专利名称：料位计系统的校准的制作方法
技术领域：
本发明涉及料位计系统的校准并且涉及具有校准能力的料位计系统。
背景技术：
距离测量装置，或者测距装置，基于如下原理朝向表面或物体传送电磁信号，并 且接收反射信号。随后可以基于信号去往表面或物体并且返回的飞行时间来确定距离。这 种确定可以使用适当的信号处理来执行。理想地，接收信号将被简单地采样以便检测回波 峰值。然而，由于电磁波以光速传播，因此回波峰值将典型地具有仅约几个纳秒的时长。传 统的采样器不够快，不能以足够的分辨率捕获这样的快脉冲以高精度地检测距离。
例如在料位计量领域中对该问题的解决方案是已知的。在使用电磁脉冲的料位计 (这里被称为雷达料位计RLG，即便所使用的频率不一定在传统的雷达范围内)，料位计传 送包括具有兆赫兹范围内的重复频率的纳秒脉冲的脉冲序列。反射的脉冲序列与传送信号 混合，以便提供时间扩展脉冲响应。尽管提供了令人满意的结果，但是该处理需要复杂的和 相对昂贵的设计。因此已努力提供足够短的时间尺度上的实时采样以允许对单个脉冲或者 尽可能少的脉冲采样以匹配信号的范围(例如，32个脉冲用于5位分辨率)。
作为一个替选方案，已经提出使用集成在一个硅芯片上的收发器�？椤８媚？榭� 以允许利用传送信号和接收信号之间的已知的时间关系，对具有ns或更小的时长的脉冲 实时采样。
根据这种单芯片收发器�？榈囊桓霾僮髟恚邮章龀逵脬兄档缙奖冉喜⑶彝� 过大量的(例如128个)连续的采样器对接收脉冲采样，使得采样覆盖典型地比脉冲自身 长的时间窗口，其中连续的采样器开始于给定时间点(频闪采样)并且结束于另一时间 点。通过重复采样若干次，在逐渐增加(扫描)阈值的同时，可以恢复接收信号的幅度。这 被称为“扫描阈值米样”并且在Hjortland等人的论文“Thresholded samplers for UffB impulse radar”中描述。基于该原理的雷达芯片的示例在商业上可获得自挪威的Novelda 公司。
关于使用一系列片上元件对信号实时采样的潜在问题是缺乏温度稳定的时钟参 考。尽管可以例如利用参考回波来建立采样的起点，但是采样的实际时长将取决于芯片上 的延迟元件。例如，收发器模块可能呈现大的温度漂移，因为芯片中的所有延迟元件具有显 著的温度依赖性。
在实验室测量中，已观察到每10°C约4cm的未经补偿的温度漂移。该问题对于雷 达料位计量实施形式是特别相关的。发明内容
本发明的总体目的在于克服或者至少减轻实时采样收发器�？榈纳鲜鑫侍�。
根据本发明的第一方面，提供了一种料位计系统，用于使用电磁信号确定料箱中 的产品的填充料位，该料位计系统包括信号传播装置，用于将脉冲测量信号传送到料箱中，并且接收来自料箱的反射信号；收发器�？椋哂杏糜谙蛐藕糯プ爸锰峁┞龀宀饬啃� 号的脉冲生成器，以及用于利用相继样本之间的采样时段对反射信号采样以提供采样反射 信号的实时采样器；处理电路，连接成从收发器�？榻邮詹裳瓷湫藕挪⑶冶慌渲梦� 采样反射信号和采样时段确定填充料位；以及无线通信装置，连接到处理电路，用于经由无 线通信网络向远程位置提供指示填充料位的无线通信信号，无线通信装置被配置为经由无 线通信网络接收定时信号并且基于定时信号提供定时信息，其中该料位计系统进一步包括 校准电路，该校准电路被布置为接收基于定时信息的时间戳记信号，并且被配置为登记第 一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的采样时段的数目，并且其中处理电路被进一步 配置为基于第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间以及由校准电路登记的采 样时段的数目，来估计实时采样器的采样时段。
料箱可以是能够盛放产品的任何容器或器皿，并且可以是金属的，或者部分地或 完全地非金属的，开放的，半开放的或者封闭的。此外，可以使用朝向料箱内部的产品传播 传送信号的信号传播装置来直接地确定料箱中盛放的产品的填充料位，或者可以使用设置 在所谓的腔室内部的传播装置来间接地确定料箱中盛放的产品的填充料位，其中该腔室位 于料箱外部，但是以使得腔室中的料位与料箱内部的料位对应的方式与料箱内部流体连 通。
“信号传播装置”可以是能够传播电磁信号的任何装置，包括传送线探针、波导以 及诸如喇叭天线、阵列天线等的各种类型的天线。
应当注意，处理电路可以被实现为料位计系统中包括的一个或若干个微处理器。 例如，处理电路可以包括用于控制收发器�？椴⑶抑葱腥范ㄌ畛淞衔凰璧牟僮鞯囊桓龃� 理器以及用于处置料位计系统和远程位置之间的无线通信的一个处理器。远程位置可以是 例如处理控制机构处的主机系统。
这里的实时采样器指的是能够以足以进行准确的时间确定的分辨率对电磁脉冲 采样的采样器。在典型的距离测量应用中，基于电磁脉冲的反射，这指示纳秒级或更小的样 本时间。作为不例，米样时段可以小于100皮秒,或者小于50皮秒。在一个实施例中，米样 时段约为30皮秒。
时间戳记信号可以直接对应于无线通信装置提供的定时信息。可替选地，无线通 信装置提供的定时信息可以用于确定料位计系统中包括的振荡器(诸如系统时钟)的频率 的瞬间准确值。于是时间戳记信号可以由来自系统时钟的信号触发(或者是来自系统时钟 的信号)并且可以隔开系统时钟(或者其他振荡器)的给定数目的时钟周期。
本发明基于如下实现方案，如果基于无线通信网络定时同步生成了时间戳记信 号，并且登记了时间戳记信号之间的采样时段的数目，则无线通信网络中的定时同步可以 用于校准料位计系统。根据准确时间和采样时段的数目，可以容易地估计(平均)采样时 段。使用该估计的采样时段，以及来自料箱的采样反射信号，可以在不需要料位计系统中的 非常准确的和稳定的时钟参考的情况下高度准确地确定填充料位。
因此，本发明的各种实施例提供了 在不需要料位计系统中的温度稳定的和高度 准确的时钟参考的情况下，高度准确地确定料箱中的填充料位。因此，料位计系统的功耗可 以保持充分低，以提供料位计系统的长时间的操作，同时维持期望的测量精度(_级)。在 电池供电的料位计系统的情况下，应可能在单电池组上提供超过5年的填充料位的准确确
可以从无线通信装置向校准电路提供时间戳记信号。可替选地，可以从无线通信 装置向处理电路提供定时信息，并且处理电路可以基于定时信息向校准电路提供时间戳记信号。
实时采样器可以包括具有多个采样延迟元件的采样延迟线，每个采样延迟元件的 延迟与采样时段对应。在该实时采样器中，将被采样的输入信号(在该情况下是反射信号) 被同时提供给多个寄存器，并且根据采样触发信号穿过采样延迟线的前进在不同的时间对 输入信号值采样。连续的采样事件之间的时间，即采样时段，与采样延迟元件的信号传播延 迟对应。不同的采样延迟元件可以有利地由相同的电路元件制成，从而采样延迟元件的信 号传播延迟和温度依赖性等将基本上相同。在适当设计的采样延迟线中，可以将采样时段 取为采样延迟线中的采样延迟元件的平均信号传播延迟。
由于采样时段可能比第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间短得多 (几千倍)，因此校准电路可以被配置为使校准信号在第一时间戳记信号和第二时间戳记 信号之间的校准时段中通过包括多个校准延迟元件的校准延迟线循环，并且登记信号在校 准时段期间穿过的校准延迟元件的数目。
校准延迟元件应使得可以基于在校准时段期间穿过的校准延迟元件的数目来至 少大致地得到平均采样时段。为此，校准延迟元件应呈现具有基本上与采样延迟元件相同 的温度依赖性的信号传播延迟。因此校准延迟元件可以有利地由与采样延迟元件相同的类 型的电路元件形成。因此，如果每个采样延迟元件是在给定工艺中实现的反相器，则每个校 准延迟元件可以有利地是在基本上相同的工艺中实现的反相器(或者若干个反相器)。
在各种实施例中，至少一些采样延迟元件可以被用作校准延迟元件，从而校准延 迟线由至少一部分采样延迟线形成。例如，整个采样延迟线可以被用作校准延迟线。
在其中校准延迟元件与采样延迟元件不同,但是校准延迟元件和采样延迟元件的 信号传播延迟之间的关系已知的情况下，可以以校准延迟元件的平均信号传播延迟为单位 间接地登记采样时段的数目。当校准延迟元件与采样延迟元件相同时(诸如当采样延迟元 件被用作校准延迟元件时)，不同地，可以以采样延迟元件的平均信号传播延迟为单位直接 地登记采样时段的数目。
在各种实施例中，校准电路可以包括用于对校准信号在校准时段期间穿过校准延 迟线的次数进行计数的计数器。这将给出校准信号在校准时段期间穿过的校准延迟元件的 数目的指示。根据校准时段相对于校准延迟元件的信号传播延迟的长度，可以根据校准信 号穿过校准延迟线的次数(=计数器登记的值)以充分的精度推导平均采样时段。
这是否可能还取决于校准延迟线中的校准延迟元件的数目。如果校准延迟线短 (几个校准延迟元件)，则因未考虑校准信号在最终循环中穿过/未穿过的校准延迟元件而 引入的误差将显然小于校准延迟线长的情况下的误差。
校准电路可以进一步包括多个寄存器，每个寄存器连接到校准延迟元件之间的校 准延迟线，并且被布置为由第二时间戳记信号触发。
通过读取寄存器，可以确定校准信号在最终循环中通过校准延迟线传播了多远。 于是可以使用如下关系确定在校准时段期间穿过的校准延迟元件的总数
M = NxCNT VALUE+n,
其中M是穿过的校准延迟元件的总数,N是校准延迟线中的校准延迟元件的数目， CNT VALUE是指示校准信号已通过校准延迟线循环的次数的计数器值，η是校准时段结束时的激活寄存器的数目。
如上文所述，由无线通信装置提供的定时信息可以用于确定诸如料位计系统的系统时钟的内部振荡器的瞬间准确频率。
作为对通过校准延迟线等的循环次数进行计数的替选方案，来自内部振荡器的信号可以作为输入信号提供给实时采样器。由于内部振荡器的瞬间准确频率已知，因此可以通过使采样信号与已知的输入信号相关来确定采样时段。在本申请人的未审美国申请第 12/833，187号中描述了用于基于具有已知的(并且准确的)频率的输入信号来校准雷达料位计系统的方法，该申请的整体内容通过引用合并于此。
根据各种实施例，无线通信装置可以被配置为根据TDMA(时分多址)方案进行通信。例如，无线通信装置可以遵循WirelessHART标准(IEC62591)。
此外，料位计系统可以有利地被配置为由本地电源供电，该本地电源可以例如包括电池、超级电容器、风力涡轮机和/或太阳能电池等。
因此，料位计系统可以有利地包括用于提供用于料位计系统的操作的能量的本地能量储存装置。本地能量储存装置可以是能够存储能量的任何装置，诸如例如，一个或若干个电池、一个或若干个电容器等。
根据本发明的第二方面，提供了一种校准使用电磁信号确定料箱中的产品的填充料位的料位计系统的方法，该料位计系统包括用于利用相继样本之间的采样时段来对反射信号采样的实时采样器，该方法包括如下步骤从无线通信网络接收定时信号；基于定时信号生成时间戳记信号；登记第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的采样时段的数目；以及基于登记的采样时段的数目以及第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间来确定采样时段。
根据该方法的一个实施例，实时采样器可以包括具有多个采样延迟元件的采样延迟线，每个采样延 迟元件的延迟与采样时段对应，并且登记采样时段的数目的步骤可以包括如下步骤使校准信号在第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的校准时段中通过包括多个校准延迟元件的校准延迟线循环；对校准信号在校准时段期间穿过校准延迟线的次数进行计数；以及登记校准信号在其最后一次通过校准延迟线行进中已穿过哪些校准延迟元件。
本发明的另外的实施例以及通过本发明的该第二方面获得的效果与上文针对本发明的第一方面描述的实施例和效果极为相似。
通过根据本发明的料位计系统和方法的各种实施例，可以相继地或并行地执行料位测量和校准。在后者的情况下，并且在其中允许校准信号穿过采样延迟线的实施例中，两个输入信号(脉冲反射和校准信号)可以通过幅度或频率彼此隔开。
注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能的组合。
现将参照示出了本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中
图1示意性地图示安装在示例性料箱中的根据本发明的实施例的料位计系统；图2是图1中的料位计系统的示意性框图；图3是图2中的料位计系统中包括的收发器�？榈氖疽庑钥蛲迹煌�4图示了图3中的收发器�？榈拇推骱徒邮掌鞑糠值氖纠允凳├煌�5图示了还包括校准电路的图3中的收发器�？榈氖纠允凳├灰约巴�6是示意性地图示根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施例方式这里将参照所谓的GWR(引导波雷达)类型的料位计装置描述本发明，其中通过传 送线探针在料位计的测量单元和待计量的产品之间来回引导电磁信号。然而，这决不应视 为对本发明的限制，本发明也可以有利地用于非接触料位计系统，其中使用辐射天线朝向 料箱中的产品辐射电磁波。图1示意性地图示根据本发明的实施例的料位计系统1，其包括测量电子单元2以 及具有传送线探针3的形式的信号传播装置。雷达料位计系统1被设置在料箱5上，料箱5 部分地填充有待计量的产品6。通过分析由传送线探针3朝向产品6的表面7引导的测量 信号ST，以及从表面7返回的反射信号SK，测量电子单元2可以确定参考位置和产品6的表 面7之间的距离，由此可以推导填充料位。应当注意，尽管这里讨论盛放单种产品6的料箱 5，但是可以以相似的方式测量距料箱5中存在任何材料界面的距离。填充料位通过通信天 线8被传递到远程位置。传送线探针3可以是同轴探针、刚性的或柔性的双探针、或者刚性的或柔性的单 探针。(双或单)柔性探针还被称为丝(wire)探针，而(双或单)刚性探针还被称为棒 (rod)探针。特别地，在柔性探针的情况下，探针的下端可以附着在料箱的底部，或者附着到 确保探针的末端保持在料箱的底部的配重。如图2中示意性图示的，料位计系统1包括收发器�？�10、在这里具有微处理器 11的形式的处理电路、无线通信装置12和电池组13。在操作中，收发器�？�10生成脉冲电磁测量信号ST并且接收反射信号SK。将在 下文更详细描述的收发器�？�10向微处理器11提供可以根据其确定填充料位的数据。微处理器11确定填充料位，和/或另一处理参数，并且经由无线通信装置12将该 信息提供给远程位置，无线通信装置12可以有利地符合WirelessHART(IEC 62591)。该微处理器还可以经由无线通信装置12接收各种命令并且可以响应于这些命令 来控制或校准收发器�？�。特别地，微处理器可以经由无线通信装置12接收唤醒信号，执 行测量操作(其可以包括校准操作)，报告确定的填充料位并且随后返回休眠。这种间歇的 操作是用于实现没有用户干预的长时间的自动操作的重要因素。从诸如电池13和/或电容器等的本地能量储存装置向所有的收发器模块10、微处 理器11和无线通信装置12提供能量。料位计系统1可以额外地包括一个或若干个能量收 获装置，诸如太阳能电池、风力涡轮机、压电致动器等。图3示出了图1中的收发器�？榈母晗傅目蛲肌Ｕ饫锏氖辗⑵髂？�10包括集 成在单个芯片上的传送器部分、接收器部分和校准部分。单芯片设计可以通过在单个硅管 芯上或者在集成在单个可安装部件中的多个硅管芯上进行集成来实现。
应当注意，校准电路不一定需要是收发器�？�10的一部分，而是可以被设置为分 离的部件。
传送器部分包括被布置为生成并且传送具有期望的频率和脉冲形状的脉冲的脉 冲生成器20。脉冲生成器20经由输出端子21连接到信号传播装置3。脉冲生成器的重复 频率由例如从微处理器11接收到的外部时钟信号22监管。作为示例，脉冲的中心频率可 以是3. 4GHz，并且重复频率可以在I至IOOMHz的范围内，例如90MHz。每个脉冲的时长可 以为纳秒级。
接收器部分包括连接到放大器24的输入端子23，放大器24被布置为放大在输入 端子23处接收到的信号。接收器部分进一步包括被布置为实时地对接收信号采样的实时 采样器25。在雷达料位计量的背景下，实时采样指示皮秒级的分辨率。采样器25经由时间 延迟单元26连接到脉冲生成器20，并且被布置为在脉冲生成器20发射测量脉冲的时间之 后的预设延迟τ处开始接收信号的采样。
图3中的收发器�？�10进一步包括用于使用时间戳记信号(由图3中的“开始/ 停止”指示)校准实时采样器25的校准电路27，基于经由无线通信装置12 (参见图2)从 无线通信网络获得的定时信息已形成这些时间戳记信号。下文将参照图5更详细地描述校 准电路27的一个示例性实施例。
根据一个实施例，采样器25可以被布置为根据Hjortland等人的“Thresholded samplers for UffB impulse radar”中描述的“扫描阈值米样”原理操作,该文献通过引用 合并于此。根据该方法，将接收信号与阈值比较，并且由反相器级的阵列对无时钟输出采 样。现将参照图4描述用于扫描阈值采样的收发器�？�10的传送器和接收器部分的示例 性配置，图4更详细地示出了图3的实时采样器25。
如图4中所见，实时采样器25包括由串联布置的多个采样延迟元件31a至31c形 成的采样延迟线30。在延迟元件31a至31c之间，采样延迟线30连接到一系列数字寄存 器，这些数字寄存器在这里被设置为D触发器32a至32d的形式。D触发器32a至32d还在 D输入处经由阈值电路33连接到输入端子23。每个D触发器32a至32d的输出连接到各 自的计数器34a至34d。
通过沿采样延迟线30的传播延迟，D触发器32a至32d将在不同的时间由延迟的 测量脉冲触发，该测量脉冲源自脉冲生成器并且沿采样延迟线30行进。因此，D触发器32a 至32d的D输入处的信号将在不同的时间被米样,相继样本之间的时间，即米样时段,对应 于延迟元件31a至31c的信号传播延迟。
在扫描阈值米样中，在阈值电路34将输入信号(在该情况下是反射信号Sk)与阈 值比较。如果/当输入信号Sk高于阈值时，来自阈值电路34的输出是“高”，而当输入信号 Se低于阈值时，输出是“低”。如果当在D触发器32a至32d处采样时输出是“高”，则从该D 触发器32a至32d将“I”提供给计数器。换言之，将提供二进制序列。
重复采样若干次，同时逐渐地增加(扫描)阈值，由此导致多个二进制序列。这些 二进制序列被组合以产生数字采样信号，该数字采样信号具有与采样重复次数加I对应的 分辨率(在信号幅度方面)。
采样延迟线30可以例如，包括128个采样延迟元件，每个采样延迟元件由一个 (或若干个)反相器级形成。在该情况下，将形成128位的二进制序列。如果仅执行一次采样，则分辨率(在信号幅度方面)将是2 (高或低)。如果执行511次采样，则分辨率将是 512，或29。采样器可以可选地被布置为获取重复的样本序列并且对结果取平均，以便于减少噪声的影响。
有效采样率(在时间方面的分辨率)将与单个采样延迟元件的传播延迟成反比。 作为示例，如果一个采样延迟元件(诸如例如一个反相器级)的传播延迟约为30ps,则采样率将接近35GS/s。由于电磁波在真空中以O. 3mm/ps的速度行进，因此如果测量单向延迟, 则采样器的空间分辨率将约为9mm，或者如果测量双向延迟，则采样器的空间分辨率将约为 4. 5mm。
每个CMOS反相器级的延迟将取决于许多因素，包括工艺(相对于制造的CMOS芯片的额定设计延迟的随机和系统偏差)、供电电压和温度。在上述示例中，一个反相器级的延迟将因此不是恒·定的，而是可以在给定范围内变化。
如根据以上解释而清楚的，重要的是能够准确地确定采样延迟元件31a至31c的实际信号传播延迟(或者至少实际平均信号传播延迟)。由于采样延迟元件的信号传播延迟将典型地随温度等变化，因此在其中期望高精度的填充料位确定的应用中仅进行生产期间或者安装时的初始校准不可能是充分的。
现将参照图5描述图3中的校准电路27的示例性实施形式。
图5图示了图3中的收发器�？�10的实施例，其包括上文参照图4描述的扫描阈值采样架构和校准电路。
该校准电路包括校准延迟线(在该实施例中校准延迟线与采样延迟线30相同)、 校准回路35、复用器36和计数器37。此外，该校准电路包括一组数字寄存器，诸如D触发器38a至38d，其D输入连接到采样延迟元件31a至31c之间的采样延迟线30。
计数器37将对通过复用器36引入到回路35中的第一时间戳记信号ST1穿过校准延迟线(采样延迟线30)的次数进行计数，并且D触发器38a至38d将登记当第二时间戳记信号ST2触发D触发器38a至38d时的第一时间戳记信号ST1的位置。由此，可以根据计数器37提供的值以及D触发器38a至38d的输出上的数据来确定信号在校准时段(ST1和 ST2之间的时间)期间穿过的校准延迟元件(在该实施例中与采样延迟元件31a至31c相同)的总数。这将在下文参照图6中的流程图进一步描述。
首先参照图6和图2，在步骤SI中通过无线通信装置12从无线通信网络接收定时信号。在无线通信网络上的通信遵循WirelessHART标准的情况下，网络管理器有规律地以 IOppm的定时精度发出用于全网同步的定时分组(DLPDU)。
在下一步骤S2中，微处理器11从无线通信装置12读出基于定时信号的定时信息。可以从无线通信装置12准确地访问该定时信息并且将其读入到微处理器11 中。例如，无线通信装置12可以是DUST Networks公司的无线灰尘(wireless mote) SMARTMESH IA-510 M2510 (http://www. dustnetworks. com/products/ SmartMeshffirelessHART/M2510)。通过激活 ΜΕ引脚可以从该无线通信装置12读出网络时间分组。基于两个这样的网络时间分组(NTP)(诸如两个相继的NTP)中的信息，可以确定微处理器11的时钟的瞬间准确的周期时间/频率。
通过该知识，可以基于微处理器时钟生成具有高度准确的间隔的时间戳记信号。
在步骤S3中生成第一时间戳记信号ST1并且将其注入到校准延迟回路35。在步骤S4中对穿过校准延迟回路35的次数进行计数。
在适当的时间之后，该时间可以有利地充分长于校准延迟线的总延迟，在步骤S5 中生成第二时间戳记信号ST2并且将其用于触发D触发器(或者其他触发器元件)38a至 38d以在第二时间戳记信号ST2的时间处“冻结”第一时间戳记信号ST1的前进。
随后，在步骤S6中，由微处理器11读出计数器37和寄存器38a至38d的状态，并 且在步骤S7中，通过使校准时段除以第一时间戳记信号ST1穿过延迟元件的次数来确定平 均采样时段。
作为上述过程的替选方案，瞬间准确的时钟信号(或者基于时钟信号生成的另一 适当的信号)可以作为输入信号被提供给实时采样器，并且可以基于已知的时钟频率分析 采样信号以确定采样时段。在本申请人的未审美国申请第12/833，187号中描述了该方法。
注意，本领域的技术人员将认识到，在不偏离所附权利要求限定的本发明的概念 的情况下，可以进行上述实施例的若干种修改。例如，除了这里说明的部件之外或者作为其 替换，电路设计可以包括多种不同的部件。此外，可以使用具有与采样延迟元件相似的性质 的分立的校准延迟元件，并且可以基于这些校准延迟元件得出关于采样时段的结论。
权利要求
1.一种料位计系统(I)，用于使用电磁信号确定料箱(5)中的产品(6)的填充料位，所述料位计系统包括 信号传播装置(3)，用于将脉冲测量信号(St)传送到料箱中，并且接收来自料箱的反射信号(Sk)； 收发器�？�(10)，具有用于向信号传播装置提供所述脉冲测量信号的脉冲生成器(20)，以及用于利用相继样本之间的采样时段(T)对所述反射信号采样以提供采样反射信号的实时米样器(25)； 处理电路(11)，连接成从收发器�？�(10)接收所述采样反射信号并且被配置为基于所述采样反射信号和所述采样时段确定所述填充料位；以及 无线通信装置(12)，连接到所述处理电路，用于经由无线通信网络向远程位置提供指示所述填充料位的无线通信信号，所述无线通信装置被配置为经由所述无线通信网络接收定时信号并且基于所述定时信号提供定时信息， 其中所述料位计系统(I)进一步包括校准电路(27)，所述校准电路(27)被布置为接收基于所述定时信息的时间戳记信号，并且被配置为登记第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的采样时段的数目，以及 其中所述处理电路(11)被进一步配置为基于第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间以及由所述校准电路(27)登记的所述的采样时段的数目，来估计所述实时采样器(25)的所述米样时段。
2.根据权利要求1所述的料位计系统(I)，进一步包括用于提供用于所述料位计系统的操作的能量的本地能量储存装置(13)。
3.根据权利要求1或2所述的料位计系统(I)，其中所述实时采样器(25)包括具有多个采样延迟元件(31a至31c)的采样延迟线,每个所述采样延迟元件的延迟(T)与所述采样时段对应。
4.根据权利要求3所述的料位计系统(I)，其中所述校准电路(27)被配置为使校准信号在所述第一时间戳记信号和所述第二时间戳记信号之间的校准时段中通过包括多个校准延迟元件(31a至31c)的校准延迟线循环，并且登记所述信号在所述校准时段期间穿过的校准延迟元件的数目。
5.根据权利要求4所述的料位计系统(I)，其中所述校准延迟线由至少一部分所述采样延迟线形成，使得所述采样延迟元件(31a至31c)被用作所述校准延迟元件。
6.根据权利要求4所述的料位计系统(I)，其中所述校准电路(27)包括用于对所述校准信号在所述校准时段期间穿过所述校准延迟线的次数进行计数的计数器(37)。
7.根据权利要求5所述的料位计系统(I)，其中所述校准电路(27)包括用于对所述校准信号在所述校准时段期间穿过所述校准延迟线的次数进行计数的计数器(37)。
8.根据权利要求6所述的料位计系统(I)，其中所述校准电路(27)进一步包括多个寄存器(38a至38d)，每个寄存器连接到校准延迟元件(31a至31c)之间的校准延迟线，并且被布置为由所述第二时间戳记信号触发。
9.根据权利要求7所述的料位计系统(I)，其中所述校准电路(27)进一步包括多个寄存器(38a至38d)，每个寄存器连接到校准延迟元件(31a至31c)之间的校准延迟线，并且被布置为由所述第二时间戳记信号触发。
10.根据权利要求4所述的料位计系统(I)，其中所述第一时间戳记信号被用作所述校准信号。
11.根据权利要求5所述的料位计系统(I)，其中所述第一时间戳记信号被用作所述校准信号。
12.根据权利要求1或2所述的料位计系统(I)，其中所述实时采样器(25)的采样时段(T )小于100皮秒。
13.根据权利要求1或2所述的料位计系统(I)，其中所述脉冲生成器(20)和所述实时采样器(25)在单个集成电路部件上形成。
14.根据权利要求13所述的料位计系统(1)，其中校准电路(27)在所述单个集成电路部件上形成。
15.根据权利要求1或2所述的料位计系统(I)，其中所述无线通信装置(12)被配置为根据TDMA方案进行通信。
16.一种校准使用电磁信号确定料箱(5)中的产品(6)的填充料位的料位计系统(I)的方法，所述料位计系统包括用于利用相继样本之间的采样时段(T)来对反射信号(Sk)采样的实时采样器(25)，所述方法包括如下步骤 从无线通信网络接收(SI)定时信号； 基于所述定时信号生成(S3)时间戳记信号； 登记(S6)第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的所述采样时段的数目；以及基于登记的采样时段的数目以及第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间来确定(S7)所述采样时段。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述实时采样器(25)包括具有多个采样延迟元件(31a至31c)的采样延迟线，每个所述采样延迟元件的延迟与所述采样时段(T )对应，以及 其中所述的登记所述采样时段的数目的步骤包括如下步骤 使校准信号在所述第一时间戳记信号和所述第二时间戳记信号之间的校准时段中通过包括多个校准延迟元件(31a至31c)的校准延迟线循环(S3)； 对所述校准信号在所述校准时段期间穿过所述校准延迟线的次数进行计数(S4);以及 登记(S5)所述校准信号在其最后一次通过所述校准延迟线行进中已穿过哪些校准延迟元件。
全文摘要
本发明涉及一种校准使用电磁信号确定料箱中的产品的填充料位的料位计系统的方法。该料位计系统包括用于利用相继样本之间的采样时段来对反射信号采样的实时采样器。该方法包括如下步骤从无线通信网络接收定时信号；基于定时信号生成时间戳记信号；登记第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的采样时段的数目；以及基于登记的采样时段的数目以及第一时间戳记信号和第二时间戳记信号之间的时间来确定采样时段。本发明的各种实施例提供了在不需要料位计系统中的温度稳定的和高度准确的时钟参考的情况下，高度准确地确定料箱中的填充料位。这在维持精度的同时提供了减少的功耗。
文档编号G01F23/284GK103017867SQ201110371880
公开日2013年4月3日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年9月21日
发明者法比安·文格尔, 马茨·努德隆德, 伦纳特·哈格 申请人:罗斯蒙特储罐雷达股份公司
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