本发明专利技术公开了一种高灵敏度频率调制雷达物位计系统。该系统包括：收发机；发射传播装置；和接收传播装置；其中，收发机包括：一个信号发生器；发射机分支，经由第一频率变换器将信号发生器的输出端与发射传播装置连接；接收机分支，具有经由第二频率变换器连接到信号发生器的第一输入端，以及连接到接收机分支的第二输入端；以及混频器，其中，对所发射的电磁信号与回波信号，发射传播装置与接收传播装置之间的信号隔离至少为30dB，该系统还包括连接到收发机的处理电路，其中第一频率变换器为具有第一预定乘法因子的第一倍频器，以及第二频率变换器为具有与第一预定乘法因子相等的第二预定乘法因子的第二倍频器。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】局灵敏度频率调制雷达物位计系统本申请为2009年6月3日提交的国际申请号为PCT/SE2009/050648、专利技术名称为“高灵敏度频率调制雷达物位计系统”的PCT申请的分案申请，该PCT申请进入中国国家阶段日期为2010年11月25日，国家申请号为200980119062.1。
本专利技术涉及频率调制雷达物位计(radar level gauge)系统。
技术介绍
当前，雷达物位计系统在各种应用领域得到使用，用于精确确定填充水平(filling level)。为了借助于雷达物位计系统来确定产品的填充水平，经常通过天线向产品表面发射和传播电磁信号，其中产品表面反射该信号。被反射的信号由该雷达物位计系统接收，通过对发射信号与反射信号进行比较，确定参考位置和该产品表面之间的距离。基于这个距离能够确定填充水平。目前市场上的大部分雷达物位计系统或者是基于脉冲发射和接收该脉冲在产品表面的反射之间的时间差来确定到储罐中所包含产品的表面的距离的系统，或者是基于发射的频率调制信号和该信号在表面处的反射之间的相位差来确定到产品表面的距离的系统。后一种类型的系统通常被称为是FMCW(调频连续波)类型。还有介于上述两种类型之间的雷达物位计系统。不同的雷达物位计系统能够以不同的灵敏度水平确定储罐中包含的产品的填充水平。通常，在具有高灵敏度的雷达物位计系统中，即使发射非常微弱的电磁信号也能够确定储罐中的产品的填充水平。能够启动确定填充水平的最弱的发射信号可用作衡量雷达物位计系统灵敏度的标准。取决于雷达物位计系统的应用领域以及诸如包含在储罐中的产品的电性能的多种因素，对雷达物位计系统的灵敏度有不同的要求。例如，当储罐中的产品与储罐中的气氛具有相似的信号传播性能时，通常需要高灵敏度以保证可靠确定填充水平。这会在表面导致小的阻抗变换，由此产生一个较弱的回波信号。产生较弱回波信号的产品的例子有液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、石油产品、诸如塑料颗粒或者谷物的固体等。此外，当雷达物位计系统的操作通常受到政府法规关于诸如发射信号的频率和功率等参数方面的约束时，在敞开或者半敞开的应用中(例如，敞开储罐、浮顶储罐、水库、河流或者湖泊)也通常要求高灵敏度。鉴于诸如上面所示例的应用要求，目前可用的雷达物位计系统在灵敏度方面经常达不到要求。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述和其他不足，本专利技术总的目的在于提供一种改进的频率调制雷达物位计系统，特别是一种具有增加的灵敏度的频率调制雷达物位计系统。根据本专利技术的第一方面，通过雷达物位计系统实现这些或者其他的目的，以确定储罐中包含的产品的填充水平，该雷达物位计系统包括:收发机，用于生成、发射和接收经频率调制的电磁信号；发射传播装置，其与该收发机电连接，用于向储罐中包含的产品表面传播发射的电磁信号；和接收传播装置，其与该收发机电连接，用于向该收发机返回回波信号，该回波信号由该发射的电磁信号在阻抗转变部分处的反射而产生，包括在该表面处反射而产生的的表面回波信号；其中，该收发机包括:信号发生器，用于产生具有预定中心频率的频率调制信号；发射机分支，其经由第一频率变换器将信号发生器的输出连接至该发射传播装置，该第一频率变换器用于变换该频率调制信号的频率以提供该发射的电磁信号；接收机分支，其连接至该接收传播装置，用于接收该表面回波信号；和混频器，其具有经由第二频率变换器连接到该信号发生器的第一输入端，该第二频率变换器用于变换该频率调制信号的频率，以及连接到该接收机分支的第二输入端，用于形成一个表示发射的电磁信号与表面回波信号之间相位差的中频信号，其中对于发射的电磁信号与回波信号来说，该发射传播装置与该接收传播装置之间的信号隔离至少为30dB，该雷达物位计系统还包括连接到该收发机的处理电路，用于基于该中频信号确定填充水平。发射传播装置和接收传播装置中的每一个都可以是能够从和朝向该收发机引导电磁信号的任何装置。该发射传播装置可配置为向自由空间辐射电磁信号，或者沿波导结构引导电磁信号，该接收传播装置可配置为捕获在自由空间传播的电磁信号，或者沿波导结构引导电磁信号。发射和接收传播装置的实例包括:喇叭天线、拉杆天线、贴片(patch)天线、阵列天线和各种探头，如单线探头、双线探头、同轴探头等。在一些应用中，诸如在所谓的浮顶储罐中，传播装置(一般为天线)通常被称为模式转换器或者模式发生器。储罐(tank)可以是能够容纳产品的任何容器(container)或者器皿(vessel)，它可以是金属的、部分金属或者完全非金属的，可以是开放、半开放或者封闭的。在本申请的上下文中，“频率变换器”应理解为能够变换输入电磁信号的频率的装置，使得由该频率变换器输出的电磁信号的频率与输入的电磁信号的频率不同。这种装置对本领域的技术人员来说是常见的，例如可以利用倍频器或者混频器实现。在频率变换器是倍频器的情况下，其应该理解为能够将输入的电磁信号的频率乘以一个预定的乘法因子的装置，使得由该倍频器输出的电磁信号的频率为输入的电磁信号的频率乘以该乘法因子。本专利技术基于的认识是，通过改进雷达物位计系统中的信号隔离能够实现改进的灵敏度。具体地，本专利技术人认识到应当改进信号隔离，即，对于在接收的回波信号(以及发射的电磁信号)的频率范围之内的电磁信号，应当降低发射机分支与接收机分支之间的泄漏。通过在收发机中设置根据本专利技术的第一和第二频率变换器，可显著降低发射和接收的电磁信号频率范围内的电磁信号泄漏通道数，这是因为，除了沿接收分支之外，这些信号仅出现在第一频率变换器和发射传播装置之间以及第二频率变换器和混频器之间。通过将第一和第二频率变换器布置在合适的位置，即，尽可能地分别靠近发射传播装置和混频器，可相当大地降低相关泄漏通道数。相应地，发射机和接收机分支之间的信号隔离能够显著降低，并由此提高雷达物位计系统的灵敏度。为了更进一步提高根据本专利技术的雷达物位计系统的灵敏度，发射传播装置和接收传播装置之间的信号隔离可以至少为30dB。随着将发射传播装置和接收传播装置之间的信号隔离更进一步增加到例如50dB，能够实现其中测量灵敏度不受信号隔离的限制、而是受噪声限制的频率调制雷达物位计系统。当达到这种水平时，可采取进一步的措施以提高信噪比。这种措施可以例如包括利用低噪声放大器放大接收的回波信号，提高发射的电磁信号的功率等。有利地，发射传播装置和接收传播装置可被提供为包括发射机部分和接收机部分的双功能结构。此外，发射和接收传播装置可被提供为空间上分离的、独立的传播装置，或者包含在单个传播装置中。在某些应用中，发射传播装置和接收传播装置可提供为单个传播装置，并且发射和接收的信号可以被提供为可相互区分的信号，例如将发射信号作为圆极化信号提供。利用这种具有可相互区别的发射和接收信号的单个天线的雷达物位计系统在US 5543 720和US 7 106 247中被进一步描述，这两篇文献在此参考引用。在上述的双功能结构中，发射机和接收机部分例如可以以喇叭天线的形式提供，该天线具有限定发射机部分和接收机部分的隔离部(partit1n)。可选择地，双功能结构可以是贴片天线，其中，发射机部分包括可设置在发射机支撑部件上的多个发射机贴片，接收机部分包括可设置在接收机支撑部件上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种雷达物位计系统(1)，用于确定包含在储罐(5)中的产品(6)的填充水平，所述的雷达物位计系统(1)包括：收发机(10；20)，用于生成、发射和接收频率调制的电磁信号；发射传播装置(3；24；40；45；50)，与所述收发机(10；20)电连接，并设置为向包含在储罐(5)中的产品(6)的表面(7)传播发射的电磁信号；和接收传播装置(3；26；40；45；50)，与所述收发机(10；20)电连接，并设置为向所述收发机(10)返回由发射的电磁信号在阻抗变换部分处受到反射而产生的回波信号，包括由所述表面处的反射产生的表面回波信号，其中，所述收发机(10；20)包括：一个信号发生器(21)，用于生成具有预定中心频率的频率调制信号(SG)；发射机分支(23)，经由第一频率变换器(25)将所述信号发生器(21)的输出端与所述发射传播装置(24)连接，所述第一频率变换器(25)用于对具有所述预定中心频率的所述频率调制信号(SG)的频率进行变换，以提供所述发射的电磁信号(ST)；接收机分支(27)，与所述接收传播装置(26)连接，用于接收所述表面回波信号(SR)；以及混频器(29)，具有经由用于变换具有所述预定中心频率的所述频率调制信号(SG)的频率的第二频率变换器(30)连接到所述信号发生器(21)的第一输入端，以及连接到所述接收机分支(27)的第二输入端，用于形成表示所述发射的电磁信号(ST)与所述表面回波信号(SR)之间的相位差的中频信号(SIF)，以及其中，对所述发射的电磁信号与所述回波信号，所述发射传播装置与所述接收传播装置之间的信号隔离至少为30dB，所述雷达物位计系统(1)还包括连接到所述收发机(10)的处理电路(11)，用于根据所述中频信号(SIF)确定所述填充水平，其中所述第一频率变换器为具有第一预定乘法因子的第一倍频器，以及所述第二频率变换器为具有与所述第一预定乘法因子相等的第二预定乘法因子的第二倍频器。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·吉思考格，
申请(专利权)人：罗斯蒙特雷达液位股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。