TWI564549B - 雷達物液位量測裝置及雷達物液位量測方法 - Google Patents

Description

雷達物液位量測裝置及雷達物液位量測方法

本發明係有關於一種量測裝置及量測方法，特別是一種雷達物液位量測裝置及雷達物液位量測方法。

目前，雷達物液位量測裝置的缺點是雷達物液位量測裝置容易受到測量環境的影響；當測量環境產生劇烈變化時，例如測量環境的溫度劇烈變化時，雷達物液位量測裝置就不能維持高的準確度，雷達物液位量測裝置的準確度容易受到測量環境的溫度影響，且雷達物液位量測裝置的功能亦會容易受到測量環境的溫度影響，使得雷達物液位量測裝置的功能變得不正常。這是因為隨著溫度的變化，雷達物液位量測裝置的兩個頻率之間的差值也隨之不斷的變化；因此，量測會變得不精準。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種雷達物液位量測裝置。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之又一目的在於提供一種雷達物液位量測方法。

為達成本發明之上述目的，本發明之雷達物液位量測裝置包含一第一震盪模組，該第一震盪模組具有一第一震盪頻率，依據該第一震盪頻率，該第一震盪模組產生一第一脈衝訊號；一第二震盪模組，該第二震盪模組具有一第二震盪頻率，依據該第二震盪頻率，該第二震盪模組產生一第二脈衝訊號；一頻率比較單元，該頻率比較單元電性連接至該第一震盪模組及該第二震盪模組；及一控制模組，該控制模組具有一期望值，該控制模組電性連接至該第二震盪模組及該頻率比較單元。其中該第一震盪模組傳送該第一脈衝訊號至該頻率比較單元；該第二震盪模組傳送該第二脈衝訊號至該頻率比較單元；該頻率比較單元轉換該第一脈衝訊號及該第二脈衝訊號成為一調整訊號；該頻率比較單元傳送該調整訊號至該控制模組；該控制模組將該調整訊號與該期望值進行比較，以得到一比較結果訊號；依據該比較結果訊號，該控制模組調整該第二震盪頻率，使得該第二震盪頻率與該第一震盪頻率之間具有一固定頻率差。

為達成本發明之上述又一目的，本發明之雷達物液位量測方法包含：產生具有一固定震盪頻率之一第一脈衝訊號；產生具有一可調震盪頻率之一第二脈衝訊號；利用一頻率比較單元轉換該第一脈衝訊號及該第二脈衝訊號成為一調整訊號；該頻率比較單元傳送該調整訊號至一控制模組；該控制模組將該調整訊號與一期望值進行比較，以得到一比較結果訊號；及依據該比較結果訊號，該控制模組調整該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率，使得該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率與該第一脈衝訊號之該固定震盪頻率之間具有一固定頻率差。

本發明之功效在於即便測量環境產生劇烈變化，雷達物液位量測裝置依舊能維持高的準確度且雷達物液位量測裝置的功能正常。

10‧‧‧雷達物液位量測裝置

102‧‧‧第一震盪模組

104‧‧‧第二震盪模組

106‧‧‧頻率比較單元

107‧‧‧控制模組

108‧‧‧控制單元

110‧‧‧雷達物液位量測單元

10202‧‧‧第一脈衝訊號

10204‧‧‧第一震盪單元

10402‧‧‧第二脈衝訊號

10404‧‧‧第二震盪單元

10602‧‧‧調整訊號

10804‧‧‧計數器

10806‧‧‧頻域轉時域轉換器

10808‧‧‧輸出調節器

10810‧‧‧頻率微調單元

10812‧‧‧電壓轉換器

10814‧‧‧阻抗隔離器

10816‧‧‧頻率控制器

10818‧‧‧期望值

11002‧‧‧第一史密特觸發器

11004‧‧‧第二史密特觸發器

11006‧‧‧第一正反器電路

11008‧‧‧第二正反器電路

11010‧‧‧第一漣波計數器電路

11012‧‧‧第二漣波計數器電路

11014‧‧‧濾波器

11016‧‧‧探棒

11018‧‧‧耦合器

11020‧‧‧降頻混波器

11022‧‧‧運算放大器

S02~12‧‧‧步驟

圖1為本發明之雷達物液位量測裝置之一部分方塊圖。

圖2為本發明之雷達物液位量測裝置之另一部分方塊圖。

圖3為本發明之雷達物液位量測方法流程圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，請參閱以下的詳細說明和附圖說明如下，而附圖與詳細說明僅作為說明之用，並非用於限制本發明。

請參考圖1，其係為本發明之雷達物液位量測裝置一部分方塊圖。一雷達物液位量測裝置10包含一第一震盪模組102、一第二震盪模組104、一頻率比較單元106、一控制模組107；該控制模組107包含一控制單元108及一頻率微調單元10810。該控制單元108包含一計數器10804、一頻域轉時域轉換器10806及一輸出調節器10808。該頻率微調單元10810包含一電壓轉換器10812、一阻抗隔離器10814及一頻率控制器10816。

該頻率比較單元106電性連接至該第一震盪模組102及該第二震盪模組104；該控制單元108電性連接至該第二震盪模組104及該頻率比較單元106。該計數器10804電性連接至該頻率比較單元106；該頻域轉時域轉換器10806電性連接至該計數器10804；該輸出調節器10808電性連接至該頻域轉時域轉換器10806；該頻率微調單元10810電性連接至該輸出調節器10808及該第二震盪模組104。該電壓轉換器10812電性連接至該輸出調節器10808；該阻抗隔離器10814 電性連接至該電壓轉換器10812；該頻率控制器10816電性連接至該阻抗隔離器10814及該第二震盪模組104。

其中，本實施例的頻率比較單元106可以為D型正反器(D-type flip-flop)，但不以此為限。

該第一震盪模組102具有一第一震盪頻率；依據該第一震盪頻率，該第一震盪模組102產生一第一脈衝訊號10202；該第一震盪模組102傳送該第一脈衝訊號10202至該頻率比較模組106；該第二震盪模組104具有一第二震盪頻率；依據該第二震盪頻率，該第二震盪模組104產生一第二脈衝訊號10402；該第二震盪模組104傳送該第二脈衝訊號10402至該頻率比較單元106。

該頻率比較單元106轉換該第一脈衝訊號10202及該第二脈衝訊號10402成為一調整訊號10602；該頻率比較單元106傳送該調整訊號10602至該控制模組107；該控制模組107具有一期望值10818；該控制模組107將該調整訊號10602與該期望值10818進行比較，以得到一比較結果訊號；依據該比較結果訊號，該控制模組107調整該第二震盪頻率(例如透過該頻率微調單元10810調整該第二震盪頻率)，使得該第二震盪頻率與該第一震盪頻率之間具有一固定頻率差。

該期望值10818的運作原理敘述如下：該控制模組107包含該控制單元108以及該頻率微調單元10810；該調整訊號10602係為複數脈衝信號，該期望值10818為使用者利用外部系統(圖未示)對該控制單元108輸入的一預設值，該計數器10804計算接收到該調整訊號10602的次數後傳遞該比較結果訊號給該頻域轉時域轉換器10806；此時該比較結果訊號為頻域訊號，因此該頻域轉時域轉換器10806將該比較結果訊號轉換為一時域信號給該輸出調節器10808；該輸出調節器10808收到該時域信號後，對應該時域信號輸出具有佔空比(duty cycle)的一控制電壓信號給該電壓轉換器10812；該電壓轉換器10812收到該控制電壓 信號之後，透過該阻抗隔離器10814傳遞一驅動電壓信號給該頻率控制器10816；該頻率控制器10816依據該驅動電壓信號大小而對應輸出一定電壓信號給該第二震盪單元104，該第二震盪單元104依據所接收到的該定電壓信號大小進行頻率調整。

其中，該輸出調節器10808所輸出的該控制電壓信號可例如為具有佔空比的一電壓信號；該控制電壓信號會與計數器10804所接收到該調整訊號10602的次數呈反比關係；如果該計數器10804接收到該調整訊號10602的次數大於該期望值10818時，該輸出調節器10808會輸出具有較小佔空比的該控制電壓信號(如30%)給予該頻率微調單元10810，使該頻率微調單元10810輸出較低的該定電壓信號以降低該第二震盪單元104的該第二震盪頻率；如果該計數器10804所接收到該調整訊號10602的次數不大於該期望值10818，則該輸出調節器10808會輸出具有較高佔空比的該控制電壓信號(如60%)給該頻率微調單元10810，使該頻率微調單元10810輸出較高的該定電壓信號以提高該第二震盪單元104的該第二震盪頻率。

進一步說明，該電壓轉換器10812可為例如但不限定為電壓積分電路；該阻抗隔離器10814的功效在於透過阻抗隔離效果，順利傳遞該電壓信號，避免該電壓信號受到頻率干擾而使該頻率控制器10816無法正確輸出對應的該定電壓信號。

特別說明，該控制單元108內的該計數器10804、該頻域轉時域轉換器10806、該輸出調節器10808等元件，可以為硬體電路形式，也可為軟體形式，本發明所定義的電性連結，在硬體電路形式為電子線路上的電性連接，在軟體形式係指電腦運算模組之間的資料傳遞。

該固定頻率差係為一常數值，可為例如但本發明不限定為22赫茲。在一具體實施例，該第一震盪頻率加上該固定頻率差等於該第二震盪頻率。 在一具體實施例應用於本發明，測量環境的溫度從攝氏25度提高至攝氏90度，在此溫度範圍，雷達物液位量測裝置10依舊能維持高的準確度且雷達物液位量測裝置10的功能正常；接著測量環境的溫度從攝氏90度降低至攝氏25度，在此溫度範圍，雷達物液位量測裝置10依舊能維持高的準確度且雷達物液位量測裝置10的功能正常。

請參考圖2，其係為本發明之雷達物液位量測裝置之另一部分方塊圖。該雷達物液位量測裝置10更包含一雷達物液位量測單元110，該雷達物液位量測單元110電性連接至該第一震盪模組102、該第二震盪模組104及該頻域轉時域轉換器10806；該第一震盪模組102包含一第一震盪單元10204以及一第一史密特觸發器11002；該第二震盪模組104包含一第二震盪單元10404以及一第二史密特觸發器11004。

該雷達物液位量測單元110包含一第一正反器電路11006、一第二正反器電路11008、一第一漣波計數器電路11010、一第二漣波計數器電路11012、一濾波器11014、一探棒11016、一耦合器11018、一降頻混波器11020及一運算放大器11022。

該第一史密特觸發器11002電性連接至該第一震盪單元10204；該第二史密特觸發器11004電性連接至該第二震盪單元10404；該第一正反器電路11006電性連接至該第一史密特觸發器11002；該第二正反器電路11008電性連接至該第二史密特觸發器11004；該第一漣波計數器電路11010電性連接至該第一正反器電路11006；該第二漣波計數器電路11012電性連接至該第二正反器電路11008及該第一漣波計數器電路11010；該濾波器11014電性連接至該第一漣波計數器電路11010及該第一正反器電路11006；該探棒11016電性連接至該濾波器11014；該耦合器11018電性連接至該探棒11016；該降頻混波器11020電性連接 至該耦合器11018及該第二漣波計數器電路11012；該運算放大器11022電性連接至該降頻混波器11020及該控制單元108之該頻域轉時域轉換器10806。

該第一史密特觸發器11002及該第二史密特觸發器11004係用以將該第一震盪單元10204以及該第二震盪單元10404所輸出的弦波轉為方波；該第一正反器電路11006及該第二正反器電路11008係用以將方波變窄(即提昇方波的頻率)；當該第一漣波計數器電路11010接收到一定數量之方波之後，該第一漣波計數器電路11010通知該第二漣波計數器電路11012，使得該第二漣波計數器電路11012的方波在下個週期回到該固定頻率差係為該常數值(例如22赫茲)之狀態。

該第一正反器電路11006所傳送的方波經過該濾波器11014送至該探棒11016，藉以進行雷達物液位量測；回彈的波藉由該探棒11016接收後，回彈的波經過該耦合器11018傳送至該降頻混波器11020以與該第二漣波計數器電路11012所傳送的方波進行降頻混波，以得到一降頻混波訊號；之後，該降頻混波訊號經過該運算放大器11022傳送至該控制單元108(經過該頻域轉時域轉換器10806)進行物液位的高度計算。

請參考圖3，其係為本發明之雷達物液位量測方法流程圖。一雷達物液位量測方法包含下列步驟：

S02：產生具有一固定震盪頻率之一第一脈衝訊號。

S04：產生具有一可調震盪頻率之一第二脈衝訊號。

S06：利用一頻率比較單元轉換該第一脈衝訊號及該第二脈衝訊號成為一調整訊號。

S08：該頻率比較單元傳送該調整訊號至一控制模組。

S10：該控制模組將該調整訊號與一期望值進行比較，以得到一比較結果訊號。

S12：依據該比較結果訊號，該控制模組調整該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率，使得該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率與該第一脈衝訊號之該固定震盪頻率之間具有一固定頻率差。

該控制模組包含一控制單元以及一頻率微調單元；該調整訊號係為複數脈衝信號；該控制單元計算接收到該調整訊號的次數；如果接收到該調整訊號的次數大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元降低該可調震盪頻率；如果接收到該調整訊號的次數不大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元提高該可調震盪頻率。

本發明之雷達物液位量測方法之其餘內容與圖1或圖2相同，為簡潔因素，故於此不再贅述。

本發明之功效在於即便測量環境產生劇烈變化，雷達物液位量測裝置10依舊能維持高的準確度且雷達物液位量測裝置10的功能正常。本發明之主要技術特徵在於，不管測量環境的改變，藉由回授訊號控制技術，使該第二震盪頻率與該第一震盪頻率(或該可調震盪頻率與該固定震盪頻率)之間總是具有固定頻率差；因此，即便測量環境產生劇烈變化，雷達物液位量測裝置10依舊能維持高的準確度且雷達物液位量測裝置10的功能正常。

綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

10‧‧‧雷達物液位量測裝置

102‧‧‧第一震盪模組

104‧‧‧第二震盪模組

106‧‧‧頻率比較單元

107‧‧‧控制模組

108‧‧‧控制單元

10202‧‧‧第一脈衝訊號

10402‧‧‧第二脈衝訊號

10602‧‧‧調整訊號

10804‧‧‧計數器

10806‧‧‧頻域轉時域轉換器

10808‧‧‧輸出調節器

10810‧‧‧頻率微調單元

10812‧‧‧電壓轉換器

10814‧‧‧阻抗隔離器

10816‧‧‧頻率控制器

10818‧‧‧期望值

Claims (10)

1. 一種雷達物液位量測裝置，包含：一第一震盪模組，該第一震盪模組具有一第一震盪頻率，依據該第一震盪頻率，該第一震盪模組產生一第一脈衝訊號；一第二震盪模組，該第二震盪模組具有一第二震盪頻率，依據該第二震盪頻率，該第二震盪模組產生一第二脈衝訊號；一頻率比較單元，該頻率比較單元電性連接至該第一震盪模組及該第二震盪模組；一控制模組，該控制模組具有一期望值，該控制模組電性連接至該第二震盪模組及該頻率比較單元；及一雷達物液位量測單元，該雷達物液位量測單元電性連接至該第一震盪模組及該第二震盪模組，其中該第一震盪模組傳送該第一脈衝訊號至該頻率比較單元；該第二震盪模組傳送該第二脈衝訊號至該頻率比較單元；該頻率比較單元轉換該第一脈衝訊號及該第二脈衝訊號成為一調整訊號；該頻率比較單元傳送該調整訊號至該控制模組；該控制模組將該調整訊號與該期望值進行比較，以得到一比較結果訊號；依據該比較結果訊號，該控制模組調整該第二震盪頻率，使得該第二震盪頻率與該第一震盪頻率之間具有一固定頻率差；依據該固定頻率差，該雷達物液位量測單元與該控制模組進行物液位的高度計算。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷達物液位量測裝置，其中該控制模組包含：一控制單元，該控制單元電性連接該頻率比較單元，其中該控制單元包含： 一計數器，該計數器電性連接至該頻率比較單元；一頻域轉時域轉換器，該頻域轉時域轉換器電性連接至該計數器；及一輸出調節器，該輸出調節器電性連接至該頻域轉時域轉換器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷達物液位量測裝置，其中該控制模組更包含：一頻率微調單元，該頻率微調單元電性連接至該輸出調節器及該第二震盪模組，其中該調整訊號係為複數脈衝信號，該計數器計算接收到該調整訊號的次數以得到該比較結果訊號；如果接收到該調整訊號的次數大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元降低該第二震盪模組的該第二震盪頻率；如果接收到該調整訊號的次數不大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元提高該第二震盪模組的該第二震盪頻率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之雷達物液位量測裝置，其中該頻率微調單元包含：一電壓轉換器，該電壓轉換器電性連接至該輸出調節器；一阻抗隔離器，該阻抗隔離器電性連接至該電壓轉換器；及一頻率控制器，該頻率控制器電性連接至該阻抗隔離器及該第二震盪模組；其中該計數器計算接收到該調整訊號的次數後傳遞該比較結果訊號給該頻域轉時域轉換器；該頻域轉時域轉換器將該比較結果訊號的頻域訊號轉換為一時域信號給該輸出調節器；該輸出調節器收到該時域信號之後，輸出一具有佔空比的一控制電壓信號給該電壓轉換器；該電壓轉換器收到該控制電壓信號後，透過該阻抗隔離器傳遞一驅動電壓信號給該頻率控制器；該頻率控制器依據該驅動電壓信號大小而對應輸出一定電壓信號給該第二震盪模組，該第二震盪模組依據所接收到的該定電壓信號大小進行頻率調整。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雷達物液位量測裝置，其中該第一震盪模組包含一第一震盪單元以及一第一史密特觸發器；該第二震盪模組包含一第二震盪單元以及一第二史密特觸發器；該第一史密特觸發器電性連接該第一震盪單元；該第二史密特觸發器電性連接該第二震盪單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雷達物液位量測裝置，其中該雷達物液位量測單元包含：一第一正反器電路，該第一正反器電路電性連接至該第一史密特觸發器；及一第二正反器電路，該第二正反器電路電性連接至該第二史密特觸發器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷達物液位量測裝置，其中該雷達物液位量測單元更包含：一第一漣波計數器電路，該第一漣波計數器電路電性連接至該第一正反器電路；及一第二漣波計數器電路，該第二漣波計數器電路電性連接至該第二正反器電路及該第一漣波計數器電路，其中當該第一漣波計數器電路接收到一定數量之方波之後，該第一漣波計數器電路通知該第二漣波計數器電路，使得該第二漣波計數器電路的方波在下個週期回到該固定頻率差係為一常數值之狀態。
8. 如申請專利範圍第7項所述之雷達物液位量測裝置，其中該雷達物液位量測單元更包含：一濾波器，該濾波器電性連接至該第一漣波計數器電路及該第一正反器電路；一探棒，該探棒電性連接至該濾波器；一耦合器，該耦合器電性連接至該探棒； 一降頻混波器，該降頻混波器電性連接至該耦合器及該第二漣波計數器電路；及一運算放大器，該運算放大器電性連接至該降頻混波器及該頻域轉時域轉換器。
9. 一種雷達物液位量測方法，包含：a. 產生具有一固定震盪頻率之一第一脈衝訊號；b. 產生具有一可調震盪頻率之一第二脈衝訊號；c. 利用一頻率比較單元轉換該第一脈衝訊號及該第二脈衝訊號成為一調整訊號；d. 該頻率比較單元傳送該調整訊號至一控制模組；e. 該控制模組將該調整訊號與一期望值進行比較，以得到一比較結果訊號；f. 依據該比較結果訊號，該控制模組調整該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率，使得該第二脈衝訊號之該可調震盪頻率與該第一脈衝訊號之該固定震盪頻率之間具有一固定頻率差；及g. 依據該固定頻率差，一雷達物液位量測單元與該控制模組進行物液位的高度計算。
10. 如申請專利範圍第9項所述之雷達物液位量測方法，其中該控制模組包含一控制單元以及一頻率微調單元；該調整訊號係為複數脈衝信號，該控制模組計算接收到該調整訊號的次數；如果接收到該調整訊號的次數大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元降低該可調震盪頻率；如果接收到該調整訊號的次數不大於該期望值，則該控制單元透過該頻率微調單元提高該可調震盪頻率。