CN109374087B - 导波雷达液位计可延长测量距离的方法和导波雷达液位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法和导波雷达液位计。所述方法包括：在导波雷达液位计的射频信号发射部的发送时钟处增设第一分频器，对已调制好的发送时钟进行分频处理；在导波雷达液位计的射频信号接收部的接收时钟处增设第二分频器，对已调制好的接收时钟进行分频处理，第二分频器与第一分频器的分频倍数相同。本发明通过在导波雷达液位计的射频信号发射部和射频信号接收部增设相同分频倍数的分频器，实现对已调制好的发送时钟和接收时钟进行分频处理，这样分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。

Description

导波雷达液位计可延长测量距离的方法和导波雷达液位计

技术领域

本发明涉及导波雷达液位计技术领域，特别涉及一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法和导波雷达液位计。

背景技术

导波雷达液位计是利用时域反射技术(Time-Domain Reflectometry，简称“TDR”)原理进行测量，导波雷达液位计通过发射一窄脉冲信号，在相应的时间点接收反射回的窄脉冲信号，通过时间差计算出液位、物位的位置。其中，脉冲信号的传输速度接近于光速，直接信号进行采样，为了达到需要的物位精度，测量精度要达到皮秒数量级，如果用数字计数法和实时采样法等传统时间测量方式很难满足要求。

等效时间采样是指对于频率很高的周期性或准周期性被采样信号，可以用较慢的采样频率捕获被采样信号的样本值，然后按照一定的规律重新组合，得到与原信号相似的波形，从而实现利用较低的实时采样速率获取较高的等效采样速率。使用该方法，可以实现窄脉冲在时间轴上的精确放大。等效时间采样需要皮秒级步进采样精度，可采用双晶振偏差法，使用两个晶振产生的皮秒级时间差。

虽然采用等效时间采样法可以满足采用普通处理器对液位进行高精度测量，但是由于以下因素制约，大大限制了导波雷达液位计的测量量程：

双晶振偏差法需要两个完全相同的晶振，通过控制其中一个晶振的匹配电容来调整两个晶振的频差。单纯通过这种方法所调出的晶振频差范围要想满足达到几百米的测量量程，需要将两晶振的频差稳定控制在非常小的范围，技术难度很大，物理上实现困难。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法和导波雷达液位计。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法，所述方法包括：

在导波雷达液位计的射频信号发射部的发送时钟处增设第一分频器，对已调制好的发送时钟进行分频处理；

在导波雷达液位计的射频信号接收部的接收时钟处增设第二分频器，对已调制好的接收时钟进行分频处理，所述第二分频器与所述第一分频器的分频倍数相同。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计可延长测量距离的方法中，所述发送时钟包括：第一晶振和与第一晶振连接的第一负载电容，所述接收时钟包括：第二晶振、与第二晶振连接的第二负载电容、以及与第二晶振连接的变容二极管；

在对导波雷达液位计进行分频处理之前，所述方法还包括：

通过调节变容二极管的电容值，使得第一晶振和第二晶振之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计可延长测量距离的方法中，所述导波雷达液位计包括：计算单元、测量探头、以及用于将计算单元与测量探头连接的同轴电缆，所述测量探头包括：射频信号发射部和射频信号接收部；

所述方法还包括：

将预先测量好的同轴电缆的长度信息输入计算单元中，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长；

通过计算单元，对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计可延长测量距离的方法中，所述第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，所述第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

另一方面，本发明实施例提供了一种导波雷达液位计，包括：计算单元、测量探头、以及用于将计算单元与测量探头连接的同轴电缆，所述测量探头包括：射频信号发射部和射频信号接收部；

所述射频信号发射部包括：发送时钟和与发送时钟连接的第一分频器，所述第一分频器用于对已调制好的发送时钟进行分频处理；

所述射频信号接收部包括：接收时钟和与接收时钟连接的第二分频器，所述第二分频器用于对已调制好的接收时钟进行分频处理，所述第二分频器与所述第一分频器的分频倍数相同。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计中，所述发送时钟包括：第一晶振和与第一晶振连接的第一负载电容；

所述接收时钟包括：第二晶振、与第二晶振连接的第二负载电容、以及与第二晶振连接的变容二极管，所述变容二极管用于通过调节其电容值，使得第一晶振和第二晶振之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计中，所述计算单元还用于接收预先测量好的同轴电缆的长度信息，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长；

所述计算单元还用于对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

在本发明实施例上述的导波雷达液位计中，所述第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，所述第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在导波雷达液位计的射频信号发射部和射频信号接收部增设相同分频倍数的分频器，实现对已调制好的发送时钟和接收时钟进行分频处理，这样分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。此外，还通过将事先测量好的同轴电缆的长度配置到仪表中去，使得同轴电缆部分可以不做数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源，实现在不增加制备成本的条件下，缓解缓存空间不足带来的测量量程提升的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种导波雷达液位计的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种发送时钟的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种接收时钟的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种导波雷达液位计的部分电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法，适用于对导波雷达液位计的量程进行有效提高，参见图1，所述方法包括：

步骤S11，在导波雷达液位计的射频信号发射部的发送时钟处增设第一分频器，对已调制好的发送时钟进行分频处理。

步骤S12，在导波雷达液位计的射频信号接收部的接收时钟处增设第二分频器，对已调制好的接收时钟进行分频处理，第二分频器与第一分频器的分频倍数相同。

在本实施例中，增加两个分频器，分别接在导波雷达液位计的射频信号发送部分电路与射频信号接收部分电路，分别对已经调制好的发送时钟与接收时钟进行相同倍数的分频，分频倍数可根据具体量程大小而定，所需量程越大，则分频倍数越大。比如：如果两个晶振(设置在发送时钟和接收时钟里用于产生射频信号的)之间的频差，使得两晶振每70ms相位重合一次，则通过计算该70ms测量周期内的量程大约为42m；若将发送与接收两路时钟分别8分频，则测量周期扩大为560ms，相应的测量量程也会扩大8倍。接收与发送时钟8分频可以等效为将两晶振分别8分频，如果原来两晶振每70ms相位重合一次，则也可以说现在接收与发送时钟的相位每560ms重合一次。即在导波雷达液位计中，通过分频，使得分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。

可选地，第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

可选地，发送时钟包括：第一晶振和与第一晶振连接的第一负载电容，接收时钟包括：第二晶振、与第二晶振连接的第二负载电容、以及与第二晶振连接的变容二极管。

在对导波雷达液位计进行分频处理之前，参见图1，该方法还可以包括：

步骤S10，通过调节变容二极管的电容值，使得第一晶振和第二晶振之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

在本实施例中，导波雷达液位计中2个同规格3.579545M晶振(即第一晶振和第二晶振)，其一按照规格书所述负载电容规格连接，另一晶振除连接普通负载电容外另外连接变容二极管(例如型号为BB202)，通过软件调整变容二极管两端电压，进而改变变容二极管电容值，以达到两晶振固定频差的调整。需要说明的是，可以采用比较器连接两个晶振，来测量它们之间的频差，以便于频差调整。

可选地，导波雷达液位计包括：计算单元、测量探头、以及用于将计算单元与测量探头连接的同轴电缆，测量探头包括：射频信号发射部和射频信号接收部。

参见图1，该方法还可以包括：

步骤S13，将预设测量好的同轴电缆的长度信息输入计算单元中，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长。

步骤S14，通过计算单元，对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

需要说明的是，现有的导波雷达液位计中，其处理器的内置缓存比较小，数据处理能力比较弱，若想测量量程提高到几百米，则需外挂缓存，增加了不稳定因素，成本增大。

在本实施例中，针对普通处理器的内置缓存比较小，数据处理能力比较弱的问题，可以从以下方面入手解决。由于导波雷达液位计采用分布式设计，主要由计算单元、测量探头以及同轴电缆组成，而同轴电缆部分仅起到射频信号传输以及连接计算单元与测量探头的作用，因此同轴电缆部分可以不做软件数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源。具体地，可通过按键对仪表进行配置，将事先测量好的同轴电缆的长度配置到仪表中去，使得同轴电缆部分可以不做数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源。

本发明实施例通过在导波雷达液位计的射频信号发射部和射频信号接收部增设相同分频倍数的分频器，实现对已调制好的发送时钟和接收时钟进行分频处理，这样分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。此外，还通过将事先测量好的同轴电缆的长度配置到仪表中去，使得同轴电缆部分可以不做数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源，实现在不增加制备成本的条件下，缓解缓存空间不足带来的测量量程提升的限制。

实施例二

本发明实施例提供了一种导波雷达液位计，采用了实施例一所述的方法来提高测量量程，参见图2，该导波雷达液位计可以包括：

计算单元1、测量探头2、以及用于将计算单元1与测量探头2连接的同轴电缆3，测量探头2包括：射频信号发射部21和射频信号接收部22；

射频信号发射部21包括：发送时钟211和与发送时钟211连接的第一分频器212，第一分频器212用于对已调制好的发送时钟211进行分频处理。

射频信号接收部22包括：接收时钟221和与接收时钟221连接的第二分频器222，第二分频器222用于对已调制好的接收时钟221进行分频处理，第二分频器222与第一分频器212的分频倍数相同。

在本实施例中，增加两个分频器，分别接在导波雷达液位计的射频信号发送部分电路与射频信号接收部分电路，分别对已经调制好的发送时钟与接收时钟进行相同倍数的分频，分频倍数可根据具体量程大小而定，所需量程越大，则分频倍数越大。比如：如果两个晶振(设置在发送时钟和接收时钟里用于产生射频信号的)之间的频差，使得两晶振每70ms相位重合一次，则通过计算该70ms测量周期内的量程大约为42m；若将发送与接收两路时钟分别8分频，则测量周期扩大为560ms，相应的测量量程也会扩大8倍。接收与发送时钟8分频可以等效为将两晶振分别8分频，如果原来两晶振每70ms相位重合一次，则也可以说现在接收与发送时钟的相位每560ms重合一次。即在导波雷达液位计中，通过分频，使得分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。

可选地，第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

可选地，参见图3，发送时钟211包括：第一晶振2111和与第一晶振连接的第一负载电容2112。

参见图4，接收时钟221包括：第二晶振2211、与第二晶振连接的第二负载电容2212、以及与第二晶振连接的变容二极管2213，变容二极管2213用于通过调节其电容值，使得第一晶振2111和第二晶振2211之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

在本实施例中，导波雷达液位计中2个同规格3.579545M晶振(即第一晶振和第二晶振)，其一按照规格书所述负载电容规格连接，另一晶振除连接普通负载电容外另外连接变容二极管(例如型号为BB202)，通过软件调整变容二极管两端电压，进而改变变容二极管电容值，以达到两晶振固定频差的调整。需要说明的是，可以采用比较器连接两个晶振，来测量它们之间的频差，以便于频差调整。

需要说明的是，该导波雷达液位计的部分电路如图5所示，在实际应用中，可以结合图5来实现导波雷达液位计的制备。

可选地，计算单元1还用于接收预先测量好的同轴电缆的长度信息，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长。

计算单元1还用于对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

需要说明的是，现有的导波雷达液位计中，其处理器的内置缓存比较小，数据处理能力比较弱，若想测量量程提高到几百米，则需外挂缓存，增加了不稳定因素，成本增大。

在本实施例中，针对普通处理器的内置缓存比较小，数据处理能力比较弱的问题，可以从以下方面入手解决。由于导波雷达液位计采用分布式设计，主要由计算单元、测量探头以及同轴电缆组成，而同轴电缆部分仅起到射频信号传输以及连接计算单元与测量探头的作用，因此同轴电缆部分可以不做软件数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源。具体地，可通过按键对仪表进行配置，将事先测量好的同轴电缆的长度配置到仪表中去，使得同轴电缆部分可以不做数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源。

本发明实施例通过在导波雷达液位计的射频信号发射部和射频信号接收部增设相同分频倍数的分频器，实现对已调制好的发送时钟和接收时钟进行分频处理，这样分频后的两时钟频差相应扩大，采样间隔相应扩大，采样点数不变，导波雷达液位计的测量量程相应扩大。此外，还通过将事先测量好的同轴电缆的长度配置到仪表中去，使得同轴电缆部分可以不做数据采集及处理，这样就可以极大的减少缓存处理无用数据所占用的资源，实现在不增加制备成本的条件下，缓解缓存空间不足带来的测量量程提升的限制。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种导波雷达液位计可延长测量距离的方法，其特征在于，所述方法包括：

在导波雷达液位计的射频信号发射部的发送时钟处增设第一分频器，对已调制好的发送时钟进行分频处理；

在导波雷达液位计的射频信号接收部的接收时钟处增设第二分频器，对已调制好的接收时钟进行分频处理，所述第二分频器与所述第一分频器的分频倍数相同；

所述发送时钟包括：第一晶振和与第一晶振连接的第一负载电容，所述接收时钟包括：第二晶振、与第二晶振连接的第二负载电容、以及与第二晶振连接的变容二极管；

在对导波雷达液位计进行分频处理之前，所述方法还包括：

通过调节变容二极管的电容值，使得第一晶振和第二晶振之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导波雷达液位计包括：计算单元、测量探头、以及用于将计算单元与测量探头连接的同轴电缆，所述测量探头包括：射频信号发射部和射频信号接收部；

所述方法还包括：

将预先测量好的同轴电缆的长度信息输入计算单元中，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长；

通过计算单元，对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，所述第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

4.一种导波雷达液位计，其特征在于，包括：计算单元、测量探头、以及用于将计算单元与测量探头连接的同轴电缆，所述测量探头包括：射频信号发射部和射频信号接收部；

所述射频信号发射部包括：发送时钟和与发送时钟连接的第一分频器，所述第一分频器用于对已调制好的发送时钟进行分频处理；

所述射频信号接收部包括：接收时钟和与接收时钟连接的第二分频器，所述第二分频器用于对已调制好的接收时钟进行分频处理，所述第二分频器与所述第一分频器的分频倍数相同；

所述发送时钟包括：第一晶振和与第一晶振连接的第一负载电容；

所述接收时钟包括：第二晶振、与第二晶振连接的第二负载电容、以及与第二晶振连接的变容二极管，所述变容二极管用于通过调节其电容值，使得第一晶振和第二晶振之间的频差调整到预设频差，实现发送时钟和接收时钟的调制。

5.根据权利要求4所述的导波雷达液位计，其特征在于，所述计算单元还用于接收预先测量好的同轴电缆的长度信息，并计算回波信号在同轴电缆中的回波时长；

所述计算单元还用于对其接收到的回波信号中同轴电缆所占回波时长进行去除，以降低存储信息量。

6.根据权利要求4所述的导波雷达液位计，其特征在于，所述第一分频器的分频倍数为2～8中任一个整数，所述第二分频器的分频倍数为2～8中任一个整数。

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