CN112798078A - 一种雷达液位计伺服装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种雷达液位计伺服装置，所述装置包括：共振片，所述共振片的边缘设置有弹性的固定臂；所述共振片上设置有雷达波收发电路；所述共振片的上方设置有一磁性结构，所述共振片在所述磁性结构的作用下做简谐运动。测量方法至少包括以下步骤：S101确定共振片的最大振幅A以及该振幅状态时的振动周期T，并存储至对应的测量设备中；S102向磁性结构接入周期为T的正弦波电流，以使所述共振片进行震动；S103采用雷达装置侦测测量结果，并对结果进行修正。
Description
技术领域
本发明涉及雷达侦测领域，具体涉及一种雷达液位计伺服装置及测量方法。
背景技术
在工业液位测量中，雷达液位计不接触被测物体，安装方便，应用十分广泛。
传统的脉冲波雷达液位计技术成熟，但结构复杂，易受到外界干扰，已经跟不上现代应用技术的发展，都转向更高频率的调频连续波雷达。
由于调频连续波雷达液位计的特点，必定存在一个测量分辨率。测量时，分辨率以内的距离变化这种雷达液位计是无法感应到的。
发明内容
本发明的目的是在调频连续波雷达中设计一个伺服机构，可以测量分辨率以内的精确距离与位置。
为达到上述目的，本发明提供了一种雷达液位计伺服装置，所述装置包括：
共振片，所述共振片的边缘设置有弹性的固定臂；所述共振片上设置有雷达波收发电路；所述共振片的上方设置有一磁性结构，所述共振片在所述磁性结构的作用下做简谐运动。
在一个可能的实现方式中，所述装置还包括信号处理模块，所述信号处理模块与所述共振片上的雷达波收发电路连接。
在一个可能的实现方式中，所述共振片在运动过程中与所述磁性结构不直接接触。
在一个可能的实现方式中，所述共振片的固定臂用于进行固定，所述共振片固定后，所述共振片的中间部位为悬空状态。
在一个可能的实现方式中，所述磁性结构为电磁铁，所述共振片为磁性材料。
在一个可能的实现方式中，所述磁性结构为磁性材料，所述共振片为电磁铁。
另一方面，本发明还提供了一种雷达液位计伺服装置的测量方法，所述方法至少包括以下步骤：
S101确定共振片的最大振幅A以及该振幅状态时的振动周期T，并存储至对应的测量设备中；
S102向磁性结构接入周期为T的正弦波电流，以使所述共振片进行震动；
S103采用雷达装置侦测测量结果，并对结果进行修正。
在一个可能的实现方式中，将最大振幅A和振动周期T存储至对应的测量设备中之前，还包括：
调节共振片，使其按照固有频率振动时的振幅A大于分辨率Δs并小于2倍Δs。
在一个可能的实现方式中，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在NΔs与(N+1)Δs之间跳变时，其修正后为(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)，其中，t是中央处理器CPU纪录跳变的时间。
在一个可能的实现方式中，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在NΔs与(N-1)Δs之间跳变时，其修正后为(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)，其中，t是中央处理器CPU纪录跳变的时间。
在一个可能的实现方式中，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在(N+1)Δs、NΔs与(N-1)Δs之间跳变时，
则可以纪录高位的跳变最后结果是：
(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)；或，
也可以纪录低位的跳变最后结果是：
NΔs-Asin(t/T*2π)。
在一个可能的实现方式中，所述方法包括：
分别取(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)和NΔs-Asin(t/T*2π)的平均值，以提高结果精度。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列有益效果：本发明通过在调频连续波雷达中设置一伺服机构，可以测量分辨率以内的精确距离与位置，在改动较小的情况下有效提高测量精度，且结构和算法简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本发明实施例中共振片结构示意图；
图2为本发明实施例中伺服装置结构示意图；
图3为本发明实施例中测量方法流程图；
图4为本发明实施例中高跳变的伺服测量原理图；
图5为本发明实施例中低跳变的伺服测量原理图；
图6为本发明实施例中双跳变的伺服测量原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下结合图1至图6对本发明做进一步详细阐述。
本申请公开了一种雷达液位计伺服装置，如图1和图2所示，该装置包括：共振片4，共振片4的边缘设置有弹性的固定臂；共振片4上设置有雷达波收发电路5；共振片4的上方设置有一磁性结构2，共振片4在磁性结构2的作用下做简谐运动。在一个示例性实施例中，该磁性结构2为电磁铁，共振片为磁性材料，电磁铁通入特定频率的电流控制共振片做简谐运动，共振片在运动过程中与磁性结构2不直接接触。需要说明的时，本申请中磁性结构2和共振片不局限于上述方式，在另一个可能的实现方式中，也可以磁性结构2为磁性材料，共振片4为电磁铁，本实施例对此不作限定。
如图1所示，示例性的，在该实施例中，共振片上设置有三个固定臂，在中间部位有一圆形区域，需要说明的是，本申请对固定臂的数量和形状不作具体限制。共振片通过固定臂固定后，共振片的中间部位为悬空状态，该圆形区域用于固定雷达波收发电路5，该雷达波收发电路5与一信号处理模块1连接，用于接收雷达波收发电路5的信号。
本申请还提供了上述装置的测量方法。如图3所示，该方法包括以下步骤：S101确定共振片的最大振幅A以及该振幅状态时的振动周期T，并存储至对应的测量设备中；
S102向磁性结构接入周期为T的正弦波电流，以使所述共振片进行震动；
S103采用雷达装置侦测测量结果，并对结果进行修正。
请参阅图4至图6，设雷达液位计的测量范围为S，基于快速傅里叶变换的转换特性，其测量分辨率为Δs。如果没有本发明的伺服结构，其测量出来的结果为N倍的Δs，N位正整数，一般是4096以内的正整数。产品出厂前测量发生共振时共振片的最大振幅A、此时的振动周期T，并作为两个标定参数保存每一台雷达液位计中。生产共振片时合理设计共振片的厚度，使其固有频率振动时的振幅A大于分辨率Δs并小于2倍Δs。
信号处理模块1产生周期为T的正弦波，使共振片发生共振。此时雷达测到的结果会有三种情况：在NΔs与(N+1)Δs之间周期性的来回跳变，或者在NΔs与(N-1)Δs之间周期性的来回跳变，或者在(N+1)Δs、NΔs与(N-1)Δs之间周期性的来回跳变。分别如图4、图5、图6。
中央处理器CPU纪录跳变的时刻t，则我们需要提高测量精度的修正部分s＝Asin(t/T*2π)。
如果雷达结果是在NΔs与(N+1)Δs之间来回跳变，如图4，则最后结果是：
(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)
如果雷达结果是在NΔs与(N-1)Δs之间来回跳变，如图5，则最后结果是：
NΔs-Asin(t/T*2π)
如果雷达结果是在(N+1)Δs、NΔs与(N-1)Δs之间来回跳变，如图6，则可以纪录高位的跳变最后结果是：
(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)
也可以纪录低位的跳变最后结果是：
NΔs-Asin(t/T*2π)
两个位置都处理取平均也可以得到更高的精度。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
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。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种雷达液位计伺服装置，其特征在于，所述装置包括：
共振片，所述共振片的边缘设置有弹性的固定臂；所述共振片上设置有雷达波收发电路；所述共振片的上方设置有一磁性结构，所述共振片在所述磁性结构的作用下做简谐运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括信号处理模块，所述信号处理模块与所述共振片上的雷达波收发电路连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述共振片在运动过程中与所述磁性结构不直接接触。
4.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，所述共振片的固定臂用于进行固定，所述共振片固定后，所述共振片的中间部位为悬空状态。
5.根据权利要求1至3中任一所述的装置，其特征在于，所述磁性结构为电磁铁，所述共振片为磁性材料，或，
所述磁性结构为磁性材料，所述共振片为电磁铁。
6.一种雷达液位计伺服装置的测量方法，所述雷达液位计伺服装置包括权利要求1至5任一中的结构，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
S101确定共振片的最大振幅A以及该振幅状态时的振动周期T，并存储至对应的测量设备中；
S102向磁性结构接入周期为T的正弦波电流，以使所述共振片进行震动；
S103采用雷达装置侦测测量结果，并对结果进行修正。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将最大振幅A和振动周期T存储至对应的测量设备中之前，还包括：
调节共振片，使其按照固有频率振动时的振幅A大于分辨率Δs并小于2倍Δs。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在NΔs与(N+1)Δs之间跳变时，其修正后为(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)，其中，t是中央处理器CPU纪录跳变的时间。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在NΔs与(N-1)Δs之间跳变时，其修正后为(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)，其中，t是中央处理器CPU纪录跳变的时间。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对结果进行修正包括：当雷达结果是在(N+1)Δs、NΔs与(N-1)Δs之间跳变时，
则可以纪录高位的跳变最后结果是：
(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)；或，
也可以纪录低位的跳变最后结果是：
NΔs-Asin(t/T*2π)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
分别取(N+1)Δs-Asin(t/T*2π)和NΔs-Asin(t/T*2π)的平均值，以提高结果精度。
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