专利名称：一种用于雷达液位计的信号处理电路组件的制作方法
技术领域：
本实用新型属于雷达技术领域，特别涉及一种用于雷达液位计的信号处理电路组件。
背景技术：
雷达液位计是一种先进的测量地表水位的新型测量仪器，它采用调频连续波工作模式，具有量程大、精度高，受环境等影响小等特点。目前现有的雷达液位计多数为雷达波浮子式液位计，只能在油罐、贮罐内使用，信号动态范围窄，作用距离有限；使用温度单一，在温度变化范围较大的环境内精度较低。

实用新型内容本实用新型提供一种用于雷达液位计的信号处理电路组件，解决现有液位测量设备作用距离短、易受干扰和无法适应较大范围温度变化的问题。实现本实用新型目的所采用的具体技术方案为一种用于雷达液位计的信号处理电路组件，包括电源电路和信号处理电路两部分，其特征在于所述电源电路包括依次连接的输入保护电路、滤波电路和电压转换电路，直流电通过所述输入保护电路送入滤波电路进行滤波，再通过所述电压转换电路生成多路电源， 分别用于给所述信号处理电路和雷达液位计的T/R组件供电；所述信号处理电路包括依次连接的自动增益控制电路、限压滤波电路、低频切断电路、模数转换电路、中央处理电路和串行接口电路，雷达液位计的T/R组件输入的中频信号经所述自动增益控制电路进行幅度调整后进入所述限压滤波电路和低频切断电路滤除杂波，滤波后的信号送入模数转换电路进行数模转换，转换后的数字信号送入中央处理电路，经计算得到所测距离，测量结果经所述串行接口电路送出。进一步地，该信号处理电路中还包括波形生成电路、温度补偿电路和第一温度传感器，所述中央处理电路通过控制该波形生成电路产生三角波周期信号，并送入T/R组件进行线性调频，所述第一温度传感器将所测信号电路温度以数字信号的形式送入中央处理电路，作为所述温度补偿电路的输入，用于对所述三角波周期信号进行幅度调整。进一步地，所述电源电路中还包括使能电路、第二温度传感器和继电器，该使能电路用于控制电压转换电的工作与切断，继电器用于控制T/R组件的供电通断，所述第二温度传感器对电源电路的中心温度进行检测，并将检测到的温度以数字信号的形式送入中央处理电路，作为所述温度补偿电路的输入，用于对所述三角波周期信号进行幅度调整。进一步地，所述自动增益控制电路包括可调增益放大器和反馈回路，该反馈回路包括一个乘法器和一个放大器，输入的所述中频信号经该可调增益放大器放大后送入乘法器得到一个直流电平，再经过该放大器放大后送入所述可调增益放大器调整信号放大幅度，从而使送入后级电路的输入信号幅度保持为一恒定值，以增加测高距离。[0012]进一步地，所述限压滤波电路包括二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器、限幅器和放大器，输入信号分别经该二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器滤除杂波， 再经过该限幅器限幅后通过放大器放大进行输出。进一步地，所述模数转换电路包括比较器和电平转换器，输入信号与直流参考电压通过比较器进行幅度比较，输入信号幅度高于参考电压则为1，输入信号幅度低于参考电压则为0，由此得到与输入信号频率相同的数字信号。本实用新型还公开了一种包括所述信号处理电路组件的雷达液位计本实用新型利用调频连续波(LFMCW)雷达技术，可配合T/R组件及天线系统，在无接触情况下实现对水面、液面相对高度的精确测量。由于其采用自动增益控制、FPGA双频计数算法和温度补偿电路，减少了系统成本和实现难度，提高了作用距离和测距精度，并具有全温范围内测高精度补偿等功能，结构简单、作用距离远，测高精度高。

图1为本实用新型的一个实施例组成示意图；图2为温度补偿电路图；图3为自动增益控制电路图；图4为数模转换电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述如图1所示，本实用新型一个实施例的雷达液位计的信号处理电路组件包括电源电路和信号处理电路。所述电源电路包括输入保护电路1、滤波电路2、电压转换电路3、使能电路13、温度传感器14和继电器15。输入保护电路1采用表贴熔断器0451002. HL和瞬态电流抑制器P6KE 22A实现；滤波电路2采用滤波器BNX005-01实现；电压转换电路3采用电源模块DPB10-12D5Q和DPB10-12D12Q实现；温度传感器14采用DS1621S实现，继电器15采用 JZC-078M超小型密封电磁继电器实现。所述信号处理电路包括自动增益控制电路4、限压滤波电路5、低频切断电路6、模数转换电路7、中央处理电路8、波形生成电路10、温度补偿电路11、串行接口电路9和温度传感器12。自动增益控制电路4采用可调增益放大器AD604AR、乘法器AD835AR和放大器 AD711AQ实现；限压滤波电路5采用运算放大器SE5532AD8实现；低频切断电路6采用三极管2N4391实现；模数转换电路7采用比较器MAX9201ESE实现；中央处理电路8采用FPGA 芯片实现；波形生成电路10采用DA芯片MAXM41AEUA实现；温度补偿电路11采用数控可调衰减器AD7533LP实现；串行接口电路9采用串口芯片IL422实现。整个信号处理组件工作过程如下18V 36V直流电从外部输入，经过输入保护电路1和滤波电路2供给电源转换电路3，使能信号为低电平时电源转换电路3工作，生成士5V和士 12V四路电源，其中士5V 和士 12V供给信号处理电路，士5V经过继电器15供给T/R组件，继电器15初始状态为关闭状态，T/R组件不工作。[0026]中央处理电路8上电后进行系统复位，复位结束后对DA芯片进行设置，通过对幅度进行累加或递减产生幅度和频率一定的周期性三角波，再根据电源电路和信号处理电路上的两个温度传感器回传的温度信息，通过温度补偿电路11对三角波幅度进行微调。温度补偿电路11采用数控可调衰减器AD7533实现，如图2所示，DBl DBlO为AD7533的控制脚，当DBl DBlO为全1时信号不衰减，为全0时信号为最大衰减。FPGA利用两个温度传感器回传的温度信息计算出相应的温度补偿值，并对DBl DBlO进行配置以控制三角波的幅度衰减，从而实现整机的温度补偿。经过温度补偿后的三角波输出至T/R组件，以控制T/ R组件进行线性调频。中央处理电路8上电k后控制继电器15启动，T/R组件上电工作，产生差频信号输入至自动增益控制电路4。自动增益控制电路4如图3所示，中频输入信号送入AD604， 经二级放大后通过一隔直电容送入乘法器AD835，乘法器生成一直流电压，经放大器AD711 放大后反馈给AD604，AD604通过反馈电压调整放大倍数，使得供给后级电路的信号幅度保持不变。中频信号经自动增益调整后，通过限压滤波电路5和低频切断电路6滤除杂波并限压，送入模数转换电路7。本实用新型的测高算法只需要中频信号的频率信息，因此模数转换电路7采用比较器实现，如图4所示，输入信号与一 OV的直流参考电压通过比较器进行幅度比较，输入信号幅度高于参考电压则为1，输入信号幅度低于参考电压则为0，由此得到的数字信号与输入信号频率相同，因输入信号不是纯净的正弦波，在参考电压附近的波动会造成数字信号存在一脉冲干扰，在比较器输出端和信号输入端之间串联一 IOkQ电阻可有效去除脉冲干扰，再经过电平转换器将电压转换为3. 3V后送入中央处理电路8进行处理。本实用新型的测高算法采用双频计数算法。双频计数算法是本领域常规的技术， 在低高度的测量上精度优于FFT算法，误差取决于参考时钟频率和中频信号频率的倍数， 若参考时钟频率是中频频率的K倍，则误差为频率计数误差的1/K，因此在中频频率一定的前提下，提高参考时钟频率可有效提高测高精度。为了减小印制板上的干扰，外部时钟一般使用20MHz或40MHz的晶振，精度不高。本实用新型在FPGA内部使用DCM资源将20MHz的时钟信号倍频至200MHz作为参考时钟，可有效减小理论误差；另外，三角波转折处线性度较低，非线性调频产生的中频信号会对计数造成误差，本实用新型还可以在中央处理电路中生成一个与三角波周期相同的方波，对在三角波尖峰产生的中频信号进行切断，可避免非线性段对测高的影响，在计数时进行对中频信号进行IOM个周期的累积，最后求平均， 可有效提高测高精度。加上了三角波尖峰切断，可以避免尖峰干扰造成的计数误差，进行多段累积计数后再平均，减小单周期计数导致的误差；通常的中央处理电路是用单片机做的，计数参考时钟取决于外部晶振的频率，一般最多到40MHz左右，本实用新型使用FPGA做中央处理电路，可以用内部的DCM资源将计数参考时钟倍频到几百MHz到1个GHz，可以大幅提高计数精度。
权利要求1.一种用于雷达液位计的信号处理电路组件，包括电源电路和信号处理电路两部分， 其特征在于所述电源电路包括依次连接的输入保护电路(1)、滤波电路⑵和电压转换电路(3)， 直流电通过所述输入保护电路(1)送入滤波电路( 进行滤波，再通过所述电压转换电路(3)生成多路电源，分别用于给所述信号处理电路和雷达液位计的T/R组件供电；所述信号处理电路包括依次连接的自动增益控制电路G)、限压滤波电路(5)、低频切断电路(6)、模数转换电路(7)、中央处理电路(8)和串行接口电路(9)，雷达液位计的T/ R组件输入的中频信号经所述自动增益控制电路(4)进行幅度调整后进入所述限压滤波电路(5)和低频切断电路(6)滤除杂波，滤波后的信号送入模数转换电路(7)进行数模转换， 转换后的数字信号送入中央处理电路(8)，经计算得到所测距离，测量结果经所述串行接口电路(9)送出。
2.根据权利要求1所述的信号处理电路组件，其特征在于，该信号处理电路中还包括分别与中央处理电路⑶连接的波形生成电路(10)、温度补偿电路(11)和第一温度传感器 (12)，所述中央处理电路(8)通过控制该波形生成电路(10)产生三角波周期信号，并送入 T/R组件进行线性调频，所述第一温度传感器(1 将所测信号电路的温度以数字信号的形式送入中央处理电路(8)，作为所述温度补偿电路(11)的输入，用于对所述三角波周期信号进行幅度调整。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理电路组件，其特征在于，所述电源电路中还包括使能电路(13)、第二温度传感器(14)和继电器(15)，该使能电路用于控制电压转换电路 ⑶的工作与切断，继电器(15)用于控制T/R组件的供电通断，所述第二温度传感器(14) 对电源电路的中心温度进行检测，并将检测到的温度以数字信号的形式送入中央处理电路 (8)，作为所述温度补偿电路(11)的输入，用于对所述三角波周期信号进行幅度调整。
4.根据权利要求1或2所述的信号处理电路组件，其特征在于，所述自动增益控制电路(4)包括可调增益放大器和反馈回路，该反馈回路包括一个乘法器和一个放大器，输入的所述中频信号经该可调增益放大器放大后送入乘法器得到一个直流电平，再经过该放大器放大后送入所述可调增益放大器调整信号放大幅度，从而使送入后级电路的输入信号幅度保持为一恒定值，以增加测高距离。
5.根据权利要求1或2所述的信号处理电路组件，其特征在于，所述限压滤波电路(5) 包括二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器、限幅器和放大器，输入信号分别经该二阶有源低通滤波器和二阶有源高通滤波器滤除杂波，再经过该限幅器限幅后通过放大器放大进行输出。
6.根据权利要求1或2所述的信号处理电路组件，其特征在于，所述模数转换电路(7) 包括比较器和电平转换器，输入信号与直流参考电压通过比较器进行幅度比较，输入信号幅度高于参考电压则为1，输入信号幅度低于参考电压则为0，由此得到与输入信号频率相同的数字信号。
专利摘要本实用新型公开了一种用于雷达液位计的信号处理电路组件，包括电源电路和信号处理电路，电源电路包括输入保护电路、滤波电路和电压转换电路，直流电通过输入保护电路送入滤波电路进行滤波，再通过电压转换电路生成多路电源；信号处理电路包括自动增益控制电路、限压滤波电路、低频切断电路、模数转换电路、中央处理电路、串行接口电路，输入的中频信号经自动增益控制电路进行幅度调整后进入限压滤波电路和低频切断电路滤除杂波，再送入模数转换电路进行数模转换，转换后送入中央处理电路，经计算得到所测距离。本实用新型量程大、精度高，受环境等影响小，可以解决现有液位测量设备作用距离短、易受干扰和无法适应较大范围温度变化的问题。
文档编号G01S7/285GK202255549SQ201120378378
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者李雷, 林思博 申请人:湖北三江航天险峰电子信息有限公司