CN104568058A - 导波雷达物位计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导波雷达物位计，第一主控单元与第二主控单元之间的供电采用隔离DC/DC转换器连接，且两者的通信采用光耦隔离连接；信号单元，用于根据第二主控单元调节生成的高频脉冲信号的频率差值而发射高频脉冲信号，并采集被测物反射回来的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号传输给第二主控单元；第二主控单元，用于根据第一主控板传输的设置参数而控制信号单元，并根据接收的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号计算被测物到导波雷达物位计表面之间的距离；第一主控单元，适用于根据设置单元设置测试参数与上位机设置的设置参数而控制第二主控单元的频率差值，以及接收第一主控单元计算到被测物的距离，提升了其抗干扰的能力。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种隔离式导波雷达物位计。
背景技术
雷达物位计***广泛用于测量包含在容器中的物品的过程变量，如填充水平、温度、压力等。一般利用非接触测量方法或通常被称为导波雷达(GWR)的接触测量法进行雷达物位测量，其中，非接触测量方法向包含在容器中的物品辐射电磁信号，而接触测量法通过传输线探测器将电磁信号导向该物品并使其进入物品中。传输线探测器一般从容器的顶部到底部垂直布置。随后，该电磁信号在物品表面被反射，并且反射的信号被包含在雷达物位计***中的接收器或收发器所接收。基于发送的信号和反射的信号，可以确定到物品表面的距离。
然而，目前市场上普遍采用接触测量法测量被测物料时，通常因为极其复杂的使用现场给导波雷达物位计造成极大的干扰；例如：在某些工况下被测物是带有较大干扰静电的矿粉、或者存在一些较难发现的静电干扰。在这种情况下，被测物料所带来的干扰通过传感器进入到仪表中就很有可能对仪表造成测量输出的错误，从而影响到仪表用户正常的自动控制。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种导波雷达物位计，用于解决现有技术中在导波雷达物位计工作测量被测物时，因为工作环境复杂带来的静电干扰的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种导波雷达物位计，包括***控制模块与主控制模块，所述***控制模块包括第一主控单元、通信单元、电源单元与设置单元，所述主控制模块包括第二主控单元与信号单元；所述第一主控单元与所述第二主控单元之间的供电采用隔离DC/DC转换器连接，且所述第一主控单元与所述第二主控单元之间的通信采用光耦隔离连接；
所述电源单元，适用于将直流电源提供给所述第一主控单元，并根据所述第一主控单元与其相连的每个单元所需电流不同，控制电源单元的电流输出；
所述设置单元，适用于根据可输入的按键设置所述第一主控单元的测试参数；
所述通信单元，适用于与所述第一主控单元连接的上位机相互通信，传输所述上位机设置所述第一主控单元的设置参数以及所述设置单元设置的测试参数；
所述信号单元，适用于根据所述第二主控单元调节生成的高频脉冲信号的频率差值而发射高频脉冲信号，并采集被测物反射回来的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号传输给所述第二主控单元；
所述第二主控单元，适用于根据所述第一主控板传输的设置参数而控制所述信号单元，并根据接收的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号计算被测物到导波雷达物位计表面之间的距离；
所述第一主控单元，适用于控制与其相连的各个单元的电流输出，还适用于根据设置单元设置测试参数与所述上位机设置的设置参数而控制所述第二主控单元的频率差值，以及接收所述第一主控单元计算到被测物的距离。
优选地，所述***控制模块还包括显示单元，其中，所述显示单元与第一主控单元相连接；
所述显示单元，适用于根据所述设置单元输入的测试参数与所述上位机的设置参数，显示所述第一主控单元反馈的被测物的测量值、工作状态、信号波形。
优选地，所述信号单元为信号板，所述信号板包括收发器，适用于根据所述第二主控单元控制信号板的频率差值，并根据所述频率差值产生两组高频脉冲信号，其中包括发射的高频脉冲信号与参考的高频脉冲信号，所述发射的高频脉冲信号经过收发器发射到被测物，并通过所述收发器接收被测物表面反射回来的高频脉冲回波信号；将采集高频脉冲回波信号与参考的高频脉冲信号发送至所述第二主控单元。
优选地，所述第一主控单元与所述第二主控单元之间采用串口通信。
优选地，所述第一主控单元与所述第二主控单元之间采用串口通信的光耦隔离连接。
优选地，所述***控制模块与所述主控制模块均包括有看门狗单元，所述第一主控单元与所述第二主控单元均连接一个看门狗单元，所述看门狗单元用于防止各个主控单元陷入死循环。
优选地，所述***控制模块与所述主控制模块均包括有存储单元，所述第一主控单元与所述第二主控单元均连接一个存储单元，其中，所述存储单元为带电可擦可编程只读存储器，适用于保存每个主控单元的处理后信息。
优选地，所述第一主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器，所述第二主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器。
如上所述，本发明的一种导波雷达物位计，具有以下有益效果：
根据所述第一主控单元与所述第二主控单元供电之间隔离DC/DC转换器连接，所述隔离DC/DC转换器的转换效率高，提升了整个设计的能量利用率；所述第一主控单元与所述第二主控单元的通信之间采用光耦隔离连接，且采用串口通信，由于光耦隔离为低功耗，且只需使用两个光耦连接，极大的降低了两个所述主控单元之间的通信功耗，并且防止因为有电的连接而引起的干扰，特别是低压的主控制模块与高压的***控制模块之间；将通信与电源供应分别隔离开来，降低了导波雷达物位计自身干扰因素，提升了导波雷达物位计的抗干扰能力。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的一种导波雷达物位计的结构框架图；
图2显示为本发明实施例提供的图1中导波雷达物位计的详细结构框架图。
元件标号说明：
1、***控制模块，2、主控制模块，3、第一主控单元，4、第二主控单元，5、通信单元，6、电源单元，7、设置单元，8、信号单元，9、显示单元，10、看门狗单元，11、存储单元。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种导波雷达物位计的结构框架图。
在本实例中，所述导波雷达物位计采用隔离的方式进行设计，所述***控制模块1负责电源的管理、显示测试结果、根据通信单元设置参数实现控制测试等功能；所述主控制模块2根据***控制模块2的参数设置控制相关频率，当高频脉冲信号产生后，以及采集被测物发射回来的高频脉冲回波信号；根据采集高频脉冲回波信号与产生高频脉冲信号生成相应被测物之间的距离。一方面能有效的隔离工况现场由电源供电***对主控制模块的影响，另一方面也能隔离工况现场由被测物料对***控制模块造成影响。
如图2所示，为本发明实施例提供的图1中导波雷达物位计的详细结构框架图。结合图1和图2，本实施例提供的导波雷达物位计包括***控制模块1与主控制模块2，所述***控制模块1包括第一主控单元3、通信单元5、电源单元6与设置单元7，所述主控制模块2包括第二主控单元4与信号单元8；所述第一主控单元3与所述第二主控单元4之间的供电采用隔离DC/DC转换器连接，且所述第一主控单元3与所述第二主控单元4之间的通信采用光耦隔离连接；
其中，所述***控制模块1与所述主控制模块2是两个物理连接上完全隔离的模块，两个所述模块之间的通信与供电连接也是分开连接的，并且连接线的保护外层是防干扰隔离；防止了两个模块之间因为电压不同，即高压的***控制模块1与低压的控制模块2相互干扰。
所述电源单元6，适用于将直流电源提供给所述第一主控单元3，并根据所述第一主控单元3与其相连的每个单元所需电流不同，控制电源单元的电流输出；
其中，所述电源单元6至少包括直流电压为24V的电源，通过第一主控单元3实现了将电源转换为各个单元所需的额定电压。
所述设置单元7，适用于根据可输入的按键设置所述第一主控单元3的测试参数；
其中，所述设置单元7为可输入的按键，通过按键操作实现人机交互功能，且通过该按键可以设置整个导波雷达物位计测量需要的测试参数，例如测量范围。
所述通信单元5，适用于与所述第一主控单元3连接的上位机相互通信，传输所述上位机设置所述第一主控单元的设置参数以及所述设置单元设置的测试参数；
其中，所述上位机是与第一主控单元3相连的控制机，所述控制机可以为计算机，所述控制机通过通信单元设置导波雷达物位计的参数设定，辅助参数设置单元控制导波雷达物位计进行测量，其中所述上位机与所述第一主控单元3之间的通信为通信单元5，所述通信单元5优选为HART通信，实现导波雷达物位计的参数设定。
所述信号单元8，适用于根据所述第二主控单元4调节生成的高频脉冲信号的频率差值而发射高频脉冲信号，并采集被测物反射回来的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号传输给所述第二主控单元4；
所述第二主控单元4，适用于根据所述第一主控板3传输的设置参数而控制所述信号单元8，并根据接收的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号计算被测物到导波雷达物位计表面之间的距离；
所述第一主控单元3，适用于控制与其相连的各个单元的电流输出，还适用于根据所述设置单元7设置测试参数与所述上位机设置的设置参数而控制所述第二主控单元4的频率差值，以及接收所述第一主控单元3计算到被测物的距离。
在本实例中，根据所述第一主控单元3与所述第二主控单元供电4之间隔离DC/DC转换器连接，所述隔离DC/DC转换器的转换效率高，提升了整个设计的能量利用率；所述第一主控单元3与所述第二主控单元4的通信之间采用光耦隔离连接，且采用串口通信，由于光耦隔离为低功耗，且只需使用两个光耦连接，极大的降低了两个所述主控单元之间的通信功耗，并且防止因为有电的连接而引起的干扰，特别是低压的主控制模块2与高压的***控制模块1之间；将通信与电源供应分别隔离开来，降低了导波雷达物位计自身干扰因素，提升了导波雷达物位计的抗干扰能力。
优选地，所述***控制模块1还包括显示单元9，其中，所述显示单元9与第一主控单元1相连接；
所述显示单元9，适用于根据所述设置单元7输入的测试参数与所述上位机的设置参数，显示所述第一主控单3元反馈的被测物的测量值、工作状态、信号波形。
具体地，所述显示单元9为人机交互时显示按键设置的测试参数，以及显示所述通信传输的所述上位机设置的参数，可以为显示屏、显示器等。
优选地，所述信号单元8为信号板，所述信号板包括收发器，适用于根据所述第二主控单元4控制信号板的频率差值，并根据所述频率差值产生两组高频脉冲信号，其中包括发射的高频脉冲信号与参考的高频脉冲信号，所述发射的高频脉冲信号经过收发器发射到被测物，并通过所述收发器接收被测物表面反射回来的高频脉冲回波信号；将采集高频脉冲回波信号与参考的高频脉冲信号发送至所述第二主控单元4。
具体地，所述信号板包括收发器，所述信号板按照设置的参数产生两组高频脉冲信号，所述第二主控单元根据设置的参数调节两组高频脉冲信号的频率差值，所述频率差值决定高频脉冲信号发射频率，其中，一组是用来发射的高频脉冲信号，另一组是用来参考的高频脉冲信号，用来发射的高频脉冲信号经过所述收发器发射出去，当发射的电磁高频脉冲信号按照频率发射出去，达到被测物，所述被测物反射回来的高频脉冲回波信号经过收发器采集，将采集的高频脉冲回波信号与参考的高频脉冲信号发送给第二主控单元4进行处理和计算，得到所述导波雷达物位计的收发器端到被测物之间的距离。
例如，其中信号板还可以包括传感器、发射天线与硬件采集电路，当发射的高频脉冲信号经过发射天线传送到传感器，所述传感器将该高频脉冲信号发送出去，经过发射，所述硬件采集电路采集反射回来的高频脉冲回波信号发送给第二主控单元4。
优选地，所述第一主控单元3与所述第二主控单元4之间采用串口通信。
优选地，所述第一主控单元3与所述第二主控单元4之间采用串口通信的光耦隔离连接。
优选地，所述***控制模块1与所述主控制模块2均包括有看门狗单元10，所述第一主控单元3与所述第二主控单元4均连接一个看门狗单元，所述看门狗单元10用于防止各个主控单元陷入死循环。
优选地，所述***控制模块1与所述主控制模块2均包括有存储单元11，所述第一主控单元3与所述第二主控单元4均连接一个存储单元11，其中，所述存储单元11为带电可擦可编程只读存储器，适用于保存每个主控单元的处理后信息。
优选地，所述第一主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器，所述第二主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种导波雷达物位计，其特征在于，包括***控制模块与主控制模块，所述***控制模块包括第一主控单元、通信单元、电源单元与设置单元，所述主控制模块包括第二主控单元与信号单元；所述第一主控单元与所述第二主控单元之间的供电采用隔离DC/DC转换器连接，且所述第一主控单元与所述第二主控单元之间的通信采用光耦隔离连接；
所述电源单元，适用于将直流电源提供给所述第一主控单元，并根据所述第一主控单元与其相连的每个单元所需电流不同，控制电源单元的电流输出；
所述设置单元，适用于根据可输入的按键设置所述第一主控单元的测试参数；
所述通信单元，适用于与所述第一主控单元连接的上位机相互通信，传输所述上位机设置所述第一主控单元的设置参数以及所述设置单元设置的测试参数；
所述信号单元，适用于根据所述第二主控单元调节生成的高频脉冲信号的频率差值而发射高频脉冲信号，并采集被测物反射回来的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号传输给所述第二主控单元；
所述第二主控单元，适用于根据所述第一主控板传输的设置参数而控制所述信号单元，并根据接收的高频脉冲回波信号与发射的高频脉冲信号计算被测物到导波雷达物位计表面之间的距离；
所述第一主控单元，适用于控制与其相连的各个单元的电流输出，还适用于根据设置单元设置测试参数与所述上位机设置的设置参数而控制所述第二主控单元的频率差值，以及接收所述第一主控单元计算到被测物的距离。
2.根据权利要求1所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述***控制模块还包括显示单元，其中，所述显示单元与第一主控单元相连接；
所述显示单元，适用于根据所述设置单元输入的测试参数与所述上位机的设置参数，显示所述第一主控单元反馈的被测物的测量值、工作状态、信号波形。
3.根据权利要求1所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述信号单元为信号板，所述信号板包括收发器，所述信号板适用于根据所述第二主控单元控制信号板的频率差值，并根据所述频率差值产生两组高频脉冲信号，其中所述两组高频脉冲信号包括发射的高频脉冲信号与参考的高频脉冲信号，所述发射的高频脉冲信号经过收发器发射到被测物，并通过所述收发器接收被测物表面反射回来的高频脉冲回波信号；所述信号板还适用于将采集高频脉冲回波信号与参考的高频脉冲信号发送至所述第二主控单元。
4.根据权利要求1所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述第一主控单元与所述第二主控单元之间采用串口通信。
5.根据权利要求4所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述第一主控单元与所述第二主控单元之间采用串口通信的光耦隔离连接。
6.根据权利要求1所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述***控制模块与所述主控制模块均包括有看门狗单元，所述第一主控单元与所述第二主控单元均连接一个看门狗单元，所述看门狗单元适用于防止各个主控单元陷入死循环。
7.根据权利要求1所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述***控制模块与所述主控制模块均包括有存储单元，所述第一主控单元与所述第二主控单元均连接一个存储单元，其中，所述存储单元为带电可擦可编程只读存储器，适用于保存每个主控单元的处理后信息。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的导波雷达物位计，其特征在于，所述第一主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器，所述第二主控单元为单片机和/或可编程逻辑控制器。
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