自诊断型调频连续波雷达物位计的制作方法_3

文档序号:9255828阅读:来源:国知局
一些部分通常通过由嵌入式处理器执行的软件模块来 实施。本发明并不限于该特定实现,可W想到发现适合实现在本文中描述的功能的任何实 施。
[0037] 现在将结合在图4A至图4C中的W分贝为单位的幅度与频率的曲线图中描绘的测 量扫描和诊断扫描的经快速傅里叶变换(FFT)的中频信号来描述滤波装置26和图3中的 滤波特性。注意,在图4A至图4C中W虚线40来标记检测限,其标记了在哪个物位处回波 实际可检测。
[003引图4A中的曲线图表示在不具有有效的滤波装置26的情况下的罐频谱。将参考回 波41视作在检测限W上的第一回波,第二大得多的回波42为由至天线的连接所产生的回 波,在下文中称为天线回波42。最后,小得多的回波43为实际上的表面回波。因此,应当 理解,在不具有有效的滤波装置26的情况下,表面回波43将难W从参考回波41和天线回 波42中区分出来。特别应当注意,表面回波43相对更接近在检测限40W下。另外,为了 说明起见,图4A中的表面回波43表示在使得将该些回波分开的距离处的表面。在许多情 况下,表面回波43将具有表示较小的距离的较低频率,从而与天线回波42完全不可区分。
[0039] 图4B中的曲线图表示测量扫描,与图4A相比,滤波装置26通过第一高通滤波器 被配置成抑制作为参考回波41的不需要的近区回波。注意,通过滤波装置26将参考回波 41抑制在检测限W下。该表示在测量扫描期间将不可能检测到参考回波41。然而,天线回 波42通常足够强W至在检测限40W上检测到。每个天线的天线回波42不同并且可能根 据罐的氛围和/或天线上累积的物料而随时间降级和改变,因此,来自天线连接的天线回 波42不太适合用于诊断功能。滤波装置26通过第二高通滤波器还有利地补偿根据自由波 传播中的距离的功率损耗,该功率损耗也被称为自由空间路径损耗,其中,所述功率根据平 方反比定律衰减。再次,滤波装置26通过低通滤波器限制信号的带宽W降低将会被放大器 27放大的噪声的量。包括在滤波装置26中的低通滤波器的该带宽限制功能可W附加地用 作抗混叠滤波器并且对比处理电路11的采样频率的一半高的频率进行抑制。滤波装置的 抑制较高频率的要求通常会取决于采样器31。可W由处于比采样频率快一定数量级的内部 时钟W若干MHz来驱动E-A转换器,从而不需要进一步抑制高频。其它类型的采样器可 W要求用于抗混叠的内置低通滤波器W进一步抑制频率。在至少一个实施方式中,采样器 31为逐次逼近(SAR)ADC,从而可W过采样,因此不需要任何额外的对较高频率的抑制。
[0040] 通过从滤波装置26的抗混叠频率44开始的灰色显示区域来指示抗混叠特征。
[0041] 图4C中的曲线图表不:诊断扫描。注意,由于现在将较局频率包括在参考回波45 中,所W由于滤波装置26不再很大程度地抑制参考回波45,参考回波45将在检测限W上可 检巧1|。仍然存在天线回波46。由于现在参考回波45可检测,其还可W用于自诊断功能。然 而,注意,在诊断扫描期间,表面回波47将具有较高频率,并因此可能甚至在滤波装置的抗 混叠频率44、48W上。因此,可W通过滤波装置26的低通滤波部件滤除表面回波47。为了 理解与前面的附图的联系,图4C的表面回波47保持了原有尺寸。所发生的是与在测量扫 描中的参考回波41相似,表面回波47将被抑制在检测限40W下。因此,如果表面回波47 的频率比滤波装置26和采样器31的在指示频率48处的抗混叠频率高,则致使在诊断扫描 期间不可能测量距表面7的距离L。
[0042] 在测量扫描中的表面回波43的经滤波的中频可W与在诊断扫描中的参考回波45 的经滤波的中频相同。因此,在测量扫描的情况下,经滤波的中频信号将指示距表面的距 离,在诊断扫描中,经滤波的中频信号将指示距在微波源21与天线3之间出现的参考回波 45的距离。
[0043] 在图5A至图5C中,为示出描绘的频率与时间的曲线图,所述曲线图示出了由微波 源21生成并从天线3发送出的频率扫描。回波的频率根据W下等式与频率扫描相关:
[0044]
[0045] 其中,f为接收的中频信号的频率,C为当前介质中的光速,h为距回波的距离,T 为扫描时间,B为扫描带宽。因此,较长的距离h将提供具有较高频率的回波。由于光速和 距回波的距离是固定的,本发明关注配置带宽B和/或扫描时间TW执行使得参考回波45 能够在检测限W上可检测到的诊断扫描。
[004引在图5A中,使用带宽bwi和扫描时间ti示出测量扫描。已经与频率扫描进行混频 并且经滤波的接收信号将产生与图4B所示相似的FFT。
[0047] 在图5B中,使用带宽bwi和比ti长的扫描时间t2示出诊断扫描。已经与频率扫 描进行混频并且经滤波的接收信号将产生与图4C所示相似的FFT。
[004引在图5C中,使用比带宽bwi长的带宽bw2和扫描时间ti示出代表性诊断扫描。已 经与频率扫描进行混频并经滤波的接收信号将产生与图4C所示相似的FFT。
[0049] 图5B和图5C中的代表性频率扫描的组合当然是可W的。现在应当非常明显,通 过增加在W上等式中带宽与扫描时间之间的比值,参考回波将具有较高的频率,该使得与 普通的测量扫描相比参考回波可检测。
[0050] 现在参照图6,图6为示出了根据本发明的一个实施方式的用于提供对距物品表 面的距离的测量的方法的流程图。首先,将描述方法的总体步骤S1至S6,然后将详细阐述 步骤S11、S12、S61 和S62。
[0051] 首先在步骤S1中,定时电路23控制微波源21W输出具有步进频率扫描形式的信 号。在包括稳频反馈回路的微波源21中生成步进频率扫描。在各个实施方式中,稳频反馈 回路可W为锁相环(P化)。信号可W通常W合适的步进从较低频率步进到较高频率。在一 个可替代实施方式中,相反,信号可W从较高频率步进到较低频率。例如,频率扫描可W具 有若干GHz(例如0. 2GHz至6GHz)的量级的带宽W及具有25GHz或lOGHz的量级的平均频 率。扫描中步进的数目N可W在范围100至4000中,典型地在范围200至2000中,并且可 W针对30m的期望范围为约1000。从而每个频率步进(Af)的尺寸通常为MHz的量级。 针对电力受限的应化扫描的持续时间受限并且通常处于0ms至100ms的量级。例如,测量 扫描的持续时间可W为约5ms并且具有500个频率步进(N= 500),该导致每个步进的持续 时间等于10yS或约100曲Z的更新率。通过微波源21中的稳频反馈回路的采样频率来控 制步进的持续时间。因此,频率步进的持续时间通常是固定的,并且为了提供诊断扫描,对 步进的数目和/或扫描的开始和停止频率进行控制。因此,W相同带宽提供具有较短的扫 描时间的诊断扫描,意味着减少步进的数目但是每个频率步进(Af)的尺寸将增大。W相 似方式,W相同时间量提供具有较大带宽的诊断扫描,意味着执行相等数目的步进但是每 个频率步进(Af)的尺寸将增大。
[0052] 其次,在步骤S2中,来自微波源21的信号被沿从微波源21到天线3的传播路径 进行引导,并且作为天线3朝向表面7的电磁发射信号St发射到罐5中。
[0053] 然后,在步骤S3中,从表面7经反射传播回的返回信号Sc被天线3接收并沿波导 装置9发送至收发器10进而发送至功率分配器24。
[0054] 在步骤S4中,将返回信号Sc经由功率分配器24发送至混频器25并与信号进行 混频W提供中频信号。中频信号是分段常数振荡信号,其具有与距反射表面的距离成比例 的频率,分段常数长度为与信号步进长度相等的长度。典型的频率为kHz的量级,例如小于 100曲Z,并且典型地小于50曲Z。
[005引在步骤S5中,通过如下滤波装置26对来自混频器25的中频信号进行滤波:该滤 波装置26被设置成允许特定频率的中频信号通过W提供经滤波的中频。在图3中可W看 到滤波装置的示例性特性。放大器27然后对经滤波的中频信号进行放大。
[0056] 然后,在步骤S6中,通过处理电
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