专利名称：一种无线远传调频雷达数字物位计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物位测量装置，尤其是一种无线远传调频雷达数字物位计。
背景技术：
调频雷达物位计属于工业过程自动化仪表，该物位计由于测量精度高，维护量少，安装方便，适用面广(可用于块状、颗粒状、粉状固态、料位测量及各种液体的料位测量)，测量不受温度、压力、泡沫、蒸汽、介质特性影响等众多优点，在石油、化工、水利、冶金、电力、建材等行业应用越来越来广泛。调频雷达物位计理论极限距离分辨率取决于系统信号带宽和相位分辨率，其中C代表光速，代表相位分辨率，B代表调频带宽。B为I. 5GHz，为1°时，约为0. 2mm，即测量精度可达0. 2mm。这是建立在系统完全线性、理想的情况下，实际的应用中会有各种因素引起距离分辨率降低，其中最主要的因素的是调频非线性。线性调频雷达波信号源的有两种方法可以实现，模拟技术和数字技术。模拟技术主要利用扫频电压对压控振荡器进行调制，由于VCO在本质上的非线性，当采用线性的电压进行频率调制时，VCO输出的频率信号实际上是非线性的。为了消除非线性，必须进行线性补偿，常用的校正方式是闭环校正，通过实时测量高频微波信号的频率或相位，采用迭代计算的方法进行校正，虽然校正精度高，但是由于需要测量高频微波信号的频率和相位，硬件成本高，系统复杂。数字技术是指利用直接数字频率合成技术直接或间接合成线性调频信号，该技术具有数字控制、频率捷变、相位连续等优点，缺点是杂散大、相位噪声大、频段比较低，一般在300MHz左右，也有IGHz的直接数字频率合成器，但价格昂贵，而且利用直接数字频率合成技术所产生的频率带宽有限，目前最大为500MHz，无法满足大带宽的要求。同时，由于物位计通常在比较恶劣的工矿下应用，例如无人值守的野外、几十米高的灌顶、环境嘈杂的厂矿，布线成本高，维护的难度大、成本高，人工工作量大、危险性高。迫切需要一种能够降低施工难度、缩减安装维护成本、提高安全性的技术手段。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种支持数据远传和带外维护的高精度的调频雷达数字物位计。为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种无线远传调频雷达数字物位计，包括一线性调频信号产生模块，所述线性调频信号产生模块生成的信号经一功分器生成两路信号，一路信号经环形器耦合有天线，另一路信号同所述环形器的输出信号一起输送给下变频器，经下变频器混频后的中频信号通过一滤波器连接有前置放大器，所述前置放大器的输出信号经模数转换输入给数字处理及逻辑控制单元，所述数字处理及逻辑控制单元通过异步串行通信接口连接有GPRS远传数据模块。进一步作为优选的实施方式，所述线性调频信号产生模块为基于学习的VCO频率非线性校正方法的线性调频信号产生模块。进一步作为优选的实施方式，所述线性调频信号产生模块生成的调频连续波信号的中心频率为24GHz，带宽为I. 5GHz。进一步作为优选的实施方式，所述前置放大器为数字程控增益放大器，其增益由所述数字处理及逻辑控制单元进行控制，增益范围为-12dB 30dB。进一步作为优选的实施方式，所述GPRS远传数据模块包括依次连接的GPRS控制器和SM卡电路。本实用新型的有益效果是本实用新型通过线性调频信号产生模块解决了现有信号源存在的调频线性度低、工作频段低、调频带宽小、相位噪声大和调频速率低的问题，而且通过GPRS远传数据模块可将物位信息发送给远程控制中心，并接收来自远程控制中心 的控制和配置信息以实现数据远传和带外维护。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明图I是本实用新型无线远传调频雷达数字物位计的原理方框图；图2是本实用新型无线远传调频雷达数字物位计实施例的原理方框图；图3是本实用新型线性调频信号产生模块实施例的原理方框图；图4是是本实用新型GPRS远传数据模块实施例的原理方框图。
具体实施方式
参照
图1，一种无线远传调频雷达数字物位计，包括一线性调频信号产生模块，所述线性调频信号产生模块生成的信号经一功分器生成两路信号，一路信号经环形器耦合有天线，另一路信号同所述环形器的输出信号一起输送给下变频器，经下变频器混频后的中频信号通过一滤波器连接有前置放大器，所述前置放大器的输出信号经模数转换输入给数字处理及逻辑控制单元，所述数字处理及逻辑控制单元通过异步串行通信接口连接有GPRS远传数据模块。本实用新型无线远传调频雷达数字物位计是一种基于调频连续波(FMCW)体制的雷达系统，所述物位计安装在储罐的顶部，通过发射天线向储罐内的物位或者液面发射一定波形的雷达波。雷达波在传播过程中遇到物面或者液面会有反射现象发生，从物面或者液面反射回来的反射波经由天线又被雷达接收、处理、最终得到物位信息。GPRS收发模块将物位信息发送到远程控制中心，同时接收来自远程控制中心的控制和配置信息。所述线性调频信号产生模块为基于学习的VCO频率非线性校正方法的线性调频信号产生模块。参照图3，所述线性调频信号产生模块包括依次连接的振荡器、DDS(DirectDigital Synthesizer,直接数字式频率合成器)、数字锁相环、低通滤波器、缓冲放大器,生成的信号经模数转换反馈至数字处理及控制电路，所述数字处理及控制电路通过对VCO频率学习产生标准的线性调频信号，并经高速数模转换器、低通滤波器、缓冲放大器、模拟开关输出。所述线性调频信号产生模块生成的调频连续波信号的中心频率为24GHz，带宽为I. 5GHz。本实用新型采用基于学习的VCO频率非线性校正方法，不仅解决了现有信号源存在的调频线性度低、工作频段低、调频带宽小、相位噪声大和调频速率低的问题，而且有利于降低成本，便于生产和调试。进一步作为改进，参照图2，所述前置放大器为数字程控增益放大器，对混频后的差频信号进行放大处理，其增益由数字信号处理和逻辑控制单元进行控制，增益范围从-12dB到+30dB，扩大了信号的动态范围。无线远传调频雷达物位计利用回波信号的频率和相位信息测量目标的距离，相位测量精度直接影响到距离测量精度。物位计的数字处理及逻辑控制单元通过分析下变频后的模拟信号来获得物位信息，如果对采样信号进行直接截取(即用矩形窗采样)，由于矩形窗函数的频率响应的旁瓣电平较高，自身的频谱泄露较严重，给相位测量带来较大的非线性误差，无法满足测量精度要求。设计中必须采用旁瓣电平较低(低于70dB)的窗函数对采样信号进行加权处理，以便降低相位误差，提高距离分辨率。本项目拟采用四阶Blackman-Harris窗函数，该窗函数旁瓣电平为_74dB，用其对采样信号进行加权处理后，从第二个距离分辨率单元开始，相位误差小于0. 5°C，理想情况下，系统的距离测量精度可以达到1mm。参照图4，所述GPRS远传数据模块包括依次连接的GPRS控制器和SM卡电路，所述GPRS控制器通过异步串行通信接口(UART)与数字处理及逻辑控制单元通信，利用GPRS技术实现了物位计的数据传输和带外维护。以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可以作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
权利要求1.一种无线远传调频雷达数字物位计，其特征在于包括一线性调频信号产生模块，所述线性调频信号产生模块生成的信号经一功分器生成两路信号，一路信号经环形器耦合有天线，另一路信号同所述环形器的输出信号一起输送给下变频器，经下变频器混频后的中频信号通过一滤波器连接有前置放大器，所述前置放大器的输出信号经模数转换输入给数字处理及逻辑控制单元，所述数字处理及逻辑控制单元通过异步串行通信接口连接有GPRS远传数据模块。
2.根据权利要求I所述的无线远传调频雷达数字物位计，其特征在于所述线性调频信号产生模块为基于学习的VCO频率非线性校正方法的线性调频信号产生模块。
3.根据权利要求2所述的无线远传调频雷达数字物位计，其特征在于所述线性调频信号产生模块生成的调频连续波信号的中心频率为24GHz，带宽为I. 5GHz。
4.根据权利要求I或者2所述的无线远传调频雷达数字物位计，其特征在于所述前置放大器为数字程控增益放大器，其增益由所述数字处理及逻辑控制单元进行控制，增益 范围为-12dB 30dB。
5.根据权利要求I或者2所述的无线远传调频雷达数字物位计，其特征在于所述GPRS远传数据模块包括依次连接的GPRS控制器和SM卡电路。
专利摘要本实用新型公开了一种无线远传调频雷达数字物位计，包括一线性调频信号产生模块，所述线性调频信号产生模块生成的信号经一功分器生成两路信号，一路信号经环形器耦合有天线，另一路信号同所述环形器的输出信号一起输送给下变频器，经下变频器混频后的中频信号通过一滤波器连接有前置放大器，所述前置放大器的输出信号经模数转换输入给数字处理及逻辑控制单元，所述数字处理及逻辑控制单元通过UART连接有GPRS远传数据模块。通过线性调频信号产生模块解决了现有信号源存在的调频线性度低、工作频段低、调频带宽小、相位噪声大和调频速率低的问题，而且通过GPRS远传数据模块实现了物位计的数据远传和带外维护。
文档编号G01F23/284GK202382811SQ20112047619
公开日2012年8月15日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者史亚红, 唐志华, 张海鹰, 陈小忠, 陈良才, 韩星 申请人:广州易茂科技发展有限公司