自诊断型调频连续波雷达物位计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自诊断型调频连续波（FMCW)雷达物位计W及用于使用诊断扫描来提 供FMCW雷达物位计的自诊断的方法。
【背景技术】
[0002] 雷达物位计广泛用于测量容纳在罐中的物品的填充物位。雷达物位计量通常通过 非接触式测量或通过通常被称为导波雷达（GWR)的接触式测量来执行，其中，非接触式测 量将发射电磁信号朝向容纳在罐中的物品福射而接触式测量通过用作波导装置的探针将 发射电磁信号朝向物品引导并导入物品中。
[0003] 通常将雷达物位计分为脉冲式系统或FMCW系统。在FMCW中，将具有变化频率的 信号朝向表面发射，基于发射信号与同时接收的信号之间的频率（和/或相位）差来确定 距离。发射信号被罐中的内容物的表面（或被任何其它阻抗过渡）反射，延迟了特定时间 的回波信号被返回至物位计。回波信号与发射信号进行混频W生成混频信号，该混频信号 具有与在时间延迟期间发生的发射信号的频率改变相等的频率。针对线性扫描，还被称为 中频（I巧的该频率差与距反射表面的距离成比例。通常将混频信号称为IF信号。IF信号 还包括来自天线中的反射的频率分量和相似的近区回波。由于该些近区回波靠近于收发器 发生，所W它们很强，使得难W检测到表面回波。因此，雷达物位计具有在任何采样之前对 IF信号进行滤波的滤波器，从而抑制与所述表面不相关的频率分量W获得好的测量数据。
[0004] 在许多情况下，雷达物位计用于如下应用：雷达物位计的故障可能导致危险情形 因此雷达物位计必须极度可靠的应用。采用各种措施W确保雷达物位计的可靠性，从而降 低危险情形的风险。例如，通过执行自诊断功能，雷达物位计可W进行检验W确保其正常工 作。执行自诊断的一种方式为测量参考回波，该将检验雷达物位计的与生成、引导、滤波、放 大、发射和/或接收电磁信号相关的部件，该些部件还被称之为微波链。
[0005] US专利5 614 911描述了可W检测问题例如在天线上形成沉积物或其它麻烦例如 天线的损坏或损耗的FMCW雷达物位计。所述问题通过在雷达物位计进入实际操作之前首 先存储未受干扰的参考函数即罐频谱来检测。在实际操作期间，将测量的回波函数与存储 的未受干扰的回波函数进行比较，分析并评估任何差异W识别形成有沉积物或其它麻烦。 相似地，US专利申请2006/0015292为时域反射计（TDR)雷达物位计，其可W检测物料在天 线上的堆积或TDR雷达物位计的电子设备的故障。使用在预定时间间隔上的距表面的距离 的恒定测量来识别物料在天线上的堆积或TDR雷达物位计的电子设备的故障，例如天线与 电子设备之间的禪接中的短路。然而，由于每个天线的天线回波不同并且它们随着时间降 级和改变，所W天线回波不适合用于诊断功能。
【发明内容】
[0006] 关于雷达物位计的W上提及的期望特性，本发明的总体目的为使得能够通过提供 参考回波而不向雷达物位计添加部件或成本来检验FMCW雷达物位计。
[0007] 本发明基于如下认识：通过配置距离与FMCW雷达物位计的频率扫描中的频率之 间的关系，提供适应的频率扫描，从而不能辨别在从收发器到信号传播设备的信号传播路 径中的回波。因此，在传播路径中的回波将提供可检测的参考回波W使得雷达物位计能够 对微波链进行自诊断。
[0008] 根据本发明的第一方面，该些和其它目的通过一种用于测量距容纳在罐中的物品 的表面的距离的自诊断型FMCW雷达物位计来实现。雷达物位计包括；收发器，所述收发器 被设置成生成和发射具有频率扫描形式的电磁发射信号；W及信号传播设备和连接信号传 播设备与收发器的信号传播路径。信号传播路径和信号传播设备被配置成将电磁发射信号 朝向所述表面进行引导并且返回包括来自表面和信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回 波信号。雷达物位计还包括混频器，所述混频器连接至收发器并且被配置成将回波信号与 电磁发射信号的一部分进行混频W提供中频信号。滤波装置连接至混频器并被配置成对中 频信号进行滤波W提供经滤波的中频信号，处理电路连接至滤波装置并且被配置成处理经 滤波的中频信号。频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，其中，诊断扫描被配置成使得在 经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距阻抗过渡的距离。测量扫描被 配置成使得在经滤波的中频信号中参考回波受到抑制并且在经滤波的中频信号中可检测 表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离。处理电路被配置成基于参考回波对雷达 物位计进行自诊断W及基于表面回波确定距表面的距离。
[0009] 根据本发明的第二方面，所述目的还通过用于提供对用于测量距容纳在罐中的物 品的表面的距离的FMCW雷达物位计的自诊断的方法来实现。所述方法包括；生成具有频 率扫描形式的电磁发射信号；W及将电磁发射信号经由信号传播路径和信号传播设备朝向 所述表面进行引导。所述方法还包括；返回包括来自表面和信号传播路径中的阻抗过渡的 反射的回波信号；W及将回波信号与发射信号进行混频W提供中频信号。对中频信号进行 滤波W提供经滤波的中频信号。频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，其中，诊断扫描 被配置成使得在经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距阻抗过渡的距 离。测量扫描被配置成使得在经滤波的中频信号中参考回波受到抑制并且在经滤波的中频 信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离。所述方法还包括处理经滤 波的中频信号，W基于参考回波对雷达物位计进行自诊断W及基于表面回波确定距表面的 距离。
[0010] 诊断扫描被配置成使得经滤波的中频信号包括来自在从收发器到信号传播设备 的传播路径中的阻抗过渡的回波。
[0011] 信号传播路径应当被解释为信号传播设备与包括在收发器中的微波源之间的连 接。因此，沿该路径的阻抗过渡包括由至信号传播设备如天线的连接所创建的过渡。
[0012] 来自传播路径的回波比信号传播设备W下的回波更近，并且将会比来自例如物品 的表面的回波强得多。因此，在普通FMCW雷达物位计中，通过滤波装置对包括低频的该些 强回波进行滤除或抑制。否则，雷达物位计将不能检测从表面接收的回波，并因此不能确定 距表面的距离。本发明的至少一个附加优点为参考回波是从传播路径提供的并且不管使用 的信号传播设备和其它条件如何总是相同的。另一个附加优点是每个扫描中的福射功率被 充分用于当前目的，测量扫描将测量距表面的距离，而诊断扫描将使得实现诊断功能。因 此，本发明提供了检验FMCW雷达物位计而不添加部件或较多成本的可靠且简单的方式。
[0013] 应当将测量扫描理解为"普通"的FMCW扫描；在该FMCW扫描中通过滤波装置对来 自传播路径的回波进行抑制。
[0014] 为了对雷达物位计进行自诊断，处理电路还可W包括自诊断块，所述自诊断块被 配置成将参考回波与存储的参考回波配置文件（profile)进行比较。应当理解，通过配置诊 断扫描，将会检测到在预计位置即距离处和/或具有预计幅度的参考回波。因此，存储的参 考回波配置文件可W有利地包括关于用于诊断扫描的特定配置的参考回波的预计距离和/ 或预计幅度的信息。因此，如果参考回波未在预计距离处和/或W预计幅度出现，则处理电 路的自诊断块可W对雷达物位计进行自诊断并确定微波链是否W预计方式运行。
[0015] 为了使经滤波的中频信号能够包括来自传播路径的回波，可W对诊断扫描配W比 测量扫描短的扫描时间。在各个实施方式中，可W通过对诊断扫描配W比测量扫描大的扫 描带宽来使得实现相同的作用。该两种配置的组合也是可W的。因此，应当理解，增加频率 扫描中的每时间单位的频率使得能够检测到传播路径中的回波。针对一些实施方式，测量 扫描的扫描时间可W是诊断扫描的扫描时间的两倍。针对其它实施方式，测量扫描的扫描 时间可W是诊断扫描的扫描时间的四倍。相应地，在本发明的其它示例性实施方式中，可W 将诊断扫描设置成具有为测量扫描带宽的两倍或四倍的诊断扫描带宽。
[0016] 滤波装置可W被有利地配置成；在测量