專利名稱:使用步進(jìn)頻率脈沖的雷達(dá)液位檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種通過(guò)發(fā)射到液面的雷達(dá)信號(hào)和從液面反射的雷達(dá)信號(hào)準(zhǔn)確確定液體的液位L的基于相位的方法。
本發(fā)明還涉及一種通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法準(zhǔn)確確定液體的液位的設(shè)備,所述設(shè)備至少包括雷達(dá)天線,所述雷達(dá)天線設(shè)置在液體上方,用于向液體發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并接收從液面反射的雷達(dá)信號(hào);以及根據(jù)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)確定液位的裝置。
背景技術(shù):
雷達(dá)(無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距)廣泛地用于非接觸式距離測(cè)量。一種非常熟知的原理是時(shí)差法。根據(jù)該方法,雷達(dá)天線發(fā)射撞擊物體(例如液面)的雷達(dá)信號(hào)。物體朝雷達(dá)天線的方向往回反射發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)/雷達(dá)波,雷達(dá)天線接收反射的雷達(dá)信號(hào)/雷達(dá)波。
雖然能夠使用分開(kāi)的雷達(dá)天線以用于發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)和反射的雷達(dá)信號(hào),但一般慣例是使用同一雷達(dá)天線以用于發(fā)射和接收。雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)和接收的雷達(dá)信號(hào)之間的時(shí)間差Δt。如果發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)的速度是已知的,那么使用合適的測(cè)量手段就能以簡(jiǎn)單的方式確定距液體表面的距離。
一種如序言所述的采用上述測(cè)量原理的設(shè)備經(jīng)常用于通過(guò)雷達(dá)信號(hào)準(zhǔn)確地確定過(guò)程工業(yè)或煉油廠中的儲(chǔ)罐中的液體(例如水或油)的液位。所使用的雷達(dá)信號(hào)一般是脈沖雷達(dá)信號(hào)。
目前已知的方法特別是基于發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)和反射的雷達(dá)信號(hào)之間的相位差。不幸的是,目前使用的雷達(dá)接收機(jī)不能直接測(cè)量實(shí)際相位差。由于關(guān)于測(cè)得的相位差的不可靠性和不確定性,不可能確定明確且可靠的液體的實(shí)際液位值。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方法的目的是消除上述缺點(diǎn)并提出更準(zhǔn)確的測(cè)量原理,在所述測(cè)量原理中考慮了目前使用的測(cè)量方法中的上述不準(zhǔn)確性。為了達(dá)到該目的,根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟 i)按時(shí)序向液面發(fā)射具有頻率f1、f2、...和相位
的雷達(dá)信號(hào); ii)按時(shí)序接收從液面反射的具有頻率f1、f2、...和相位
的雷達(dá)信號(hào); iii)確定發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的相位差
iv)部分地根據(jù)所確定的相位差推導(dǎo)液位L。
更具體地,根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于步驟iv)包括以下步驟 v)確定相繼發(fā)射的具有頻率f1、f2、...的雷達(dá)信號(hào)之間的頻率差Δf1-2、...; vi)確定相繼確定的相位差
...之間的相移ΔΨ1-2、...。
根據(jù)本發(fā)明,然后根據(jù)在步驟v和vi中確定的頻率差Δf1-2和相移ΔΨ1-2在步驟vii中推導(dǎo)較不準(zhǔn)確的液位值L’。
通過(guò)在根據(jù)本發(fā)明的步驟viii中根據(jù)步驟vii中確定的較不準(zhǔn)確的液位值L’推導(dǎo)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的數(shù)值k,隨后可以確定實(shí)際相位差,根據(jù)所述實(shí)際相位差,根據(jù)步驟viii中確定的數(shù)值k和步驟iii中確定的相位差以高準(zhǔn)確度確定液體的液位L。
這提供了比用通常的測(cè)量方法可能獲得的對(duì)實(shí)際液位的更準(zhǔn)確的描述?;谙辔坏男盘?hào)處理方法能夠以小于1mm的誤差容限實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。本發(fā)明利用了不同頻率的雷達(dá)信號(hào)的相位差。
依照根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法,液位L由下式確定
其中 v 通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)信號(hào)的速度; f1 雷達(dá)信號(hào)的頻率;
具有頻率f1的發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的實(shí)際相位差。
根據(jù)所述方法,首先實(shí)施不準(zhǔn)確的液位測(cè)量,其中,不準(zhǔn)確的液位L’由下式確定 L’=Ψ12V/(4πΔf12),其中 v通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)信號(hào)的速度; Δf12 雷達(dá)信號(hào)f1和f2之間的頻率差; ΔΨ12 相位差
和
之間的相移。
具有頻率f1的發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)和反射的雷達(dá)信號(hào)之間的實(shí)際相位差由下式確定
其中
測(cè)量的具有頻率f1的發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間 的相位差; k 數(shù)值。
通過(guò)依照本發(fā)明的測(cè)量方法根據(jù)k=|2fL′/v|可以確定數(shù)值k,在確定數(shù)值k后,可以確定具有頻率f1的發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)和反射的雷達(dá)信號(hào)之間的實(shí)際相位差,根據(jù)所述實(shí)際相位差可以獲得實(shí)際的液位測(cè)量值L。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特征在于,雷達(dá)天線被設(shè)置成用于按時(shí)序向液面發(fā)射具有頻率f1、f2、...和相位
...的雷達(dá)信號(hào);以及用于按時(shí)序接收從液面反射的具有頻率f1、f2、...和相位
的雷達(dá)信號(hào);其中,所述裝置被設(shè)置成用于確定發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的相位差
并且部分地根據(jù)所確定的相位差推導(dǎo)液位L。
更具體地,所述裝置被設(shè)置用于確定相繼發(fā)射的具有頻率f1、f2、...的雷達(dá)信號(hào)之間的頻率差Δf1-2、...,以及確定相繼確定的相位差
...之間的相移ΔΨ1-2、...,其中,所述裝置還設(shè)置用于根據(jù)所確定的頻率差Δf1-2和相移ΔΨ1-2推導(dǎo)較不準(zhǔn)確的液位值L’,且還用于根據(jù)較不準(zhǔn)確的液位值L’推導(dǎo)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的數(shù)值k。
類似于上文所述的測(cè)量方法,根據(jù)本發(fā)明,所述裝置被設(shè)置用于根據(jù)所確定的數(shù)值k和所確定的相位差來(lái)確定液位L。
具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地解釋根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備。
如上文已經(jīng)提出的,本發(fā)明涉及一種用于以可靠且非常準(zhǔn)確的方式確定液體的液位的基于相位的方法。所述方法使用雷達(dá)信號(hào)以確定存儲(chǔ)在例如儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品的液位,其中,罐中存在的各種障礙物或部件不會(huì)干擾該測(cè)量方法。
一種熟知的液位測(cè)量的原理是使用脈沖雷達(dá)信號(hào)。
圖1示意地示出根據(jù)該已知的測(cè)量原理確定罐中的液體的液位的設(shè)備。設(shè)備10設(shè)置在罐1的上部,所述罐1由壁1a、頂部1b和底部1c構(gòu)成。罐1的高度由字母H表示。
罐1中存有一定量的液體2,液位3的高度由字母L表示。
設(shè)備10具有至少一個(gè)雷達(dá)天線12,其設(shè)有用于朝液面3的方向發(fā)射雷達(dá)信號(hào)4a的發(fā)射面11。雷達(dá)信號(hào)4a從液面3部分地反射,反射的雷達(dá)信號(hào)4b繼而被雷達(dá)天線12截獲。當(dāng)然,也能夠使用向液面發(fā)射雷達(dá)信號(hào)的分立天線和截獲反射的雷達(dá)信號(hào)的分立接收機(jī)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備10也設(shè)有用于根據(jù)發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)4a和反射的雷達(dá)信號(hào)4b確定液位3(L)的裝置,其中,該測(cè)量系統(tǒng)是基于確定發(fā)射信號(hào)脈沖和接收信號(hào)脈沖之間的時(shí)間差Δt。因?yàn)槔走_(dá)信號(hào)的速度是已知的,所以距測(cè)量物體的距離(或者在本情況下是距液面的距離)可由下式確定 L=H-h=1/2.v.Δt (1) 其中 H =罐的高度(m) L =雷達(dá)天線和液面之間的距離(m) h =液面的高度(m) v =通過(guò)該介質(zhì)的雷達(dá)波的傳播速度(m/sec) Δt=發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的時(shí)間差(sec) 基于脈沖雷達(dá)信號(hào)的液位測(cè)量的缺點(diǎn)在于發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和接收雷達(dá)信號(hào)之間的時(shí)間測(cè)量必須非常高。不準(zhǔn)確的時(shí)間測(cè)量會(huì)不可避免地導(dǎo)致不準(zhǔn)確的液位測(cè)量。除其它因素外,基于脈沖雷達(dá)信號(hào)的測(cè)量還取決于雷達(dá)信號(hào)的脈沖形狀,并且還可能取決于脈沖振幅。除此之外,雷達(dá)信號(hào)從液面之外的物體的反射也會(huì)干擾這種方法。
一種更廣泛的方法通常使用頻率調(diào)制(頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)),其中,雷達(dá)信號(hào)的頻率隨時(shí)間改變。所述信號(hào)可例如為三角形形狀,如圖3所示。由于在天線和目標(biāo)表面之間所要經(jīng)過(guò)的距離引起的時(shí)間延遲,因此在發(fā)射雷達(dá)信號(hào)4a和反射雷達(dá)信號(hào)4b之間存在頻率差fbeat??赏ㄟ^(guò)傅里葉變換計(jì)算所述頻率差fbeat(見(jiàn)圖4)。從而可針對(duì)三角形信號(hào)確定距離L 其中 fm =調(diào)制頻率(Hz) ΔF =“掃描(sweep)”頻帶(Hz) fbeat =發(fā)射雷達(dá)信號(hào)與接收雷達(dá)信號(hào)之間的“拍(beat)”頻(Hz) v=通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)波的傳播速度(m/sec) FMCW技術(shù)沒(méi)有脈沖雷達(dá)測(cè)量的缺點(diǎn)。更準(zhǔn)確的頻數(shù)已經(jīng)代替了時(shí)間延遲測(cè)量。能夠在數(shù)字信號(hào)處理中使用快速傅里葉變換(FFT)以獲得功率譜密度(PSD),其中,在拍頻信號(hào)的頻帶內(nèi)看到的功率分布顯示為單個(gè)峰值。如果發(fā)生了由物體(障礙物)出現(xiàn)在信號(hào)路線而引起的反射,那么所述反射在PSD曲線圖中將表現(xiàn)為多峰值,也如圖4所示。普通的軟件算法可用于確定正確選定的峰值的中頻fbeat,其對(duì)應(yīng)于從液面的反射。
然而,F(xiàn)MCW雷達(dá)的上述測(cè)量方法具有許多顯著的缺點(diǎn)。首先,對(duì)頻率“掃描”的斜率的穩(wěn)定性提出很高要求,其必須高度恒定。其次,難以維持“掃描”形狀的高線性,因此頻帶的中頻是不容易辨認(rèn)的。再次,利用對(duì)拍頻的精確中心進(jìn)行傅里葉變換而進(jìn)行的計(jì)算非常易受由障礙物造成的反射(在圖1中在4’處表示)的干擾,因此這可導(dǎo)致幾個(gè)毫米范圍內(nèi)的誤差,所述障礙物例如為罐混合器(在圖1中以5表示并設(shè)有攪動(dòng)元件5a)、罐底(1c)、罐壁(1a)、梯子、熱交換器、所述驅(qū)動(dòng)器。
為此,已經(jīng)發(fā)展形成了稱作步進(jìn)頻率-連續(xù)波(SF-CW)的測(cè)量技術(shù)。SF-CW雷達(dá)法以離散頻率發(fā)射和接收一系列正弦信號(hào),這些離散頻率填充了測(cè)量和控制中所需的頻帶(圖5)。使用SF-CW雷達(dá)裝置,通過(guò)確定相位-距離關(guān)系來(lái)確立目標(biāo)距離,或者
其中
=參考信號(hào)和反射信號(hào)之間的相位差 L=雷達(dá)天線和待測(cè)物體之間的距離(m) f=“離散”頻率之一(Hz) v=通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)波的傳播速度(m/sec) 由于相位特征中的相位不確定度2π和不確定的干擾,不能通過(guò)雷達(dá)儀器直接測(cè)量這個(gè)實(shí)際相位差
測(cè)量相位差表示為
通常,相位信號(hào)表示為正弦信號(hào),例如表示為
或
由于
k為整數(shù),因此丟失準(zhǔn)確信息。因?yàn)榫_值k是未知的,所以測(cè)量也將是不準(zhǔn)確的。系數(shù)k稱作“包裹(wrapping)”系數(shù),并且該系數(shù)k導(dǎo)致相位不確定度,即“包裹”相位
也參見(jiàn)圖6。在離散信號(hào)的情況下,該相位表示為
在(4)式中,k是整數(shù),使得
通過(guò)將距離L表示為數(shù)值k的函數(shù)來(lái)最佳地說(shuō)明由數(shù)值k引起的不準(zhǔn)確性
例如,基于雷達(dá)的液位測(cè)量設(shè)備主要在8-12.5GHz(X波段)的頻帶寬度內(nèi)操作。10GHz的頻率對(duì)應(yīng)于在真空中等于30mm的波長(zhǎng)λ。如果數(shù)值k變化1,那么這就對(duì)應(yīng)于15mm的距離變化。因此,數(shù)值k對(duì)液位距離L的準(zhǔn)確測(cè)量具有較大的重要性。
在數(shù)字化的數(shù)據(jù)中,可以在頻帶寬度的中心頻率或中頻處計(jì)算相位不確定度。用于從
信號(hào)確定距離L的常用方法(稱作PSD法,如上所述)是要在如圖7所示的頻率測(cè)量期間確定正弦波的周期數(shù)。這與PSD法中的傅里葉變換相同。因此,可以推導(dǎo)出適用于所述距離的下式 其中,m是信號(hào)的周期數(shù)。通過(guò)使用基于振幅(PSD)的起始距離LPSD,可根據(jù)下式確定數(shù)值k的不確定度系數(shù) 系數(shù)int[...]代表舍入(rounding-off)系數(shù),其使k舍入為最接近的整數(shù)。通過(guò)如此獲得的不確定度系數(shù)(“包裹系數(shù)”)k,可類似于(5)式得到標(biāo)準(zhǔn)的基于相位的距離LCONV
然而,如果基于PSD的距離LPSD的誤差大于四分之一波長(zhǎng)(即,在10GHz時(shí)為7.5mm),那么這將導(dǎo)致不正確的不確定度系數(shù)kPSD,也相應(yīng)地導(dǎo)致具有若干倍于二分之一波長(zhǎng)大小的誤差的不正確的相位距離LCONV。這意味著標(biāo)準(zhǔn)的基于相位的液位的準(zhǔn)確度高度取決于基于PSD的液位。通常已知基于PSD的方法易受到各種干擾。如果干擾物體存在于雷達(dá)波束的路徑中,在基于PSD的液位測(cè)量中可能出現(xiàn)十分之幾毫米大小的誤差。該干擾物體或障礙物可以例如是存儲(chǔ)容器1的壁1a、底部1c等,以及混合器(5-5a)、加熱線圈或梯子。參見(jiàn)圖1。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在PSD譜中的峰值附近的百分之幾的誤差已經(jīng)足夠產(chǎn)生不正確的不確定度系數(shù)kPSD。除此之外,如果儲(chǔ)罐中的介質(zhì)的液位上升到靠近天線的高度,那么來(lái)自天線區(qū)域附近的干擾也可導(dǎo)致顯著的誤差。通常,常用的PSD方法是非常易受影響的,這導(dǎo)致了不穩(wěn)定且不準(zhǔn)確的計(jì)算方法。因此,在該標(biāo)準(zhǔn)的“基于相位”的方法中,誤差包括二分之一波長(zhǎng)的“液位跳躍”(level leap),其在X帶寬中為15mm。這種液位跳躍在一些應(yīng)用中是很不理想的。
此外,一些已知的基于相位的FMCW和/或SFCW測(cè)量方法使用相對(duì)相位測(cè)量以便校正兩個(gè)連續(xù)測(cè)量之間的距離變化。
LCONV=LO+ΔL1+ΔL2+..+ΔL1(9) 其中 L0 =起始距離(m) ΔL1、ΔL2=兩個(gè)連續(xù)測(cè)量之間的距離差(m) 應(yīng)當(dāng)理解,即使LPSD代表僅僅一次性的不正確的不確定度系數(shù),但是累積誤差可變?yōu)楹艽蟮恼`差。標(biāo)準(zhǔn)的基于相位的距離計(jì)算的脆弱性受不正確的基于PSD的方法影響,導(dǎo)致準(zhǔn)確度差的性能。
根據(jù)本發(fā)明的方法的目的在于消除這種測(cè)量誤差。從上述等式(3)已經(jīng)確定,如果在一個(gè)或多個(gè)頻率處的實(shí)際相位是已知的,那么距目標(biāo)的絕對(duì)距離(L)可以根據(jù)下式確定
數(shù)字控制的SF-CW雷達(dá)技術(shù)的已知特征在于所產(chǎn)生的每個(gè)步進(jìn)頻率是已知的。根據(jù)本發(fā)明,所述方法使用不同頻率處的相位變化來(lái)解決半波長(zhǎng)的相位不確定性問(wèn)題,從而準(zhǔn)確地確定絕對(duì)距離L。根據(jù)本發(fā)明的方法涉及使用在兩個(gè)不同頻率處測(cè)得或形成的相位以根據(jù)下式確定粗略距離 其中,Δf=f1-f2,
隨后根據(jù)下式可以通過(guò)粗略的液位測(cè)量Lcoarse確定整數(shù)k 在該情況中,系數(shù)int[..]也表示舍入系數(shù),其使k舍入為最接近的整數(shù)。因此,相位和數(shù)值可用來(lái)確定發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的絕對(duì)相位,也從而確定絕對(duì)的、非常準(zhǔn)確的液位距離LINV
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法的特征在于一種獨(dú)立的基于相位的信號(hào)處理方法。使用上述方法,即使在復(fù)雜的測(cè)量條件下也能實(shí)現(xiàn)±1mm或更好的非常可靠且可重復(fù)的準(zhǔn)確度。
因此,根據(jù)本發(fā)明的方法不使用已知的、較不準(zhǔn)確的PSD作為相位不確定度的參考。相比于已知方法,根據(jù)本發(fā)明的方法不采用影響當(dāng)前距離的相對(duì)于先前測(cè)量的相對(duì)相位距離變化。所述方法在每次測(cè)量中計(jì)算絕對(duì)相位和距離,這給出了對(duì)當(dāng)前目標(biāo)距離的絕對(duì)度量。因此,使用本方法完全避免了來(lái)自先前測(cè)量的相位誤差累積。
根據(jù)本發(fā)明,圖1所示的設(shè)備10的液位確定裝置13還包括信息處理單元13a,按照根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟,所述信息處理單元13a設(shè)置成用于確定發(fā)射信號(hào)4a和反射雷達(dá)信號(hào)4b之間的相位差
并且部分地根據(jù)所確定的相位差來(lái)推導(dǎo)液位L。
在圖8、9和10中示出一些試驗(yàn)結(jié)果或測(cè)量數(shù)據(jù)。障礙物試驗(yàn)示于圖8a-8b-8c中。
在液位測(cè)量中實(shí)施這個(gè)所謂的障礙物試驗(yàn),以確定在目標(biāo)測(cè)量期間將出現(xiàn)在雷達(dá)波束中的不期望的物體的存在。所述不期望的物體可以是所謂的罐混合器5-5a、梯子、加熱線圈、罐底1c、罐壁1a等(見(jiàn)圖1)。這些不期望的物體或障礙物可電磁地干擾正常的目標(biāo)探測(cè)和目標(biāo)測(cè)量。
為了說(shuō)明這點(diǎn),圖8a-8c示出用確定儲(chǔ)罐中的液位的不同的測(cè)量方法獲得的試驗(yàn)結(jié)果,這些不同的方法是已知的、基于振幅的方法(圖8a,稱為“使用PSD-振幅方法時(shí)的液位LPSD誤差”);基于相位的方法(圖8b,稱為“使用標(biāo)準(zhǔn)的相位方法時(shí)的液位LCONV誤差”);以及根據(jù)本發(fā)明的方法(圖8c,稱為“使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)的液位LINV誤差”)。顯然,如本專利申請(qǐng)所述的新的相位無(wú)關(guān)的新方法的準(zhǔn)確度和可重復(fù)性比用已知的基于相位和/或基于PSD的方法獲得的準(zhǔn)確度和可重復(fù)性更高。本發(fā)明方法的準(zhǔn)確度比用已知方法獲得的準(zhǔn)確度高大約50倍。
在圖9a“LINV-新方法”中示出針對(duì)罐壁效應(yīng)、障礙物和附近效應(yīng)(near effect)的試驗(yàn),其中,根據(jù)本發(fā)明的方法的準(zhǔn)確度與標(biāo)準(zhǔn)的基于PSD的方法(圖9b,稱為“LPSD-已知的傅里葉FMCW方法”)相比較。本發(fā)明方法的準(zhǔn)確度比用常用方法獲得的準(zhǔn)確度高大約55倍。
在圖10(稱為“靠近底部的障礙物(加熱元件)”)中示出所實(shí)施的用以確定底部對(duì)測(cè)量的影響的試驗(yàn)結(jié)果。用化學(xué)液體填充空罐。底部反射對(duì)通過(guò)已知方法實(shí)施的液位測(cè)量具有大的影響,而對(duì)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施的液位測(cè)量的影響較少。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)發(fā)射到液面的雷達(dá)信號(hào)和從液面反射的雷達(dá)信號(hào)準(zhǔn)確確定液體的液位L的方法,所述方法包括下列步驟
i)按時(shí)序向液面發(fā)射具有頻率f1、f2、...和相位
...的雷達(dá)信號(hào);
ii)按時(shí)序接收從液面反射的具有頻率f1、f2、...和相位
的雷達(dá)信號(hào);
iii)確定發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的相位差
iv)部分地根據(jù)所確定的相位差推導(dǎo)液位L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟iv)包括下列步驟
v)確定相繼發(fā)射的具有頻率f1、f2、...的雷達(dá)信號(hào)之間的頻率差Δf1-2、...;
vi)確定相繼確定的相位差
...之間的相移ΔΨ1-2、...。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于在步驟vii)中,根據(jù)在步驟v和vi中確定的頻率差Δf1-2和相移ΔΨ1-2推導(dǎo)較不準(zhǔn)確的液位值L’。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于在步驟viii)中,根據(jù)步驟vii中確定的較不準(zhǔn)確的液位值L’推導(dǎo)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的數(shù)值k。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于所述相位被過(guò)濾以推導(dǎo)所述數(shù)值k。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法,其特征在于在步驟ix)中,根據(jù)在步驟viii中確定的數(shù)值k和步驟iii中確定的相位差確定液位L。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述液位L由下式確定
其中
v通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)信號(hào)的速度;
f1 雷達(dá)信號(hào)的頻率;
具有頻率f1的發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的實(shí)際相位差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,不準(zhǔn)確的液位L’由下式確定
L′=Δψ12v/(4пΔf12),其中
v 通過(guò)介質(zhì)的雷達(dá)信號(hào)的速度;
Δf12 雷達(dá)信號(hào)f1和f2之間的頻率差;
ΔΨ12 相位差
和
之間的相移。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法,其特征在于,實(shí)際相位差由下式確定
其中
測(cè)量的具有頻率f1的發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的相位差;
k 數(shù)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于數(shù)值k由下式確定
k=|2fL′/v|
11.一種通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法準(zhǔn)確確定液體的液位的設(shè)備,所述設(shè)備至少包括雷達(dá)天線,所述雷達(dá)天線設(shè)置在液體上方,用于向液體發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并接收從液面反射的雷達(dá)信號(hào);以及根據(jù)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)確定液位的裝置,其特征在于所述雷達(dá)天線設(shè)置成用于按時(shí)序向液面發(fā)射具有頻率f1、f2、...和相位
...的雷達(dá)信號(hào);以及用于按時(shí)序接收從液面反射的具有頻率f1、f2、...和相位
的雷達(dá)信號(hào);其中,所述裝置設(shè)置成用于確定發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的相位差
...,并且部分地根據(jù)所確定的相位差推導(dǎo)液位L。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備,其特征在于所述裝置設(shè)置成用于確定相繼發(fā)射的具有頻率f1、f2、...的雷達(dá)信號(hào)之間的頻率差Δf1-2、...并確定相繼確定的相位差
...之間的相移ΔΨ1-2、...。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備,其特征在于所述裝置還設(shè)置成用于根據(jù)所確定的頻率差Δf1-2和相移ΔΨ1-2推導(dǎo)較不準(zhǔn)確的液位值L’,還用于根據(jù)所述較不準(zhǔn)確的液位值L’推導(dǎo)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)之間的數(shù)值k。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述設(shè)備,其特征在于所述裝置設(shè)置成用于根據(jù)所確定的數(shù)值k和所確定的相位差來(lái)確定液位L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)發(fā)射到液面的雷達(dá)信號(hào)和從液面反射的雷達(dá)信號(hào)準(zhǔn)確確定液位L的方法。本發(fā)明還涉及一種通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法準(zhǔn)確確定液位的設(shè)備,所述設(shè)備至少包括雷達(dá)天線,所述雷達(dá)天線設(shè)置在液體上方,用于向液體發(fā)射雷達(dá)信號(hào)并接收從液面反射的雷達(dá)信號(hào);以及根據(jù)發(fā)射雷達(dá)信號(hào)和反射雷達(dá)信號(hào)確定液位的裝置。
文檔編號(hào)G01F23/284GK101389935SQ200780006510
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
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