脉冲式物位计系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脉冲式物位计系统以及用于控制该脉冲式物位计系统的方法。
【背景技术】
[0002]雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中所容纳的物品的填充物位。雷达物位计量通常借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，在非接触式测量中朝向罐中所容纳的物品辐射电磁信号，在接触式测量中通过用作波导装置的探头将电磁信号导向并导入物品中。通常将探头设置为从罐的顶部朝向罐的底部垂直延伸。也可以将探头设置于测量管(所谓的腔)中，该测量管连接至罐的外壁并与罐的内部流体连通。
[0003]所发射的电磁信号在物品的表面被反射，反射信号被包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收。可以基于发射信号和反射信号来确定距物品表面的距离。
[0004]更具体地，通常基于电磁信号的发射与其在罐中的空气和物品之间的界面中的反射的接收之间的时间来确定距物品表面的距离。为了确定物品的实际填充物位，基于以上提及的时间(所谓的行进时间(time-of-flight))和电磁信号的传播速度来确定从参考位置到表面的距离。
[0005]现在市场上的多数雷达物位计系统或者是基于发射脉冲与接收脉冲在罐中所容纳的物品表面处的反射之间的时间差来确定距物品表面的距离的、所谓的脉冲式雷达物位计系统，或者是基于发射的频率调制信号与其在表面处的反射之间的频率(和/或相位)差来确定距表面的距离的系统。后一种系统通常被称为FMCW(调频连续波)类型。
[0006]对于脉冲式雷达物位计系统，通常使用时间扩展技术来求解飞行时间(time-of-flight)。
[0007]这样的脉冲式雷达物位计系统可以具有第一振荡器和第二振荡器，其中，第一振荡器用于生成通过以发射脉冲重复频率ft朝向罐中所容纳的物品的表面发射脉冲而形成的发射信号，第二振荡器用于生成通过以与发射的脉冲重复频率相差已知的(至少近似已知的)脉冲重复频率差的参考脉冲重复频率的参考脉冲而形成的参考信号。该频率差Af通常在数赫兹(Hz)或者数十赫兹范围内。
[0008]在测量扫描开始时，使发射信号和参考信号同步以具有相同的相位。由于频率差Δ f，发射信号与参考信号之间的相位差在测量扫描期间将逐渐增加。
[0009]在测量扫描期间，例如可以将通过发射信号在罐中所容纳的物品的表面处的反射所形成的反射信号与参考信号相关联，使得仅当反射脉冲和参考脉冲同时发生时产生输出信号。在这样的示例性脉冲式物位计系统中，从测量扫描的开始到由于反射信号与参考信号的关联而产生输出信号的发生的时间是发射信号与反射信号之间相位差的量度，该时间继而是反射脉冲的飞行时间的时间扩展量度，可以根据所述时间来确定距罐中所容纳的物品的表面的距离。
[0010]由于发射信号的脉冲重复频率与参考信号的脉冲重复频率之间的脉冲重复频率差Λ?.的精度对脉冲式雷达物位计系统的性能很重要，所以可以通过频率调节器来控制第一和/或第二振荡器，所述频率调节器监视脉冲重复频率差Δ f并控制第一和第二振荡器中至少之一以使脉冲重复频率差的实际值与期望值之间的差最小化。
[0011]为了提供稳定的调节，调节器可能需要与长达20?30秒的持续时间对应的大约数百个频率差Af的样本。
[0012]因此，在可以开始实际的填充物位测量之前，当前可用的脉冲式雷达物位计系统可能需要被供电达相当长的时间段。
[0013]US 7412337公开了一种方法，该方法旨在降低控制第一和/或第二振荡器用以实现期望的频率差Af所需的时间。在根据US 7412337的方法中，确定至少两个控制变量差分频率数据点的梯度，并且基于梯度和差频来确定控制的工作点并调整控制算法。然而，根据US 7412337的方法似乎相对复杂和麻烦，并且在关于降低控制所需的时间方面存在进一步改进的空间。
【发明内容】
[0014]鉴于以上内容，本发明的总体目的是提供一种改进的脉冲式雷达物位计系统和方法，特别是使得填充物位确定能够更节能的脉冲式雷达物位计系统和方法。
[0015]根据本发明的第一方面，因此提供了一种使用物位计系统确定罐中的物品的填充物位的方法，该物位计系统包括:发射信号生成电路，用于生成脉冲式电磁发射信号；传播装置，其连接至所述发射信号生成电路，并且所述传播装置被设置成朝向物品的表面传播发射信号以及返回由于所述发射信号在表面处的反射而产生的电磁反射信号；以及参考信号生成电路，用于生成脉冲式电磁参考信号，所述方法包括以下步骤:使用第一频率控制设置来控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个，其中，所述第一频率控制设置被选择用以实现所述发射信号的脉冲重复频率与所述参考信号的脉冲重复频率之间的期望的脉冲重复频率差；朝向表面发射第一发射信号；接收由于所述第一发射信号在表面处的反射而产生的第一反射信号；生成第一参考信号；基于所述第一反射信号和所述第一参考信号确定第一填充物位测量值水平；确定所述第一发射信号的脉冲重复频率与所述第一参考信号的脉冲重复频率之间的实际的脉冲重复频率差；基于所述第一频率控制设置以及所述期望的脉冲重复频率差与所述实际的脉冲重复频率差之间的差确定第二频率控制设置；存储所述第二频率控制设置；获取表示连续的填充物位确定之间的时间的信号；如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间短于预定的时间，则执行以下步骤:取回所述第二频率控制设置；使用所述第二频率控制设置控制所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个；朝向表面发射第二发射信号；接收由于所述第二发射信号在表面处的反射而产生的第二反射信号；生成第二参考信号；基于所述第二反射信号和所述第二参考信号确定第二填充物位测量值；如果所获取的信号表示连续的填充物位确定之间的时间长于所述预定的时间，则执行以下步骤:以实现所述期望的脉冲重复频率差为目标来调节所述发射信号生成电路和所述参考信号生成电路中的至少一个的脉冲重复频率；朝向表面发射第三发射信号；接收由于所述第三发射信号在表面处的反射而产生的第三反射信号；生成第三参考信号；以及基于所述第三反射信号和所述第三参考信号确定第三填充物位测量值。
[0016]以上提及的脉冲式电磁发射信号和参考信号可以是所谓的DC脉冲，或者可以以作为通过具有脉冲重复频率的DC脉冲幅度调制后的载波信号的形式来提供这些脉冲式信号。
[0017]所获取的表示连续的填充物位确定之间的时间的信号可以是根据其可以至少近似地推导出自最近的填充物位确定起的时间的任何信号。例如，所获取的信号可以表示更新率、或者自先前的填充物位确定中所包括的任意事件(例如先前的发射信号的传输、先前的填充物位测量值的输出或者脉冲式物位计系统(的部分)的掉电)起实际经过的时间。
[0018]例如，可以通过从远程主机接收信号、读取存储器中的配置设置或者轮询定时器等来获取所述信号。
[0019]应当理解，以实现期望的脉冲重复频率差为目标来“调节”发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个的脉冲重复频率不止包括使用频率控制设置来简单地控制发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个。调节步骤包括在反馈配置中对发射信号生成电路和参考信号生成电路中的至少一个的迭代控制，使得所应用的频率控制设置逐渐靠近如下频率控制设置，该频率控制设置导致足够接近期望的脉冲重复频率差的脉冲重复频率差。
[0020]是否/何时认为频率差足够接近期望的频率差将依赖于系统设计，特别是带通滤波器的设计等。如果系统设计者认为可以在期望频率差周围的特定范围内实现给定应用的可接受测量性能，则该范围内的频率差值足够接近期望的频率差。
[0021]本发明基于以下认识:即使填充物位计已经处于休眠状态或者掉电，在执行填充物位测量之前不总是需要调节脉冲重复频率差。如果可以确定先前使用的频率控制设置将基本上导致期望的脉冲重复频率差，则无需进行脉冲重复频率差的另外的测量，而可以使用所存储的、根据先前的填充物位测量的频率控制设置来直接地控制发射信号生成电路和/或参考信号生成电路，甚至不测量所产生的脉冲重复频率差。本发明人还认识到:如果自最近的填充物位确定起的时间非常短，则可以直接使用与在最近的填充物位确定中相同或者类似的频率控制设置而不需要调节脉冲重复频率差。本质上已知，环境条件(例如发射信号生成电路和/或参考信号生成电路的温度)的变化可能对由于应用给定的频率控制设置而产生的频率产生影响。如果经过了短的时间，则与经过了长的时间的情况相比可能环境条件只发生了较小变化。短的时间可以是分钟量级，长的时间可以是小时量级。也可以另外使用其它获取信号来确定是否应当使用所存储的频率控制设置，或者确定是否应该执行新的调节。这样的其它获取信号可以是表示温度或者温度变化的信号。新的调节可以有利地从所存储的频率控制设置开始，因为这可以降低成功调节所需的时间。
[0022]至少针对一些应用和/或有时，这可以导致脉冲式物位计系统