[发明专利]用于脉冲雷达的分辨率模式切换

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月1日提交的题为“RESOLUTION MODE SWITCHING FOR PULSED RADAR LEVEL SENSING”的临时申请序号62/058,387的权益，该临时申请被整体地通过引用结合到本文中。

技术领域

所公开的实施例涉及用于脉冲雷达水平感测的时域反射计。

背景技术

具有容器或储罐（tank）（“储罐”）的工业厂房一般地需要定期地测量其中的液体或其它材料（诸如粉末）的水平。存在被用于水平测量的多个类型的系统和技术，其一般地使用依赖于使用飞行时间来分析回波以确定范围的时域反射计（TDR）。

雷达可以是接触式雷达或非接触式雷达（NCR），以及脉冲或连续波雷达。调频连续波（FMCW）通常被用作NCR脉冲雷达水准仪（level gauge）系统，其一般地使用时间扩展技术来分辨飞行时间（TOF）。

GWR是用来测量储罐中的液体或固体的水平的特定接触式脉冲雷达方法。GWR通过生成电磁能的一连串脉冲并使该脉冲沿着形成到水平感测探头（或波导）中的传输线传播。探头一般地被垂直地放置于储罐或其它容器中，并且从探头的顶部向下发射电磁脉冲。探头以这种方式向要感测的材料和空气两者开放：传播脉冲的电磁场穿透空气直至其到达材料的水平为止。在那时，电磁场历经材料的较高介电常数。此较高介电常数引起传输线的阻抗的减小，导致脉冲回波被反射回到探头的顶部。脉冲以已知速度穿过探头的空气电介质部分。这允许通过测量脉冲从探头的顶部至水平和回波返回到探头的顶部的往返行进时间来确定探头上的材料水平。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化形式介绍在下面的详细描述（包括所提供的附图）中进一步描述的所公开的概念的简要选集。本发明内容并不意图限制要求保护的主题的范围。

所公开的实施例认识到用于确定储存罐（储罐）中的材料水平的基于常规脉冲雷达水准仪（PRG）的系统有时受到供应功率限制的约束而在低功率（例如，＜10mW）下操作，诸如当用双线连接供电时（例如，在低到10.5 V的电压下4至20 mA），其中，PRG的通信电子装置（例如，收发机）可以获取大部分的供应功率。由于用于供应给PRG的电路的瞬时功率的功率限制，能量积聚/储存在扫描/采样脉冲中间，通常储存在功率累积器（诸如功率累积器板的电容器组）中。由于PRG致使第一（初始）水平测量尽可能快速（例如，＜60秒）的需要而出现问题，因为可能仅储存了每次（每次采样或扫描）仅足以可用于对探头（其可能约75 m长，例如对于导波雷达（GWR）而言）的约5m至20m的长度进行采样的功率，使得可能不能够满足迅速的初始水平测量的启动要求，特别是当所需水平分辨率小于或等于（≤）约1 mm时。

另外，当面对相对相当有挑战性的过程条件时，诸如当产品材料包括泡沫或乳剂、快速变化的过程水平、薄的界面和/或储罐中的移动障碍物时，当前水平信息可能丢失。在这种情况下，可能需要使PRG再次地尽快找到水平。这导致需要本质上再次地初始化并完成新的水平测量。

一个公开实施例是一种包括分辨率模式切换的脉冲雷达水平感测的方法。用具有第一脉冲宽度的探头发射到储罐中的第一发送雷达脉冲来执行第一（初始）水平扫描。第一水平扫描可以扫描跨越至少探头的长度（探头长度）的至少大部分（＞50%）的第一扫描距离。与从使用被用于在第一水平扫描之后的至少第二水平扫描的相对窄脉冲宽度得到的相对高分辨率模式相比，第一水平扫描是从使用相对宽脉冲宽度得到的相对低分辨率模式。

接收响应于第一脉冲而生成的第一回波并且然后进行分析以确定储罐中的产品材料的近似水平。用具有第二脉冲宽度的发射到储罐中的第二发送雷达脉冲来执行第二水平扫描，其中测量窗口＜包括近似水平的第一扫描距离。第二脉冲宽度＜第一脉冲宽度。分析响应于第二脉冲而生成的第二回波以确定针对材料的已修订较高分辨率水平测量结果。虽然在本文中一般地使用2个扫描分辨率水平来进行描述，但还可以与具有结果得到较高范围的分辨率水平的连续较窄的脉冲宽度一起使用超过2个扫描分辨率水平。

附图说明

图1是根据示例性实施例的使用分辨率模式切换的脉冲雷达水平寻找的示例性方法中的步骤的流程图。

图2描绘了根据示例性实施例的示例性GWR系统，其包括实现存储在与处理器相关联的存储器的固件中的分辨率模式切换算法的公开的脉冲雷达水准仪电路。

图3A是根据示例性实施例的脉冲宽度（为皮秒为单位）对比控制电压的图。