CN204115817U - 脉冲式物位计系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种包括频率控制电路的脉冲式物位计系统。如果获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则所述频率控制电路使用存储在存储器中的先前的频率控制设置来控制包括脉冲式物位计系统中所包括的发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个。如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间长于预定的时间，则所述频率控制电路以实现发射信号的脉冲重复频率与参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差为目标来迭代地调节发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个。

Description

脉冲式物位计系统
技术领域
本实用新型涉及一种脉冲式物位计系统。
背景技术
雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中所容纳的物品的填充物位。雷达物位计量通常借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，在非接触式测量中朝向罐中所容纳的物品辐射电磁信号，在接触式测量中通过用作波导装置的探头将电磁信号导向并导入物品中。通常将探头设置为从罐的顶部朝向罐的底部垂直延伸。也可以将探头设置于测量管(所谓的腔)中，该测量管连接至罐的外壁并与罐的内部流体连通。
所发射的电磁信号在物品的表面被反射，反射信号被包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收。可以基于发射信号和反射信号来确定距物品表面的距离。
更具体地，通常基于电磁信号的发射与其在罐中的空气和物品之间的界面中的反射的接收之间的时间来确定距物品表面的距离。为了确定物品的实际填充物位，基于以上提及的时间(所谓的行进时间(time-of-flight))和电磁信号的传播速度来确定从参考位置到表面的距离。
现在市场上的多数雷达物位计系统或者是基于发射脉冲与接收脉冲在罐中所容纳的物品表面处的反射之间的时间差来确定距物品表面的距离的、所谓的脉冲式雷达物位计系统，或者是基于发射的频率调制信号与其在表面处的反射之间的频率(和/或相位)差来确定距表面的距离的系统。后一种系统通常被称为FMCW(调频连续波)类型。
对于脉冲式雷达物位计系统，通常使用时间扩展技术来求解飞行时间(time-of-flight)。
这样的脉冲式雷达物位计系统可以具有第一振荡器和第二振荡器，其中，第一振荡器用于生成通过以发射脉冲重复频率ft朝向罐中所容纳的物品的表面发射脉冲而形成的发射信号，第二振荡器用于生成通过以与发射的脉冲重复频率相差已知的(至少近似已知的)脉冲重复频率差Δf的参考脉冲重复频率fref的参考脉冲而形成的参考信号。该频率差Δf通常在数赫兹(Hz)或者数十赫兹范围内。
在测量扫描开始时，使发射信号和参考信号同步以具有相同的相位。由于频率差Δf，发射信号与参考信号之间的相位差在测量扫描期间将逐渐增加。
在测量扫描期间，例如可以将通过发射信号在罐中所容纳的物品的表面处的反射所形成的反射信号与参考信号相关联，使得仅当反射脉冲和参考脉冲同时发生时产生输出信号。在这样的示例性脉冲式物位计系统中，从测量扫描的开始到由于反射信号与参考信号的关联而产生输出信号的发生的时间是发射信号与反射信号之间相位差的量度，该时间继而是反射脉冲的飞行时间的时间扩展量度，可以根据所述时间来确定距罐中所容纳的物品的表面的距离。
由于发射信号的脉冲重复频率与参考信号的脉冲重复频率之间的脉冲重复频率差Δf的精度对脉冲式雷达物位计系统的性能很重要，所以可以通过频率调节器来控制第一和/或第二振荡器，所述频率调节器监视脉冲重复频率差Δf并控制第一和第二振荡器中至少之一以使脉冲重复频率差的实际值与期望值之间的差最小化。
为了提供稳定的调节，调节器可能需要与长达20～30秒的持续时间对应的大约数百个频率差Δf的样本。
因此，在可以开始实际的填充物位测量之前，当前可用的脉冲式雷达物位计系统可能需要被供电达相当长的时间段。
US7412337公开了一种方法，该方法旨在降低控制第一和/或第二振荡器用以实现期望的频率差Δf所需的时间。在根据US7412337的方法中，确定至少两个控制变量差分频率数据点的梯度，并且基于梯度和差频来确定控制的工作点并调整控制算法。然而，根据US7412337的方法似乎相对复杂和麻烦，并且在关于降低控制所需的时间方面存在进一步改进的空间。
实用新型内容
鉴于以上内容，本实用新型的总体目的是提供一种改进的脉冲式雷达物位计系统，特别是使得填充物位确定能够更节能的脉冲式雷达物位计系统。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于确定罐中物品的填充物位测量值的物位计系统，该物位计系统包括：发射信号生成电路，用于生成脉冲式电磁发射信号；传播装置，其连接至所述发射信号生成电路，并且所述传播装置被设置成朝向物品的表面传播所述发射信号以及返回由于发射信号在表面处的反射而产生的电磁反射信号；参考信号生成电路，用于生成脉冲式电磁参考信号；连接至所述传播装置和所述参考信号生成电路的填充物位确定电路，所述填充物位确定电路用于基于所述反射信号、所述参考信号以及所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的脉冲重复频率差来确定填充物位测量值；存储器，用于存储先前的频率控制设置，所述先前的频率控制设置用以控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个以实现所述脉冲重复频率差，所述先前的频率控制设置是结合先前的填充物位确定而确定的；信号获取电路，用于获取表示所述先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间的信号；连接至所述信号获取电路的比较电路，所述比较电路用于将所述信号表示的时间与预定的时间进行比较；频率控制电路，所述频率控制电路连接至所述比较电路、所述存储器以及连接所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个以执行如下操作：如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间短于所述预定的时间，则使用存储在所述存储器中的先前的频率控制设置来控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个；以及如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则以实现所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差为目标来迭代地调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个。
传播装置可以是能够传播电磁信号的任何设备，包括传输线探头、波导装置及各种类型的辐射天线(例如喇叭形天线、抛物面天线、棒状天线、阵列天线等)。
应当注意，填充物位确定电路、信号获取电路、比较电路、以及频率控制电路可以被实施为物位计系统中所包括的一个或若干个微处理器。
罐可以是能够容纳物品的任何容器或者器皿，并且可以是金属的、或者部分地或完全地非金属的，敞开的、半敞开的或者密闭的。此外，可以通过将传播装置设置成朝向罐内部的物品传播发射信号来直接确定罐中所容纳的物品的填充物位，或者可以通过将传播装置设置在位于罐的外部的所谓的室的内部但与罐的内部流体连通来间接确定罐中所容纳的物品的填充物位，其中流体连通的方式使得室中的物位与罐内部的物位对应。
发射信号生成电路和参考信号生成电路中任一个或二者可以包括电压控制的振荡器电路，电压控制的振荡器电路可以包括晶体振荡器。因而，频率控制参数可以是提供给电压控制的振荡器的控制电压。可替代地，发射信号生成电路和参考信号生成电路中任一个或二者可以包括由电子电路形成的谐振元件，该电子电路包括具有电感特性的部分和具有电容特性的部分。
脉冲式物位计系统可以另外包括用于形成包括一系列值的测量信号的测量电路，其中，每个值代表电磁参考信号的脉冲与电磁反射信号的脉冲之间的时间关联性。该测量电路例如可以包括混频器，并且可以通过将电磁参考信号与电磁反射信号进行混频来形成测量信号，使得每当参考脉冲通过电磁反射信号的时域时生成表示时间关联性的脉冲。然后可以将脉冲提供给采样保持电路以形成连续信号。
根据本实用新型的各个实施方式，物位计系统可以在具有相对高的能耗的活跃状态与具有相对低的能耗的不活跃状态之间可控。在活跃状态下，可以生成并发射发射信号并且可以确定至少一个填充物位测量值。在不活跃状态下，可以停用物位计系统的至少一些部分。例如，可以使至少发射信号生成电路和参考信号生成电路掉电或者至少处于空闲状态。
此外，在实施方式中，如果信号获取电路所获取的信号表示连续的物位填充确定之间的时间短于预定的时间，则填充物位确定电路可以被配置成另外基于所存储的、表示至少一个先前的填充物位测量值的数据来确定第二填充物位测量值。
根据一些实施方式，用于存储先前的频率控制设置的存储器可以是非易失性存储器，例如闪速存储器。
此外，脉冲式物位计系统可以有利地另外包括用于为物位计系统的操作提供电能的本地能量存储装置。本地能量存储装置可以有利地例如包括电池和/或超级电容器。
另外，脉冲式物位计系统还可以包括用于与远程系统进行无线通信的无线通信电路，例如无线电收发器。
根据实施方式，物位计系统还可以包括回路接口电路，回路接口电路用于向双线制4-20mA的电流回路提供表示填充物位的测量信号并且用于从双线制电流回路向物位计系统提供电力，其中双线制4-20mA的电流回路是物位计系统的唯一外部电力源。
以上提及的脉冲式电磁发射信号和参考信号可以是所谓的DC脉冲，或者可以以作为通过具有脉冲重复频率的DC脉冲幅度调制后的载波信号的形式来提供这些脉冲式信号。
所获取的表示连续的填充物位确定之间的时间的信号可以是根据其可以至少近似地推导出自最近的填充物位确定起的时间的任何信号。例如，所获取的信号可以表示更新率、或者自先前的填充物位确定中所包括的任意事件(例如先前的发射信号的传输、先前的填充物位测量值的输出或者脉冲式物位计系统(的部分)的掉电)起实际经过的时间。
例如，可以通过从远程主机接收信号、读取存储器中的配置设置或者轮询定时器等来获取所述信号。
应当理解，以实现期望的脉冲重复频率差为目标来“调节”发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个的脉冲重复频率不止包括使用频率控制设置来简单地控制发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个。调节步骤包括在反馈配置中对发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个的迭代控制，使得所应用的频率控制设置逐渐靠近如下频率控制设置，该频率控制设置导致足够接近期望的脉冲重复频率差的脉冲重复频率差。
是否/何时认为频率差足够接近期望的频率差将依赖于系统设计，特别是带通滤波器的设计等。如果系统设计者认为可以在期望频率差周围的特定范围内实现给定应用的可接受测量性能，则该范围内的频率差值足够接近期望的频率差。
本实用新型基于以下认识：即使填充物位计已经处于休眠状态或者掉电，在执行填充物位测量之前不总是需要调节脉冲重复频率差。如果可以确定先前使用的频率控制设置将基本上导致期望的脉冲重复频率差，则无需进行脉冲重复频率差的另外的测量，而可以使用所存储的、根据先前的填充物位测量的频率控制设置来直接地控制发射信号生成电路和/或参考信号生成电路，甚至不测量所产生的脉冲重复频率差。本发明人还认识到：如果自最近的填充物位确定起的时间非常短，则可以直接使用与在最近的填充物位确定中相同或者类似的频率控制设置而不需要调节脉冲重复频率差。本质上已知，环境条件(例如发射信号生成电路和/或参考信号生成电路的温度)的变化可能对由于应用给定的频率控制设置而产生的频率产生影响。如果经过了短的时间，则与经过了长的时间的情况相比可能环境条件只发生了较小变化。短的时间可以是分钟量级，长的时间可以是小时量级。也可以另外使用其它获取信号来确定是否应当使用所存储的频率控制设置，或者确定是否应该执行新的调节。这样的其它获取信号可以是表示温度或者温度变化的信号。新的调节可以有利地从所存储的频率控制设置开始，因为这可以降低成功调节所需的时间。
至少针对一些应用和/或有时，这可以导致脉冲式物位计系统的更有效的间歇性操作，这是因为从物位计系统通电起直至可以输出填充物位测量值为止的时间至少在平均意义上可以被缩短。与每当脉冲式物位计系统从空闲状态转变为用以执行填充物位测量的活跃状态就执行脉冲重复频率差的调节的情况相比，这将导致降低的能耗。
根据本实用新型的各个实施方式，第一填充物位测量值还可以基于期望的脉冲重复频率差来确定。
另外，有利的是，可以通过基于实际的脉冲重复频率差与期望的脉冲重复频率差之间的差对第一频率控制设置进行调节，来确定第二频率控制设置。
可以结合导致第一填充物位测量值的确定的填充物位测量来执行第二频率控制设置的确定。可替代地，可以将第一频率控制设置和所确定的实际频率差存储在存储器中并且可以结合以下的第二填充物位测量值的确定来确定第二频率控制设置。
另外，根据实施方式，第一填充物位测量值还可以基于实际的脉冲重复频率差来确定。
根据本实用新型的各种实施方式，如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则还可以基于所存储的、表示至少一个先前的填充物位测量值的数据来确定第二填充物位测量值。
对于物位计系统的具有交替的活跃时间段和不活跃时间段的间歇性操作，对于活跃时间段和不活跃时间段，要得到足够精确的填充物位确定所花费的能量的量可能不同。通过基于物位计系统的连续的活跃期时间段之间的时间确定需要多少次测量来实现可靠的填充物位确定，该认识可以用于进一步降低平均能耗。
如果自上一个活跃时间段/先前的填充物位测量起的时间长于预定的时间(该预定的时间可以与用于确定是否可以使用相同或类似的频率控制设置的时间相同)，则可以执行数次测量(一组测量)，并且可以对这些测量的结果进行滤波(例如通过平均)以得到存储在存储器中的可靠且精确的填充物位。
另一方面，如果自上一个活跃时间段/先前的填充物位测量起的时间短于预定的时间(该预定的时间可以与用于确定是否可以使用相同或类似的频率控制设置的时间相同)，则可以得出结论：填充物位可能与上一次执行测量时的填充物位基本相同。在这种情况下，可以基于当前活跃时间段期间执行的第一测量和至少一个存储的测量值的组合来确定新的填充物位值。
此外，可以对第二填充物位测量值与第一填充物位测量值之间的差进行评估，以确定单个填充物位测量是否足够或者是否应当执行一组测量。
即使在连续的填充物位确定事件之间的时间短于以上提及的预定的时间的情况下，可以不时地(例如以预定的时间段周期性地)例如通过滤波来执行具有足够数目的测量的“完全”测量周期，以提供高精度的填充物位确定。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种用于确定罐中物品的填充物位测量值的物位计系统，该物位计系统包括：发射信号生成电路，用于生成脉冲式电磁发射信号；传播装置，其连接至所述发射信号生成电路，所述传播装置并被设置成朝向物品的表面传播发射信号以及返回由于所述发射信号在表面处的反射而产生的电磁反射信号；参考信号生成电路，用于生成脉冲式电磁参考信号；存储器；以及处理电路，所述处理电路操作地连接至所述发射信号生成电路、所述传播装置、所述参考信号生成电路和所述存储器，以基于所述反射信号和所述参考信号来确定填充物位测量值；其中，所述处理电路被配置成：使用第一频率控制设置来控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个，其中，所述第一频率控制设置被选择用以实现所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差；使用被选择用以实现第一发射信号的脉冲重复频率与第一参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差的第一频率控制设置，来控制所述发射信号生成电路以生成并发射所述第一发射信号，以及控制所述参考信号生成电路以生成所述第一参考信号；基于所述第一参考信号和由于所述第一发射信号在表面处的反射而产生的第一反射信号来确定第一填充物位测量值；确定所述第一发射信号的脉冲重复频率与所述第一参考信号的脉冲重复频率之间的实际的脉冲重复频率差；基于所述第一频率控制设置以及期望的脉冲重复频率差和实际的脉冲重复频率差之间的差来确定第二频率控制设置；将所述第二频率控制设置存储在存储器中；获取表示连续的填充物位确定之间的时间的信号；如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则执行以下步骤：从存储器取回所述第二频率控制设置；使用所述第二频率控制设置，来控制所述发射信号生成电路以生成并发射第二发射信号，以及控制所述参考信号生成电路以生成第二参考信号；基于所述第二参考信号和由于所述第二发射信号在表面处的反射而产生的第二反射信号来确定第二填充物位测量值；如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则执行以下步骤：以实现期望的脉冲重复频率差为目标来调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个的脉冲重复频率；控制所述发射信号生成电路以生成第三发射信号并朝向表面发射所述第三发射信号；控制所述参考信号生成电路以生成第三参考信号；以及基于所述第三参考信号和由于所述第三发射信号在表面处的反射而产生的第三反射信号来确定第三填充物位测量值。
本实用新型的该第二方面的进一步的效果和特征与以上结合本实用新型的第一方面描述的效果和特征基本上类似。
总之，本实用新型因而涉及一种包括频率控制电路的脉冲式物位计系统。如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则所述频率控制电路使用存储在存储器中的先前的频率控制设置来控制脉冲式物位计系统中所包括的发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个。如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则所述频率控制电路以实现发射信号的脉冲重复频率与参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差为目标来迭代地调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个。
附图说明
现在将参考示出本实用新型的示例性实施方式的附图来更详细地描述本实用新型的这些方面和其它方面，在附图中：
图1示意性地示出了根据本实用新型的一个实施方式的、被设置成确定罐的填充物位的脉冲式物位计系统；
图2示意性地示出了图1中的物位计系统的间歇性操作的驱动方案；
图3是图1中的脉冲式物位计系统的第一实施方式的示意性框图；
图4是图1中的脉冲式物位计系统的第二实施方式的示意性框图；以及
图5是概述使用根据实用新型的实施方式的物位计系统的方式的流程图。
具体实施方式
在本详细说明中，主要参考非接触类型的脉冲式雷达物位计系统来讨论根据本实用新型的物位计系统的各个实施方式，在非接触类型的脉冲式雷达物位计中使用具有辐射天线(例如锥形天线、喇叭形天线、阵列天线或贴片天线)的形式的传播装置来朝向罐中容纳的物品传播电磁信号。
应当注意的是，这决不限制本实用新型的范围，本实用新型同样适用于利用传输线探头(例如单线探头(包括所谓的古博(Goubau)探头)、双引线探头、同轴探头等)形式的传播装置的脉冲式导波雷达(GWR)物位计系统。
图1示意性地示出了设置在罐2的顶部上的物位计系统1，其使用微波来确定罐2中的物品3的填充物位。因此，在下文中将物位计系统1称为雷达物位计系统或者RLG系统。
雷达物位计系统1包括：测量单元5、传播装置(在此具有喇叭形天线6的形式，以朝向罐2中容纳的物品3的表面7传播微波)以及使得能够与远程设备进行无线通信的通信天线8。
当测量罐2中容纳的物品3的填充物位时，雷达物位计系统1通过喇叭形天线6朝向物品3的表面7发射电磁发射信号ST，在表面7处，信号被反射为表面回波信号SR。然后，基于表面回波信号SR的飞行时间(从雷达物位计系统1至表面7并返回)来确定在罐2顶部处的参考位置与物品3的表面7之间的距离。根据该距离和已知的罐2的尺寸可以导出填充物位。
应当注意的是，尽管在本文中讨论容纳单一物品3的罐2，但是可以以类似的方式测量距罐2中存在的任何物料界面的距离。
如在图1中示意性示出的，示例性物位计系统1被配置成使用无线数据传输来与外部设备(例如远程控制中心)进行通信。对于不同的应用这可以是有利的，这是因为对于通信的布线可能通常代表安装物位计系统的成本的重要部分。被配置用于无线通信的物位计系统可能通常还需要从本地能量存储装置(例如电池或者类似物)接收电力。为了保持物位计系统1的维护成本低，电池寿命应当尽可能地长，优选地为年量级，这意味着，将物位计系统1设计成具有非常低的平均能耗并且不损害物位计系统1关于例如监视罐2中变化的精度和能力的性能是非常重要的。
图2中示意性地示出了用于处理平均能耗重要的情形的方案。如图2所示，填充物位确定事件9a至9c在时间上隔开，并且在这些填充物位确定事件9a至9c之间，物位计系统1处于休眠模式，在休眠模式下，可以关闭物位计系统的用于确定填充物位的部分。该方案可以称为间歇性操作，并且填充物位确定事件之间的时间tu限定了更新频率。
对于脉冲式物位计系统，与现有技术中的脉冲式物位计系统相比，本实用新型的各个方面提供用于缩短填充物位确定事件9a至9c的持续时间。
以下将参考图3至图5进行更详细的描述。
图3为示意性示出了图1的物位计系统的第一实施方式中所包括的功能性部件的框图。示例性的物位计系统1包括发射器分支和接收器分支。
发射器分支包括发射信号生成电路和发射天线12，在此发射信号生成电路以发射脉冲生成器10和第一RF源11的形式来提供。接收器分支包括参考信号生成电路、测量电路16和接收天线17，在此参考信号生成电路以参考脉冲生成器14和第二RF源15的形式来提供。接收器分支还包括用于放大通过接收天线17接收的信号的低噪声放大器18。
在发射器分支中，通过由发射脉冲生成器10提供的发射脉冲来对由第一RF源11生成的微波进行调制，使得形成具有发射脉冲(微波能量短“包”)序列的形式的发射信号ST并通过发射天线12朝向物品的表面7辐射信号ST。
反射信号SR由接收天线17接收，随后在低噪声放大器18中放大，被传递至测量电路16。还向测量电路16提供参考信号SREF，如以上针对发射信号ST的生成所描述的，参考信号SREF由参考脉冲生成器14和第二RF源15形成。
发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14生成具有略微不同的脉冲重复频率的脉冲。发射脉冲重复频率与参考脉冲重复频率之间的脉冲重复频率差Δf可以具有数赫兹或数十赫兹的量级。
在测量电路16中，参考信号SREF和反射信号SR是时间关联的以形成时间扩展的测量信号Sm，测量信号Sm被提供给微处理器20，在微处理器20中基于测量信号Sm来确定距物品的表面7的距离。
例如，测量电路16可以包括例如混频器和采样保持放大器，但是测量电路16可以以本领域的技术人员已知的其它方式来实施。例如，采样保持放大器可以被配置成通过使用参考信号SREF控制采样开关来实现时间关联性。
在测量扫描开始时发射信号ST的脉冲和参考信号SREF的脉冲可以有利地同相位，使得可以使用直至参考信号SREF与反射信号SR之间存在关联性为止的时间以及已知的频率差Δf一起来确定反射信号SR的飞行时间。然后，使用飞行时间来确定填充物位。
由图3中可见，物位计系统1还包括频率控制电路21，频率控制电路21连接至微处理器20、发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14，以控制发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14中的至少一个的脉冲重复频率。
脉冲式物位计系统1还包括连接至微处理器20的存储器23。
在利用时间扩展技术形成可以如上所述根据其确定填充物位的时间扩展的测量信号Sm的脉冲式物位计系统1中，重要的是：通过频率控制电路21控制发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14中的至少一个，以至少在每个填充物位确定事件9a至9c开始前实现足够接近期望的频率差的脉冲重复频率差Δf。
如以上在实用新型内容部分描述的，用于调节以上提及的脉冲重复频率差Δf的时间可以构成用于填充物位确定事件9a至9c的总时间的相当大的部分，期望降低用于达到足够好的脉冲重复频率差Δf(足够接近针对其来设计雷达物位计系统的期望的脉冲重复频率差)的时间。也如以上在实用新型内容部分所述的，本实用新型的实施方式使用表示连续的填充物位确定事件9a至9c之间的时间tu的信号(由图3中的附图标记24表示)，以确定使用哪个过程来控制发射脉冲发生器10和参考脉冲发生器14中的至少一个以实现足够好的脉冲重复频率差Δf。
如果填充物位确定事件9a至9c以规律的间隔发生，则时间tu可以等于更新率。
现在将参考图4描述雷达物位计系统1的第二实施方式，其中将更关注用于控制雷达物位计系统1的操作的电路的结构。另外，图4的实施方式与以上参考图3描述的实施方式的不同之处在于：传播装置被设置为传输线探头35的形式；以及由发射信号生成器10生成的DC脉冲被提供给探头35而不首先对微波源进行调制。类似地，由参考信号生成器14生成的DC脉冲被提供给测量电路而不首先对微波源进行调制。
参考图4，雷达物位计系统1包括：收发器29、处理电路20、无线通信单元37和电池36，无线通信单元37可以有利地符合无线HART(IEC62591)。处理电路20包括信号获取电路31、比较电路32、填充物位确定电路30和存储器23。可以将处理电路20中所包括的这些功能单元实施为具有运行在微处理器上的软件块的形式的独立的硬件单元，或者实施为独立的硬件单元和运行在微处理器上的软件的组合。
处理电路16中所包括的不同电路可以连接至通信总线34，并且收发器29和无线通信单元37可以通过合适的数据接口连接至通信总线34。另外，如图4中的框箭头所示，收发器29、处理电路20和无线通信单元37均从电池36接收能量。
收发器29包括具有发射信号生成器10的发生器分支以及具有参考信号生成器14和测量电路16的接收器分支。收发器29还包括频率控制电路21，所述频率控制电路21用于控制发射信号生成器10和参考信号生成器14中的至少一个，以实现足够接近以上提及的期望的脉冲重复频率差的脉冲重复频率差Δf。
为了将雷达物位计系统1从其不活跃状态转变为其活跃状态以开始填充物位测量事件9a至9c(见图2)，雷达物位计系统例如可以经由无线通信单元37接收唤醒信号。可替代地，雷达物位计系统1可以具有内部定时器，该内部定时器已被配置成当到达开始填充物位测量事件的时间时提供唤醒信号。
在物位计系统1工作时，收发器29生成并发射电磁信号ST并且接收表面回波信号SR。根据其可以确定表面回波信号的飞行时间的测量信号被从收发器29提供给处理电路20。
处理电路20确定填充物位和/或另一个处理参数，并且经由无线通信单元37将该信息提供给远程位置。
处理电路20还可以经由无线通信单元37接收各种命令，并且可以响应于这些命令控制收发器29。特别地，如上所述，处理电路20可以经由无线通信单元37接收唤醒信号、执行填充物位确定、报告所确定的填充物位以及然后返回休眠。
现在将参考图5中的流程图和图4中的框图来描述使用根据本实用新型的实施方式的物位计系统的示例性方式。
在第一步骤101中，控制物位计系统1使其从不活跃状态到活跃状态。在实践中，可以通过无线通信单元37接收唤醒命令，然后将唤醒信号提供给处理电路20。响应于唤醒信号，信号获取电路31获取表示连续的填充物位测量事件9a至9c之间的时间tu的信号。在步骤102中，通过比较电路32对所获取的时间tu与预定的阈值时间T进行比较。
如果在步骤102中确定连续的填充物位确定事件9a至9c之间的时间tu短于预定的阈值时间T，则方法进行至步骤103。否则，如果连续的填充物位确定事件9a至9c之间的时间tu长于预定的阈值时间T，则方法替代地进行至步骤107。
在步骤103中，从存储器23取回所存储的频率控制设置，并且频率控制电路21使用所述频率控制设置来控制发射信号生成器10和参考信号生成器14中的至少一个而不对脉冲重复频率差Δf进行任何进一步的调节。
随后，在步骤104中，执行填充物位测量，并且填充物位确定电路30基于所接收的反射信号、参考信号和脉冲重复频率差Δf来确定填充物位测量值。填充物位确定电路30所使用的脉冲重复频率差可以是期望的脉冲重复频率差Δfdesired，或者是实际脉冲重复频率差Δfactual的测量值。
简单地参考图2，如果填充物位测量在第二填充物位测量事件9b期间发生，那么在本实用新型的实施方式中，可以通过使用在先前的填充物位测量事件9a期间执行的先前的填充物位测量对当前填充物位测量进行滤波，来有利地确定雷达物位计系统1输出的填充物位测量值。该过程甚至可以进一步降低雷达物位计系统的能耗，这是因为在当前填充物位测量事件9b期间仅执行了一次(或少量)填充物位测量。
在确定填充物位之后，在步骤105中可以将频率控制设置存储在存储器23中。存储在存储器23中的频率控制设置可以是与当前填充物位测量事件9b期间所使用的频率控制设置相同的频率控制设置，或者所存储的频率控制设置可以是通过基于实际脉冲重复频率差Δfactual的测量来调整当前填充物位测量事件9b期间所使用的频率控制设置而形成的更新的频率控制设置。
可替代地，可以将所测量的实际脉冲重复频率差Δfactual存储在存储器23中，并且可以在下一个填充物位测量事件9c开始时确定更新的频率控制设置。
最后，在已经确定并输出填充物位测量值以及将频率控制设置存储在存储器23中之后，在步骤106中，将雷达物位计系统1再次转变至其不活跃状态。
相反，如果在步骤102中确定连续的填充物位测量事件9a至9c之间的时间tu长于预定的阈值时间T，则方法替代地进行至步骤107，并且以期望的脉冲重复频率差Δfdesired为目标执行脉冲重复频率差Δf的完全调节。本领域技术人员已知，这样的调节涉及迭代控制发射信号调节器10和参考信号调节器14中的至少一个，以及测量所得到的实际脉冲重复频率差Δfactual。当实际脉冲重复频率差Δfactual足够接近期望的脉冲重复频率差Δfdesired时停止调节。
当在这种情况下时，在步骤108中确定填充物位。由于当前填充物位确定事件(比如9b)与先前的填充物位确定事件9a之间的时间相对较长，所以不能假设填充物位与先前的填充物位确定事件9a期间的填充物位基本上相同。因此，先前的填充物位确定事件9a期间确定的填充物位测量值不能被用于确定当前填充物位测量值。
替代地，可以控制收发器29执行数次填充物位测量(一组测量)，每次测量包括：朝向表面发射发射信号，接收反射信号以及基于反射信号、参考信号和脉冲重复频率差Δf来确定填充物位测量值。可以重复该过程许多次，直至已经提供足够多的测量值X1、X2、…、Xn以实现能耗与测量精度之间的期望的权衡为止。这可能依赖于应用领域和/或罐中的情况。
可以通过填充物位确定电路30对测量值X1、X2、…、Xn(或者这些测量值的子集，例如X2、...、Xn)进行过滤来确定雷达物位计系统1要输出的填充物位XN。在步骤105中，将频率控制设置(连同新的填充物位XN)存储在存储器23中，在步骤106中，使物位计系统1返回其不活跃状态。
本领域的技术人员意识到本实用新型决不限制于以上描述的优选实施方式。相反，所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变型，例如，用于控制参考脉冲生成器14的控制电压可以保持不变以及可以控制用于发射脉冲生成器10的控制电压，或者可以以实现期望的频率差为目标来控制用于发射脉冲生成器10和参考脉冲生成器14二者的控制电压。

Claims (8)

1.一种用于确定罐中物品的填充物位测量值的物位计系统，包括：
发射信号生成电路，用于生成脉冲式电磁发射信号；
传播装置，其连接至所述发射信号生成电路，并且所述传播装置被设置成朝向所述物品的表面传播所述发射信号以及返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁反射信号；
参考信号生成电路，用于生成脉冲式电磁参考信号；
连接至所述传播装置和所述参考信号生成电路的填充物位确定电路，所述填充物位确定电路用于基于所述反射信号、所述参考信号以及所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的脉冲重复频率差来确定所述填充物位测量值；
存储器，用于存储先前的频率控制设置，所述先前的频率控制设置用于控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个以实现所述脉冲重复频率差，所述先前的频率控制设置是结合先前的填充物位确定而确定的；
信号获取电路，用于获取表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间的信号；
连接至所述信号获取电路的比较电路，所述比较电路用于将所述信号表示的时间与预定的时间进行比较；
频率控制电路，所述频率控制电路连接至所述比较电路、所述存储器以及连接至所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个，以执行如下操作：
如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间短于所述预定的时间，则使用存储在所述存储器中的先前的频率控制设置来控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个；以及
如果所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则以实现所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差为目标来迭代地调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的物位计系统，其中，所述物位计系统可控制在活跃状态和不活跃状态之间。
3.根据权利要求1所述的物位计系统，其中：
如果所述信号获取电路所获取的信号表示先前的填充物位确定与当前填充物位确定之间的时间短于所述预定的时间，则所述填充物位确定电路还基于所存储的表示至少一个先前的填充物位测量值的数据来确定所述填充物位测量值。
4.根据权利要求1所述的物位计系统，其中，所述物位计系统还包括用于为所述物位计系统的操作提供电能的本地能量存储装置。
5.根据权利要求1所述的物位计系统，其中，所述物位计系统还包括用于与远程系统进行无线通信的无线通信电路。
6.根据权利要求1所述的物位计系统，还包括回路接口电路，所述回路接口电路用于向双线制4-20mA的电流回路提供表示所述填充物位的测量信号，以及用于从所述双线制电流回路向所述物位计系统提供电力，所述双线制4-20mA的电流回路是所述物位计系统的唯一外部电力源。
7.一种用于确定罐中物品的填充物位测量值的物位计系统，包括：
发射信号生成电路，用于生成脉冲式电磁发射信号；
传播装置，其连接至所述发射信号生成电路，并且所述传播装置被设置成朝向所述物品的表面传播所述发射信号以及返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁反射信号；
参考信号生成电路，用于生成脉冲式电磁参考信号；
存储器；以及
处理电路，所述处理电路操作地连接至所述发射信号生成电路、所述传播装置、所述参考信号生成电路以及所述存储器，以基于所述反射信号和所述参考信号来确定所述填充物位测量值；
其中，所述处理电路被配置成：
使用第一频率控制设置控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个，所述第一频率控制设置被选择用以实现所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差；
使用被选择用以实现第一发射信号的脉冲重复频率与第一参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差的第一频率控制设置，来控制所述发射信号生成电路以生成并发射所述第一发射信号，以及控制所述参考信号生成电路以生成所述第一参考信号；
基于所述第一参考信号和由于所述第一发射信号在所述表面处的反射而产生的第一反射信号来确定第一填充物位测量值；
确定所述第一发射信号的脉冲重复频率与所述第一参考信号的脉冲重复频率之间的实际的脉冲重复频率差；
基于所述第一频率控制设置以及期望的脉冲重复频率差与所述实际的脉冲重复频率差之间的差来确定第二频率控制设置；
将所述第二频率控制设置存储在所述存储器中；
获取表示连续的填充物位确定之间的时间的信号；
如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则
从所述存储器取回所述第二频率控制设置；
使用所述第二频率控制设置，来控制所述发射信号生成电路以生成并发射第二发射信号，以及控制所述参考信号生成电路以生成第二参考信号；
基于所述第二参考信号和由于所述第二发射信号在所述表面处的反射而产生的第二反射信号来确定第二填充物位测量值；
如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则
以实现所述期望的脉冲重复频率差为目标来调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个的脉冲重复频率；
控制所述发射信号生成电路以生成第三发射信号并朝向所述表面发射所述第三发射信号；
控制所述参考信号生成电路以生成第三参考信号；以及
基于所述第三参考信号和由于所述第三发射信号在所述表面处的反射而产生的第三反射信号来确定第三填充物位测量值。
8.根据权利要求7所述的物位计系统，其中：
如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间短于所述预定的时间，则还基于所存储的表示至少所述第一填充物位测量值的数据来确定所述第二填充物位测量值。
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