的波形数据，在1米距离位置内，波形数据包括：开始下降和结束下降的部分，选择该段波形数据中所有下降的波形、及部分结束下降的波形作为近端回波信号5；在1米距离位置内，未被选入近端回波信号5的波形部分与在2～3米距离位置内的水平波形作为信号背景噪声6；在3米距离位置处，固定反射板产生回波信号7。
步骤S304：若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号(固定位置反射信号)与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与所述预设相似度值比对；若计算的相似度小于所述预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号不合格；
步骤S305：若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格；若计算的相似度小于所述第二预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号不合格。
需要说明的是，在计算波形相似度时，可以主要评定近端回波信号5开始下降和结束下降部分的距离位置，和其与标准回波信号近端信号的波形相似度，从而判断出仪表盲区、无线是否出现了故障等，而其他部分的相似度比对则可以作为无线质量的总体参考。通过计算采集到的回波波形与标准回波波形的相似度，可以基本评定出仪表整机发射功率等参数，进一步地，自动判定被测试仪表回波质量是否合格并给出判定结果。相比于现阶段仅仅靠人观察和靠经验判定，具有更高的可靠性、一致性。
综上所述，本发明的雷达物位计回波信号自动测试装置、方法及系统，通过获取待测仪表经电磁屏蔽箱产生的回波信号并加以分析，能够自动判断回波信号质量，提高判断被测仪表是否合格的判断效率，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，包括：
由电磁屏蔽材料制成的箱体，其中，所述箱体的内壁设置有吸波材料，所述箱体内的第一侧壁设置有表面为平面的反射板，与所述第一侧壁相对的第二侧壁处设置有用于安装待测仪表的容纳部；
信息处理装置，通信连接设置于所述容纳部的待测仪表，用于执行以下步骤：
获取所述待测仪表的回波信号的波形数据；
根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声强度值比对；
若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；
若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与所述预设相似度值比对；
若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
2.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述箱体的长度为3米。
3.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述第一侧壁和所述第二侧壁分别为垂直于所述长度方向的表面。
4.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述吸波材料表面的形状包括：锥形。
5.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述吸波材料的吸收频带包括：4GHz-28GHz。
6.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述反射板的表面相对于所述箱体长度方向的垂直度偏差在±0.1°范围内。
7.根据权利要求1所述的雷达物位计回波信号自动测试装置，其特征在于，所述反射板的平整度偏差在±0.1mm范围内。
8.一种雷达物位计回波信号自动测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一所述的雷达物位计回波信号自动测试装置中的信息处理装置，所述方法包括：
获取待测仪表的回波信号的波形数据；
根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声强度值比对；
若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；
若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与所述预设相似度值比对；
若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
9.一种雷达物位计回波信号自动测试系统，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任一所述的雷达物位计回波信号自动测试装置中的信息处理装置，所述系统包括：
输入模块，用于获取待测仪表的回波信号的波形数据；
分析模块，用于根据所述波形数据计算所述回波信号的背景噪声强度，并与预设标准回波信号的背景噪声强度值比对；若计算的背景噪声强度不大于所述预设的背景噪声强度值，则计算所述回波信号中的近第一侧壁端信号及其与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与预设相似度值比对，其中，所述近第一侧壁端信号的划分为：在所述波形数据中从所述第一侧壁位置起，包括全部信号下降部分和部分信号停止下降部分的波形数据所对应的信号；若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则计算所述回波信号中的第二侧壁端信号与所述预设标准回波信号相对应的部分的相似度，并与所述预设相似度值比对；若计算的相似度不小于所述预设相似度值，则判定所述待测仪表的回波信号合格。
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