CN104977063A - 自诊断型调频连续波雷达物位计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了自诊断型FMCW雷达物位计和用于提供雷达物位计的自诊断的方法。在雷达物位计中包括：收发器；混频器；信号传播设备和连接收发器与信号传播设备的信号传播路径；以及滤波装置和处理电路。滤波装置提供经滤波的中频信号。收发器输出：被配置成使得在经滤波的中频信号中可检测来自信号传播路径的参考回波的诊断扫描；或被配置成使得在经滤波的中频信号中参考回波受到抑制并且表面回波可检测的测量扫描。处理电路被配置成基于参考回波对雷达物位计进行自诊断以及基于表面回波确定距表面的距离。

Description

自诊断型调频连续波雷达物位计
技术领域
本发明涉及自诊断型调频连续波(FMCW)雷达物位计以及用于使用诊断扫描来提供FMCW雷达物位计的自诊断的方法。
背景技术
雷达物位计广泛用于测量容纳在罐中的物品的填充物位。雷达物位计量通常通过非接触式测量或通过通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，其中，非接触式测量将发射电磁信号朝向容纳在罐中的物品辐射而接触式测量通过用作波导装置的探针将发射电磁信号朝向物品引导并导入物品中。
通常将雷达物位计分为脉冲式***或FMCW***。在FMCW中，将具有变化频率的信号朝向表面发射，基于发射信号与同时接收的信号之间的频率(和/或相位)差来确定距离。发射信号被罐中的内容物的表面(或被任何其它阻抗过渡)反射，延迟了特定时间的回波信号被返回至物位计。回波信号与发射信号进行混频以生成混频信号，该混频信号具有与在时间延迟期间发生的发射信号的频率改变相等的频率。针对线性扫描，还被称为中频(IF)的该频率差与距反射表面的距离成比例。通常将混频信号称为IF信号。IF信号还包括来自天线中的反射的频率分量和相似的近区回波。由于这些近区回波靠近于收发器发生，所以它们很强，使得难以检测到表面回波。因此，雷达物位计具有在任何采样之前对IF信号进行滤波的滤波器，从而抑制与所述表面不相关的频率分量以获得好的测量数据。
在许多情况下，雷达物位计用于如下应用：雷达物位计的故障可能导致危险情形因此雷达物位计必须极度可靠的应用。采用各种措施以确保雷达物位计的可靠性，从而降低危险情形的风险。例如，通过执行自诊断功能，雷达物位计可以进行检验以确保其正常工作。执行自诊断的一种方式为测量参考回波，这将检验雷达物位计的与生成、引导、滤波、放大、发射和/或接收电磁信号相关的部件，这些部件还被称之为微波链。
US专利5 614 911描述了可以检测问题例如在天线上形成沉积物或其它麻烦例如天线的损坏或损耗的FMCW雷达物位计。所述问题通过在雷达物位计进入实际操作之前首先存储未受干扰的参考函数即罐频谱来检测。在实际操作期间，将测量的回波函数与存储的未受干扰的回波函数进行比较，分析并评估任何差异以识别形成有沉积物或其它麻烦。相似地，US专利申请2006/0015292为时域反射计(TDR)雷达物位计，其可以检测物料在天线上的堆积或TDR雷达物位计的电子设备的故障。使用在预定时间间隔上的距表面的距离的恒定测量来识别物料在天线上的堆积或TDR雷达物位计的电子设备的故障，例如天线与电子设备之间的耦接中的短路。然而，由于每个天线的天线回波不同并且它们随着时间降级和改变，所以天线回波不适合用于诊断功能。
发明内容
关于雷达物位计的以上提及的期望特性，本发明的总体目的为使得能够通过提供参考回波而不向雷达物位计添加部件或成本来检验FMCW雷达物位计。
本发明基于如下认识：通过配置距离与FMCW雷达物位计的频率扫描中的频率之间的关系，提供适应的频率扫描，从而不能辨别在从收发器到信号传播设备的信号传播路径中的回波。因此，在传播路径中的回波将提供可检测的参考回波以使得雷达物位计能够对微波链进行自诊断。
根据本发明的第一方面，这些和其它目的通过一种用于测量距容纳在罐中的物品的表面的距离的自诊断型FMCW雷达物位计来实现。雷达物位计包括：收发器，所述收发器被设置成生成和发射具有频率扫描形式的电磁发射信号；以及信号传播设备和连接信号传播设备与收发器的信号传播路径。信号传播路径和信号传播设备被配置成将电磁发射信号朝向所述表面进行引导并且返回包括来自表面和信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号。雷达物位计还包括混频器，所述混频器连接至收发器并且被配置成将回波信号与电磁发射信号的一部分进行混频以提供中频信号。滤波装置连接至混频器并被配置成对中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号，处理电路连接至滤波装置并且被配置成处理经滤波的中频信号。频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，其中，诊断扫描被配置成使得在经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距阻抗过渡的距离。测量扫描被配置成使得在经滤波的中频信号中参考回波受到抑制并且在经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离。处理电路被配置成基于参考回波对雷达物位计进行自诊断以及基于表面回波确定距表面的距离。
根据本发明的第二方面，所述目的还通过用于提供对用于测量距容纳在罐中的物品的表面的距离的FMCW雷达物位计的自诊断的方法来实现。所述方法包括：生成具有频率扫描形式的电磁发射信号；以及将电磁发射信号经由信号传播路径和信号传播设备朝向所述表面进行引导。所述方法还包括：返回包括来自表面和信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号；以及将回波信号与发射信号进行混频以提供中频信号。对中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号。频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，其中，诊断扫描被配置成使得在经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距阻抗过渡的距离。测量扫描被配置成使得在经滤波的中频信号中参考回波受到抑制并且在经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离。所述方法还包括处理经滤波的中频信号，以基于参考回波对雷达物位计进行自诊断以及基于表面回波确定距表面的距离。
诊断扫描被配置成使得经滤波的中频信号包括来自在从收发器到信号传播设备的传播路径中的阻抗过渡的回波。
信号传播路径应当被解释为信号传播设备与包括在收发器中的微波源之间的连接。因此，沿该路径的阻抗过渡包括由至信号传播设备如天线的连接所创建的过渡。
来自传播路径的回波比信号传播设备以下的回波更近，并且将会比来自例如物品的表面的回波强得多。因此，在普通FMCW雷达物位计中，通过滤波装置对包括低频的这些强回波进行滤除或抑制。否则，雷达物位计将不能检测从表面接收的回波，并因此不能确定距表面的距离。本发明的至少一个附加优点为参考回波是从传播路径提供的并且不管使用的信号传播设备和其它条件如何总是相同的。另一个附加优点是每个扫描中的辐射功率被充分用于当前目的，测量扫描将测量距表面的距离，而诊断扫描将使得实现诊断功能。因此，本发明提供了检验FMCW雷达物位计而不添加部件或较多成本的可靠且简单的方式。
应当将测量扫描理解为“普通”的FMCW扫描：在该FMCW扫描中通过滤波装置对来自传播路径的回波进行抑制。
为了对雷达物位计进行自诊断，处理电路还可以包括自诊断块，所述自诊断块被配置成将参考回波与存储的参考回波配置文件(profile)进行比较。应当理解，通过配置诊断扫描，将会检测到在预计位置即距离处和/或具有预计幅度的参考回波。因此，存储的参考回波配置文件可以有利地包括关于用于诊断扫描的特定配置的参考回波的预计距离和/或预计幅度的信息。因此，如果参考回波未在预计距离处和/或以预计幅度出现，则处理电路的自诊断块可以对雷达物位计进行自诊断并确定微波链是否以预计方式运行。
为了使经滤波的中频信号能够包括来自传播路径的回波，可以对诊断扫描配以比测量扫描短的扫描时间。在各个实施方式中，可以通过对诊断扫描配以比测量扫描大的扫描带宽来使得实现相同的作用。这两种配置的组合也是可以的。因此，应当理解，增加频率扫描中的每时间单位的频率使得能够检测到传播路径中的回波。针对一些实施方式，测量扫描的扫描时间可以是诊断扫描的扫描时间的两倍。针对其它实施方式，测量扫描的扫描时间可以是诊断扫描的扫描时间的四倍。相应地，在本发明的其它示例性实施方式中，可以将诊断扫描设置成具有为测量扫描带宽的两倍或四倍的诊断扫描带宽。
滤波装置可以被有利地配置成：在测量扫描中抑制与参考回波对应的中频信号，或者在诊断扫描中放大与距离对应的回波(从而参考回波)。因此，在各个实施方式中，滤波装置可以包括高通滤波器和低通滤波器。因此，可以将经滤波的中频信号视作为至少在关于距收发器的距离的幅度上进行了补偿。从电磁源辐射的功率根据平方反比定律衰减，在没有来自滤波装置的对距离的补偿的情况下，来自传播路径和天线连接的信号将会比来自表面的回波大一定数量级。另外，低通滤波器可以使得滤波装置能够抗混叠，即滤除高频，例如比处理电路的采样频率的一半高的频率。在存在低通滤波器的实施方式中，在诊断扫描期间，来自表面的反射可以被滤除从而不可测量。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的另外的特征和优点将变得明显。本领域的技术人员意识到，可以在不脱离本发明的范围的情况下，将本发明的不同特征进行组合以创建下文描述的实施方式之外的实施方式。
附图说明
现在将参照示出了本发明的实施方式的附图来更详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1是根据本发明的第一实施方式的自诊断型FMCW雷达物位计的图示。
图2是图1中的测量电子设备的图示。
图3是根据本发明的一个实施方式的滤波装置特性的图示。
图4A至图4C是根据本发明的一个实施方式的罐频谱的图示，即快速傅里叶变换后的经滤波的中频信号的图示。
图5A至图5C是根据本发明的实施方式的测量扫描和诊断扫描的示意图。
图6是根据本发明的另一个实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在本描述中，主要参照具有用于辐射和捕获电磁信号的自由传播天线的雷达物位计来描述本发明的实施方式。应当注意，这绝不限制本发明的范围，本发明同样适用于其它信号传播设备，包括：其它自由传播天线，例如杆状天线、贴片天线、固定或可移动的抛物面天线或锥形天线；以及用于导波雷达应用的波导装置，例如静止管道(still pipe)、传输线或探针例如单引线探针(包括所谓的索末菲探针(Sommerfeld-probe)或高保探针(Goubau-probe))、双引线探针或同轴探针。
另外，在以下描述中，主要参照使用步进频率扫描的FMCW雷达物位计来描述本发明的实施方式。应当注意，在任何采样的FMCW中，例如在使用连续频率扫描的FMCW中，本发明是有利的，或者甚至在使用频率扫描的其它类型的雷达***中本发明是有利的。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的雷达物位计1，该雷达物位计1包括测量电子设备单元2和在此为喇叭形天线3的信号传播设备。雷达物位计1设置在罐5上，罐5部分地填充有待计量的物品6。罐5可以为能够容纳物品的任何容器或器皿，可以为金属的或部分非金属或全部非金属的，可以为敞开、半敞开或封闭的。罐中的物品6可以为液体、液化气体或甚至固体例如颗粒或塑料小球。FMCW测量方法提供了雷达物位计的相对高的测量灵敏度，使得当罐中存在干扰对象时还能够具有可靠的测量结果。通过分析由天线3朝向物品6的表面7辐射的发射信号ST以及从表面7传播回的回波信号SR，测量电子设备单元2可以确定参考位置与物品6的表面7之间的距离，从而可以导出填充物位L。应当注意，尽管在本文中讨论包含单一物品6的罐5，但是可以以相似方式测量距罐5中存在的任何物质界面的距离。另外，由天线3朝向表面7辐射的发射信号ST通常包括9GHz至11GHz的频谱或24GHz至27GHz的频谱。在一些情况下，例如当使用波导装置并执行接触式测量时，信号通常包括1GHz至3GHz的频谱。
如图1示意性示出的，电子设备单元2包括用于发射和接收电磁信号的收发器10。收发器10经由连接线路9连接至天线3。连接线路9可以为任何合适的信号介质例如同轴电缆或任何电磁波导装置。单元2还包括处理电路11，处理电路11连接至收发器10用于控制收发器10并处理由收发器10接收的信号以确定罐5中的物品6的填充物位。处理电路11还连接至存储器12，存储器12存储雷达物位计1的操作所需要的任何软件并且还提供在操作期间使用的RAM。
处理电路11还经由接口14可连接至用于模拟和/或数字通信的外部通信线路13。例如，可以通过双线制接口提供通信接口14与外部控制站(未示出)之间的通信，该双线制接口具有向控制站发送测量结果和接收用于物位计1的操作的电力的组合功能。这样的双线制接口可以提供基本上恒定的电力，并且可以使用数字协议例如现场总线基金会、HART或过程现场总线将测量结果叠加在电源电压上。可替代地，根据当前测量结果调节线路中的电流。这样的接口的示例为4-20mA工业环路，其中根据测量结果将电流在4mA与20mA之间调节。可替代地，雷达物位计1可以使用例如无线HART协议与控制站进行无线通信，并且使用具有电池或其它清洁能量装置的本地电源(未示出)用于自治性操作。
在此，接口14包括电力管理电路，该电力管理电路包括电力存储装置15，该电力存储装置15用于在微波单元不被激活的时间段期间存储电力，从而允许当微波单元是激活的时间段期间(即扫描期间)的较高功耗。使用这样的电力管理，可以实现较低的平均功耗并且仍然允许短时间段的较高功耗。电力存储装置15可以包括电容，并且会受约束于空间要求和本质安全要求(当罐1设置在具有***性或易燃性内容物的罐的危险区域中时所施加的)。
尽管在图1中被示为不同的框，但是可以将收发器10、处理电路11和接口14中的若干个设置在同一电路板上或甚至同一集成电路(IC)中。
现在参照图2，示出了根据本发明的一个实施方式的在图1中的收发器10和处理电路11的更详细的框图。
在此，收发器10包括微波源21，而微波源21又被形成处理电路11的一部分的定时电路23控制。微波源21经由功率分配器24连接至天线3，并且还连接至混频器25。功率分配器24被设置成将来自天线的返回信号连接至混频器25，以使得第一混频器25将返回信号与来自微波源21的发射信号进行混频并提供中频信号。混频器25连接至滤波装置26，滤波装置26对中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号。滤波装置则又连接至放大器27。
在各个实施方式中，滤波装置26包括至少两个高通滤波器和至少一个低通滤波器。图3示出了使用处于3kHz的第一高通滤波器、处于60kHz的第二高通滤波器以及处于100kHz的低通滤波器的滤波装置的滤波特性。滤波装置26的变型当然是可以的，可以根据每个应用来调节频率。在一些实施方式中，可以使用陷波滤波器以滤除较低的频率。
在此，处理电路11除了以上提及的定时电路23之外还包括适于对来自放大器27的信号进行接收和采样的采样器31。采样器可以包括与A/D转换器结合的采样保持电路，或者可以被实现为∑-△转换器。采样器31还可以额外包括抗混叠滤波器，该抗混叠滤波器被配置成进一步抑制信号的高于采样器31的采样频率的一半的频率部分。通过定时电路控制采样器31以与测量信号同步。因此，基于测量信号为测量扫描或诊断扫描，采样器31将采样信号发送至物位计算器块34或自诊断块35。物位计算器块34将基于来自采样器31的采样信号来确定距离，自诊断块35将基于接收的来自采样器31的采样信号来对微波链进行自诊断并从而检验雷达物位计1。通常，参与生成、引导、滤波、放大、发射和/或接收电磁微波的部件为被识别为微波链的部分。因此，在所示示例性实施方式中，微波链包括至少收发器10以及定时电路23和采样器31。应当注意，自诊断块35和物位计算器块34在功能上可以为同一单元。
尽管收发器10的元件通常实施为硬件并形成通常还被称为微波单元的集成单元的一部分，但是处理电路11的至少一些部分通常通过由嵌入式处理器执行的软件模块来实施。本发明并不限于该特定实现，可以想到发现适合实现在本文中描述的功能的任何实施。
现在将结合在图4A至图4C中的以分贝为单位的幅度与频率的曲线图中描绘的测量扫描和诊断扫描的经快速傅里叶变换(FFT)的中频信号来描述滤波装置26和图3中的滤波特性。注意，在图4A至图4C中以虚线40来标记检测限，其标记了在哪个物位处回波实际可检测。
图4A中的曲线图表示在不具有有效的滤波装置26的情况下的罐频谱。将参考回波41视作在检测限以上的第一回波，第二大得多的回波42为由至天线的连接所产生的回波，在下文中称为天线回波42。最后，小得多的回波43为实际上的表面回波。因此，应当理解，在不具有有效的滤波装置26的情况下，表面回波43将难以从参考回波41和天线回波42中区分出来。特别应当注意，表面回波43相对更接近在检测限40以下。另外，为了说明起见，图4A中的表面回波43表示在使得将这些回波分开的距离处的表面。在许多情况下，表面回波43将具有表示较小的距离的较低频率，从而与天线回波42完全不可区分。
图4B中的曲线图表示测量扫描，与图4A相比，滤波装置26通过第一高通滤波器被配置成抑制作为参考回波41的不需要的近区回波。注意，通过滤波装置26将参考回波41抑制在检测限以下。这表示在测量扫描期间将不可能检测到参考回波41。然而，天线回波42通常足够强以至在检测限40以上检测到。每个天线的天线回波42不同并且可能根据罐的氛围和/或天线上累积的物料而随时间降级和改变，因此，来自天线连接的天线回波42不太适合用于诊断功能。滤波装置26通过第二高通滤波器还有利地补偿根据自由波传播中的距离的功率损耗，该功率损耗也被称为自由空间路径损耗，其中，所述功率根据平方反比定律衰减。再次，滤波装置26通过低通滤波器限制信号的带宽以降低将会被放大器27放大的噪声的量。包括在滤波装置26中的低通滤波器的该带宽限制功能可以附加地用作抗混叠滤波器并且对比处理电路11的采样频率的一半高的频率进行抑制。滤波装置的抑制较高频率的要求通常会取决于采样器31。可以由处于比采样频率快一定数量级的内部时钟以若干MHz来驱动∑-△转换器，从而不需要进一步抑制高频。其它类型的采样器可以要求用于抗混叠的内置低通滤波器以进一步抑制频率。在至少一个实施方式中，采样器31为逐次逼近(SAR)ADC，从而可以过采样，因此不需要任何额外的对较高频率的抑制。
通过从滤波装置26的抗混叠频率44开始的灰色显示区域来指示抗混叠特征。
图4C中的曲线图表示诊断扫描。注意，由于现在将较高频率包括在参考回波45中，所以由于滤波装置26不再很大程度地抑制参考回波45，参考回波45将在检测限以上可检测。仍然存在天线回波46。由于现在参考回波45可检测，其还可以用于自诊断功能。然而，注意，在诊断扫描期间，表面回波47将具有较高频率，并因此可能甚至在滤波装置的抗混叠频率44、48以上。因此，可以通过滤波装置26的低通滤波部件滤除表面回波47。为了理解与前面的附图的联系，图4C的表面回波47保持了原有尺寸。所发生的是与在测量扫描中的参考回波41相似，表面回波47将被抑制在检测限40以下。因此，如果表面回波47的频率比滤波装置26和采样器31的在指示频率48处的抗混叠频率高，则致使在诊断扫描期间不可能测量距表面7的距离L。
在测量扫描中的表面回波43的经滤波的中频可以与在诊断扫描中的参考回波45的经滤波的中频相同。因此，在测量扫描的情况下，经滤波的中频信号将指示距表面的距离，在诊断扫描中，经滤波的中频信号将指示距在微波源21与天线3之间出现的参考回波45的距离。
在图5A至图5C中，为示出描绘的频率与时间的曲线图，所述曲线图示出了由微波源21生成并从天线3发送出的频率扫描。回波的频率根据以下等式与频率扫描相关：
f = 2 · B · h T · c
其中，f为接收的中频信号的频率，c为当前介质中的光速，h为距回波的距离，T为扫描时间，B为扫描带宽。因此，较长的距离h将提供具有较高频率的回波。由于光速和距回波的距离是固定的，本发明关注配置带宽B和/或扫描时间T以执行使得参考回波45能够在检测限以上可检测到的诊断扫描。
在图5A中，使用带宽bw1和扫描时间t1示出测量扫描。已经与频率扫描进行混频并且经滤波的接收信号将产生与图4B所示相似的FFT。
在图5B中，使用带宽bw1和比t1长的扫描时间t2示出诊断扫描。已经与频率扫描进行混频并且经滤波的接收信号将产生与图4C所示相似的FFT。
在图5C中，使用比带宽bw1长的带宽bw2和扫描时间t1示出代表性诊断扫描。已经与频率扫描进行混频并经滤波的接收信号将产生与图4C所示相似的FFT。
图5B和图5C中的代表性频率扫描的组合当然是可以的。现在应当非常明显，通过增加在以上等式中带宽与扫描时间之间的比值，参考回波将具有较高的频率，这使得与普通的测量扫描相比参考回波可检测。
现在参照图6，图6为示出了根据本发明的一个实施方式的用于提供对距物品表面的距离的测量的方法的流程图。首先，将描述方法的总体步骤S1至S6，然后将详细阐述步骤S11、S12、S61和S62。
首先在步骤S1中，定时电路23控制微波源21以输出具有步进频率扫描形式的信号。在包括稳频反馈回路的微波源21中生成步进频率扫描。在各个实施方式中，稳频反馈回路可以为锁相环(PLL)。信号可以通常以合适的步进从较低频率步进到较高频率。在一个可替代实施方式中，相反，信号可以从较高频率步进到较低频率。例如，频率扫描可以具有若干GHz(例如0.2GHz至6GHz)的量级的带宽以及具有25GHz或10GHz的量级的平均频率。扫描中步进的数目N可以在范围100至4000中，典型地在范围200至2000中，并且可以针对30m的期望范围为约1000。从而每个频率步进(△f)的尺寸通常为MHz的量级。针对电力受限的应用，扫描的持续时间受限并且通常处于0ms至100ms的量级。例如，测量扫描的持续时间可以为约5ms并且具有500个频率步进(N＝500)，这导致每个步进的持续时间等于10μs或约100kHz的更新率。通过微波源21中的稳频反馈回路的采样频率来控制步进的持续时间。因此，频率步进的持续时间通常是固定的，并且为了提供诊断扫描，对步进的数目和/或扫描的开始和停止频率进行控制。因此，以相同带宽提供具有较短的扫描时间的诊断扫描，意味着减少步进的数目但是每个频率步进(△f)的尺寸将增大。以相似方式，以相同时间量提供具有较大带宽的诊断扫描，意味着执行相等数目的步进但是每个频率步进(△f)的尺寸将增大。
其次，在步骤S2中，来自微波源21的信号被沿从微波源21到天线3的传播路径进行引导，并且作为天线3朝向表面7的电磁发射信号ST发射到罐5中。
然后，在步骤S3中，从表面7经反射传播回的返回信号SR被天线3接收并沿波导装置9发送至收发器10进而发送至功率分配器24。
在步骤S4中，将返回信号SR经由功率分配器24发送至混频器25并与信号进行混频以提供中频信号。中频信号是分段常数振荡信号，其具有与距反射表面的距离成比例的频率，分段常数长度为与信号步进长度相等的长度。典型的频率为kHz的量级，例如小于100kHz，并且典型地小于50kHz。
在步骤S5中，通过如下滤波装置26对来自混频器25的中频信号进行滤波：该滤波装置26被设置成允许特定频率的中频信号通过以提供经滤波的中频。在图3中可以看到滤波装置的示例性特性。放大器27然后对经滤波的中频信号进行放大。
然后，在步骤S6中，通过处理电路11接收放大后的经滤波的中频信号，其中，通过采样器31对其进行采样和A/D转换。A/D转换器30的采样频率有利地为足够接近信号的更新率，以对信号的每个步进采样一次且仅一次。将由于采样而产生的采样矢量供应给自诊断块35或物位计算器块34以进行进一步处理。
定时电路23控制微波源21以生成测量扫描或诊断扫描。在测量扫描期间，方法从步骤S1继续至步骤S11，其中，生成并输出如上讨论的普通的频率扫描，图5A中示出了示例。如果定时电路23控制微波源21以生成诊断扫描，则方法将从步骤S1继续至S12，其中，在诊断扫描中，诊断扫描的带宽与扫描时间之间的比值被调节为使得来自从微波源21到天线3的传播路径的回波能够用作参考回波。在图5B和图5C中示出了生成的诊断扫描的示例。
最后，连接至定时电路的采样器31或者将采样信号耦接至物位计算器块34以执行方法的步骤S61。在此，物位计算器块34基于采样矢量确定经滤波的中频信号的频率，然后基于经滤波的中频信号的频率确定距反射表面的距离(后续确定罐中的物品的填充物位)。或者，在诊断扫描的情况下，采样器31将会将采样信号耦接至自诊断块35以执行方法的步骤S62。在此，自诊断块35将确定雷达物位计是否正常工作。自诊断块35将测量的参考回波与包括预计距离和/或预计幅度的参考回波的存储的配置文件进行比较。因此，如果测量的参考回波与存储的值等以任何方式不同，则自诊断块35将能够给确定微波链中的部件发生了故障。
雷达物位计1可以通常按照需要或当操作者认为适当时对微波链进行自诊断。例如，雷达物位计1可以至少每小时一次或至少每分钟一次执行诊断扫描。执行诊断扫描的其它间隔当然也是可以的，例如经常或不那么经常执行诊断扫描。
尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。另外，两个或更多个步骤可以同时或部分同时执行。这样的变化将取决于所选择的软件和硬件以及设计者的选择。所有这样的变化都在本公开内容的范围内。相似地，可以以使用基于规则的逻辑或其它逻辑的标准编程技术来完成软件实施以完成各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。此外，尽管已经参照特定示例性实施方式描述了本发明，但是对本领域的技术人员而言许多不同变更、修改等将变得明显。例如，图3中所示的滤波装置特性为一个示例，本领域的技工和技术人员将容易理解还可以设想其它合适的滤波特性。通过研究附图、本公开内容和所附权利要求，在实践所要求保护的本发明时，技工可以理解并做出对所公开的实施方式的变型。另外，在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，单数词语“一”或“一个”不排除多个。
本公开内容还可以通过以下方案来实现。
方案1.一种用于测量距容纳在罐中的物品的表面的距离的自诊断型FMCW雷达物位计，所述雷达物位计包括：
收发器，所述收发器被设置成生成和发射具有频率扫描形式的电磁发射信号；
信号传播设备；
连接所述信号传播设备与所述收发器的信号传播路径；
其中，所述信号传播路径和所述信号传播设备被配置成将所述电磁发射信号朝向所述表面进行引导并且返回包括来自所述表面和所述信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号；
混频器，所述混频器连接至所述收发器并且被配置成将所述回波信号与所述电磁发射信号的一部分进行混频以提供中频信号；
滤波装置，所述滤波装置连接至所述混频器并且被配置成对所述中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号；以及
处理电路，所述处理电路连接至所述滤波装置并且被配置成处理所述经滤波的中频信号；
其中，所述频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，
所述诊断扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距所述阻抗过渡的距离，
所述测量扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中所述参考回波受到抑制并且在所述经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离；以及
其中，所述处理电路被配置成基于所述参考回波对所述雷达物位计进行自诊断以及基于所述表面回波确定距所述表面的距离。
方案2.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述处理电路还包括被配置成将所述参考回波与存储的参考回波配置文件进行比较的自诊断块，所述存储的参考回波配置文件包括距所述参考回波的预计距离和/或所述参考回波的预计幅度。
方案3.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描短的扫描时间。
方案4.根据方案3所述的雷达物位计，其中，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少两倍。
方案5.根据方案3所述的雷达物位计，其中，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少四倍。
方案6.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描大的扫描带宽。
方案7.根据方案6所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少两倍。
方案8.根据方案6所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少四倍。
方案9.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述频率扫描仅包括在24GHz至27GHz的范围中的频率。
方案10.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述频率扫描仅包括在1GHz至3GHz的范围中的频率。
方案11.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述频率扫描仅包括在9GHz至11GHz的范围中的频率。
方案12.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述信号传播设备为抛物面天线、喇叭形天线和贴片天线中之一。
方案13.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述信号传播设备为索末菲探针、高保探针、同轴探针、双引线探针或静止管道中之一。
方案14.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描以至少每小时一次来执行。
方案15.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述诊断扫描以至少每分钟一次来执行。
方案16.根据方案1所述的雷达物位计，其中，所述滤波装置包括至少两个高通滤波器和至少一个低通滤波器。
方案17.根据方案16所述的雷达物位计，其中，所述至少两个高通滤波器中的一个高通滤波器设置在3kHz处，所述至少两个高通滤波器中的另一高通滤波器设置在60kHz处，所述至少一个低通滤波器中的一个低通滤波器设置在100kHz处。
方案18.一种用于提供对用于测量距容纳在罐中的物品的表面的距离的FMCW雷达物位计的自诊断的方法，所述方法包括：
生成具有频率扫描形式的电磁发射信号；
将所述电磁发射信号经由信号传播路径和信号传播设备朝向所述表面进行引导；
返回包括来自所述表面和所述信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号；
将所述回波信号与所述发射信号进行混频以提供中频信号；
对所述中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号，
其中，所述频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，
所述诊断扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距所述阻抗过渡的距离，
所述测量扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中所述参考回波受到抑制并且在所述经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面的距离；以及
处理所述经滤波的中频信号，以基于所述参考回波对所述雷达物位计进行自诊断以及基于所述表面回波确定距所述表面的距离。
方案19.根据方案18所述的方法，其中，处理所述经滤波的中频信号以对所述雷达物位计进行自诊断的步骤包括将所述参考回波与存储的参考回波配置文件进行比较，所述存储的参考回波配置文件包括距所述参考回波的预计距离和/或所述参考回波的预计幅度。
方案20.根据方案18所述的方法，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描短的扫描时间。
方案21.根据方案20所述的方法，其中，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少两倍。
方案22.根据方案20所述的方法，其中，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少四倍。
方案23.根据方案18所述的方法，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描大的扫描带宽。
方案24.根据方案23所述的方法，其中，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少两倍。
方案25.根据方案23所述的方法，其中，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少四倍。
方案26.根据方案18所述的方法，其中，所述频率扫描仅包括在24GHz至27GHz的范围中的频率。
方案27.根据方案18所述的方法，其中，所述频率扫描仅包括在1GHz至3GHz的范围中的频率。
方案28.根据方案18所述的方法，其中，所述频率扫描仅包括在9GHz至11GHz的范围中的频率。

Claims (15)

1.一种用于测量距容纳在罐(5)中的物品(6)的表面(7)的距离的自诊断型FMCW雷达物位计(1)，所述雷达物位计(1)包括：
收发器(10)，所述收发器(10)被设置成生成和发射具有频率扫描形式的电磁发射信号；
信号传播设备(3)；
连接所述信号传播设备(3)与所述收发器(10)的信号传播路径；
其中，所述信号传播路径和所述信号传播设备(3)被配置成将所述电磁发射信号朝向所述表面(7)进行引导并且返回包括来自所述表面(7)和所述信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号；
混频器(25)，所述混频器(25)连接至所述收发器(10)并且被配置成将所述回波信号与所述电磁发射信号的一部分进行混频以提供中频信号；
滤波装置(26)，所述滤波装置(26)连接至所述混频器(25)并且被配置成对所述中频信号进行滤波以提供经滤波的中频信号；以及
处理电路(11)，所述处理电路(11)连接至所述滤波装置(26)并且被配置成处理所述经滤波的中频信号；
其特征在于，所述频率扫描为诊断扫描和测量扫描中之一，
所述诊断扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距所述阻抗过渡的距离，
所述测量扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中所述参考回波受到抑制并且在所述经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面(7)的距离，以及
其中，所述处理电路(11)被配置成基于所述参考回波对所述雷达物位计(1)进行自诊断以及基于所述表面回波确定距所述表面(7)的距离。
2.根据权利要求1所述的雷达物位计(1)，其中，所述处理电路(11)还包括被配置成将所述参考回波与存储的参考回波配置文件进行比较的自诊断块(35)，所述存储的参考回波配置文件包括距所述参考回波的预计距离和/或所述参考回波的预计幅度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位计(1)，其中，所述信号传播设备(3)为抛物面天线、喇叭形天线和贴片天线中之一。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的雷达物位计(1)，其中，所述信号传播设备(3)为索末菲探针、高保探针、同轴探针、双引线探针或静止管道中之一。
5.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位计(1)，其中，所述诊断扫描以至少每小时一次来执行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位计(1)，其中，所述诊断扫描以至少每分钟一次来执行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的雷达物位计(1)，其中，所述滤波装置(26)包括至少两个高通滤波器和至少一个低通滤波器。
8.根据权利要求7所述的雷达物位计(1)，其中，所述至少两个高通滤波器中的一个高通滤波器设置在3kHz处，所述至少两个高通滤波器中的另一高通滤波器设置在60kHz处，所述至少一个低通滤波器中的一个低通滤波器设置在100kHz处。
9.一种用于提供对用于测量距容纳在罐(5)中的物品(6)的表面(7)的距离的FMCW雷达物位计(1)的自诊断的方法，所述方法包括：
生成(S1)具有频率扫描形式的电磁发射信号；
将所述电磁发射信号经由信号传播路径(9)和信号传播设备(3)朝向所述表面(7)进行引导(S2)；
返回(S3)包括来自所述表面和所述信号传播路径中的阻抗过渡的反射的回波信号；
将所述回波信号与所述发射信号进行混频(S4)以提供中频信号；
对所述中频信号进行滤波(S5)以提供经滤波的中频信号，
其特征在于，所述频率扫描为诊断扫描(S12)和测量扫描(S11)中之一，
所述诊断扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中可检测参考回波，所述参考回波指示距所述阻抗过渡的距离，
所述测量扫描被配置成使得在所述经滤波的中频信号中所述参考回波受到抑制并且在所述经滤波的中频信号中可检测表面回波，所述表面回波指示距所述表面(7)的距离；以及
处理(S6)所述经滤波的中频信号，以基于所述参考回波对所述雷达物位计进行自诊断(S62)以及基于所述表面回波确定(S61)距所述表面(7)的距离。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，处理(S6)所述经滤波的中频信号以对所述雷达物位计进行自诊断(S62)的步骤包括将所述参考回波与存储的参考回波配置文件进行比较，所述存储的参考回波配置文件包括距所述参考回波的预计距离和/或所述参考回波的预计幅度。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描短的扫描时间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少两倍，并且优选地，所述测量扫描时间为所述诊断扫描时间的至少四倍。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述诊断扫描具有比所述测量扫描大的扫描带宽。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少两倍，并且优选地，所述诊断扫描带宽为所述测量扫描带宽的至少四倍。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，所述频率扫描仅包括在24GHz至27GHz的范围中的频率，或者所述频率扫描仅包括在1GHz至3GHz的范围中的频率，或者所述频率扫描仅包括在9GHz至11GHz的范围中的频率。
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