CN104568057B - 一种适于导波雷达的回波信号调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适于导波雷达的回波信号调节方法及装置，其中，所述方法采集回波幅度信号，并判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围，以此来调节数模转换器和数字电位器的输出，从而使回波信号保持在一个合理范围；另外，装置主要包括信号放大器、基准电压源、数模转换器、数字电位器及控制模块，用于采集经信号放大器放大输出的回波幅度信号，并判断回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：以此来调节数模转换器和数字电位器的输出，从而使回波信号保持在一个合理范围，并根据回波幅度信号计算得到物位距离并予以输出。本发明使获取的回波信号始终保持在一个便于采集和处理的幅度狭小范围上，让导波雷达能够适应各种不同的工况环境。

Description

一种适于导波雷达的回波信号调节方法及装置

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，主要涉及的是用于测量罐体内料位高度的导波雷达物位计，更加具体地来讲，尤其是涉及一种适于导波雷达的回波信号调节方法及装置。

背景技术

导波雷达物位计是用于测量物料高度的仪器，通常将其安装在需要测量物料高度的罐体的顶端，导波雷达物位计通过导波杆将电磁波脉冲发射出去，当电磁波遇到被测物质后，部分能量则被反射回来，通过计算电磁波发射脉冲和返回脉冲的时间差即可得到物料到物位计基准面的距离，再根据罐体高度等相关参数即可计算出物料的高度。

由于被测物质介电常数不同，距离不同，回波信号的幅度变化范围通常达到几十个dB。在测量介电常数较小、距离较远的物位时，回波信号极小；在测量介电常数较大、距离较近时，回波信号又极大。目前工程应用中的导波雷达物位计，由于受系统功耗限制，通常采用几组不同增益的放大电路，处理器根据采集到的回波信号的大小，动态的在几组放大电路间切换。当回波信号较大时调节到较小的放大倍数，回波信号叫小时调节到较大的放大倍数，使得回波信号的幅度处于一个便于后级电路检测的范围之内，不至于过大或过小。过大会超出幅度检测的量程，过小会无法检测到回波信号。

但是在实际应用中，由于被测物质介电常数通常包括在1.5到80之间，测量距离包括在1米到70米之间，再考虑到有些测量工况是在金属罐内，回波反射相对大，有些测量是在开放的空间环境，回波反射相对小，回波的动态变化范围非常大。综合以上因素，测量电路在测量过程中，会根据当前工况参数预设放大倍数，但单一放大倍数难以满足全量程范围的测量，测量过程中需要切换不同增益的放大电路，在由一级放大电路切换为另一级放大电路时，会造成信号幅度较大的跳变，微处理器需要对其进行大量的分析和确认以确保采集到的回波信号有效可靠。

综合以上因素，采用多组放大电路的方法并不能完全满足实际应用的需要。

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适于导波雷达的回波信号调节方法及装置，用于解决现有技术中采用多组放大电路的方法并不能完全满足实际应用的需要的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

其一

一种适于导波雷达的回波信号调节方法，包括：采集回波幅度信号；判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：若否，则调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围，并进而调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围，并予以输出；若是，则接收所述回波幅度信号并依据所述回波幅度信号计算得到物位距离值，并予以输出。

其二

一种适于导波雷达的回波信号调节装置，包括：信号放大器，用于接收回波幅度信号并对其进行放大后予以输出；基准电压源，用于产生一基准电压并予以输出；数模转换器，连接于所述基准电压源和放大器，用于根据所述基准电压产生一个可调的基准电压，并予以输出；数字电位器，连接所述放大器，用于调节输出可变电阻值；控制模块，分别连接于所述信号放大器、数模转换器及数字电位器，用于采集经所述信号放大器放大输出的回波幅度信号，并判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：若否，则调节数模转换器所输出的基准电压幅度至预设范围，并进而调节数字电位器所输出的可变电阻值以直至所述回波幅度信号处于预设范围；若是，则根据所述回波幅度信号计算得到物位距离并予以输出。

在上述第二种方案中，微处理器采集回波信号，根据回波信号幅度大小，改变数字电位器电阻值，进而改变放大电路放大倍数，使回波信号被放大到一个便于检测的幅度范围，不会因太大而超出测量量程，也不会因为太小而难于检测，而是始终保持在一个便于微处理器采集和处理的幅度狭小上。

如上所述，本发明具有以下有益效果：本发明通过对回波信号进行分析，然后在对数字电位器和数模转换器进行调节，输出连续可调的基准电压和电阻值，从而改变信号放大器的放大倍数，从而使所获取的回波信号始终保持在一个便于采集和处理的幅度狭小范围上，以适应各种不同的工况环境。

附图说明

图1显示为本发明适于导波雷达的回波信号调节方法的流程图。

图2显示为调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围的方法流程图。

图3显示为调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围的方法流程图。

图4显示为本发明一种适于导波雷达的回波信号调节装置的原理图。

附图标号说明

S10-S2022 方法步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

实施例一

见图1，示出了本发明提供的一种适于导波雷达的回波信号调节方法的流程图，如图所示，所述适于导波雷达的回波信号调节方法，包括以下步骤：

步骤S10，采集回波幅度信号；

步骤S20，判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：

步骤S201，若否，则调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围，并进而调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围，并予以输出；

步骤S202，若是，则接收所述回波幅度信号并依据所述回波幅度信号计算得到物位距离值，并予以输出。

上述回波信号调节方法根据回波信号幅度大小，改变数字电位器电阻值，进而改变放大电路放大倍数，使回波信号被放大到一个便于检测的幅度范围，不会因太大而超出测量量程，也不会因为太小而难于检测，而是始终保持在一个便于采集和处理的幅度狭小上。

进一步地，见图2，为调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围的方法流程图，如图所示，在所述步骤S201中，所述调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围的具体方法步骤包括：

步骤S201a，采集回波平台信号；

步骤S201b，判断所述回波平台信号的平台电压幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数模转换器以调节所输出的基准电压值至合理范围，并返回步骤S201a；若是，则进入调节数字电位器步骤。

进一步地，见图3，为调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围的方法流程图，在所述步骤S201中，所述调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围的具体方法步骤包括：

步骤S202a，采集回波幅度信号；

步骤S201b，判断所述回波幅度信号的信号幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数字电位器以调整所述回波幅度信号至预设范围，并返回步骤S202a；若是，则进入控制模块计算料位步骤。

实施例二

进一步地，见图4，本发明还提供了一种适于导波雷达的回波信号调节装置，包括：信号放大器，用于接收回波幅度信号并对其进行放大后予以输出；基准电压源，用于产生一基准电压并予以输出；数模转换器，连接于所述基准电压源和放大器，用于根据所述基准电压产生一个可调的基准电压，并予以输出；数字电位器，连接所述放大器，用于调节输出可变电阻值；控制模块，分别连接于所述信号放大器、数模转换器及数字电位器，用于采集经所述信号放大器放大输出的回波幅度信号，并判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：若否，则调节数模转换器所输出的基准电压幅度至预设范围，并进而调节数字电位器所输出的可变电阻值以直至所述回波幅度信号处于预设范围；若是，则根据所述回波幅度信号计算得到物位距离并予以输出。

具体地，所述信号放大器选用低输入偏置电流、失调电流和温度漂移的轨对轨运算放大器建立放大电路；所述基准电压源选用温漂低至15ppm的基准电压源给数模转换器提供基准电压；所述数模转换器选用一个16位的数模转换器按预设参数输出基准电压；数字电位器选用一个8位的数字电位器按预设参数产生一个电阻与温漂低至15ppm的电阻组成放大电路的反馈。

进一步地，所述控制模块为微处理器(MCU)，微处理器根据回波信号平台信号的大小，调节数模转换器输出的代码，进而改变可调的基准电压值，调节回波信号的平台信号到合适范围。

在上述实施例二中，微处理器采集回波信号，根据回波信号幅度大小，改变数字电位器电阻值，进而改变放大电路放大倍数，使回波信号被放大到一个便于检测的幅度范围，不会因太大而超出测量量程，也不会因为太小而难于检测，而是始终保持在一个便于微处理器采集和处理的幅度狭小上。

综上所述，本发明通过对回波信号进行分析，然后在对数字电位器和数模转换器进行调节，输出连续可调的基准电压和电阻值，从而改变信号放大器的放大倍数，从而使或获取的回波信号始终保持在一个便于采集和处理的幅度狭小范围上，以适应各种不同的工况环境。

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)

1.一种适于导波雷达的回波信号调节方法，其特征在于，包括：

采集回波幅度信号；

判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：

若否，则调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围，并进而调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围，并予以输出；若是，则接收所述回波幅度信号并依据所述回波幅度信号计算得到物位距离值，并予以输出；

其中，所述调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围的具体方法包括：

采集回波平台信号；

判断所述回波平台信号的平台电压幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数模转换器以调节所输出的基准电压值至合理范围，并返回所述采集回波平台信号步骤；若是，则进入调节数字电位器步骤；以及

所述调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围的具体方法包括：

采集回波幅度信号；

判断所述回波幅度信号的信号幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数字电位器以调整所述回波幅度信号至预设范围，并返回所述采集回波幅度信号步骤；若是，则进入控制模块计算料位步骤。

2.一种适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，包括：

信号放大器，用于接收回波幅度信号并对其进行放大后予以输出；

基准电压源，用于产生一基准电压并予以输出；

数模转换器，连接于所述基准电压源和放大器，用于根据所述基准电压产生一个可调的基准电压，并予以输出；

数字电位器，连接所述放大器，用于调节输出可变电阻值；

控制模块，分别连接于所述信号放大器、数模转换器及数字电位器，用于采集经所述信号放大器放大输出的回波幅度信号，并判断所述回波幅度信号的幅度是否处于预设范围：若否，则调节数模转换器所输出的基准电压幅度至预设范围，并进而调节数字电位器所输出的可变电阻值以直至所述回波幅度信号处于预设范围；若是，则根据所述回波幅度信号计算得到物位距离并予以输出。

3.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述控制模块用于调节数模转换器以直至平台电压幅度处于预设范围时，还用于采集回波平台信号，并判断所述回波平台信号的平台电压幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数模转换器以调节所输出的基准电压值至合理范围，并返回所述采集回波平台信号步骤；若是，则进入调节数字电位器步骤。

4.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述控制模块用于调节数字电位器以直至使所述回波幅度信号处于预设范围时，还用于采集回波幅度信号，并判断所述回波幅度信号的信号幅度是否处于预设的合理范围：若否，则通过控制模块调节数字电位器以调整所述回波幅度信号至预设范围，并返回所述采集回波幅度信号步骤；若是，则进入控制模块计算料位步骤。

5.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述控制模块为微处理器。

6.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述信号放大器为轨对轨运算放大器。

7.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述基准电压源为温漂低至15ppm的基准电压源。

8.根据权利要求2所述的适于导波雷达的回波信号调节装置，其特征在于，所述数模转换器为16位的数模转换器，所述数字电位器为8位的数字电位器。