具有鎖狀態(tài)控制的調(diào)頻連續(xù)波雷達水準(zhǔn)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有鎖狀態(tài)控制的調(diào)頻連續(xù)波雷達水準(zhǔn)儀。根據(jù)本發(fā)明的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)包括用于生成輸出信號的PLL電路。PLL電路配置成指示PLL電路的鎖狀態(tài)，并且信號修改電路連接到PLL電路，用于接收輸出信號，并且用于修改輸出信號的至少一個性質(zhì)以便形成傳輸信號。信號修改電路被布置并配置成接收指示PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而修改輸出信號的至少一個性質(zhì)。
【專利說明】具有鎖狀態(tài)控制的調(diào)頻連續(xù)波雷達水準(zhǔn)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，并且涉及使用雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)來確定填充水平的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于雷達水平計量在1970年代和1980年代已被開發(fā)為商業(yè)產(chǎn)品，所以調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)已成為針對高準(zhǔn)確度應(yīng)用的占優(yōu)勢的測量原理。FMCW測量包括將信號傳輸?shù)焦拗?，所述信號在幾個GHz量級的頻率范圍之上掃描。例如，信號可以處于25-27GHZ或9-1.5GHz的范圍內(nèi)。傳輸?shù)男盘柋还拗袃?nèi)容的表面(或任何其它阻抗遷移)反射，并且已被延遲一定時間的回聲信號返回到儀表。回聲信號與傳輸?shù)男盘栂嗷旌弦陨苫旌掀餍盘?，該混合器信號具有與在時間延遲期間發(fā)生的傳輸信號的頻率變化相等的頻率。如果使用線性掃描，則也被稱為中頻(IF)的這個差頻與到反射表面的距離成比例?；旌掀餍盘柾ǔ１环Q為IF信號。
[0003]最近，F(xiàn)MCW原理已被改進，并且今天典型地涉及不是傳輸連續(xù)掃描，而是傳輸具有擁有實際上恒定的振幅的步進頻率的信號。當(dāng)傳輸?shù)男盘柡徒邮盏男盘柣旌蠒r，每個頻率步長會提供一個恒定分段的恒定IF信號，這樣一來就提供了 IF信號的一個“樣本”。為了毫無疑義地確定分段恒定IF信號的頻率，將會需要大于采樣定理所規(guī)定數(shù)目的頻率數(shù)N。然后以與傳統(tǒng)FMCW系統(tǒng)中類似的方式使用IF信號的頻率來確定到反射表面的距離。典型的值可以是1000-1500個步長中劃分的30m距離處200-300個IF周期。
[0004]注意，由連續(xù)頻率掃描引起的連續(xù)IF信號也可以被采樣以便允許數(shù)字處理。
[0005]盡管高度準(zhǔn)確，但是傳統(tǒng)的FMCW系統(tǒng)(連續(xù)以及步進)相對而言功耗大，使得它們較少適合于電力受限的應(yīng)用。這種應(yīng)用的例子包括由二線接口如4-20mA回路供電的現(xiàn)場裝置以及由內(nèi)部電源(例如電池或太陽能電池)供電的無線裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]考慮到上述境況，本發(fā)明的一般目的是要使用FMCW測量原理來提供更有能效的填充水平確定。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供了一種用于確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，包括:收發(fā)器，用于生成、傳輸和接收電磁信號；信號傳播裝置，其耦合到所述收發(fā)器，用于朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑鬏斝盘?，并且用于將由所述傳輸信號在所述表面處的反射引起的表面回聲信號傳播回到所述收發(fā)器；以及處理電路，其耦合到所述收發(fā)器，用于基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平，所述收發(fā)器包括:PLL電路，用于生成輸出信號，所述PLL電路配置成指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)；以及頻率修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于增加所述輸出信號的頻率以形成所述傳輸信號，其中，所述頻率修改電路在其中所述輸出信號的頻率未被所述頻率修改電路增加的第一狀態(tài)和其中所述輸出信號的頻率被所述頻率修改電路增加的第二狀態(tài)之間可控制，并且其中，所述頻率修改電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述第一狀態(tài)遷移到所述第二狀態(tài)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，包括:收發(fā)器，用于生成、傳輸和接收電磁信號；信號傳播裝置，其耦合到所述收發(fā)器，用于朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑鬏斝盘?，并且用于將由所述傳輸信號在所述表面處的反射引起的表面回聲信號傳播回到所述收發(fā)器；以及處理電路，其耦合到所述收發(fā)器，用于基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平，所述收發(fā)器包括:PLL電路，用于生成輸出信號，所述PLL電路配置成指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)；以及放大電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于放大所述輸出信號以形成所述傳輸信號，其中，所述放大電路在其中所述輸出信號被所述放大電路以第一放大因數(shù)放大的低放大狀態(tài)和其中所述輸出信號被所述放大電路以比所述第一放大因數(shù)高的第二放大因數(shù)放大的高放大狀態(tài)之間可控制，并且其中，所述放大電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述低放大狀態(tài)遷移到所述高放大狀態(tài)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種使用雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)來確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的方法，所述雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)包括:PLL電路，用于生成輸出信號；以及信號修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于修改所述輸出信號的至少一個性質(zhì)以便形成傳輸信號，所述方法包括以下步驟:向所述信號修改電路提供指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號；響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，由所述信號修改電路修改所述輸出信號的至少一個性質(zhì)以形成所述傳輸信號；朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ鰝鬏斝盘枺唤邮沼伤鰝鬏斝盘栐谒霰砻嫣幍姆瓷湟鸬谋砻婊芈曅盘?；以及基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，包括:收發(fā)器，用于生成、傳輸和接收電磁信號；信號傳播裝置，其耦合到所述收發(fā)器，用于朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑鬏斝盘?，并且用于將由所述傳輸信號在所述表面處的反射引起的表面回聲信號傳播回到所述收發(fā)器；以及處理電路，其耦合到所述收發(fā)器，用于基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平，所述收發(fā)器包括:PLL電路，用于生成輸出信號，所述PLL電路配置成指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)；以及信號修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于修改所述輸出信號的至少一個性質(zhì)以形成所述傳輸信號，其中，所述信號修改電路在由所述輸出信號的至少一個性質(zhì)的第一修改引起的第一信號修改狀態(tài)和由所述輸出信號的至少一個性質(zhì)的不同于所述第一修改的第二修改引起的第二信號修改狀態(tài)之間可控制，并且其中，所述信號修改電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述第一信號修改狀態(tài)遷移到所述第二信號修改狀態(tài)。
[0011]鎖相環(huán)(PLL)電路可以是能夠指示PLL電路的鎖狀態(tài)的任何種類的PLL電路。具體地，PLL電路可以是所謂的模擬或線性PLL (LPLL)、數(shù)字PLL (DPLL)、全數(shù)字PLL (ADPLL)或軟件 PLL (SPLL)0[0012]可以從包括鎖定狀態(tài)和非鎖定狀態(tài)的組中選擇PLL電路的“鎖狀態(tài)”。在其“鎖定狀態(tài)”下，PLL電路的輸出信號相對于朝向PLL電路的輸入?yún)⒖夹盘柋幌辔绘i定,而在其“非鎖定狀態(tài)”下，PLL電路的輸出信號相對于輸入?yún)⒖夹盘栁幢幌辔绘i定。
[0013]大多數(shù)當(dāng)前商業(yè)上可得的PLL部件都包括鎖檢測電路，并且具有用于提供指示PLL的鎖狀態(tài)的信號的輸出。在US5866582中描述了這樣的鎖檢測電路的例子，其整體內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
[0014]本發(fā)明基于以下認識:以PLL電路的鎖狀態(tài)為條件，通過對來自PLL電路的輸出信號進行修改，可以在使用PLL電路的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)中節(jié)省能量。在PLL電路處于其鎖定狀態(tài)之前，輸出信號一般不可用于填充水平測量。因此，在修改輸出信號的性質(zhì)以形成將要朝向產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑サ膫鬏斝盘柹匣ㄙM的能量或多或少被浪費。本發(fā)明人已認識到，響應(yīng)于PLL電路處于其中它可以輸出足夠穩(wěn)定的頻率的鎖定狀態(tài)的指示，例如通過增加輸出信號的頻率和/或放大輸出信號，可以節(jié)省寶貴的能量。
[0015]在根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)中，來自PLL電路的輸出信號被傳遞到頻率修改電路，該頻率修改電路配置成修改PLL電路的輸出信號的頻率，以從而提供使用傳播裝置朝向罐中的產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑サ膫鬏斝盘枴榱诵薷膩碜訮LL電路的輸出信號的頻率，頻率修改電路需要被供電并且將會消耗能量。
[0016]通過配置頻率修改電路以接收指示PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號并且響應(yīng)于指示PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而修改輸出信號的頻率，頻率修改電路消耗能量的時間可以減少，這會減少雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)的能耗。
[0017]另外，尤其是在PLL電路的上電期間，來自PLL電路的輸出信號的頻率可以顯著變動。通過響應(yīng)于指示PLL電路處于其鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而修改輸出信號的頻率，發(fā)出允許頻帶外部的RF能量的風(fēng)險可以減少。
[0018]例如，在頻率掃描開始之前，PLL電路在來自PLL電路的輸出信號的頻率穩(wěn)定之前可能需要一定的時期。在來自PLL電路的輸出信號的頻率穩(wěn)定之前的時期可能處于大約0.5ms的量級，并且可能取決于各種因素如PLL電路的配置(例如環(huán)路濾波器的量度和類型)。在這個時期期間，PLL電路處于其非鎖定狀態(tài)，并且來自PLL電路的輸出信號可能尚未適合于供填充水平確定之用。通過本發(fā)明的不同方面，頻率修改電路不會修改來自PLL電路的輸出信號的頻率，直到來自PLL電路的輸出信號穩(wěn)定(當(dāng)PLL狀態(tài)信號指示PLL電路處于其鎖定狀態(tài)時)為止。
[0019]頻率修改電路可以包括至少一個頻率倍增器，以便將來自PLL電路的輸出信號的頻率增加到適合于填充水平測量的頻率。例如，頻率倍增器可以配置成將輸出信號的頻率乘以至少為二的因數(shù)。
[0020]在一些實施例中，頻率修改電路可以包括求和電路，該求和電路配置成將來自PLL電路的輸出信號的頻率相加到輔助信號的頻率。例如，求和電路可以是混合器，該混合器配置成將來自PLL電路的輸出信號的頻率(如2-4GHz)相加到由固定頻率振蕩器輸出的頻率(如 22GHz)。
[0021]本發(fā)明的不同方面在上面描述的PLL電路的啟動期間尤其有用。一旦頻率掃描已開始，并且PLL電路被控制以便以相對小的頻率步長來改變輸出信號的頻率，PLL電路就可能需要保持其鎖定狀態(tài)。然而，根據(jù)各種實施例，可以允許PLL電路在頻率掃描期間以其非鎖定狀態(tài)操作。在后者的實施例中，頻率修改電路可以被布置并配置成響應(yīng)于指示PLL電路處于其鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而開始修改來自PLL電路的輸出信號的頻率，然后即使在頻率掃描期間會有PLL電路向其非鎖定狀態(tài)的遷移，也繼續(xù)在頻率掃描期間修改頻率。
[0022]至此關(guān)于頻率修改電路及其操作已講述的內(nèi)容在各種實施例中同樣或者代替地可以適用于可以包括在雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)中的可控放大電路。
[0023]應(yīng)當(dāng)注意的是，信號傳播裝置可以是任何合適的輻射天線或傳輸線路探針。天線的例子包括喇叭天線、拉桿天線、陣列天線和拋物線天線等。傳輸線路探針的例子包括單線探針(Goubau探針)、雙線探針和同軸探針等。
[0024]還應(yīng)當(dāng)注意的是，處理電路可以設(shè)置為一個裝置或者一起工作的幾個裝置。
[0025]根據(jù)各種實施例，處理電路可以配置成基于傳輸信號和表面回聲信號之間的相差來確定填充水平。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，PLL電路可以具有:第一輸出端，用于提供輸出信號；以及第二輸出端，用于提供指示PLL電路的鎖狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號，并且頻率修改電路可以具有:第一輸入端，其連接到第一輸出端，用于接收輸出信號；以及第二輸入端，其連接到第二輸出端，用于接收鎖狀態(tài)信號。
[0027]在這些實施例中，直接從PLL電路向頻率修改電路提供來自PLL電路的鎖狀態(tài)信號。鎖狀態(tài)信號例如可以被用來控制電力向頻率修改電路的供應(yīng)。這種配置提供了對頻率修改電路的快速控制，以便一旦PLL電路已達到其鎖定狀態(tài)就可以實際上開始測量。
[0028]在各種實施例中，PLL狀態(tài)信號可以基于來自PLL電路的鎖狀態(tài)信號以及來自處理電路的信號。由此可以基于另外的標(biāo)準(zhǔn)來控制頻率修改電路的操作，這提供了增加的靈活性。
[0029]根據(jù)一個實施例，來自處理電路的信號可以是指示PLL電路被啟用的PLL啟用信號。
[0030]例如，頻率修改電路可以被控制，以響應(yīng)于指示PLL電路處于其鎖定狀態(tài)的來自PLL電路的鎖狀態(tài)信號和指示PLL電路被啟用的來自處理電路的PLL啟用信號，(開始)修改來自PLL電路的輸出信號的頻率。在這個例子中，PLL狀態(tài)信號可以對應(yīng)于來自與(AND)門的輸出信號，其中PLL狀態(tài)信號和PLL啟用信號是朝向該與門的輸入信號。這對于如下PLL部件可能有用，所述PLL部件在PLL電路被供電但沒在操作時，分配來自鎖狀態(tài)信號的信號以指示“鎖定狀態(tài)”作為缺省狀況。還有可能的是，用于提供鎖狀態(tài)信號的PLL電路的輸出端被用來取決于PLL電路的配置而提供來自PLL電路的其它信號。同樣在這種情況下，可能有用的是，基于來自PLL電路的信號以及進一步的信號如來自處理電路的PLL啟用信號來控制頻率修改電路。
[0031]其它邏輯操作可以用來實現(xiàn)其它結(jié)果。例如，如上面討論的那樣，一旦啟動已完成并且頻率掃描已開始，或(OR)操作就可以用來允許PLL電路在其非鎖定狀態(tài)下操作。
[0032]進而，根據(jù)各種實施例，PLL電路可以具有:第一輸出端，用于提供輸出信號；以及第二輸出端，用于提供指示PLL電路的鎖狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號，并且頻率修改電路可以連接到PLL電路的第一輸出端以接收輸出信號，而處理電路則可以連接到PLL電路的第二輸出端以接收鎖狀態(tài)信號。在這些實施例中，處理電路可以配置成基于鎖狀態(tài)信號生成PLL狀態(tài)信號，并且處理電路可以連接到頻率修改電路，以便向頻率修改電路提供PLL狀態(tài)信號。[0033]根據(jù)各種實施例，雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)可以包括用于放大傳輸信號的放大電路。放大電路可以被布置并配置成接收指示PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而放大傳輸信號。
[0034]此外，雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)可以包括頻率控制電路，其耦合到PLL電路，用于控制PLL電路以便以不同頻率序列的形式生成輸出信號。
[0035]頻率控制電路可以配置成控制PLL電路，以便以具有單調(diào)變化頻率的頻率掃描的形式生成輸出信號。
[0036]頻率掃描可以包括多個頻率步長。
[0037]頻率控制電路可以包括在處理電路中。代替地，頻率控制電路可以作為分立電路而提供。
[0038]進而，水準(zhǔn)儀系統(tǒng)可以有利地進一步包括局部能量儲存器，用于為所述水準(zhǔn)儀系統(tǒng)的操作提供電能。局部能量儲存器例如可以包括電池和/或超級電容器。
[0039]此外，水準(zhǔn)儀系統(tǒng)可以進一步包括無線通信電路如無線電收發(fā)器，用于與遠程系統(tǒng)無線通信。
[0040]根據(jù)各種實施例，根據(jù)本發(fā)明的不同方面的方法可以包括以下步驟:接收喚醒信號；以及響應(yīng)于喚醒信號，向PLL電路提供頻率控制信號。
[0041]可以從雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)外部的裝置如遙控中心提供喚醒信號。代替地，可以在雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)中內(nèi)部地例如響應(yīng)于超時而生成喚醒信號。
[0042]總之，本發(fā)明這樣一來就涉及了包括用于生成輸出信號的PLL電路的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)。PLL電路配置成指示PLL電路的鎖狀態(tài)，并且信號修改電路連接到PLL電路，用于接收輸出信號，并且用于修改輸出信號的至少一個性質(zhì)以便形成傳輸信號。信號修改電路被布置并配置成接收指示PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而修改輸出信號的至少一個性質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]參考示出本發(fā)明的示例性實施例的附圖，現(xiàn)在更加詳細地描述本發(fā)明的這些以及其它方面，其中:
[0044]圖1示意性地示出了具有布置成確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的根據(jù)本發(fā)明的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)的實施例的示例性罐；
[0045]圖2是圖1中的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)中包括的測量單元的示意性圖示；
[0046]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)的示意性框圖；
[0047]圖4是概述根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的流程圖；
[0048]圖5示意性地圖示了示例性傳輸信號；
[0049]圖6示意性地圖示了基于傳輸信號和表面回聲信號形成的示例性測量信號；以及
[0050]圖7是示出用于基于PLL電路的鎖狀態(tài)而對圖3中的收發(fā)器進行控制的示例性時刻的示圖。
【具體實施方式】
[0051]圖1示意性地圖示了雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)1，其包括測量單元2和在此以喇叭天線3的形式示出的信號傳播裝置。雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I布置在罐5的頂部，以便測量罐5中的產(chǎn)品6的填充水平。
[0052]當(dāng)測量罐5中的產(chǎn)品6的填充水平時，雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I通過喇叭天線3朝向產(chǎn)品6的表面7傳輸電磁傳輸信號St,其中信號被反射為電磁表面回聲信號SK。然后基于電磁表面回聲信號Sk的飛行時間(從雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I到表面7并返回)來確定到產(chǎn)品6的表面7的距離。根據(jù)飛行時間，一般稱之為罐空(ullage)的到表面的距離可以被確定?；谶@個距離(罐空)和已知的罐5的尺度，可以推導(dǎo)出填充水平。
[0053]使用根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，基于調(diào)相的傳輸信號和表面反射信號之間的相差來確定飛行時間。這種類型的測量方案通常被稱為調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)。
[0054]參考圖2中的示意性框圖，圖1中的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I的測量單元2包括收發(fā)器
10、測量控制單元(MCU)I 1、無線通信控制單元(WCU)12、通信天線13、能量儲存器如電池14以及罐饋通15。
[0055]如圖2中示意性地圖示的那樣，MCUll控制收發(fā)器10以生成、傳輸和接收電磁信號。傳輸?shù)男盘柎┻^罐饋通15到達喇叭天線3 (圖2中未示出)，并且接收的信號從喇叭天線3穿過罐饋通15到達收發(fā)器10。
[0056]如上面參考圖1簡短地描述的那樣,MCUll基于傳輸信號S1^P表面回聲信號Sk之間的相差來確定罐5中的產(chǎn)品6的填充水平。從MCUll經(jīng)由WCU12通過通信天線13將填充水平提供給外部裝置如控制中心。雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I可以有利地根據(jù)所謂的無線HART通信協(xié)議(IEC62591)來配置。
[0057]盡管測量單元2被示出以包括能量儲存器14并且包括用于允許無線通信的裝置(如WCU12和通信天線13)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，電力供應(yīng)和通信可以用不同的方式如通過通?目線路(例如4_20mA線路)來提供。
[0058]局部能量儲存器不僅需要包括電池，而且還可以代替地或者組合地包括電容器或超級電容器。
[0059]現(xiàn)在參考圖3中的示意性框圖來更加詳細地描述圖1中的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)1，尤其是收發(fā)器10。
[0060]如圖3中示意性地圖示的那樣，收發(fā)器10包括鎖相環(huán)(PLL)電路20、頻率修改電路26、發(fā)射機放大器22、發(fā)射機控制電路23、混合器24以及測量電路25。在圖3所示的示例性實施例中，頻率修改電路26包括兩個頻率倍增器21a-b和開關(guān)27，該開關(guān)27可由發(fā)射機控制電路23控制，以將頻率倍增器21a-b和發(fā)射機放大器22連接到電壓源，如圖3中示意性地指示的那樣。
[0061]PLL電路20具有:第一輸出端30，用于提供具有輸出頻率fm的PLL輸出信號Sm;以及第二輸出端31，用于提供指示PLL電路20的鎖狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號LOCK。
[0062]PLL輸出信號Sm穿過兩個頻率倍增器21a_b (在圖3所示的例子中，頻率倍增器21a-b兩者都是倍頻器)和發(fā)射機放大器22。當(dāng)開關(guān)27如圖3所示打開時，頻率倍增器21a-b和發(fā)射機放大器22不會對PLL輸出信號Spii進行操作。
[0063] 然而，當(dāng)開關(guān)27閉合時，頻率倍增器21a_b將會使PLL輸出信號S1^的頻率倍增，并且發(fā)射機放大器將會放大信號。這些操作的結(jié)果是傳輸信號ST，該傳輸信號St具有四倍于來自PLL電路20的輸出頻率fm的傳輸頻率fT。[0064]然后通過天線3朝向產(chǎn)品6傳播傳輸信號ST。傳輸信號St撞擊產(chǎn)品的表面7,在那里它被反射為表面回聲信號SK。表面回聲信號朝向雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)返回，并且被天線3接收。
[0065]如圖3中示意性地圖示的那樣，表面回聲信號Sk和傳輸信號St兩者都被提供給混合器，該混合器輸出中頻信號Sif,該中頻信號Sif具有與傳輸信號St和表面回聲信號Sk之間的頻率差相對應(yīng)的頻率。
[0066]中頻信號Sif被傳遞到測量電路25，該測量電路25對中頻信號Sif實施模擬信號處理，然后將模擬中頻信號Sif轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，該數(shù)字信號被提供給MCUlI。MCUll最終基于數(shù)字化的中頻信號來確定產(chǎn)品6的填充水平。
[0067]如上面簡短地提到的那樣，開關(guān)27由發(fā)射機控制電路23控制，該發(fā)射機控制電路23可以被實施為與門，該與門基于對來自PLL電路20的第二輸出端31的鎖狀態(tài)信號LOCK和來自MCUll的PLL啟用信號PLL_EN的“與”操作來提供PLL狀態(tài)信號STATUS。在圖3的實施例中，只有當(dāng)PLL電路20被MCUll啟用并且處于其鎖定狀態(tài)時，電力才會被供應(yīng)給頻率倍增器21a-b和發(fā)射機放大器22。
[0068]天線3可以包括如圖3所示的分開的天線，也可以包括單個天線。在后者的情況下，收發(fā)器10可以另外包括用于分開傳輸?shù)男盘柡徒邮盏男盘柕碾娐贰?br> [0069]現(xiàn)在參考圖4中的流程圖以及圖2、3、5、6和7來更加詳細地描述雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I的操作。
[0070]響應(yīng)于接收到例如可以來自圖2中的WCU12的測量請求，通過向PLL電路20提供電力、PLL啟用信號PLL_EN和指示期望PLL輸出頻率的信號，MCUll在第一步驟100中啟動PLL電路20。
[0071]在隨后的步驟101中，確定PLL電路20是否已鎖定在期望的輸出頻率Q上。換言之，確定PLL電路20是否處于其鎖定狀態(tài)，或者PLL電路20是否處于其非鎖定狀態(tài)。
[0072]PLL電路通常包括用于確定PLL電路的鎖狀態(tài)的電路。這樣的PLL電路(如圖3中示意性地示出的那樣)可以具有專用輸出端，用于提供指示PLL電路20是處于其鎖定狀態(tài)還是處于其非鎖定狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號LOCK。
[0073]如果在步驟101中確定PLL仍然處于其非鎖定狀態(tài)，則不將電力提供給頻率倍增器21a-b和發(fā)射機放大器23(步驟102)，并且方法返回到步驟101，并且繼續(xù)檢查PLL電路20是處于其鎖定狀態(tài)還是處于其非鎖定狀態(tài)。
[0074]如果在步驟101中確定PLL電路20處于其鎖定狀態(tài)，則方法前進到步驟103，并且向頻率倍增器21a-b和發(fā)射機放大器23提供電力。
[0075]當(dāng)PLL電路20已被成功地啟動并且電力已被提供給頻率倍增器21a_b和發(fā)射機放大器23時，MCUll在步驟104中控制PLL電路20，以提供具有時變輸出頻率fPa的PLL輸出信號S.。在通過頻率倍增器21a-b進行的頻率倍增和通過發(fā)射機放大器23進行的放大之后，這例如可以導(dǎo)致圖5中示出的頻率掃描的傳輸信號ST。圖5示意性地圖示了步進頻率掃描的一部分，其中PLL電路在步長時間tstep期間接收指示一定期望頻率的控制信號，在這之后控制信號被改變，以將傳輸信號改變步長頻率fstop。步長時間tstep例如可以是8 μ S，并且步長頻率fstep例如可以是4MHz。
[0076]應(yīng)當(dāng)注意的是，圖5中示意性地圖示的傳輸信號St是理想化的信號，并且真實信號典型地不會完美地跟隨頻率控制信號，而是在傳輸信號St的頻率fT穩(wěn)定之前一般會存在某個過渡時間。
[0077]在步驟105中，通過天線3朝向產(chǎn)品6的表面7傳播頻率掃描的傳輸信號St (如圖5中示出的傳輸信號ST)。
[0078]在步驟106中，接收由傳輸信號St在產(chǎn)品6的表面7處的反射引起的表面回聲信號Sk，并且最終在步驟107中，基于傳輸信號St和表面回聲信號&之間的相差來確定填充水平。
[0079]當(dāng)朝向產(chǎn)品6的表面7傳輸圖5中不出的傳輸信號St時,表面回聲信號Sk將會具有時變頻率，該時變頻率具有與傳輸信號St相同的步長時間tstop和步長頻率fstep，但是具有與表面回聲信號Sk的飛行時間相對應(yīng)的時滯。
[0080]將傳輸信號St和表面回聲信號Sk混合然后會導(dǎo)致中頻信號Sif,就像圖6中不意性地圖示的那樣。
[0081]在用圖6中的“X”指示的采樣時間處對中頻信號Sif進行采樣之后，MCU可以基于中頻信號Sif來確定飛行時間(并且這樣一來就確定了到產(chǎn)品6的表面7的距離)。
[0082]最后，參考圖7中的示圖來描述用于控制朝向頻率倍增器21a_b和發(fā)射機放大器23的電力的控制序列的例子。
[0083]同樣參考圖3，圖7中的示圖從下到上包括朝向PLL電路20的電力供應(yīng)PWR、從MCUll到PLL電路20的PLL啟用信號PLL_EN、從PLL電路20到發(fā)射機控制電路23的鎖狀態(tài)信號LOCK以及從發(fā) 射機控制電路23到開關(guān)27的PLL狀態(tài)信號STATUS。
[0084]在時間tQ，朝向PLL電路20的電力接通。在時間^，朝向PLL電路20的供應(yīng)電壓高到足以使PLL電路20操作。在這個具體的例子中，取決于PLL電路20如何配置，用于鎖狀態(tài)信號LOCK的輸出端31也用于一個或幾個其它信號。在圖7所示的例子中，輸出端31處的缺省信號不是鎖狀態(tài)信號LOCK，而是示出為“高”的另一個信號。
[0085]在時間t2，PLL電路20已被啟動并且配置成使得輸出端31用于鎖狀態(tài)信號LOCK。由于PLL沒有處于鎖定狀態(tài)，所以鎖狀態(tài)信號為“低”。
[0086]隨后，在時間t3，MCUll通過將PLL啟用信號PLL_EN從“低”改變?yōu)椤案摺眮韱⒂肞LL電路20，并且將與頻率掃描中的第一個頻率相對應(yīng)的頻率控制信號提供給PLL電路20。
[0087]在時間t4，PLL電路20鎖定在第一個頻率處，并且鎖狀態(tài)信號LOCK從“低”變成“高”。由于PLL啟用信號PLL_EN和鎖狀態(tài)信號LOCK兩者都為“高”，所以PLL狀態(tài)信號STATUS也會在時間t4變成“高”，如圖7中指示的那樣。
[0088]當(dāng)PLL狀態(tài)信號STATUS變成“高”時，電力會被供應(yīng)給頻率倍增器21a_b和發(fā)射機放大器23 (參見圖3)，并且PLL輸出信號Sm會被頻率倍增并放大以形成傳輸信號ST。
[0089]在頻率掃描的末尾，雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I可能進入不活動狀態(tài)或者(至少部分地)關(guān)閉以便節(jié)省能量。如圖7中示意性地圖示的那樣，通過在時間tJfPLL啟用信號PLL_EN從“高”切換到“低”，并且斷開朝向PLL電路20的電力，MCUll可以啟動這一點。由于斷開電力時的過渡特性，PLL電路20可能保持其鎖定狀態(tài)直到時間t6為止。
[0090]由于PLL啟用信號PLL_EN從“高”向“低”的遷移導(dǎo)致PLL狀態(tài)信號STATUS也在時間t5變成“低”，所以在時間t5之后沒有信號被雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)I輻射。這防止了當(dāng)斷開朝向PLL電路20的電力時不想要的輻射。[0091]本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到，本發(fā)明決不限于上面描述的優(yōu)選實施例。相反地，在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，許多修改和變更都是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，包括: 收發(fā)器，用于生成、傳輸和接收電磁信號； 信號傳播裝置，其耦合到所述收發(fā)器，用于朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑鬏斝盘?，并且用于將由所述傳輸信號在所述表面處的反射引起的表面回聲信號傳播回到所述收發(fā)器；以及處理電路，其耦合到所述收發(fā)器，用于基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平， 所述收發(fā)器包括: PLL電路，用于生成輸出信號，所述PLL電路配置成指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)；以及頻率修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于增加所述輸出信號的頻率以形成所述傳輸信號，其中，所述頻率修改電路在其中所述輸出信號的頻率未被所述頻率修改電路增加的第一狀態(tài)和其中所述輸出信號的頻率被所述頻率修改電路增加的第二狀態(tài)之間可控制，并且其中，所述頻率修改電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述第一狀態(tài)遷移到所述第二狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述PLL電路具有:第一輸出端，用于提供所述輸出信號； 以及第二輸出端，用于提供指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號，并且 其中，所述頻率修改電路具有:第一輸入端，其連接到所述PLL電路的所述第一輸出端，用于接收所述輸出信號；以及第二輸入端，其連接到所述PLL電路的所述第二輸出端，用于接收所述鎖狀態(tài)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述PLL狀態(tài)信號基于來自所述PLL電路的所述鎖狀態(tài)信號以及來自所述處理電路的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，來自所述處理電路的信號是指示所述PLL電路被啟用的PLL啟用信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述PLL電路具有:第一輸出端，用于提供所述輸出信號；以及第二輸出端，用于提供指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的鎖狀態(tài)信號， 其中，所述頻率修改電路連接到所述PLL電路的所述第一輸出端以接收所述輸出信號，并且所述處理電路連接到所述PLL電路的所述第二輸出端以接收所述鎖狀態(tài)信號， 其中，所述處理電路配置成基于所述鎖狀態(tài)信號生成所述PLL狀態(tài)信號，并且其中，所述處理電路連接到所述頻率修改電路，以便向所述頻率修改電路提供所述PLL狀態(tài)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述頻率修改電路包括至少一個頻率倍增器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述頻率倍增器配置成將所述輸出信號的頻率乘以至少為二的因數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，進一步包括:放大電路，用于放大所述傳輸信號，所述放大電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號而放大所述傳輸信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)包括:頻率控制電路，其耦合到所述PLL電路，用于控制所述PLL電路以便以不同頻率序列的形式生成所述輸出信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述頻率控制電路配置成控制所述PLL電路，以便以具有單調(diào)變化頻率的頻率掃描的形式生成所述輸出信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述頻率掃描包括多個頻率步長。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述頻率控制電路包括在所述處理電路中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述處理電路配置成基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的相差來確定所述填充水平。
14.一種用于確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，包括: 收發(fā)器，用于生成、傳輸和接收電磁信號； 信號傳播裝置，其耦合到所述收發(fā)器，用于朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑鬏斝盘枺⑶矣糜趯⒂伤鰝鬏斝盘栐谒霰砻嫣幍姆瓷湟鸬谋砻婊芈曅盘杺鞑セ氐剿鍪瞻l(fā)器；以及處理電路，其耦合到所述收發(fā)器，用于基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水 平， 所述收發(fā)器包括: PLL電路，用于生成輸出信號，所述PLL電路配置成指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)；以及放大電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于放大所述輸出信號以形成所述傳輸信號， 其中，所述放大電路在其中所述輸出信號被所述放大電路以第一放大因數(shù)放大的低放大狀態(tài)和其中所述輸出信號被所述放大電路以比所述第一放大因數(shù)高的第二放大因數(shù)放大的高放大狀態(tài)之間可控制，并且 其中，所述放大電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述低放大狀態(tài)遷移到所述高放大狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)，其中，所述收發(fā)器進一步包括: 頻率修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于增加所述輸出信號的頻率，其中，所述頻率修改電路在其中所述輸出信號的頻率未被所述頻率修改電路增加的第一狀態(tài)和其中所述輸出信號的頻率被所述頻率修改電路增加的第二狀態(tài)之間可控制，并且其中，所述頻率修改電路被布置并配置成接收指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，并且響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，從所述第一狀態(tài)遷移到所述第二狀態(tài)。
16.一種使用雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)來確定罐中的產(chǎn)品的填充水平的方法，所述雷達水準(zhǔn)儀系統(tǒng)包括:PLL電路，用于生成輸出信號；以及信號修改電路，其連接到所述PLL電路，用于接收所述輸出信號，并且用于修改所述輸出信號的至少一個性質(zhì)以便形成傳輸信號，所述方法包括以下步驟: 向所述信號修改電路提供指示所述PLL電路的鎖狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號； 響應(yīng)于指示所述PLL電路處于鎖定狀態(tài)的PLL狀態(tài)信號，由所述信號修改電路修改所述輸出信號的至少一個性質(zhì)以形成所述傳輸信號； 朝向所述產(chǎn)品的表面?zhèn)鞑ニ鰝鬏斝盘枺? 接收由所述傳輸信號在所述表面處的反射引起的表面回聲信號；以及 基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的關(guān)系來確定所述填充水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，修改的步驟包括以下步驟: 增加所述輸出信號的頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述輸出信號的頻率增加至少為二的因數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，修改的步驟包括以下步驟: 放大所述輸出信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，進一步包括以下步驟: 接收喚醒信號；以 及 響應(yīng)于所述喚醒信號，向所述PLL電路提供頻率控制信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法,其中,基于所述傳輸信號和所述表面回聲信號之間的相差來確定所述填充水平。
【文檔編號】G01F23/284GK104034391SQ201310173095
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】米卡埃爾·克列曼, 安德斯·伊爾斯科格 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司