Система радарного уровнемера малой мощности, содержащая интегральную схему свч - заявка 2016133343 на патент на изобретение в РФ

1. Радарная система измерения уровня с питанием от токовой петли, предназначенная для определения уровня заполнения резервуара продуктом и передачи измерительного сигнала, характеризующего уровень заполнения, на удаленное устройство по двухпроводной токовой петле 4-20 мА, причем указанная двухпроводная токовая петля является единственным внешним источником энергии для указанной радарной системы, которая содержит
контур интерфейса, посылающий измерительный сигнал в двухпроводную токовую петлю и подающий питание от указанной токовой петли на радарную систему измерения уровня,
устройство распространения сигнала, способное распространять передаваемый электромагнитный сигнал в направлении поверхности продукта и возвращать отраженный электромагнитный сигнал, образующийся в результате отражения передаваемого электромагнитного сигнала от указанной поверхности,
источник СВЧ-сигнала, подключенный к устройству распространения сигнала, выполненный с возможностью регулировки, обеспечивающей генерирование передаваемого электромагнитного сигнала, и сконфигурированный для функционирования при. уровне фазового шума не менее -70 дБ при отстройке от несущей 100 КГц,
контроллер источника СВЧ-сигнала, подключенный к указанному источнику для обеспечения генерирования передаваемого сигнала в виде измерительного сканирования, состоящего из временной последовательности дискретных и отличающихся друг от друга частотных шагов, задающих ширину полосы передаваемого сигнала,
смеситель, подключенный к источнику СВЧ-сигнала и к устройству распространения сигнала и выполненный с возможностью комбинировать передаваемый сигнал и отраженный сигнал с формированием, в результате, сигнала с промежуточной частотой, и
процессорный контур, подключенный к смесителю и выполненный с возможностью определять, на основе сигнала с промежуточной частотой, уровень заполнения,
причем по меньшей мере источник СВЧ-сигнала и смеситель выполнены, как части интегральной СВЧ-схемы.
2. Система по п. 1, в которой источник СВЧ-сигнала сконфигурирован для функционирования при уровне фазового шума менее -50 дБн при отстройке от несущей 100 КГц.
3. Система по п. 1, в которой в источнике СВЧ-сигнала имеется осциллятор, управляемый напряжением.
4. Система по п. 3, дополнительно содержащая контур подачи тока, способный поддерживать осциллятор, управляемый напряжением, в такой рабочей точке, в которой уровень его фазового шума находится в интервале от -70 дБн до -50 дБн при отстройке от несущей частоты передаваемого сигнала, составляющей 100 КГц.
5. Система по п. 4, в которой контур подачи тока является частью интегральной СВЧ-схемы.
6. Система по п. 1, в которой длительность измерительного сканирования составляет менее 10 мс.
7. Система по п. 6, в которой длительность измерительного сканирования составляет менее 5 мс.
8. Система по п. 1, в которой ширина полосы передаваемого сигнала равна по меньшей мере 2,5 ГГц.
9. Система по п. 1, выполненная с возможностью получения первого передаваемого сигнала, имеющего первую несущую частоту, и второго передаваемого сигнала, имеющего вторую несущую частоту, которая по меньшей мере в полтора раза больше, чем у первого передаваемого сигнала.
10. Система по п. 1, в которой контроллер источника СВЧ-сигнала содержит петлю фазовой синхронизации (ПФС-контур) и кристаллический осциллятор, подключенный к ПФС-контуру.
11. Система по п. 1, выполненная с возможностью переключения по меньшей мере между первым режимом сканирования и вторым режимом сканирования, при этом:
в первом режиме сканирования контроллер источника СВЧ-сигнала способен управлять источником СВЧ-сигнала так, что генерируется первое измерительное сканирование, имеющее первую длительность и первую ширину полосы,
во втором режиме сканирования контроллер источника СВЧ-сигнала способен управлять источником СВЧ-сигнала так, что генерируется второе измерительное сканирование, имеющее вторую длительность и вторую ширину полосы,
а вторая длительность и/или вторая ширина полосы существенно отличаются соответственно от первой длительности и/или первой ширины полосы.
12. Система по п. 11, в которой вторая ширина полосы по меньшей мере в полтора раза больше первой ширины, полосы.
13. Система по любому из пп. 1-12, выполненная с возможностью переключения между активным состоянием, в котором источник СВЧ-сигнала переводится в режим генерации передаваемого сигнала, и нейтральным состоянием, в котором передаваемый сигнал не генерируется.
14. Система по п. 13, дополнительно содержащая накопитель энергии, выполненный с возможностью сохранять энергию, когда радарная система измерения уровня находится в нейтральном состоянии, и подавать энергию на источник СВЧ-сигнала, когда радарная система измерения уровня находится в активном состоянии.
15. Радарная система измерения уровня с автономным питанием, предназначенная для определения уровня заполнения резервуара продуктом и для подачи, с использованием беспроводной коммуникации, измерительного сигнала, характеризующего уровень заполнения, на удаленное устройство, при этом система содержит
устройство распространения сигнала, способное распространять передаваемый электромагнитный сигнал в направлении поверхности продукта и возвращать отраженный электромагнитный сигнал, образующийся в результате отражения передаваемого электромагнитного сигнала от указанной поверхности,
источник СВЧ-сигнала, подключенный к устройству распространения сигнала, выполненный с возможностью регулировки, обеспечивающей генерирование передаваемого электромагнитного сигнала, и сконфигурированный для функционирования при уровне фазового шума не менее -70 дБн при отстройке от несущей 100 КГц,
контроллер источника СВЧ-сигнала, подключенный к указанному источнику для обеспечения генерирования передаваемого сигнала в виде измерительного сканирования, состоящего из временной последовательности дискретных и отличающихся друг от друга частотных шагов, задающих ширину полосы передаваемого сигнала,
смеситель, подключенный к источнику СВЧ-сигнала и к устройству распространения сигнала и выполненный с возможностью комбинировать передаваемый сигнал и отраженный сигнал с формированием, в результате, сигнала с промежуточной частотой,
процессорный контур, подключенный к смесителю и выполненный с возможностью определять, на основе сигнала с промежуточной частотой, уровень заполнения,
блок беспроводной коммуникации, подключенный к процессорному контуру и предназначенный для возвращения значения уровня заполнения из процессорного контура и для беспроводной передачи измерительного сигнала на удаленное устройство, и
собственный источник или накопитель энергии, обеспечивающий подачу энергии, достаточной для функционирования радарной системы измерения уровня,
причем по меньшей мере источник СВЧ-сигнала и смеситель выполнены, как части интегральной СВЧ-схемы.
16. Система по п. 15, в которой источник СВЧ-сигнала сконфигурирован для функционирования при уровне фазового шума менее -50 дБн при отстройке от несущей 100 КГц.
17. Система по п. 15, в которой в источнике СВЧ-сигнала имеется осциллятор, управляемый напряжением.
18. Система по п. 17, дополнительно содержащая контур подачи тока, способный поддерживать осциллятор, управляемый напряжением, в такой рабочей точке, в которой отклонение его фазового шума от несущей частоты находится в интервале от -70 дБн до -50 дБн при отстройке от несущей частоты передаваемого сигнала, составляющей 100 КГц.
19. Система по п. 18, в которой контур подачи тока является частью интегральной СВЧ-схемы.
20. Система по п. 15, в которой собственный источник энергии представляет собой батарею с энергоемкостью по меньшей мере 0,5 Вт⋅ч, предпочтительно по меньшей мере 5 Вт⋅ч.
21. Система по п. 15, в которой длительность измерительного сканирования составляет менее 10 мс.
22. Система по п. 21, в которой длительность измерительного сканирования составляет менее 5 мс.
23. Система по п. 15, в которой ширина полосы передаваемого сигнала равна по меньшей мере 2,5 ГГц.
24. Система по п. 15, выполненная с возможностью получения первого передаваемого сигнала, имеющего первую несущую частоту, например, около 6 ГГц, и второго передаваемого сигнала, имеющего вторую несущую частоту, которая по меньшей мере в полтора раза больше, чем у первого передаваемого сигнала, например составляет около 24 ГГц.
25. Система по п. 15, в которой контроллер источника СВЧ-сигнала содержит ПФС-контур и кристаллический осциллятор, подключенный к ПФС-контуру.
26. Система по п. 15, выполненная с возможностью переключения по меньшей мере между первым режимом сканирования и вторым режимом сканирования, при этом:
в первом режиме сканирования контроллер источника СВЧ-сигнала способен управлять источником СВЧ-сигнала так, что генерируется первое измерительное сканирование, имеющее первую длительность и первую ширину полосы,
во втором режиме сканирования контроллер источника СВЧ-сигнала способен управлять источником СВЧ-сигнала так, что генерируется второе измерительное сканирование, имеющее вторую длительность и вторую ширину полосы,
а вторая длительность и/или вторая ширина полосы существенно отличаются соответственно от первой длительности и/или первой ширины полосы.
27. Система по п. 26, в которой вторая ширина полосы по меньшей мере в полтора раза больше первой ширины полосы.
28. Система по любому из пп. 15-27, выполненная с возможностью переключения между активным состоянием, в котором источник СВЧ-сигнала переводится в режим генерации передаваемого сигнала, и нейтральным состоянием, в котором передаваемый сигнал не генерируется.
29. Система по п. 28, дополнительно содержащая накопитель энергии, выполненный с возможностью сохранять энергию, когда радарная система измерения уровня находится в нейтральном состоянии, и подавать энергию на источник СВЧ-сигнала, когда радарная система измерения уровня находится в активном состоянии.
30. Радарная система измерения уровня заполнения резервуара продуктом, содержащая:
устройство распространения сигнала, способное распространять передаваемый электромагнитный сигнал в направлении поверхности продукта и возвращать отраженный электромагнитный сигнал, образующийся в результате отражения передаваемого электромагнитного сигнала от указанной поверхности,
источник СВЧ-сигнала, подключенный к устройству распространения сигнала, выполненный с возможностью регулировки, обеспечивающей генерирование передаваемого электромагнитного сигнала, и сконфигурированный для функционирования при уровне фазового шума не менее -70 дБн при отстройке от несущей 100 КГц,
контроллер источника СВЧ-сигнала, подключенный к указанному источнику для обеспечения генерирования передаваемого сигнала в виде измерительного сканирования, состоящего из временной последовательности дискретных и отличающихся друг от друга частотных шагов, задающих ширину полосы передаваемого сигнала,
смеситель, подключенный к источнику СВЧ-сигнала и к устройству распространения сигнала и выполненный с возможностью комбинировать передаваемый сигнал и отраженный сигнал с формированием, в результате, сигнала с промежуточной частотой, и
процессорный контур, подключенный к смесителю и выполненный с возможностью определять, на основе сигнала с промежуточной частотой, уровень заполнения,
причем по меньшей мере источник СВЧ-сигнала и смеситель выполнены, как части интегральной СВЧ-схемы.
31. Способ определения уровня заполнения резервуара продуктом, использующий радарную систему измерения уровня, содержащую:
устройство распространения сигнала,
источник СВЧ-сигнала, генерирующий передаваемый электромагнитный сигнал и подключенный к устройству распространения сигнала, причем указанный источник СВЧ-сигнала содержит осциллятор, управляемый напряжением, и
смеситель, подключенный к источнику СВЧ-сигнала и к устройству распространения сигнала,
причем по меньшей мере источник СВЧ-сигнала и смеситель выполнены, как части интегральной СВЧ-схемы, а способ включает следующие операции:
настраивают осциллятор, управляемый напряжением, на такую рабочую точку, в которой уровень фазового шума составляет не менее -70 дБн при отстройке от несущей 100 КГц,
регулируют источник СВЧ-сигнала так, чтобы передаваемый сигнал генерировался в виде измерительного сканирования, состоящего из временной последовательности дискретных и отличающихся друг от друга частотных шагов, задающих ширину полосы передаваемого сигнала,
используя устройство распространения сигнала, посылают передаваемый сигнал в направлении поверхности продукта,
используя устройство распространения сигнала, возвращают отраженный сигнал, полученный в результате отражения передаваемого сигнала от указанной поверхности,
используя смеситель, комбинируют передаваемый сигнал и отраженный сигнал, формируя сигнал с промежуточной частотой,
на основе сигнала с промежуточной частотой определяют уровень заполнения.
32. Способ по п. 31, в котором источник СВЧ-сигнала регулируют так, чтобы генерировалось измерительное сканирование с длительностью менее 10 мс.
33. Способ по п. 31, в котором операция определения уровня заполнения включает семплирование сигнала с промежуточной частотой с отбором сигнала в процессе измерительного сканирования менее 500 раз.
34. Способ по любому из пп. 31-33, в котором измерительное сканирование включает первое количество дискретных и отличающихся друг от друга частотных шагов, при этом в операцию определения уровня заполнения включают выполнение, во время измерительного сканирования, второго количества симулирований сигнала с промежуточной частотой, причем первое количество существенно больше второго количества.
Наверх