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具有状态控制的调频连续波雷达准仪

阅读:416发布:2021-09-19

专利汇可以提供具有状态控制的调频连续波雷达准仪专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型涉及具有 锁 状态控制的调频连续波雷达 水 准仪。根据本实用新型的雷达水准仪系统包括用于生成输出 信号 的PLL 电路 。PLL电路配置成指示PLL电路的锁状态,并且信号 修改 电路连接到PLL电路,用于接收 输出信号 ,并且用于修改输出信号的至少一个性质以便形成传输信号。信号修改电路被布置并配置成接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的至少一个性质。,下面是具有状态控制的调频连续波雷达准仪专利的具体信息内容。

1.一种用于确定罐中的产品的填充平的雷达水准仪系统,包括:
收发器,用于生成、传输和接收电磁信号
信号传播装置,其耦合到所述收发器,用于朝向所述产品的表面传播传输信号,并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器;以及处理电路,其耦合到所述收发器,用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平,
所述收发器包括:
PLL电路,用于生成输出信号,所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的状态;以及频率修改电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号,
其中,所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制,并且其中,所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述第一状态迁移到所述第二状态。
2.根据权利要求1所述的雷达水准仪系统,其中,所述PLL电路具有:第一输出端,用于提供所述输出信号;以及第二输出端,用于提供指示所述PLL电路的锁状态的锁状态信号,并且
其中,所述频率修改电路具有:第一输入端,其连接到所述PLL电路的所述第一输出端,用于接收所述输出信号;以及第二输入端,其连接到所述PLL电路的所述第二输出端,用于接收所述锁状态信号。
3.根据权利要求2所述的雷达水准仪系统,其中,所述PLL状态信号基于来自所述PLL电路的所述锁状态信号以及来自所述处理电路的信号。
4.根据权利要求3所述的雷达水准仪系统,其中,来自所述处理电路的信号是指示所述PLL电路被启用的PLL启用信号。
5.根据权利要求1所述的雷达水准仪系统,其中,所述PLL电路具有:第一输出端,用于提供所述输出信号;以及第二输出端,用于提供指示所述PLL电路的锁状态的锁状态信号,
其中,所述频率修改电路连接到所述PLL电路的所述第一输出端以接收所述输出信号,并且所述处理电路连接到所述PLL电路的所述第二输出端以接收所述锁状态信号,其中,所述处理电路配置成基于所述锁状态信号生成所述PLL状态信号,并且其中,所述处理电路连接到所述频率修改电路,以便向所述频率修改电路提供所述PLL状态信号。
6.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统,其中,所述频率修改电路包括至少一个频率倍增器。
7.根据权利要求6所述的雷达水准仪系统,其中,所述频率倍增器配置成将所述输出信号的频率乘以至少为二的因数。
8.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统,进一步包括:放大电路,用于放大所述传输信号,
所述放大电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而放大所述传输信号。
9.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统,其中,所述雷达水准仪系统包括:频率控制电路,其耦合到所述PLL电路,用于控制所述PLL电路以便以不同频率序列的形式生成所述输出信号。
10.根据权利要求9所述的雷达水准仪系统,其中,所述频率控制电路配置成控制所述PLL电路,以便以具有单调变化频率的频率扫描的形式生成所述输出信号。
11.根据权利要求10所述的雷达水准仪系统,其中,所述频率扫描包括多个频率步长。
12.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统,其中,所述频率控制电路包括在所述处理电路中。
13.根据权利要求1或2所述的雷达水准仪系统,其中,所述处理电路配置成基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的相差来确定所述填充水平。
14.一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统,包括:
收发器,用于生成、传输和接收电磁信号;
信号传播装置,其耦合到所述收发器,用于朝向所述产品的表面传播传输信号,并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器;以及处理电路,其耦合到所述收发器,用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平,
所述收发器包括:
PLL电路,用于生成输出信号,所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态;以及放大电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于放大所述输出信号以形成所述传输信号,
其中,所述放大电路在其中所述输出信号被所述放大电路以第一放大因数放大的低放大状态和其中所述输出信号被所述放大电路以比所述第一放大因数高的第二放大因数放大的高放大状态之间可控制,并且
其中,所述放大电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述低放大状态迁移到所述高放大状态。
15.根据权利要求14所述的雷达水准仪系统,其中,所述收发器进一步包括:
频率修改电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于增加所述输出信号的频率,
其中,所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制,并且其中,所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述第一状态迁移到所述第二状态。

说明书全文

具有状态控制的调频连续波雷达准仪

技术领域

[0001] 本实用新型涉及雷达水准仪系统。

背景技术

[0002] 由于雷达水平计量在1970年代和1980年代已被开发为商业产品,所以调频连续波(FMCW)已成为针对高准确度应用的占优势的测量原理。FMCW测量包括将信号传输到罐中,所述信号在几个GHz量级的频率范围之上扫描。例如,信号可以处于25-27GHz或9-1.5GHz的范围内。传输的信号被罐中内容的表面(或任何其它阻抗迁移)反射,并且已被延迟一定时间的回声信号返回到仪表。回声信号与传输的信号相混合以生成混合器信号,该混合器信号具有与在时间延迟期间发生的传输信号的频率变化相等的频率。如果使用线性扫描,则也被称为中频(IF)的这个差频与到反射表面的距离成比例。混合器信号通常被称为IF信号。
[0003] 最近,FMCW原理已被改进,并且今天典型地涉及不是传输连续扫描,而是传输具有拥有实际上恒定的振幅的步进频率的信号。当传输的信号和接收的信号混合时,每个频率步长会提供一个恒定分段的恒定IF信号,这样一来就提供了IF信号的一个“样本”。为了毫无疑义地确定分段恒定IF信号的频率,将会需要大于采样定理所规定数目的频率数N。然后以与传统FMCW系统中类似的方式使用IF信号的频率来确定到反射表面的距离。典型的值可以是1000-1500个步长中划分的30m距离处200-300个IF周期。
[0004] 注意,由连续频率扫描引起的连续IF信号也可以被采样以便允许数字处理。
[0005] 尽管高度准确,但是传统的FMCW系统(连续以及步进)相对而言功耗大,使得它们较少适合于电受限的应用。这种应用的例子包括由二线接口如4-20mA回路供电的现场装置以及由内部电源(例如电池太阳能电池)供电的无线装置。实用新型内容
[0006] 考虑到上述境况,本实用新型的一般目的是要使用FMCW测量原理来提供更有能效的填充水平确定。
[0007] 根据本实用新型的第一方面,因此提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统,包括:收发器,用于生成、传输和接收电磁信号;信号传播装置,其耦合到所述收发器,用于朝向所述产品的表面传播传输信号,并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器;以及处理电路,其耦合到所述收发器,用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平,所述收发器包括:PLL电路,用于生成输出信号,所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态;以及频率修改电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于增加所述输出信号的频率以形成所述传输信号,其中,所述频率修改电路在其中所述输出信号的频率未被所述频率修改电路增加的第一状态和其中所述输出信号的频率被所述频率修改电路增加的第二状态之间可控制,并且其中,所述频率修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述第一状态迁移到所述第二状态。
[0008] 根据本实用新型的第二方面,提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统,包括:收发器,用于生成、传输和接收电磁信号;信号传播装置,其耦合到所述收发器,用于朝向所述产品的表面传播传输信号,并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器;以及处理电路,其耦合到所述收发器,用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平,所述收发器包括:PLL电路,用于生成输出信号,所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态;以及放大电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于放大所述输出信号以形成所述传输信号,其中,所述放大电路在其中所述输出信号被所述放大电路以第一放大因数放大的低放大状态和其中所述输出信号被所述放大电路以比所述第一放大因数高的第二放大因数放大的高放大状态之间可控制,并且其中,所述放大电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述低放大状态迁移到所述高放大状态。
[0009] 根据本实用新型的第四方面,提供了一种用于确定罐中的产品的填充水平的雷达水准仪系统,包括:收发器,用于生成、传输和接收电磁信号;信号传播装置,其耦合到所述收发器,用于朝向所述产品的表面传播传输信号,并且用于将由所述传输信号在所述表面处的反射引起的表面回声信号传播回到所述收发器;以及处理电路,其耦合到所述收发器,用于基于所述传输信号和所述表面回声信号之间的关系来确定所述填充水平,所述收发器包括:PLL电路,用于生成输出信号,所述PLL电路配置成指示所述PLL电路的锁状态;以及信号修改电路,其连接到所述PLL电路,用于接收所述输出信号,并且用于修改所述输出信号的至少一个性质以形成所述传输信号,其中,所述信号修改电路在由所述输出信号的至少一个性质的第一修改引起的第一信号修改状态和由所述输出信号的至少一个性质的不同于所述第一修改的第二修改引起的第二信号修改状态之间可控制,并且其中,所述信号修改电路被布置并配置成接收指示所述PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示所述PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号,从所述第一信号修改状态迁移到所述第二信号修改状态。
[0010] 锁相环(PLL)电路可以是能够指示PLL电路的锁状态的任何种类的PLL电路。具体地,PLL电路可以是所谓的模拟或线性PLL(LPLL)、数字PLL(DPLL)、全数字PLL(ADPLL)或软件PLL(SPLL)。
[0011] 可以从包括锁定状态和非锁定状态的组中选择PLL电路的“锁状态”。在其“锁定状态”下,PLL电路的输出信号相对于朝向PLL电路的输入参考信号被相位锁定,而在其“非锁定状态”下,PLL电路的输出信号相对于输入参考信号未被相位锁定。
[0012] 大多数当前商业上可得的PLL部件都包括锁检测电路,并且具有用于提供指示PLL的锁状态的信号的输出。在US5866582中描述了这样的锁检测电路的例子,其整体内容通过引用结合于此。
[0013] 本实用新型基于以下认识:以PLL电路的锁状态为条件,通过对来自PLL电路的输出信号进行修改,可以在使用PLL电路的雷达水准仪系统中节省能量。在PLL电路处于其锁定状态之前,输出信号一般不可用于填充水平测量。因此,在修改输出信号的性质以形成将要朝向产品的表面传播的传输信号上花费的能量或多或少被浪费。本发明人已认识到,响应于PLL电路处于其中它可以输出足够稳定的频率的锁定状态的指示,例如通过增加输出信号的频率和/或放大输出信号,可以节省宝贵的能量。
[0014] 在根据本实用新型的各种实施例的雷达水准仪系统中,来自PLL电路的输出信号被传递到频率修改电路,该频率修改电路配置成修改PLL电路的输出信号的频率,以从而提供使用传播装置朝向罐中的产品的表面传播的传输信号。为了修改来自PLL电路的输出信号的频率,频率修改电路需要被供电并且将会消耗能量。
[0015] 通过配置频率修改电路以接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的频率,频率修改电路消耗能量的时间可以减少,这会减少雷达水准仪系统的能耗。
[0016] 另外,尤其是在PLL电路的上电期间,来自PLL电路的输出信号的频率可以显著变动。通过响应于指示PLL电路处于其锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的频率,发出允许频带外部的RF能量的险可以减少。
[0017] 例如,在频率扫描开始之前,PLL电路在来自PLL电路的输出信号的频率稳定之前可能需要一定的时期。在来自PLL电路的输出信号的频率稳定之前的时期可能处于大约0.5ms的量级,并且可能取决于各种因素如PLL电路的配置(例如环路滤波器的量度和类型)。在这个时期期间,PLL电路处于其非锁定状态,并且来自PLL电路的输出信号可能尚未适合于供填充水平确定之用。通过本实用新型的不同方面,频率修改电路不会修改来自PLL电路的输出信号的频率,直到来自PLL电路的输出信号稳定(当PLL状态信号指示PLL电路处于其锁定状态时)为止。
[0018] 频率修改电路可以包括至少一个频率倍增器,以便将来自PLL电路的输出信号的频率增加到适合于填充水平测量的频率。例如,频率倍增器可以配置成将输出信号的频率乘以至少为二的因数。
[0019] 在一些实施例中,频率修改电路可以包括求和电路,该求和电路配置成将来自PLL电路的输出信号的频率相加到辅助信号的频率。例如,求和电路可以是混合器,该混合器配置成将来自PLL电路的输出信号的频率(如2-4GHz)相加到由固定频率振荡器输出的频率(如22GHz)。
[0020] 本实用新型的不同方面在上面描述的PLL电路的启动期间尤其有用。一旦频率扫描已开始,并且PLL电路被控制以便以相对小的频率步长来改变输出信号的频率,PLL电路就可能需要保持其锁定状态。然而,根据各种实施例,可以允许PLL电路在频率扫描期间以其非锁定状态操作。在后者的实施例中,频率修改电路可以被布置并配置成响应于指示PLL电路处于其锁定状态的PLL状态信号而开始修改来自PLL电路的输出信号的频率,然后即使在频率扫描期间会有PLL电路向其非锁定状态的迁移,也继续在频率扫描期间修改频率。
[0021] 至此关于频率修改电路及其操作已讲述的内容在各种实施例中同样或者代替地可以适用于可以包括在雷达水准仪系统中的可控放大电路。
[0022] 应当注意的是,信号传播装置可以是任何合适的辐射天线或传输线路探针。天线的例子包括喇叭天线、拉杆天线、阵列天线和抛物线天线等。传输线路探针的例子包括单线探针(Goubau探针)、双线探针和同轴探针等。
[0023] 还应当注意的是,处理电路可以设置为一个装置或者一起工作的几个装置。
[0024] 根据各种实施例,处理电路可以配置成基于传输信号和表面回声信号之间的相差来确定填充水平。
[0025] 根据本实用新型的各种实施例,PLL电路可以具有:第一输出端,用于提供输出信号;以及第二输出端,用于提供指示PLL电路的锁状态的锁状态信号,并且频率修改电路可以具有:第一输入端,其连接到第一输出端,用于接收输出信号;以及第二输入端,其连接到第二输出端,用于接收锁状态信号。
[0026] 在这些实施例中,直接从PLL电路向频率修改电路提供来自PLL电路的锁状态信号。锁状态信号例如可以被用来控制电力向频率修改电路的供应。这种配置提供了对频率修改电路的快速控制,以便一旦PLL电路已达到其锁定状态就可以实际上开始测量。
[0027] 在各种实施例中,PLL状态信号可以基于来自PLL电路的锁状态信号以及来自处理电路的信号。由此可以基于另外的标准来控制频率修改电路的操作,这提供了增加的灵活性。
[0028] 根据一个实施例,来自处理电路的信号可以是指示PLL电路被启用的PLL启用信号。
[0029] 例如,频率修改电路可以被控制,以响应于指示PLL电路处于其锁定状态的来自PLL电路的锁状态信号和指示PLL电路被启用的来自处理电路的PLL启用信号,(开始)修改来自PLL电路的输出信号的频率。在这个例子中,PLL状态信号可以对应于来自与(AND)的输出信号,其中PLL状态信号和PLL启用信号是朝向该与门的输入信号。这对于如下PLL部件可能有用,所述PLL部件在PLL电路被供电但没在操作时,分配来自锁状态信号的信号以指示“锁定状态”作为缺省状况。还有可能的是,用于提供锁状态信号的PLL电路的输出端被用来取决于PLL电路的配置而提供来自PLL电路的其它信号。同样在这种情况下,可能有用的是,基于来自PLL电路的信号以及进一步的信号如来自处理电路的PLL启用信号来控制频率修改电路。
[0030] 其它逻辑操作可以用来实现其它结果。例如,如上面讨论的那样,一旦启动已完成并且频率扫描已开始,或(OR)操作就可以用来允许PLL电路在其非锁定状态下操作。
[0031] 进而,根据各种实施例,PLL电路可以具有:第一输出端,用于提供输出信号;以及第二输出端,用于提供指示PLL电路的锁状态的锁状态信号,并且频率修改电路可以连接到PLL电路的第一输出端以接收输出信号,而处理电路则可以连接到PLL电路的第二输出端以接收锁状态信号。在这些实施例中,处理电路可以配置成基于锁状态信号生成PLL状态信号,并且处理电路可以连接到频率修改电路,以便向频率修改电路提供PLL状态信号。
[0032] 根据各种实施例,雷达水准仪系统可以包括用于放大传输信号的放大电路。放大电路可以被布置并配置成接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而放大传输信号。
[0033] 此外,雷达水准仪系统可以包括频率控制电路,其耦合到PLL电路,用于控制PLL电路以便以不同频率序列的形式生成输出信号。
[0034] 频率控制电路可以配置成控制PLL电路,以便以具有单调变化频率的频率扫描的形式生成输出信号。
[0035] 频率扫描可以包括多个频率步长。
[0036] 频率控制电路可以包括在处理电路中。代替地,频率控制电路可以作为分立电路而提供。
[0037] 进而,水准仪系统可以有利地进一步包括局部能量储存器,用于为所述水准仪系统的操作提供电能。局部能量储存器例如可以包括电池和/或超级电容器。
[0038] 此外,水准仪系统可以进一步包括无线通信电路如无线电收发器,用于与远程系统无线通信。
[0039] 可以从雷达水准仪系统外部的装置如遥控中心提供唤醒信号。代替地,可以在雷达水准仪系统中内部地例如响应于超时而生成唤醒信号。
[0040] 总之,本实用新型这样一来就涉及了包括用于生成输出信号的PLL电路的雷达水准仪系统。PLL电路配置成指示PLL电路的锁状态,并且信号修改电路连接到PLL电路,用于接收输出信号,并且用于修改输出信号的至少一个性质以便形成传输信号。信号修改电路被布置并配置成接收指示PLL电路的锁状态的PLL状态信号,并且响应于指示PLL电路处于锁定状态的PLL状态信号而修改输出信号的至少一个性质。附图说明
[0041] 参考示出本实用新型的示例性实施例的附图,现在更加详细地描述本实用新型的这些以及其它方面,其中:
[0042] 图1示意性地示出了具有布置成确定罐中的产品的填充水平的根据本实用新型的雷达水准仪系统的实施例的示例性罐;
[0043] 图2是图1中的雷达水准仪系统中包括的测量单元的示意性图示;
[0044] 图3是根据本实用新型的实施例的雷达水准仪系统的示意性框图
[0045] 图4是概述用于确定填充水平的方法的实施例的流程图
[0046] 图5示意性地图示了示例性传输信号;
[0047] 图6示意性地图示了基于传输信号和表面回声信号形成的示例性测量信号;以及[0048] 图7是示出用于基于PLL电路的锁状态而对图3中的收发器进行控制的示例性时刻的示图。

具体实施方式

[0049] 图1示意性地图示了雷达水准仪系统1,其包括测量单元2和在此以喇叭天线3的形式示出的信号传播装置。雷达水准仪系统1布置在罐5的顶部,以便测量罐5中的产品6的填充水平。
[0050] 当测量罐5中的产品6的填充水平时,雷达水准仪系统1通过喇叭天线3朝向产品6的表面7传输电磁传输信号ST,其中信号被反射为电磁表面回声信号SR。然后基于电磁表面回声信号SR的飞行时间(从雷达水准仪系统1到表面7并返回)来确定到产品6的表面7的距离。根据飞行时间,一般称之为罐空(ullage)的到表面的距离可以被确定。基于这个距离(罐空)和已知的罐5的尺度,可以推导出填充水平。
[0051] 使用根据本实用新型的各种实施例的雷达水准仪系统,基于调相的传输信号和表面反射信号之间的相差来确定飞行时间。这种类型的测量方案通常被称为调频连续波(FMCW)。
[0052] 参考图2中的示意性框图,图1中的雷达水准仪系统1的测量单元2包括收发器10、测量控制单元(MCU)11、无线通信控制单元(WCU)12、通信天线13、能量储存器如电池14以及罐馈通15。
[0053] 如图2中示意性地图示的那样,MCU11控制收发器10以生成、传输和接收电磁信号。传输的信号穿过罐馈通15到达喇叭天线3(图2中未示出),并且接收的信号从喇叭天线3穿过罐馈通15到达收发器10。
[0054] 如上面参考图1简短地描述的那样,MCU11基于传输信号ST和表面回声信号SR之间的相差来确定罐5中的产品6的填充水平。从MCU11经由WCU12通过通信天线13将填充水平提供给外部装置如控制中心。雷达水准仪系统1可以有利地根据所谓的无线HART通信协议(IEC62591)来配置。
[0055] 尽管测量单元2被示出以包括能量储存器14并且包括用于允许无线通信的装置(如WCU12和通信天线13),但是应当理解的是,电力供应和通信可以用不同的方式如通过通信线路(例如4-20mA线路)来提供。
[0056] 局部能量储存器不仅需要包括电池,而且还可以代替地或者组合地包括电容器或超级电容器。
[0057] 现在参考图3中的示意性框图来更加详细地描述图1中的雷达水准仪系统1,尤其是收发器10。
[0058] 如图3中示意性地图示的那样,收发器10包括锁相环(PLL)电路20、频率修改电路26、发射机放大器22、发射机控制电路23、混合器24以及测量电路25。在图3所示的示例性实施例中,频率修改电路26包括两个频率倍增器21a-b和开关27,该开关27可由发射机控制电路23控制,以将频率倍增器21a-b和发射机放大器22连接到电压源,如图3中示意性地指示的那样。
[0059] PLL电路20具有:第一输出端30,用于提供具有输出频率fPLL的PLL输出信号SPLL;以及第二输出端31,用于提供指示PLL电路20的锁状态的锁状态信号LOCK。
[0060] PLL输出信号SPLL穿过两个频率倍增器21a-b(在图3所示的例子中,频率倍增器21a-b两者都是倍频器)和发射机放大器22。当开关27如图3所示打开时,频率倍增器21a-b和发射机放大器22不会对PLL输出信号SPLL进行操作。
[0061] 然而,当开关27闭合时,频率倍增器21a-b将会使PLL输出信号SPLL的频率倍增,并且发射机放大器将会放大信号。这些操作的结果是传输信号ST,该传输信号ST具有四倍于来自PLL电路20的输出频率fPLL的传输频率fT。
[0062] 然后通过天线3朝向产品6传播传输信号ST。传输信号ST撞击产品的表面7,在那里它被反射为表面回声信号SR。表面回声信号朝向雷达水准仪系统返回,并且被天线3接收。
[0063] 如图3中示意性地图示的那样,表面回声信号SR和传输信号ST两者都被提供给混合器,该混合器输出中频信号SIF,该中频信号SIF具有与传输信号ST和表面回声信号SR之间的频率差相对应的频率。
[0064] 中频信号SIF被传递到测量电路25,该测量电路25对中频信号SIF实施模拟信号处理,然后将模拟中频信号SIF转换成数字信号,该数字信号被提供给MCU11。MCU11最终基于数字化的中频信号来确定产品6的填充水平。
[0065] 如上面简短地提到的那样,开关27由发射机控制电路23控制,该发射机控制电路23可以被实施为与门,该与门基于对来自PLL电路20的第二输出端31的锁状态信号LOCK和来自MCU11的PLL启用信号PLL_EN的“与”操作来提供PLL状态信号STATUS。在图3的实施例中,只有当PLL电路20被MCU11启用并且处于其锁定状态时,电力才会被供应给频率倍增器21a-b和发射机放大器22。
[0066] 天线3可以包括如图3所示的分开的天线,也可以包括单个天线。在后者的情况下,收发器10可以另外包括用于分开传输的信号和接收的信号的电路。
[0067] 现在参考图4中的流程图以及图2、3、5、6和7来更加详细地描述雷达水准仪系统1的操作。
[0068] 响应于接收到例如可以来自图2中的WCU12的测量请求,通过向PLL电路20提供电力、PLL启用信号PLL_EN和指示期望PLL输出频率fPLL的信号,MCU11在第一步骤100中启动PLL电路20。
[0069] 在随后的步骤101中,确定PLL电路20是否已锁定在期望的输出频率fPLL上。换言之,确定PLL电路20是否处于其锁定状态,或者PLL电路20是否处于其非锁定状态。
[0070] PLL电路通常包括用于确定PLL电路的锁状态的电路。这样的PLL电路(如图3中示意性地示出的那样)可以具有专用输出端,用于提供指示PLL电路20是处于其锁定状态还是处于其非锁定状态的锁状态信号LOCK。
[0071] 如果在步骤101中确定PLL仍然处于其非锁定状态,则不将电力提供给频率倍增器21a-b和发射机放大器23(步骤102),并且方法返回到步骤101,并且继续检查PLL电路20是处于其锁定状态还是处于其非锁定状态。
[0072] 如果在步骤101中确定PLL电路20处于其锁定状态,则方法前进到步骤103,并且向频率倍增器21a-b和发射机放大器23提供电力。
[0073] 当PLL电路20已被成功地启动并且电力已被提供给频率倍增器21a-b和发射机放大器23时,MCU11在步骤104中控制PLL电路20,以提供具有时变输出频率fPLL的PLL输出信号SPLL。在通过频率倍增器21a-b进行的频率倍增和通过发射机放大器23进行的放大之后,这例如可以导致图5中示出的频率扫描的传输信号ST。图5示意性地图示了步进频率扫描的一部分,其中PLL电路在步长时间tstep期间接收指示一定期望频率的控制信号,在这之后控制信号被改变,以将传输信号改变步长频率fstep。步长时间tstep例如可以是8μs,并且步长频率fstep例如可以是4MHz。
[0074] 应当注意的是,图5中示意性地图示的传输信号ST是理想化的信号,并且真实信号典型地不会完美地跟随频率控制信号,而是在传输信号ST的频率fT稳定之前一般会存在某个过渡时间。
[0075] 在步骤105中,通过天线3朝向产品6的表面7传播频率扫描的传输信号ST(如图5中示出的传输信号ST)。
[0076] 在步骤106中,接收由传输信号ST在产品6的表面7处的反射引起的表面回声信号SR,并且最终在步骤107中,基于传输信号ST和表面回声信号SR之间的相差来确定填充水平。
[0077] 当朝向产品6的表面7传输图5中示出的传输信号ST时,表面回声信号SR将会具有时变频率,该时变频率具有与传输信号ST相同的步长时间tstep和步长频率fstep,但是具有与表面回声信号SR的飞行时间相对应的时滞。
[0078] 将传输信号ST和表面回声信号SR混合然后会导致中频信号SIF,就像图6中示意性地图示的那样。
[0079] 在用图6中的“x”指示的采样时间处对中频信号SIF进行采样之后,MCU可以基于中频信号SIF来确定飞行时间(并且这样一来就确定了到产品6的表面7的距离)。
[0080] 最后,参考图7中的示图来描述用于控制朝向频率倍增器21a-b和发射机放大器23的电力的控制序列的例子。
[0081] 同样参考图3,图7中的示图从下到上包括朝向PLL电路20的电力供应PWR、从MCU11到PLL电路20的PLL启用信号PLL_EN、从PLL电路20到发射机控制电路23的锁状态信号LOCK以及从发射机控制电路23到开关27的PLL状态信号STATUS。
[0082] 在时间t0,朝向PLL电路20的电力接通。在时间t1,朝向PLL电路20的供应电压高到足以使PLL电路20操作。在这个具体的例子中,取决于PLL电路20如何配置,用于锁状态信号LOCK的输出端31也用于一个或几个其它信号。在图7所示的例子中,输出端31处的缺省信号不是锁状态信号LOCK,而是示出为“高”的另一个信号。
[0083] 在时间t2,PLL电路20已被启动并且配置成使得输出端31用于锁状态信号LOCK。由于PLL没有处于锁定状态,所以锁状态信号为“低”。
[0084] 随后,在时间t3,MCU11通过将PLL启用信号PLL_EN从“低”改变为“高”来启用PLL电路20,并且将与频率扫描中的第一个频率相对应的频率控制信号提供给PLL电路20。
[0085] 在时间t4,PLL电路20锁定在第一个频率处,并且锁状态信号LOCK从“低”变成“高”。由于PLL启用信号PLL_EN和锁状态信号LOCK两者都为“高”,所以PLL状态信号STATUS也会在时间t4变成“高”,如图7中指示的那样。
[0086] 当PLL状态信号STATUS变成“高”时,电力会被供应给频率倍增器21a-b和发射机放大器23(参见图3),并且PLL输出信号SPLL会被频率倍增并放大以形成传输信号ST。
[0087] 在频率扫描的末尾,雷达水准仪系统1可能进入不活动状态或者(至少部分地)关闭以便节省能量。如图7中示意性地图示的那样,通过在时间t5将PLL启用信号PLL_EN从“高”切换到“低”,并且断开朝向PLL电路20的电力,MCU11可以启动这一点。由于断开电力时的过渡特性,PLL电路20可能保持其锁定状态直到时间t6为止。
[0088] 由于PLL启用信号PLL_EN从“高”向“低”的迁移导致PLL状态信号STATUS也在时间t5变成“低”,所以在时间t5之后没有信号被雷达水准仪系统1辐射。这防止了当断开朝向PLL电路20的电力时不想要的辐射。
[0089] 本领域技术人员认识到,本实用新型决不限于上面描述的优选实施例。相反地,在所附权利要求的范围之内,许多修改和变更都是可能的。
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