KR20020020757A - 레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법 - Google Patents

레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20020020757A
KR20020020757A KR1020017016797A KR20017016797A KR20020020757A KR 20020020757 A KR20020020757 A KR 20020020757A KR 1020017016797 A KR1020017016797 A KR 1020017016797A KR 20017016797 A KR20017016797 A KR 20017016797A KR 20020020757 A KR20020020757 A KR 20020020757A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
clock
output
separation
generating
Prior art date
Application number
KR1020017016797A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100742165B1 (ko
Inventor
키엘브존에이
Original Assignee
로오즈마운트인코오포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로오즈마운트인코오포레이티드 filed Critical 로오즈마운트인코오포레이티드
Publication of KR20020020757A publication Critical patent/KR20020020757A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100742165B1 publication Critical patent/KR100742165B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/103—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves particularities of the measurement of the distance

Abstract

본 발명에 따른 레이더 게이지(14;120)는 탱크(10) 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합하고, 레이더 전송 및 레벨 샘플링이 각각 전송 주파수(126) 및 샘플 주파수(128)에 의해 각각 제어되는 레이더 게이지 회로(124)를 구비하고 있다. 제1 주파수 및 제2 주파수 사이의 제1 주파수 분리(142)는 제어 입력(140)에 의해 제어된다. 제1 주파수 및 제2 주파수는 제2 주파수 분리(148)에 의해 분리되는 전송 주파수 및 샘플 주파수(126;128)를 발생시키도록 분할 될 수 있다. 적어도 하나의 주파수차가 계산되어, 이러한 계산값은 제어 입력(140)을 생성하고, 제1 주파수차를 안정화시키고, 게이지 출력을 보정하는데 이용된다.

Description

레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법{FREQUENCY STABILIZATION IN A RADAR LEVEL GAUGE}
처리 저장 탱크에서의 레벨 측정을 위해 펄스형의 비행 시간 레이더 게이지(pulsed time of flight radar gauges)가 이용된다. 이러한 게이지는 저장 탱크의 상단에 장착되어 이러한 탱크에 저장된 프로덕트의 표면을 향하여 마이크로파 에너지의 펄스를 전송한다. 그후, 레이더 게이지는 프로덕트의 표면으로부터 반사된 에너지를 수신하여, 펄스의 비행 시간을 기초로 하여 프로덕트의 레벨을 계산한다.
전송 클록 및 샘플 클록을 생성하기 위한 종래 기술의 회로(110)는 도 2에 도시되어 있다. 이러한 형태의 회로는 McEwan의 미국 특허 공보 제5,563,605 호에 개시되어 있다. 이러한 회로는 샘플 클록(114)이 지연 제어 램프(118)에 의해 제어되는 가변적인 지연 발생기(116)에서 위상 지연을 연속하여 증가시킴으로써 생성되기 때문에, 하나의 발진기(112)만을 필요로 하는 장점을 갖고 있다. 위상 지연 회로는 반복적으로 설계될 수 있어서, 차주파수에서의 변화로 인한 에러는 이러한 회로 설계를 이용하여 감소된다. 그러나, 이러한 회로는 샘플 클록 내에서 상당한 위상 지터 또는 불안정성을 갖는 단점을 갖고 있다. 이것은 위상 지연 발생기의 일부로서 필요한 고속도 비교기의 성능 제한으로 인한 결과이다.
값비싸고, 복잡한 회로를 사용하지 않고서 안정화되는 레이더 게이지 회로가 필요하다.
본 발명은 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합한 데이터 게이지에 관한 것이다.
도 1은 레이더 레벨 게이지의 제1 블록도.
도 2는 종래 기술의 레이더 레벨 게이지를 도시하는 도면.
도 3은 레이더 레벨 게이지에 대한 일반적인 설치 환경을 도시하는 도면.
도 4는 레이더 레벨 게이지의 분해도.
도 5는 분할 회로를 갖는 레이더 레벨 게이지의 제2의 블록도.
도 6은 분할기를 갖는 레이더 레벨 게이지의 제3의 블록도.
도 7은 레이더 레벨 게이지의 제4의 블록도.
도 8은 레이더 레벨 게이지에 대한 계산치 회로의 회로도.
본 발명에서, 제어기는 제어 출력을 클록 소스로 피드백시킨다. 피드백은 클록 소스에 의해 발생된 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수 사이의 제1 주파수 분리를 안정화시킨다. 분리 감지 회로는 클록 소스에 접속되어 제1 주파수 분리 기능으로 계산치 출력을 발생시킨다. 계산치 출력은 제어기에 접속되어 제어 출력을 제어한다. 레이더 게이지 회로는 제1 또는 전송 주파수 및 제2 또는 샘플 주파수를 수신하여 전송 및 샘플링 주파수의 기능으로 레이더 전송 및 레벨 샘플링을 제어한다. 레이더 게이지 회로는 주파수 분리의 기능으로 안정화되고 보정된 레벨 출력을 발생시킨다.
도 1에서, 탱크 내의 유체 레벨을 감지하기 위한 레이더 게이지 회로(도 7과 연관지어 후에 설명함)에서 사용될 수 있는 클록 제어 회로(100)가 도시되어 있다. 도 7의 레이더 게이지 회로는 레이더 전송 및 레벨 샘플링을 각각 제어하는 회선(126) 상의 전송 주파수와 회선(128) 상의 샘플 주파수를 수신하는데 적합하다. 레이더 게이지 회로는 도 7의 회선(202)에서 레벨 출력을 발생시킨다.
도 1에서, 클록 소스는 시스템 클록(106) 및 VCO(104)를 포함하고 있다. 클록 소스는 회선(107) 상의 제1 클록 주파수와 회선(105) 상의 제2 클록 주파수를 발생시킨다. 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수 사이의 차이는 제1 주파수 분리로 칭한다. 클록 소스는 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수 사이의 제1 주파수 분리를 설정하는 회선(109)에서 VCO 주파수를 제어함으로써 제어 입력을 갖는다. 분리 감지 회로, 즉 차주파수 검출기(111)는 클록 소스에 접속되어 제1 주파수 분리의 함수로 계산된 계산치 출력(113)을 발생시킨다. 마이크로프로세서 시스템일 수 있는 제어기(102)는 계산치 출력(113)을 수신한다. 제어기는 제1 주파수 분리를 측정하는 타이머(115)를 갖는다. 제어기는 D/A 컨버터(108)를 통해 제어 입력(109)으로 피드백되는 제어 출력(116)을 발생시킨다. 피드백은 타이머(115)로 계산치 출력(113)의 타이밍 기능으로 제1 주파수 분리를 안정화시킨다. 제어기(102)는 또한제1 주파수 분리의 기능으로 레벨 출력을 보정하는, 소프트웨어로 구현되는 것이 바람직한 보정 회로(117)를 갖고 있다.
도 1의 회로(100)는 시스템 클록(106)의 주파수로부터의 고정된 차이에 의해 VCO(104)의 주파수가 오프셋 되도록 제어하기 위해 피드백 루프 내의 마이크로프로세서(102)를 이용한다. 이러한 회로에서, 2 개의 발진기(104, 106) 사이의 차주파수는 정밀하게 제어된다. 시스템 클록(106) 및 VCO(104) 양쪽 모두가 시간에 연속적으로 표류(drift)하기 때문에, 시스템 클록(106) 및 VCO(104)를 매우 정밀한 오프셋 주파수로 고정시키는 것은 어렵다. 또한, 시스템 클록(106) 및 샘플 클록(104)이 같은 위상에 있을 때 거리 측정이 시작된다. 따라서, 이러한 2 개의 발진기(104, 106)가 같은 위상에 있을 때를 검출하기 위한 회로가 사용된다. 각각의 측정 동안에, D/A(108)의 전압은 고정된다. 이것은 발진기는 일반적으로 거리 측정 동안에 정확한 차주파수로부터 단지 약간 벗어나 표류하게 될 것을 의미한다. 이로서 거리 측정의 안정화를 개선하게 된다.
도 3은 본 발명에 따라, 마이크로파 레이더 레벨 게이지가 설치되는 처리 탱크(10)의 개략적인 설명도를 도시하고 있다. 처리 탱크(10)는 액체(12)로 채워지고, 액체의 높이 또는 레벨은 레이더 레벨 게이지(14)에 의해 판정될 수 있다. 레이더 레벨 게이지(14)는 탱크의 상단에 있는 탱크 포트(16) 상에 장착되고, 탱크에 대하여 밀폐시킨다. 레이더 레벨 게이지(14)는 포트(16)를 통해, 도파관을 따라 마이크로파 에너지를 전송하고, 액체 표면(13)으로부터 반사된 에너지를 수신하여, 탱크 내의 액체 레벨을 표시한다.
레이더 레벨 게이지(14)는 전자 하우징(20), 플랜지 어댑터에 대한 하우징(22), 프로세스 접속 플랜지(24) 및 안테나(26)를 구비하고 있다. 레이더 레벨 게이지(14)는 포트(16) 주변에서, 탱크(10)의 상단에 고정되는 스탠드오프 파이프(28)에 장착된다. 탱크 플랜지(30)는 스탠드오프 파이프(28)에 고정된다. 프로세스 접속 플랜지(24)는 탱크 플랜지(30)에 볼트로 고정되고, 적절한 개스킷으로 밀폐된다. 프로세스 접속 플랜지(24)는 어댑터(22) 및 전자 하우징(20) 모두를 지지한다.
도 4는 레이더 레벨 게이지(14)의 분해 투시도이다. 전자 하우징(20)은 장벽(36)에 의해 분리되는 단자 구역(32)과 전자 구역(34)을 구비하고 있다. 단자 블록(38)은 단자 구역(32) 내에 장착되어 전자 구역(34) 내의 전자에 외부의 전기적인 접속을 제공한다. 외부의 전기적인 접속이 2 개 또는 4 개의 전선의 프로세스 제어 루프 또는 프로세스 제어 버스 등과 같은 처리 제어 링크에 레이더 레벨 게이지(14)를 접속하기 위해 사용되고, 처리 제어 링크를 통해 레이더 레벨 게이지(14)는 전력 및 신호 정보를 수신하여 레벨 측정 및 다른 상태 정보를 전송한다. 커버(40)는 외부의 환경에 대하여 단자 구역을 밀폐하기 위한 단자 구역(32)에 끼워 넣어진다. 마이크로파 에너지를 전송하고, 반사를 수신하고 센서가 계산하도록 하는데 사용되는 전자가 전자 구역(34) 내에 장착되는 인쇄 회로 기판(42)의 스택에 제공된다. 이에 대한 전자 공학은 업계에 공지되어 있다. 외부 환경에 대하여 전자 구역을 밀폐하기 위해 커버(44)가 전자 구역(34)으로 끼워 넣어진다.
인쇄 회로 기판(42)의 스택으로 구성된 전자는 동축에 접속된 동축케이블(coax) 접속부(46)를 통해 마이크로파 에너지를 전자 하우징(20) 내에 배치되는 직사각형의 도파관 어댑터(48)에 공급한다. 직사각형의 도파관 어댑터(48)에 대한 동축 케이블(coax)은 나사로 플랜지 어댑터에 대한 하우징(22)의 돌출된 돌기(50)에 고정된다. 도파관 개구(52)는 안테나(26)에 대해 마이크로파 에너지를 전송하기 위해 어댑터(22)를 통해 확장된다. 어댑터(22)는 전자 하우징(20)의 하위 하우징 플랜지(56)에 볼트(58)로 고정되는 장착판(54)을 구비하고 있다. 장착판(60)은 프로세스 장착 플랜지(24)에 볼트(62)로 고정된다. 안테나(26)는 프로세스 접속 플랜지(24)의 하위 표면에 볼트(64)로 고정된다. 안테나(26)는 종래 기술로 설계되었고, 어댑터(22) 내의 도파관 개구(52)와 플랜지(24)를 통과하는 개구(76)와 일직선인 상단부에 중심 개구를 구비하고 있다. 다른 형태의 하우징 및 어셈블리 방법은 요구 조건이 적은 응용에 사용될 수 있다.
도 5에서, 탱크 내의 유체 레벨(122)을 감지하는데 적합한 레이더 게이지(120)의 블록도가 도시되어 있다. 레이더 게이지(120)는 레이더 전송(130) 및 유체 레벨(122)의 레벨 샘플링을 각각 제어하는 전송 주파수(126) 및 샘플 주파수(128)를 수신하는데 적합한 레이더 게이지 회로(124)를 구비하고 있다. 레이더 게이지 회로(124)는 주파수 분리에서의 변동에 대해 제어기(154)에 의해 보정되는 레벨 출력(132)을 발생시킨다. 클록 소스(134)는 제1 클록 주파수(136)와 제2 클록 주파수(138)를 생성하고 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수 사이의 제1 주파수 분리(142)를 설정하는 제어 입력(140)을 갖는다. 분할 회로(146)는 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수(136, 138)를 분할하여 전송 주파수 및 샘플 주파수(126,128)를 생성한다. 전송 주파수 및 샘플 주파수(126, 128)는 제2 주파수 분리(148)에 의해 서로 분리된다. 분리 감지 회로(150)는 분할 회로(146)에 접속되어 제1 주파수 분리 및 제2 주파수 분리(142, 148)의 기능으로 계산치 출력(152)을 발생시킨다. 제어기(154)는 계산치 출력(152)을 수신한다. 제어기(154)는 계산치 출력(152)의 기능으로 제1 주파수 분리(142)를 안정화시키는 제어 입력(140)으로 피드백되는 제어 출력(156)을 갖고 있다. 제어기는 또한 회선(153) 상의 보정되지 않은 레벨 출력을 수신하여, 주파수 분리에 대해 보정하고, 보정된 레벨 신호를 회선(155) 상에 공급한다.
도 6에서, 레이더 게이지의 다른 실시예(160)의 블록도가 도시되어 있다. 도 6 내지 8을 통해서 도 5에 사용된 참조 번호와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여해서 설명할 것이다. 클록 소스(134)는 시스템 클록(160)을 구비하고, 일반적으로 수정 제어 발진기는 또한 다른 클록 기능을 게이지 회로(124)에 제공하는데 사용될 수 있다. 클록 소스(134)는 또한 제어 입력(140)에서 주파수 제어 전압을 수신하는 전압 제어 발진기(VCO)(162)를 구비하고 제2 클록 주파수(138)를 발생시킨다. 분리 감지 회로(150)는 주파수(136, 138) 사이의 제1 주파수차를 감지하는 제1 주파수 차이 검출기 회로(164)를 구비하고 있다. 분리 감지 회로(150)는 또한 주파수(126, 128) 사이의 제2 주파수차를 감지하는 제2 주파수차 검출기 회로(166)를 구비하고 있다. 분리 감지 회로(150)는 또한 샘플 클록(128)의 극성을 감지하고 극성을 나타내는 추가의 계산치 출력(170)을 생성하는 전송 샘플의 극성 검출기 회로(168)를 구비하고 있다.
도 6에서, 제어기(154)는 제어 출력(156)을 발생시키는 D/A 변환기(172)를 구비하고 있다. 제어기(154)는 타이머(174)를 구비하고 있다. 타이머(174)는 계산치 출력(152)의 시간 구간을 측정할 수 있다. 타이머(174)는 또한 주파수차의 현재의 값을 카운트하고 이러한 현재값을 게이지 회로(124)에 제공하여, 레벨 출력(132)은 주파수차의 현재값을 기초로 하여 계산된다. 이러한 현재값은 현재의 측정이 실행되는 시간 동안에 제1 주파수 및 제2 주파수(136, 138)의 임의의 편류를 고려한다. 게이지 회로(124)는 출력이 현재의 타이머 측정의 기능으로 안정화되도록 이러한 현재값을 기초로 하여 레벨 출력을 계산한다. 타이머(174)는 마이크로프로세서(176), 즉 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 실행되는 하드웨어와 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 타이머(174)는 선택된 시간 구간 동안에 계산치 출력의 카운트의 타이머 측정을 수행할 수 있다. 대안으로, 복수의 카운트가 선택될 수 있고, 그러한 선택된 카운트수에 대한 시간 구간이 측정될 수 있다.
도 7에서, 레이더 게이지 회로(124)의 구성에 대한 세부 사항이 더욱 상세히 도시되어 있다. 게이지 회로(124)는 안정화된 클록 제어(180)로부터 도시된 바와 같이, 전송 클록 및 샘플 클록(126, 128)을 수신한다. 안정화된 클록 제어(180)는 도 5의 도면 부호(134, 146, 150, 154)로 표시하는 것과 같은 회로를 구비하고 있다. 전송 펄스 발생기(182)는 전송 클록(126)을 수신하고 펄스형의 고주파수 마이크로파 회로인 전송 발진기(184)를 제어한다. 전송 발진기(184)는 전력 분배기(188)를 통해 안테나(186)에 공급된 마이크로파 출력 펄스를 발생시킨다. 샘플 펄스 발생기(190)는 샘플 클록(128)을 수신하여 수신 발진기(192)를 제어한다.수신 발진기(192)는 기준 파형을 펄스 수신기(194)에 공급한다. 펄스 수신기(194)는 전력 분배기(188)를 통해 안테나(186)로부터 귀환 반향(return echo)을 수신한다. 펄스 수신기(194)는 수신 발진기(192)로부터의 기준 파형과 귀환 반향을 결합하거나 또는 혼합하여, 저비용의 저주파수 전자 수신 증폭기(198)로 처리하기에 충분히 낮은 회선(196) 상의 보다 낮은 저주파수 출력을 발생시킨다. 마이크로파 측정을 저주파수로 이동시키기 위해 182, 190, 194에 도시된 것과 같은 저주파수 회로를 사용하는 장치는 동등한 시간 샘플링으로 칭하는데, 예를 들어 Hugo Lang 및 Wolfgang Lubke 에 의한 "Smart Transmitter using microwave pulses to measure the level of liquids and solids in process applications" 라는 논문인 Instrument Society of America paper ISA # 93-319(1993)에 공지되어 있다.
레이더 게이지 회로(124)는 전송 클록(216) 및 샘플 클록(128)에 의해 각각 제어되는 전송 펄스 발생기(182) 및 샘플 펄스 발생기(190)를 구비하고 있다. 수신 증폭기(198)의 출력은 마이크로제어기(208)에 의해 사용하기 위해 증폭 신호를 디지털 형태로 변환하는 A/D 변환기(206)에 접속된다. 마이크로제어기(208)는 레벨을 계산하여, 회선(210) 상의 레벨 출력을 4∼20 mA의 출력 회로(212)에 공급한다. 출력 회로(212)는 레벨을 나타내는 아날로그값을 갖도록 레이더 레벨 게이지를 에너자이징하는 4∼20 mA의 전류를 제어한다. 마이크로제어기(208)는 메모리(214)를 이용하고 또한 4∼20 mA의 루프를 통해 양방향 디지털 통신을 제공하는 디지털 I/O 회로(216)에 접속된다. 디지털 통신이 HART 또는 Fieldbus 포맷, 또는 다른 공지된 디지털 포맷으로 이루어 질 수 있다. 블로킹 커패시터(218)는 디지털 I/O회로(216)와 4∼20 mA의 루프 사이에 삽입되어 아날로그 전류가 디지털 I/O 회로를 통하여 흐르는 것을 차단한다. 도 7의 레이더 게이지는 4∼20 mA의 아날로그 전류(202)에 의해서만 에너자이즈되고 4∼20 mA의 아날로그 전류에 의해 에너자이즈 되는 전압 조정기(204)를 구비하고 있다.
도 5∼7의 회로에서, 주파수 안정화는 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 사용된다. 제1 및 제2의 클록 주파수가 생성되어, 제어 입력에 의해 제어되는 제1 주파수 분리에 의해 서로 분리된다. 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수는 제2 주파수 분리에 의해 서로 분리되는 전송 및 샘플 주파수를 발생시키기 위해 분할된다. 계산치 출력은 제1 및 제2 주파수 분리의 기능으로 발생된다. 제어 출력이 생성되어 계산치 출력의 기능으로 제1 주파수 분리를 안정화시키는 제어 입력으로 피드백된다. 레벨 출력은 안정화된 제1 주파수 분리의 기능으로 발생된다.
이러한 프로세스를 수행하기 위한 프로그램은 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합한 레이더 게이지의 프로세서에 의해 실행시키기 위한 복수의 명령 시퀀스를 저장하고 있는 컴퓨터로 판독 가능한 매체로부터 제어기(154)에 로드될 수 있다.
도 8에서, 회로(150)와 같은 분할 회로 및 분리 감지 회로의 회로도가 도시되어 있다. 시스템 클록 주파수는 250에서 수신되고, VCO 주파수는 252에서 수신된다. 두개로 분할된 제1의 회선(254)은 시스템 클록 주파수를 분할하여 전송 클록 주파수(126)를 발생시킨다. 두개로 분할된 제2의 회선(256)은 VCO 주파수를 수신하여 샘플 클록 주파수(128)를 발생시킨다. 제1의 주파수차 회로(258)는 시스템 클록주파수 및 VCO 주파수를 수신하여 260에서 제1 주파수차 출력을 발생시킨다. 제2 주파수차 회로(262)는 전송 클록 주파수 및 샘플 클록 주파수를 수신하여 264에서 제2 주파수차 출력을 발생시킨다. 극성 감지 회로(266)는 제2 주파수차 출력과 관련된 샘플 클록의 극성을 감지하여 268에서 출력인 극성, 즉 사인(sign)을 생성한다. 도 8의 각각의 기능은 도 8에 도시된 바와 같이 배선된 저비용의 형태인 7474 클록형의 D 플립 플롭을 사용하여 수행될 수 있다.
샘플 극성 검출기는 전송 클록의 리딩 에지가 제2의 차주파수 검출기의 Q/ 출력을 토글시킨 후 샘플 클록의 극성을 저장하는 래치로 접속되어 있다. 전송 샘플 극성의 검출기의 출력은 마이크로프로세서에 결합되어 샘플 클록이 전송 클록보다 낮은 주파수를 갖고 있는지 또는 보다 높은 주파수를 갖고 있는지를 나타낸다. 이러한 샘플 극성 검출기는 주파수차의 절대값의 어떠한 모호성을 해결한다.
안정화된 레이더 레벨 게이지는 저비용과, 저위상의 지터를 갖는 장점을 갖고서, 전반적인 성능을 개선시킨다.
이러한 안정화로 인해 저비용의 펄스형 마이크로파 레이더 측정이 가능하여 성능을 개선시킬 수 있다. 이 방법은 이러한 시스템에 필요한 2 개의 임계 클록 주파수 사이의 차이를 측정하여 보정하는 것에 관한 것으로 이러한 주파수를 정밀하게 생성하고 제어하는 것과는 대조적이다.
마이크로프로세서 내의 타이머는 제1 및 제2 차주파수 검출기의 출력을 카운트하거나 또는 출력의 시간을 정한다. 이러한 카운트 또는 시간을 기초로 하여, 마이크로프로세서는 전송 주파수와 샘플 주파수 사이의 주파수 차이의 절대값을 나타내는 실시간 데이터를 계산한다. 그후, 마이크로프로세서는 차주파수를 소정의 범위에 유지하기 위해 VCO에 제공된 제어 전압을 조정하는 알고리즘을 실행시킨다. 마이크로프로세서 내의 제어 알고리즘은 주파수차를 엄격하게 제어하지 않도록 조정되고, 소정의 범위 내의 제한된 제어만을 유지한다. 주파수차의 엄격한 제어보다는 제한된 제어를 사용하여 주파수 제어에서 저전력의 저분해(low resolution) 소자를 사용할 수 있다. 발진기의 편류는 저전력의 저분해 회로가 주파수차를 제어하는데 너무 빨라서, 각각의 측정 동안에 주파수차 카운트가 다소 다르게 한다.
타이머는 거리가 측정되는 정확한 시간 동안에, 다소 변화하는 차주파수를 정확하게 카운트하는데 또한 사용된다. 그후, 마이크로프로세서는 차주파수의 실제의 카운트를 기초로 하여 거리 계산을 조정한다. 타이머는 마이크로프로세서 내에서 구현되는 하드웨어 타이머, 소프트웨어 즉, 하드웨어 타이머와 소프트웨어의 결합일 수 있다. 거리를 계산하기 위한 마이크로프로세서의 알고리즘 또는 반응식에서, 주파수 차이를 나타내는 항인 ΔF는 상수항 또는 보상을 위한 조정이 거의 없는 항이 아니라 타이머에 의해 측정되는 실시간 변수이다.
주파수차의 제한된 제어와 주파수차의 정확한 카운트의 결합으로 측정 구간 동안에 주파수 변동에 대한 거리 측정의 정확한 보정으로 인한 보다 높은 정확성을 결합하여 위상 지터로 인한 잡음을 보다 낮추어 동작할 수 있고 레이더 게이지의 전반적인 성능을 개선시킬 수 있다. 샘플 클록 상의 고위상 지터는 레벨 출력(132)에서의 불안정한 등가 시간 측정 및 불안정성으로 이어진다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었을지라도, 당업자는 본 발명의 기술적 범주를 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에서 변경이 이루어질 수 있다는 점을 인식할 것이다.

Claims (20)

  1. 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합한 레이더 게이지에서,
    레이더 전송 및 레벨 샘플링을 각각 제어하는 전송 주파수 및 샘플 주파수를 수신하는데 적합한 레이더 게이지 회로로서, 레벨 출력을 발생시키는 레이더 게이지 회로와;
    제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수를 발생시키고, 상기 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수 사이의 제1 주파수 분리를 설정하는 제어 입력을 갖는 클록 소스와;
    상기 클록 소스에 접속되어, 상기 제1 주파수 분리의 함수로서 계산치 출력을 발생시키는 분리 감지 회로와;
    상기 계산치 출력을 수신하고, 상기 주파수 분리를 측정하는 타이머와 상기 제1 분리를 상기 계산치 출력의 타이밍 함수로써 안정화시키는 제어 입력으로 피드백되는 제어 출력을 갖는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 레벨 출력을 상기 제1 주파수 분리 함수로 보정하는 보정 회로를 더 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 게이지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수를 분할하여, 제2 주파수 분리에 의해 서로 분리되는 상기 전송 주파수 및 샘플 주파수를 발생시키는 분할 회로와, 상기 분할 회로에 더 접속되어, 상기 제2 주파수 분리 함수로 제어기에 접속된 제2 계산치 출력을 발생시키는 분리 감지 회로를 더 포함하는 것인 레이더 게이지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분리 감지 회로는 상기 샘플 클록의 극성을 감지하여, 상기 극성을 나타내는 추가의 계산치 출력을 발생시키는 회로를 더 포함하는 것인 레이더 게이지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 클록 소스는 상기 제어 출력에 의해 제어되고, 상기 제2 클록 주파수를 발생시키는 전압 제어 발진기를 포함하는 것인 레이더 게이지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 제어 출력을 발생시키는 D/A 변환기를 포함하는 것인 레이더 게이지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 계산치 출력의 시간 구간을 측정하는 타이머를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레벨 출력은 현재의 타이머 측정 함수인 현재 계산된 거리를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 시간 구간 동안에 계산치 출력인 카운트의타이머 측정을 수행하는 타이머를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 레벨 출력은 현재의 타이머 측정의 함수인 현재 계산된 거리를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 레이더 게이지 회로는 상기 전송 클록 및 상기 샘플 클록에 의해 각각 제어되는 전송 펄스 발생기 및 샘플 펄스 발생기를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 레이더 게이지는 4∼20 mA 의 아날로그 전류에 의해서만 에너자이즈되고, 상기 4∼20 mA 의 아날로그 전류에 의해서 에너자이즈되는 전압 조정기를 구비하는 것인 레이더 게이지.
  12. 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합한 레이더 게이지 내의 클록 생성을 안정화하는 방법에 있어서,
    제어 입력에 의해 제어되는 제1 주파수 분리에 의해 서로 분리된 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수를 발생시키는 단계와;
    상기 제1 주파수 분리 함수로 제1 계산치 출력을 발생시키는 단계와;
    상기 제1 주파수 분리를 상기 계산치 출력의 함수로 안정화시키는 상기 제어 입력으로 피드백되는 제어 출력을 발생시키는 단계와;
    상기 제1 주파수 분리의 함수로 보정된 레벨 출력을, 상기 안정화된 제1 주파수 분리의 함수로 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 클록 주파수와 상기 제2 클록 주파수를 분할하여, 제2 주파수 분리에 의해 서로 분리되는 상기 전송 주파수 및 상기 샘플 주파수를 발생시키는 단계와;
    제2 계산치 출력을 상기 제2 주파수 분리의 함수로 발생시키는 단계와;
    상기 제어 출력을 상기 제2 계산치 출력의 추가의 함수로 발생시키는 단계와;
    상기 레벨 출력을 상기 제2 계산치 출력의 함수로 보정하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 샘플 클록의 극성을 감지하여, 상기 극성을 나타내는 추가의 계산치 출력을 생성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 발진기 제어 전압이 상기 제어 출력에 의해 제어되는 전압 제어 발진기 내의 상기 제2 클록 주파수를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, D/A 변환기 내의 상기 발진기 제어 전압을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  17. 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합함과 동시에, 레이더를 전송 및 수신하는데 적합한 레이더 게이지 내의 프로세서에 의해 실행되는 복수의 명령 시퀀스가 저장된 컴퓨터 판독 가능한 매체에 있어서,
    상기 프로세서의 실행시 상기 복수의 명령 시퀀스는;
    제어 입력을 갖는 클록 소스에 의해 발생된 제1 클록 주파수와 제2 클록 주파수 사이의 제1 주파수차를 나타내는 제1 계산치 출력을 수신하는 시퀀스와;
    상기 제1 클록 주파수 및 상기 제2 클록 주파수를 각각 분할함으로써 발생된 전송 주파수와 샘플 주파수 사이의 제2 주파수차를 나타내는 제2 계산치 출력을 수신하는 시퀀스와;
    상기 제1 및 제2 클록 주파수의 분할에 따른 제1 주파수 분리를 상기 제1 계산치 출력 및 제2 계산치 출력의 함수로서 안정화시키는 상기 제어 입력으로피드백시키는 제어 출력을 발생시키는 시퀀스를 포함하고, 상기 시퀀스들을 실행시키는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 명령 시퀀스는 상기 샘플 클록의 극성을 감지하여, 상기 극성을 나타내는 추가의 계산치 출력을 발생시키는 시퀀스를 더 포함하는 것인 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  19. 탱크 내의 유체 레벨을 감지하는데 적합한 레이더 게이지에서,
    레이더 전송 및 레벨 샘플링을 각각 제어하는 전송 주파수 및 샘플 주파수를 수신하여, 레벨 출력을 발생시키는 수단과;
    제1 주파수 분리에 의해 서로 분리된 제1 클록 주파수 및 제2 클록 주파수를 발생시키기 위한 수단으로서, 클록 소스가 상기 제1 주파수 분리를 설정하는 제어 입력을 갖는 수단과;
    상기 제1 클록 주파수 및 상기 제2 클록 주파수를 분할하여, 제2 주파수 분리에 의해 서로 분리된 상기 전송 클록 주파수 및 상기 샘플 클록 주파수를 발생시키는 수단과;
    상기 제1 주파수 분리 및 제2 주파수 분리를 감지하여, 상기 제1 주파수 분리 및 상기 제2 주파수 분리 함수로 계산치 출력을 발생시키는 수단과; 상기 제어 입력으로 피드백되는 제어 출력을 제어하고, 상기 계산치 출력 함수로 상기 제1 주파수 분리를 안정화시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 게이지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 샘플 클록의 극성을 감지하여, 상기 극성을 나타내는 추가의 계산치 출력을 발생시키는 수단을 더 포함하는 것인 레이더 게이지.
KR1020017016797A 1999-07-02 2000-06-28 레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법 KR100742165B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/347,683 1999-07-02
US09/347,683 US6300897B1 (en) 1999-07-02 1999-07-02 Stabilization in a radar level gauge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020020757A true KR20020020757A (ko) 2002-03-15
KR100742165B1 KR100742165B1 (ko) 2007-07-25

Family

ID=23364796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017016797A KR100742165B1 (ko) 1999-07-02 2000-06-28 레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법

Country Status (7)

Country Link
US (2) US6300897B1 (ko)
EP (1) EP1192427B1 (ko)
JP (1) JP4651251B2 (ko)
KR (1) KR100742165B1 (ko)
AU (1) AU6057300A (ko)
DE (1) DE60019118T2 (ko)
WO (1) WO2001002819A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305408B1 (ko) * 2010-04-12 2013-09-09 콩스버그 마리타임 에이에스 유체 밀도 측정 방법 및 장치

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300897B1 (en) * 1999-07-02 2001-10-09 Rosemount Inc. Stabilization in a radar level gauge
DE10392902T5 (de) * 2002-07-08 2005-07-07 Saab Rosemount Tank Radar Ab Füllstandsmesssystem
US6628229B1 (en) * 2002-08-01 2003-09-30 Rosemount Inc. Stabilization of oscillators in a radar level transmitter
US6801157B2 (en) * 2002-10-02 2004-10-05 Magnetrol International, Inc. Guided wave radar level transmitter
US6759977B1 (en) 2002-12-20 2004-07-06 Saab Marine Electronics Ab Method and apparatus for radar-based level gauging
WO2004104629A1 (en) * 2003-05-23 2004-12-02 Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Cable mechanism for a remote mounted radar-based level measurement system
SE0302771D0 (sv) * 2003-10-20 2003-10-20 Saab Marine Electronics Separation frequency detection in a radar level gauge
WO2005038413A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 Saab Rosemount Tank Radar Ab Separation frequency detection in a radar level gauge
US6842139B1 (en) * 2003-10-20 2005-01-11 Saab Rosemount Tank Radar Ab Separation frequency detection in a radar level gauge
US6988404B2 (en) 2003-12-11 2006-01-24 Ohmart/Vega Corporation Apparatus for use in measuring fluid levels
US7430617B2 (en) * 2003-12-19 2008-09-30 Nokia Corporation Method and system for header compression
US7224944B2 (en) * 2004-01-22 2007-05-29 Mcewan Technologies, Llc RF transceiver having a directly radiating transistor
US20060001567A1 (en) * 2004-07-01 2006-01-05 Valter Nilsson Sensor with improved voltage protection
US7259712B1 (en) * 2004-09-30 2007-08-21 Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Antenna with integral sealing member for a radar-based level measurement system
DE102005022558A1 (de) * 2005-05-17 2006-11-23 Vega Grieshaber Kg Taktsteuervorrichtung eines Mikrowellenpulsradars
DE602005020434D1 (de) * 2005-06-13 2010-05-20 Siemens Milltronics Proc Instr Hornantenne mit Verbundwerkstoffstrahler
DE102005049278B4 (de) * 2005-09-14 2007-08-16 Siemens Ag Vorrichtung zur Messung von Füllständen mittels geführter Wellen in einem Kraftstoffbehälter
US7532155B2 (en) * 2006-04-10 2009-05-12 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauging system
JP2008145236A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Fuji Heavy Ind Ltd 等価時間サンプリング方式レーダ
US7924217B2 (en) * 2008-06-03 2011-04-12 Rosemount Tank Radar Ab High sensitivity frequency modulated radar level gauge system
US8688279B2 (en) * 2009-10-21 2014-04-01 Rosemount Tank Radar Ab Energy storage at elevated voltage in a radar level gauge
US8044844B2 (en) * 2009-12-14 2011-10-25 Rosemount Tank Radar Ab Pulsed radar level gauge system and method for energy efficient filling level determination
KR20120064532A (ko) * 2010-12-09 2012-06-19 한국전자통신연구원 펄스레이더 수신기
CN103078632B (zh) * 2012-12-26 2016-05-04 重庆川仪自动化股份有限公司 一种频率差控制系统和方法
US9709433B2 (en) 2014-06-30 2017-07-18 Rosemount Tank Radar Ab Pulsed radar level gauging with efficient start-up
US20190033117A1 (en) * 2016-01-13 2019-01-31 Transrail Innovation Inc. Device and method for measuring commodity volume in a rail tank car
US10634542B2 (en) 2016-06-22 2020-04-28 Honeywell International Inc. Adaptive sync control in radar level sensors
US10775211B2 (en) 2017-05-03 2020-09-15 Quest Automated Services, LLC Real-time vessel monitoring system
US10641624B2 (en) * 2017-08-30 2020-05-05 Nidec Motor Corporation Intrinsically-safe, explosion-proof encoder
US11079268B2 (en) 2017-12-21 2021-08-03 Rosemount Inc. Precision ADC sampling clock for high accuracy wireless guided wave radar
DE102018123429A1 (de) * 2018-09-24 2020-03-26 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät
DE102018127012A1 (de) * 2018-10-30 2020-04-30 Endress+Hauser SE+Co. KG Füllstandsmessgerät
DE102020133198B4 (de) * 2020-12-11 2023-10-05 Endress+Hauser SE+Co. KG Hochfrequenz-Modul für ein Füllstandsmessgerät sowie Füllstandsmessgerät
CN113721203A (zh) * 2021-09-01 2021-11-30 扬州宇安电子科技有限公司 一种简易雷达射频信号侦查显示方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044353A (en) 1976-08-06 1977-08-23 Simmonds Precision Products, Inc. Microwave level gaging system
US4737791A (en) * 1986-02-19 1988-04-12 Idea, Incorporated Radar tank gauge
US4847623A (en) * 1986-02-19 1989-07-11 Idea, Inc. Radar tank gauge
DE4345242A1 (de) 1993-09-15 1995-04-06 Endress Hauser Gmbh Co Frequenzumsetzungsschaltung für ein Radar-Abstandsmeßgerät
US5672975A (en) * 1995-06-07 1997-09-30 Rosemount Inc. Two-wire level transmitter
JPH08338868A (ja) * 1995-06-12 1996-12-24 Japan Radio Co Ltd レーダ装置用中間周波数安定化回路
US5563605A (en) 1995-08-02 1996-10-08 The Regents Of The University Of California Precision digital pulse phase generator
US5701006A (en) * 1995-11-21 1997-12-23 Simula Inc. Method and apparatus for measuring distances using fiber optics
US5651286A (en) * 1996-07-23 1997-07-29 Teleflex Incorporated Microprocessor based apparatus and method for sensing fluid level
US5954526A (en) 1996-10-04 1999-09-21 Rosemount Inc. Process control transmitter with electrical feedthrough assembly
US5851083A (en) 1996-10-04 1998-12-22 Rosemount Inc. Microwave level gauge having an adapter with a thermal barrier
DE69730416T2 (de) * 1997-06-27 2005-09-08 Eads Deutschland Gmbh Füllstandmessradargerät
DE19813604A1 (de) * 1998-03-27 1999-09-30 Daimler Benz Aerospace Ag Anordnung zur präzisen Entfernungsmessung, insbesondere zur Füllstandsmessung
DE59814044D1 (de) * 1998-05-05 2007-08-09 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Mit Mikrowellen arbeitendes Füllstandsmessgerät
US6137438A (en) * 1998-07-22 2000-10-24 Thomas E. McEwan Precision short-range pulse-echo systems with automatic pulse detectors
US6130637A (en) * 1998-08-18 2000-10-10 Usx Corporation Measuring the thickness of hot slag in steelmaking
DE29815069U1 (de) 1998-08-25 1998-12-24 Grieshaber Vega Kg Sampling-Schaltung zur Abtastung von Hochfrequenzsignalpulsen für die Verwendung in TDR-Füllstandssensoren
US6072427A (en) 1999-04-01 2000-06-06 Mcewan; Thomas E. Precision radar timebase using harmonically related offset oscillators
US6300897B1 (en) * 1999-07-02 2001-10-09 Rosemount Inc. Stabilization in a radar level gauge
US9259386B2 (en) * 2010-12-23 2016-02-16 Rani Therapeutics, Llc Therapeutic preparation comprising somatostatin or somatostatin analogoue for delivery into a lumen of the intestinal tract using a swallowable drug delivery device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305408B1 (ko) * 2010-04-12 2013-09-09 콩스버그 마리타임 에이에스 유체 밀도 측정 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE60019118T2 (de) 2006-02-16
KR100742165B1 (ko) 2007-07-25
EP1192427B1 (en) 2005-03-30
JP4651251B2 (ja) 2011-03-16
WO2001002819A1 (en) 2001-01-11
AU6057300A (en) 2001-01-22
EP1192427A1 (en) 2002-04-03
USRE40128E1 (en) 2008-03-04
US6300897B1 (en) 2001-10-09
JP2003503725A (ja) 2003-01-28
DE60019118D1 (de) 2005-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100742165B1 (ko) 레이더 레벨 게이지 내에서 주파수 안정화 방법
KR102331740B1 (ko) 주파수 변조형 레이더 레벨 게이지
US5847567A (en) Microwave level gauge with remote transducer
US6373261B1 (en) Two-wire level transmitter
US6867729B2 (en) Guided wave radar level transmitter with automatic velocity compensation
US6628229B1 (en) Stabilization of oscillators in a radar level transmitter
US7446699B2 (en) Error corrector for radar timing systems
KR100312076B1 (ko) 마이크로파를 이용한 농도계
US9121742B2 (en) Apparatus and method for correcting an offset
CN103389143A (zh) 具有mcu 定时电路的雷达物位计
JP2003531384A (ja) マイクロ波レーダシステムにおける非線形性の検出及び補正方法
US6420998B2 (en) Method of detecting and correcting non-linearities in a microwave radar system
US4829305A (en) Medium distance measurement system and method
EA006324B1 (ru) Способ определения и/или контроля расстояния до объекта, а также устройство для его осуществления
US11946789B2 (en) Fill level measuring device
US20230400342A1 (en) Fill-level measurement device
US20210396568A1 (en) Fill level measurement device
US20210172786A1 (en) Fill level measuring device
JPH0318784A (ja) Ｆｍ―ｃｗ測距方法
JP2002350364A (ja) マイクロ波濃度測定装置
JP2002357566A (ja) マイクロ波濃度測定装置
US20230011123A1 (en) Fill-level measuring device
JP2002350363A (ja) マイクロ波濃度測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130705

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140708

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150706

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee