專利名稱：一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件。
背景技術(shù)：
雷達(dá)液位計(jì)是一種先進(jìn)的測(cè)量地表水位的新型測(cè)量?jī)x器，它采用調(diào)頻連續(xù)波工作模式，具有量程大、精度高，受環(huán)境等影響小等特點(diǎn)。目前現(xiàn)有的雷達(dá)液位計(jì)多數(shù)為雷達(dá)波浮子式液位計(jì)，只能在油罐、貯罐內(nèi)使用，信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍窄，作用距離有限；使用溫度單一，在溫度變化范圍較大的環(huán)境內(nèi)精度較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件，解決現(xiàn)有液位測(cè)量設(shè)備作用距離短、易受干擾和無法適應(yīng)較大范圍溫度變化的問題。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的具體技術(shù)方案為一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件，包括電源電路和信號(hào)處理電路兩部分，其特征在于所述電源電路包括依次連接的輸入保護(hù)電路、濾波電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，直流電通過所述輸入保護(hù)電路送入濾波電路進(jìn)行濾波，再通過所述電壓轉(zhuǎn)換電路生成多路電源， 分別用于給所述信號(hào)處理電路和雷達(dá)液位計(jì)的T/R組件供電；所述信號(hào)處理電路包括依次連接的自動(dòng)增益控制電路、限壓濾波電路、低頻切斷電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、中央處理電路和串行接口電路，雷達(dá)液位計(jì)的T/R組件輸入的中頻信號(hào)經(jīng)所述自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行幅度調(diào)整后進(jìn)入所述限壓濾波電路和低頻切斷電路濾除雜波，濾波后的信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入中央處理電路，經(jīng)計(jì)算得到所測(cè)距離，測(cè)量結(jié)果經(jīng)所述串行接口電路送出。進(jìn)一步地，該信號(hào)處理電路中還包括波形生成電路、溫度補(bǔ)償電路和第一溫度傳感器，所述中央處理電路通過控制該波形生成電路產(chǎn)生三角波周期信號(hào)，并送入T/R組件進(jìn)行線性調(diào)頻，所述第一溫度傳感器將所測(cè)信號(hào)電路溫度以數(shù)字信號(hào)的形式送入中央處理電路，作為所述溫度補(bǔ)償電路的輸入，用于對(duì)所述三角波周期信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整。進(jìn)一步地，所述電源電路中還包括使能電路、第二溫度傳感器和繼電器，該使能電路用于控制電壓轉(zhuǎn)換電的工作與切斷，繼電器用于控制T/R組件的供電通斷，所述第二溫度傳感器對(duì)電源電路的中心溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的溫度以數(shù)字信號(hào)的形式送入中央處理電路，作為所述溫度補(bǔ)償電路的輸入，用于對(duì)所述三角波周期信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整。進(jìn)一步地，所述自動(dòng)增益控制電路包括可調(diào)增益放大器和反饋回路，該反饋回路包括一個(gè)乘法器和一個(gè)放大器，輸入的所述中頻信號(hào)經(jīng)該可調(diào)增益放大器放大后送入乘法器得到一個(gè)直流電平，再經(jīng)過該放大器放大后送入所述可調(diào)增益放大器調(diào)整信號(hào)放大幅度，從而使送入后級(jí)電路的輸入信號(hào)幅度保持為一恒定值，以增加測(cè)高距離。[0012]進(jìn)一步地，所述限壓濾波電路包括二階有源低通濾波器、二階有源高通濾波器、限幅器和放大器，輸入信號(hào)分別經(jīng)該二階有源低通濾波器和二階有源高通濾波器濾除雜波， 再經(jīng)過該限幅器限幅后通過放大器放大進(jìn)行輸出。進(jìn)一步地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括比較器和電平轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)與直流參考電壓通過比較器進(jìn)行幅度比較，輸入信號(hào)幅度高于參考電壓則為1，輸入信號(hào)幅度低于參考電壓則為0，由此得到與輸入信號(hào)頻率相同的數(shù)字信號(hào)。本實(shí)用新型還公開了一種包括所述信號(hào)處理電路組件的雷達(dá)液位計(jì)本實(shí)用新型利用調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)雷達(dá)技術(shù)，可配合T/R組件及天線系統(tǒng)，在無接觸情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)水面、液面相對(duì)高度的精確測(cè)量。由于其采用自動(dòng)增益控制、FPGA雙頻計(jì)數(shù)算法和溫度補(bǔ)償電路，減少了系統(tǒng)成本和實(shí)現(xiàn)難度，提高了作用距離和測(cè)距精度，并具有全溫范圍內(nèi)測(cè)高精度補(bǔ)償?shù)裙δ?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作用距離遠(yuǎn)，測(cè)高精度高。

圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例組成示意圖；圖2為溫度補(bǔ)償電路圖；圖3為自動(dòng)增益控制電路圖；圖4為數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述如圖1所示，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件包括電源電路和信號(hào)處理電路。所述電源電路包括輸入保護(hù)電路1、濾波電路2、電壓轉(zhuǎn)換電路3、使能電路13、溫度傳感器14和繼電器15。輸入保護(hù)電路1采用表貼熔斷器0451002. HL和瞬態(tài)電流抑制器P6KE 22A實(shí)現(xiàn)；濾波電路2采用濾波器BNX005-01實(shí)現(xiàn)；電壓轉(zhuǎn)換電路3采用電源模塊DPB10-12D5Q和DPB10-12D12Q實(shí)現(xiàn)；溫度傳感器14采用DS1621S實(shí)現(xiàn)，繼電器15采用 JZC-078M超小型密封電磁繼電器實(shí)現(xiàn)。所述信號(hào)處理電路包括自動(dòng)增益控制電路4、限壓濾波電路5、低頻切斷電路6、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7、中央處理電路8、波形生成電路10、溫度補(bǔ)償電路11、串行接口電路9和溫度傳感器12。自動(dòng)增益控制電路4采用可調(diào)增益放大器AD604AR、乘法器AD835AR和放大器 AD711AQ實(shí)現(xiàn)；限壓濾波電路5采用運(yùn)算放大器SE5532AD8實(shí)現(xiàn)；低頻切斷電路6采用三極管2N4391實(shí)現(xiàn)；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7采用比較器MAX9201ESE實(shí)現(xiàn)；中央處理電路8采用FPGA 芯片實(shí)現(xiàn)；波形生成電路10采用DA芯片MAXM41AEUA實(shí)現(xiàn)；溫度補(bǔ)償電路11采用數(shù)控可調(diào)衰減器AD7533LP實(shí)現(xiàn)；串行接口電路9采用串口芯片IL422實(shí)現(xiàn)。整個(gè)信號(hào)處理組件工作過程如下18V 36V直流電從外部輸入，經(jīng)過輸入保護(hù)電路1和濾波電路2供給電源轉(zhuǎn)換電路3，使能信號(hào)為低電平時(shí)電源轉(zhuǎn)換電路3工作，生成士5V和士 12V四路電源，其中士5V 和士 12V供給信號(hào)處理電路，士5V經(jīng)過繼電器15供給T/R組件，繼電器15初始狀態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，T/R組件不工作。[0026]中央處理電路8上電后進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后對(duì)DA芯片進(jìn)行設(shè)置，通過對(duì)幅度進(jìn)行累加或遞減產(chǎn)生幅度和頻率一定的周期性三角波，再根據(jù)電源電路和信號(hào)處理電路上的兩個(gè)溫度傳感器回傳的溫度信息，通過溫度補(bǔ)償電路11對(duì)三角波幅度進(jìn)行微調(diào)。溫度補(bǔ)償電路11采用數(shù)控可調(diào)衰減器AD7533實(shí)現(xiàn)，如圖2所示，DBl DBlO為AD7533的控制腳，當(dāng)DBl DBlO為全1時(shí)信號(hào)不衰減，為全0時(shí)信號(hào)為最大衰減。FPGA利用兩個(gè)溫度傳感器回傳的溫度信息計(jì)算出相應(yīng)的溫度補(bǔ)償值，并對(duì)DBl DBlO進(jìn)行配置以控制三角波的幅度衰減，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的溫度補(bǔ)償。經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的三角波輸出至T/R組件，以控制T/ R組件進(jìn)行線性調(diào)頻。中央處理電路8上電k后控制繼電器15啟動(dòng)，T/R組件上電工作，產(chǎn)生差頻信號(hào)輸入至自動(dòng)增益控制電路4。自動(dòng)增益控制電路4如圖3所示，中頻輸入信號(hào)送入AD604， 經(jīng)二級(jí)放大后通過一隔直電容送入乘法器AD835，乘法器生成一直流電壓，經(jīng)放大器AD711 放大后反饋給AD604，AD604通過反饋電壓調(diào)整放大倍數(shù)，使得供給后級(jí)電路的信號(hào)幅度保持不變。中頻信號(hào)經(jīng)自動(dòng)增益調(diào)整后，通過限壓濾波電路5和低頻切斷電路6濾除雜波并限壓，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7。本實(shí)用新型的測(cè)高算法只需要中頻信號(hào)的頻率信息，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7采用比較器實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，輸入信號(hào)與一 OV的直流參考電壓通過比較器進(jìn)行幅度比較，輸入信號(hào)幅度高于參考電壓則為1，輸入信號(hào)幅度低于參考電壓則為0，由此得到的數(shù)字信號(hào)與輸入信號(hào)頻率相同，因輸入信號(hào)不是純凈的正弦波，在參考電壓附近的波動(dòng)會(huì)造成數(shù)字信號(hào)存在一脈沖干擾，在比較器輸出端和信號(hào)輸入端之間串聯(lián)一 IOkQ電阻可有效去除脈沖干擾，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為3. 3V后送入中央處理電路8進(jìn)行處理。本實(shí)用新型的測(cè)高算法采用雙頻計(jì)數(shù)算法。雙頻計(jì)數(shù)算法是本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)， 在低高度的測(cè)量上精度優(yōu)于FFT算法，誤差取決于參考時(shí)鐘頻率和中頻信號(hào)頻率的倍數(shù)， 若參考時(shí)鐘頻率是中頻頻率的K倍，則誤差為頻率計(jì)數(shù)誤差的1/K，因此在中頻頻率一定的前提下，提高參考時(shí)鐘頻率可有效提高測(cè)高精度。為了減小印制板上的干擾，外部時(shí)鐘一般使用20MHz或40MHz的晶振，精度不高。本實(shí)用新型在FPGA內(nèi)部使用DCM資源將20MHz的時(shí)鐘信號(hào)倍頻至200MHz作為參考時(shí)鐘，可有效減小理論誤差；另外，三角波轉(zhuǎn)折處線性度較低，非線性調(diào)頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)會(huì)對(duì)計(jì)數(shù)造成誤差，本實(shí)用新型還可以在中央處理電路中生成一個(gè)與三角波周期相同的方波，對(duì)在三角波尖峰產(chǎn)生的中頻信號(hào)進(jìn)行切斷，可避免非線性段對(duì)測(cè)高的影響，在計(jì)數(shù)時(shí)進(jìn)行對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行IOM個(gè)周期的累積，最后求平均， 可有效提高測(cè)高精度。加上了三角波尖峰切斷，可以避免尖峰干擾造成的計(jì)數(shù)誤差，進(jìn)行多段累積計(jì)數(shù)后再平均，減小單周期計(jì)數(shù)導(dǎo)致的誤差；通常的中央處理電路是用單片機(jī)做的，計(jì)數(shù)參考時(shí)鐘取決于外部晶振的頻率，一般最多到40MHz左右，本實(shí)用新型使用FPGA做中央處理電路，可以用內(nèi)部的DCM資源將計(jì)數(shù)參考時(shí)鐘倍頻到幾百M(fèi)Hz到1個(gè)GHz，可以大幅提高計(jì)數(shù)精度。
權(quán)利要求1.一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件，包括電源電路和信號(hào)處理電路兩部分， 其特征在于所述電源電路包括依次連接的輸入保護(hù)電路(1)、濾波電路⑵和電壓轉(zhuǎn)換電路(3)， 直流電通過所述輸入保護(hù)電路(1)送入濾波電路( 進(jìn)行濾波，再通過所述電壓轉(zhuǎn)換電路(3)生成多路電源，分別用于給所述信號(hào)處理電路和雷達(dá)液位計(jì)的T/R組件供電；所述信號(hào)處理電路包括依次連接的自動(dòng)增益控制電路G)、限壓濾波電路(5)、低頻切斷電路(6)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)、中央處理電路(8)和串行接口電路(9)，雷達(dá)液位計(jì)的T/ R組件輸入的中頻信號(hào)經(jīng)所述自動(dòng)增益控制電路(4)進(jìn)行幅度調(diào)整后進(jìn)入所述限壓濾波電路(5)和低頻切斷電路(6)濾除雜波，濾波后的信號(hào)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入中央處理電路(8)，經(jīng)計(jì)算得到所測(cè)距離，測(cè)量結(jié)果經(jīng)所述串行接口電路(9)送出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理電路組件，其特征在于，該信號(hào)處理電路中還包括分別與中央處理電路⑶連接的波形生成電路(10)、溫度補(bǔ)償電路(11)和第一溫度傳感器 (12)，所述中央處理電路(8)通過控制該波形生成電路(10)產(chǎn)生三角波周期信號(hào)，并送入 T/R組件進(jìn)行線性調(diào)頻，所述第一溫度傳感器(1 將所測(cè)信號(hào)電路的溫度以數(shù)字信號(hào)的形式送入中央處理電路(8)，作為所述溫度補(bǔ)償電路(11)的輸入，用于對(duì)所述三角波周期信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)處理電路組件，其特征在于，所述電源電路中還包括使能電路(13)、第二溫度傳感器(14)和繼電器(15)，該使能電路用于控制電壓轉(zhuǎn)換電路 ⑶的工作與切斷，繼電器(15)用于控制T/R組件的供電通斷，所述第二溫度傳感器(14) 對(duì)電源電路的中心溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的溫度以數(shù)字信號(hào)的形式送入中央處理電路 (8)，作為所述溫度補(bǔ)償電路(11)的輸入，用于對(duì)所述三角波周期信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)處理電路組件，其特征在于，所述自動(dòng)增益控制電路(4)包括可調(diào)增益放大器和反饋回路，該反饋回路包括一個(gè)乘法器和一個(gè)放大器，輸入的所述中頻信號(hào)經(jīng)該可調(diào)增益放大器放大后送入乘法器得到一個(gè)直流電平，再經(jīng)過該放大器放大后送入所述可調(diào)增益放大器調(diào)整信號(hào)放大幅度，從而使送入后級(jí)電路的輸入信號(hào)幅度保持為一恒定值，以增加測(cè)高距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)處理電路組件，其特征在于，所述限壓濾波電路(5) 包括二階有源低通濾波器、二階有源高通濾波器、限幅器和放大器，輸入信號(hào)分別經(jīng)該二階有源低通濾波器和二階有源高通濾波器濾除雜波，再經(jīng)過該限幅器限幅后通過放大器放大進(jìn)行輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的信號(hào)處理電路組件，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7) 包括比較器和電平轉(zhuǎn)換器，輸入信號(hào)與直流參考電壓通過比較器進(jìn)行幅度比較，輸入信號(hào)幅度高于參考電壓則為1，輸入信號(hào)幅度低于參考電壓則為0，由此得到與輸入信號(hào)頻率相同的數(shù)字信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于雷達(dá)液位計(jì)的信號(hào)處理電路組件，包括電源電路和信號(hào)處理電路，電源電路包括輸入保護(hù)電路、濾波電路和電壓轉(zhuǎn)換電路，直流電通過輸入保護(hù)電路送入濾波電路進(jìn)行濾波，再通過電壓轉(zhuǎn)換電路生成多路電源；信號(hào)處理電路包括自動(dòng)增益控制電路、限壓濾波電路、低頻切斷電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、中央處理電路、串行接口電路，輸入的中頻信號(hào)經(jīng)自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行幅度調(diào)整后進(jìn)入限壓濾波電路和低頻切斷電路濾除雜波，再送入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送入中央處理電路，經(jīng)計(jì)算得到所測(cè)距離。本實(shí)用新型量程大、精度高，受環(huán)境等影響小，可以解決現(xiàn)有液位測(cè)量設(shè)備作用距離短、易受干擾和無法適應(yīng)較大范圍溫度變化的問題。
文檔編號(hào)G01S7/285GK202255549SQ201120378378
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者李雷, 林思博 申請(qǐng)人:湖北三江航天險(xiǎn)峰電子信息有限公司