專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物位測(cè)量裝置，尤其是一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)。
背景技術(shù)：
調(diào)頻雷達(dá)物位計(jì)屬于工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化儀表，該物位計(jì)由于測(cè)量精度高，維護(hù)量少，安裝方便，適用面廣(可用于塊狀、顆粒狀、粉狀固態(tài)、料位測(cè)量及各種液體的料位測(cè)量)，測(cè)量不受溫度、壓力、泡沫、蒸汽、介質(zhì)特性影響等眾多優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工、水利、冶金、電力、建材等行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越來(lái)廣泛。調(diào)頻雷達(dá)物位計(jì)理論極限距離分辨率取決于系統(tǒng)信號(hào)帶寬和相位分辨率，其中C代表光速，代表相位分辨率，B代表調(diào)頻帶寬。B為I. 5GHz，為1°時(shí)，約為0. 2mm，即測(cè)量精度可達(dá)0. 2mm。這是建立在系統(tǒng)完全線(xiàn)性、理想的情況下，實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)有各種因素引起距離分辨率降低，其中最主要的因素的是調(diào)頻非線(xiàn)性。線(xiàn)性調(diào)頻雷達(dá)波信號(hào)源的有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)，模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)。模擬技術(shù)主要利用掃頻電壓對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)制，由于VCO在本質(zhì)上的非線(xiàn)性，當(dāng)采用線(xiàn)性的電壓進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，VCO輸出的頻率信號(hào)實(shí)際上是非線(xiàn)性的。為了消除非線(xiàn)性，必須進(jìn)行線(xiàn)性補(bǔ)償，常用的校正方式是閉環(huán)校正，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量高頻微波信號(hào)的頻率或相位，采用迭代計(jì)算的方法進(jìn)行校正，雖然校正精度高，但是由于需要測(cè)量高頻微波信號(hào)的頻率和相位，硬件成本高，系統(tǒng)復(fù)雜。數(shù)字技術(shù)是指利用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)直接或間接合成線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，該技術(shù)具有數(shù)字控制、頻率捷變、相位連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是雜散大、相位噪聲大、頻段比較低，一般在300MHz左右，也有IGHz的直接數(shù)字頻率合成器，但價(jià)格昂貴，而且利用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)所產(chǎn)生的頻率帶寬有限，目前最大為500MHz，無(wú)法滿(mǎn)足大帶寬的要求。同時(shí)，由于物位計(jì)通常在比較惡劣的工礦下應(yīng)用，例如無(wú)人值守的野外、幾十米高的灌頂、環(huán)境嘈雜的廠礦，布線(xiàn)成本高，維護(hù)的難度大、成本高，人工工作量大、危險(xiǎn)性高。迫切需要一種能夠降低施工難度、縮減安裝維護(hù)成本、提高安全性的技術(shù)手段。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和帶外維護(hù)的高精度的調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，包括一線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的信號(hào)經(jīng)一功分器生成兩路信號(hào)，一路信號(hào)經(jīng)環(huán)形器耦合有天線(xiàn)，另一路信號(hào)同所述環(huán)形器的輸出信號(hào)一起輸送給下變頻器，經(jīng)下變頻器混頻后的中頻信號(hào)通過(guò)一濾波器連接有前置放大器，所述前置放大器的輸出信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入給數(shù)字處理及邏輯控制單元，所述數(shù)字處理及邏輯控制單元通過(guò)異步串行通信接口連接有GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊為基于學(xué)習(xí)的VCO頻率非線(xiàn)性校正方法的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的中心頻率為24GHz，帶寬為I. 5GHz。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述前置放大器為數(shù)字程控增益放大器，其增益由所述數(shù)字處理及邏輯控制單元進(jìn)行控制，增益范圍為-12dB 30dB。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊包括依次連接的GPRS控制器和SM卡電路。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型通過(guò)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊解決了現(xiàn)有信號(hào)源存在的調(diào)頻線(xiàn)性度低、工作頻段低、調(diào)頻帶寬小、相位噪聲大和調(diào)頻速率低的問(wèn)題，而且通過(guò)GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊可將物位信息發(fā)送給遠(yuǎn)程控制中心，并接收來(lái)自遠(yuǎn)程控制中心 的控制和配置信息以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和帶外維護(hù)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明圖I是本實(shí)用新型無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)的原理方框圖；圖2是本實(shí)用新型無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)實(shí)施例的原理方框圖；圖3是本實(shí)用新型線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊實(shí)施例的原理方框圖；圖4是是本實(shí)用新型GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊實(shí)施例的原理方框圖。
具體實(shí)施方式
參照

圖1，一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，包括一線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的信號(hào)經(jīng)一功分器生成兩路信號(hào)，一路信號(hào)經(jīng)環(huán)形器耦合有天線(xiàn)，另一路信號(hào)同所述環(huán)形器的輸出信號(hào)一起輸送給下變頻器，經(jīng)下變頻器混頻后的中頻信號(hào)通過(guò)一濾波器連接有前置放大器，所述前置放大器的輸出信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入給數(shù)字處理及邏輯控制單元，所述數(shù)字處理及邏輯控制單元通過(guò)異步串行通信接口連接有GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊。本實(shí)用新型無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)是一種基于調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)體制的雷達(dá)系統(tǒng)，所述物位計(jì)安裝在儲(chǔ)罐的頂部，通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)向儲(chǔ)罐內(nèi)的物位或者液面發(fā)射一定波形的雷達(dá)波。雷達(dá)波在傳播過(guò)程中遇到物面或者液面會(huì)有反射現(xiàn)象發(fā)生，從物面或者液面反射回來(lái)的反射波經(jīng)由天線(xiàn)又被雷達(dá)接收、處理、最終得到物位信息。GPRS收發(fā)模塊將物位信息發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心，同時(shí)接收來(lái)自遠(yuǎn)程控制中心的控制和配置信息。所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊為基于學(xué)習(xí)的VCO頻率非線(xiàn)性校正方法的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊。參照?qǐng)D3，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊包括依次連接的振蕩器、DDS(DirectDigital Synthesizer,直接數(shù)字式頻率合成器)、數(shù)字鎖相環(huán)、低通濾波器、緩沖放大器,生成的信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換反饋至數(shù)字處理及控制電路，所述數(shù)字處理及控制電路通過(guò)對(duì)VCO頻率學(xué)習(xí)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，并經(jīng)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、緩沖放大器、模擬開(kāi)關(guān)輸出。所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的中心頻率為24GHz，帶寬為I. 5GHz。本實(shí)用新型采用基于學(xué)習(xí)的VCO頻率非線(xiàn)性校正方法，不僅解決了現(xiàn)有信號(hào)源存在的調(diào)頻線(xiàn)性度低、工作頻段低、調(diào)頻帶寬小、相位噪聲大和調(diào)頻速率低的問(wèn)題，而且有利于降低成本，便于生產(chǎn)和調(diào)試。進(jìn)一步作為改進(jìn)，參照?qǐng)D2，所述前置放大器為數(shù)字程控增益放大器，對(duì)混頻后的差頻信號(hào)進(jìn)行放大處理，其增益由數(shù)字信號(hào)處理和邏輯控制單元進(jìn)行控制，增益范圍從-12dB到+30dB，擴(kuò)大了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)物位計(jì)利用回波信號(hào)的頻率和相位信息測(cè)量目標(biāo)的距離，相位測(cè)量精度直接影響到距離測(cè)量精度。物位計(jì)的數(shù)字處理及邏輯控制單元通過(guò)分析下變頻后的模擬信號(hào)來(lái)獲得物位信息，如果對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行直接截取(即用矩形窗采樣)，由于矩形窗函數(shù)的頻率響應(yīng)的旁瓣電平較高，自身的頻譜泄露較嚴(yán)重，給相位測(cè)量帶來(lái)較大的非線(xiàn)性誤差，無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。設(shè)計(jì)中必須采用旁瓣電平較低(低于70dB)的窗函數(shù)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理，以便降低相位誤差，提高距離分辨率。本項(xiàng)目擬采用四階Blackman-Harris窗函數(shù)，該窗函數(shù)旁瓣電平為_(kāi)74dB，用其對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行加權(quán)處理后，從第二個(gè)距離分辨率單元開(kāi)始，相位誤差小于0. 5°C，理想情況下，系統(tǒng)的距離測(cè)量精度可以達(dá)到1mm。參照?qǐng)D4，所述GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊包括依次連接的GPRS控制器和SM卡電路，所述GPRS控制器通過(guò)異步串行通信接口(UART)與數(shù)字處理及邏輯控制單元通信，利用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物位計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸和帶外維護(hù)。以上是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本實(shí)用新型創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可以作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，其特征在于包括一線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的信號(hào)經(jīng)一功分器生成兩路信號(hào)，一路信號(hào)經(jīng)環(huán)形器耦合有天線(xiàn)，另一路信號(hào)同所述環(huán)形器的輸出信號(hào)一起輸送給下變頻器，經(jīng)下變頻器混頻后的中頻信號(hào)通過(guò)一濾波器連接有前置放大器，所述前置放大器的輸出信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入給數(shù)字處理及邏輯控制單元，所述數(shù)字處理及邏輯控制單元通過(guò)異步串行通信接口連接有GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，其特征在于所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊為基于學(xué)習(xí)的VCO頻率非線(xiàn)性校正方法的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，其特征在于所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的中心頻率為24GHz，帶寬為I. 5GHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，其特征在于所述前置放大器為數(shù)字程控增益放大器，其增益由所述數(shù)字處理及邏輯控制單元進(jìn)行控制，增益 范圍為-12dB 30dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，其特征在于所述GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊包括依次連接的GPRS控制器和SM卡電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)傳調(diào)頻雷達(dá)數(shù)字物位計(jì)，包括一線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊生成的信號(hào)經(jīng)一功分器生成兩路信號(hào)，一路信號(hào)經(jīng)環(huán)形器耦合有天線(xiàn)，另一路信號(hào)同所述環(huán)形器的輸出信號(hào)一起輸送給下變頻器，經(jīng)下變頻器混頻后的中頻信號(hào)通過(guò)一濾波器連接有前置放大器，所述前置放大器的輸出信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入給數(shù)字處理及邏輯控制單元，所述數(shù)字處理及邏輯控制單元通過(guò)UART連接有GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊。通過(guò)線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生模塊解決了現(xiàn)有信號(hào)源存在的調(diào)頻線(xiàn)性度低、工作頻段低、調(diào)頻帶寬小、相位噪聲大和調(diào)頻速率低的問(wèn)題，而且通過(guò)GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)模塊實(shí)現(xiàn)了物位計(jì)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳和帶外維護(hù)。
文檔編號(hào)G01F23/284GK202382811SQ20112047619
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者史亞紅, 唐志華, 張海鷹, 陳小忠, 陳良才, 韓星 申請(qǐng)人:廣州易茂科技發(fā)展有限公司