專利名稱：具有無線能力的計量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有無線能力的計量系統(tǒng)(gauging system)。
背景技術(shù)：
用于測量包含在儲罐或儲藏箱中的產(chǎn)品的特性的系統(tǒng)_所謂的儲罐計量系統(tǒng)_在 涉及到產(chǎn)品的處理、裝運和儲存的應(yīng)用領(lǐng)域中，以及例如在化學(xué)加工工業(yè)中是無所不在的。由于要監(jiān)視和/或測量的產(chǎn)品往往是危險品，因此對于像位于所謂危險區(qū)內(nèi)的儲 罐計量系統(tǒng)或至少其一些部分那樣的設(shè)備存在特殊的安全要求。因此，這樣的設(shè)備一般需 要被證明是防爆的或本質(zhì)安全(intrinsically safe)的。對于本質(zhì)安全設(shè)備，存在著保證 設(shè)備不能引起可能存在于危險區(qū)中的氣體點燃的限制。應(yīng)用儲罐計量系統(tǒng)的代表性領(lǐng)域在通常稱為“油庫”的石油產(chǎn)品等的儲存設(shè)施中。 在這樣的油庫中，每個儲罐通常裝有許多感測單元，每個感測單元被配置成感測包含在該 儲罐中的產(chǎn)品的諸如液位(level)、溫度、壓力等的某種特性。用于危險環(huán)境的傳統(tǒng)本質(zhì)安全系統(tǒng)是主要為模擬的所謂4_20mA系統(tǒng)，其中感測 單元以點對點方式經(jīng)由本質(zhì)安全屏障與中央主機連接，以便提供危險區(qū)內(nèi)的本質(zhì)安全。容易理解，傳統(tǒng)4_20mA系統(tǒng)需要大量連線。尤其是對于像儲罐可以分開相當(dāng)大距 離的油庫那樣的應(yīng)用，所需的連線以及大量本質(zhì)安全屏障，占安裝儲罐計量系統(tǒng)的成本的 很大一部分。減少本質(zhì)安全系統(tǒng)中的連線數(shù)量的一種方法是使用數(shù)字本質(zhì)安全通信總線。當(dāng)使 用這樣的總線時，可以沿著總線連接各種傳感器，并且，將一條電纜從許多傳感器路由到控 制室就足夠了。這種數(shù)字通信總線的一個例子是可以在一個總線區(qū)段上連接最多達15個 傳感器的HART總線。減少本質(zhì)安全系統(tǒng)中的連線數(shù)量的另一種方法是將無線技術(shù)用于與 感測單元通信。例如，使用完全無線的裝置，其中現(xiàn)場設(shè)備使用電池、太陽能電池或其它技 術(shù)來獲取功率而沒有任何有線連接。另一個例子由US 7262693提供，它公開了與感測單元有線和無線通信的組合。在 這個例子中，本質(zhì)安全控制回路將數(shù)據(jù)傳送到并將功率提供給與感測單元串聯(lián)的無線現(xiàn)場 設(shè)備，并且使用從本質(zhì)安全雙線過程控制回路接收的功率對無線現(xiàn)場設(shè)備中的RF電路供 電。該無線現(xiàn)場設(shè)備進一步適用于限制其對雙線過程控制回路的影響。但是，在一些情況下的無線現(xiàn)場設(shè)備只提供無線發(fā)送和接收信息的有限可能性， 因為在可以將多少功率提供給無線現(xiàn)場設(shè)備而不嚴(yán)重影響通過雙線過程控制回路傳遞的 信息的意義上講，本質(zhì)安全雙線過程控制回路受到嚴(yán)格限制。因此，需要一種具有無線能力的改進計量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述及其它缺陷，本發(fā)明的一般目的是提供具有無線能力的改進 計量系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個目的是提高計量系統(tǒng)中無線發(fā)送和接收信息的可能性。按照本發(fā)明的一個方面，這些和其它目的通過一種計量系統(tǒng)實現(xiàn)，該計量系統(tǒng)包 括計量儀(gauge)，配置成感測過程變量(processvariable)并提供代表所述過程變量的 過程數(shù)據(jù)(process data)；與所述計量儀連接的處理單元，所述處理單元包含配置成接 收來自遠程外部電源的功率并提供穩(wěn)定功率(regulated power)的供電電路，和配置成接 收來自所述計量儀的過程數(shù)據(jù)并將所述過程數(shù)據(jù)疊加在所述穩(wěn)定功率上形成功率信號的 第一電路；以及通過雙線控制回路與所述處理單元電連接的無線通信單元，所述無線通信 單元包含配置成接收所述功率信號并將所述過程數(shù)據(jù)與所述穩(wěn)定功率分離的第二電路， 天線，和通過來自所述第二電路的穩(wěn)定功率供電、配置成接收來自所述第二電路的過程數(shù) 據(jù)、并使用所述天線發(fā)射代表所述過程數(shù)據(jù)的RF信號的射頻(RF)通信電路，其中，所述功 率信號能夠?qū)⒆銐虻姆€(wěn)定功率遞送給所述無線通信單元，以便允許在任何給定時刻發(fā)射RF 信號。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，即可以從遠程外部電源與計量系統(tǒng)結(jié)合在一起使用的 事實中取得積極效果。通過按照本發(fā)明的配置，通過具有可恒定獲得的遠程電源，可以在任 何給定時刻激活無線通信單元。任何時刻的激活理論上看起來允許進行連續(xù)無線通信。但 是，實際上，連續(xù)無線通信也許是不可行的，因為無線帶寬在不同無線設(shè)備之間分享，不同 無線設(shè)備被安排成在與無線通信單元中的RF電路被配置來通信的頻率相同或相近的頻率 上通信。在任何情況下，通過按照本發(fā)明的供電配置，可以為計量儀和處理單元的連續(xù)供電 提供足夠量的功率。同時，允許在任何給定時刻激活無線通信單元。代表計量儀感測的過程變量的過程數(shù)據(jù)，以及類似地，RF電路接收的要提供給處 理單元的信息可以傳送給外部控制系統(tǒng)(例如與操作控制室相關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng))并從這樣 的外部控制系統(tǒng)被接收。通過這種配置，可以提供智能計量系統(tǒng)，它們不僅能夠向外部控制 系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，而且能夠向外部控制系統(tǒng)提供通過例如處理單元以多種方式處理過的 測量數(shù)據(jù)?？捎迷诎凑毡景l(fā)明的計量系統(tǒng)中的適當(dāng)無線通信單元的一個例子公開在此處通 過引用全部并入的US 7，262，693中。這樣的處理可以包括聚集從計量儀獲得的測量數(shù)據(jù)，以便例如幫助統(tǒng)計分析，以 及組合來自兩個或更多個計量儀的測量數(shù)據(jù)。該處理可以得出指示諸如液位、體積、密度或 其組合的參數(shù)的數(shù)據(jù)。此外，由此可以避免用于過程數(shù)據(jù)的傳遞的分立連線，并且可以緩解 對圍繞基于微波的液位計的防爆屏障的需要。從而可以顯著降低安裝和采購成本。也就是 說，該計量儀不局限于任何特定類型的測量設(shè)備。但是，在一個實施例中，該計量儀是基于微波的液位計(levelgauge)，配置成通過 微波能量的反射來感測儲罐中的產(chǎn)品的液位。該基于微波的液位計適用于發(fā)射連續(xù)信號， 并且，該基于微波的液位計可以包含適用于根據(jù)接收的回波信號與參考信號之間的相位差 來確定儲罐液位的處理電路。雖然與其它類型的感測單元相比需要相對較大的功率，例如， 需要遠程外部電源，但該基于微波的液位計一般能夠進行非常準(zhǔn)確的液位測量。該基于微 波的液位計可以依照FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)或TDR(時域反射計)配置來配置。但是，也可以 使用除了 FMCW和TDR之外的其它測量過程。按照本發(fā)明的計量系統(tǒng)還可以包含進一步的計量儀。例如，可以將基于微波的液 位計和溫度計與同一處理單元連接，以便向和從單個無線通信單元發(fā)送和接收信息。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種將功率提供給通過雙線控制回路與處理單元 電連接的無線通信單元的方法，其中，所述方法包含從連接到所述處理單元的計量儀接收 感測的過程變量，從而形成代表所述過程變量的過程數(shù)據(jù)；根據(jù)從遠程外部電源接收的功 率提供穩(wěn)定功率；將所述過程數(shù)據(jù)疊加在所述穩(wěn)定功率上，從而形成功率信號；將所述功 率信號提供給所述無線通信單元；將所述過程數(shù)據(jù)與所述穩(wěn)定功率分離；將所述穩(wěn)定功率 提供給包含在所述無線通信單元中的射頻(RF)通信電路；將所述分離的過程數(shù)據(jù)提供給 所述RF通信電路；以及通過與所述RF電路連接的天線發(fā)射代表所述過程數(shù)據(jù)的RF信號， 其中，所述功率信號能夠?qū)⒆銐虻姆€(wěn)定功率遞送給所述無線通信單元，以便允許在任何給 定時刻發(fā)射RF信號。通過本發(fā)明的這個第二方面也可以達到與上面結(jié)合本發(fā)明的第一方面所述的那 些類似的進一步效果。


現(xiàn)在參考示出本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實施例的附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些和其它 方面，在附圖中圖1是將多個計量系統(tǒng)連在一起的現(xiàn)有油庫的示意性方塊圖；圖2a和2b是按照本發(fā)明的兩種不同計量系統(tǒng)的示意性方塊圖；圖3是包含在計量系統(tǒng)中的處理單元和無線通信單元之間的連接的詳細示意性 方塊圖；以及圖4示意性地例示了多個計量系統(tǒng)被安排來通信的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。
具體實施例方式在本說明書中，主要參考安裝在包含產(chǎn)品的容器上的雷達液位計系統(tǒng)來描述本發(fā) 明的實施例。但是，應(yīng)該注意到，這并不意味著限制可以以許多不同形式實施的本發(fā)明的范 圍，也不應(yīng)該理解為局限于本文所述的實施例；而是，這些實施例是為全面性和完整性而提 供的，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達本發(fā)明的范圍。相似的標(biāo)號自始至終表示相似的元件。圖1示出了作為多個計量系統(tǒng)連在一起的現(xiàn)有油庫的一個例子的油庫la。在圖 1中，舉例來說，三個儲罐2a_c的每一個都被顯示成裝有儲罐計量系統(tǒng)，包括這里顯示為分 立控制單元3a_c的控制器、基于微波的液位計4a_c、和溫度感測單元5a_c。該儲罐計量系 統(tǒng)經(jīng)由外部系統(tǒng)總線6連接到主計算機7，主計算機7被配置成控制包含在儲罐2a-c內(nèi)的 產(chǎn)品的液位和其它參數(shù)。參考圖2a，現(xiàn)在與過程變量的測量相聯(lián)系描述按照本發(fā)明的計量系統(tǒng)20。在例示 的實施例中，計量系統(tǒng)20包含各自配置成感測不同過程變量的第一和第二計量儀22，24。 但是，計量系統(tǒng)20不局限于特定數(shù)量的計量儀，而是可以包含例如僅單個計量儀或多個計 量儀。計量儀22，24可以從包含如下的非限制性組中選擇基于微波的液位計、溫度計、通 過確定流動物質(zhì)的量來測量有多少流體流過管道的Coriolis流量計、或配置成根據(jù)物理 輸入生成輸出信號或根據(jù)輸入信號生成物理輸出的任何其它轉(zhuǎn)換器。通常，轉(zhuǎn)換器將輸入轉(zhuǎn)換成具有不同形式的輸出。轉(zhuǎn)換器的類型包括各種分析設(shè) 備、壓力傳感器、熱敏電阻、熱電偶、應(yīng)變計、流量發(fā)送器、定位器、致動器、螺線管、指示燈
6等。而且，計量儀可以是有源的，無源的，或兩者的組合，也就是說，計量儀可以配置成只發(fā) 送信息(例如，溫度傳感器)，只接收信息(例如，閥門)，或接收和發(fā)送信息的組合(例如， 雷達液位計)。計量系統(tǒng)20進一步包含配置成接收每個計量儀22，24提供的過程變量的處理單 元26。處理單元26也可以配置成，例如通過將控制命令提供給計量儀22，24來控制每個計 量儀22，24。處理單元26進一步配置成接收來自遠程外部電源的功率。遠程外部電源可 以通過在計量系統(tǒng)20附近已經(jīng)可用的電源來提供，例如對計量系統(tǒng)周圍的區(qū)域中的環(huán)境 照明供電的電源，例如230伏電源、工廠干線、電網(wǎng)等。也可以使用遞送小于230伏(例如 大約12伏及以上)的遠程外部電源。例如，在一些裝置中，計量儀22/24可能需要比使用 電池、太陽能電池、或通過雙線控制回路實際可獲得的功率更大的功率，并且從遠程外部電 源將功率提供給計量儀。也就是說，不單獨使用雙線控制回路對計量系統(tǒng)20供電。一般說 來，外部電源不是本質(zhì)安全電源。但是，處理單元26中的供電電路執(zhí)行適當(dāng)操作來使得從 遠程外部電源接收的功率穩(wěn)定，使處理單元變成本質(zhì)安全的。處理單元的處理電路可以提 供來自遠程外部電源的輸入功率與來自供電電路的作為輸出提供的本質(zhì)安全穩(wěn)定功率之 間的電流隔離。另外，電纜28提供功率，并將外部電源與計量系統(tǒng)20連接。本質(zhì)安全在這里應(yīng)該理解為通過按照不帶來潛在危險地允許易燃氣體與電氣設(shè) 備接觸的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)IEC 6007911或相應(yīng)的后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的防爆方法保護的含義?？稍诒举|(zhì)安全 電路中獲得的電能局限于這樣的水平，使得由電氣故障引起的任何火花或發(fā)熱表面都微弱 得不會引起點火。在適用于與圖1中的主計算機7雙向通信的一個實施例中，計量系統(tǒng)20還包含無 線通信單元30。無線通信單元30通過例如依照數(shù)字HART協(xié)議或任何其它適當(dāng)通信協(xié)議安 排的本質(zhì)安全接口 32與處理單元26連接。接口 32既向無線通信單元30提供功率，又在 無線通信單元30與處理單元26之間提供信息路徑。按照本發(fā)明，無線通信單元30與處理 單元26之間的優(yōu)選為雙向的通信通過將信息(即，代表計量儀22，24中的至少一個感測的 過程變量的過程數(shù)據(jù))疊加到接口 32上來提供。也就是說，將信息疊加在處理單元26與 無線通信單元30之間的接口 32上可以通過對與提供給無線通信單元的功率相關(guān)聯(lián)的電壓 電平稍作調(diào)整來提供。類似地，可以調(diào)整與提供給無線通信單元30的功率相關(guān)聯(lián)的電流， 或者通過調(diào)整提供給無線通信單元30的功率本身。并且，存在包括例如將高頻信號疊加到 提供給無線通信單元30的功率上的可能性。在一個實施例中，處理單元26的耦合輸出單元(out-couplingunit)，S卩，處理單 元26的一部分(作為連接處理單元26和無線通信單元30的物理接口 32之前的最后一個 器件)，是數(shù)字HART通信調(diào)制解調(diào)器，它被配置成對無線通信單元30供電，將過程數(shù)據(jù)提供 給無線通信單元30，并接收來自無線通信單元30，例如由包含在無線通信單元30中的RF 電路接收的控制信息。數(shù)字HART通信調(diào)制解調(diào)器可以配置成在激活無線通信單元30的 時刻將至少40mW的功率遞送給無線通信單元30。而且，例如通過編程HART調(diào)制解調(diào)器， 可以將輸出電平設(shè)置成總是遞送差不多20mA (即，在將數(shù)字HART協(xié)議安排成配置用來遞送 4-20mA的雙線控制接口的實施例中)，從而一般說來，足以允許在任何給定時刻激活無線 通信單元30。包含在無線通信單元30中的RF電路可以與天線34連接，以便將信息發(fā)射給 例如主計算機7，并接收來自計算機7的信息，其中主計算機7進而包含將信息發(fā)送給計量的信息的裝置。在結(jié)合圖2a提供的上面描述中，在分離的模塊的上下文中(即包含計量儀22/24、 處理單元26和無線通信單元30的計量系統(tǒng)20)對計量系統(tǒng)20作了描述。但是，圖2b例 示了計量儀具有集成處理單元的可替代實施例。在圖2b中例示的組合計量/處理單元是附連在容器(例如儲罐40)的頂部38上 的基于微波的液位計量/處理單元36。儲罐40用于儲存產(chǎn)品42。該產(chǎn)品可以是諸如石 油、精制產(chǎn)品、化學(xué)品和液化氣，或可以是粉末狀的材料。在儲罐40的內(nèi)部經(jīng)由天線44從 液位計量/處理單元36發(fā)射微波束。發(fā)射束從產(chǎn)品42的表面46反射回來，并被天線44 接收。通過在控制單元中比較和評估發(fā)射束與反射束之間的時間延遲，以已知方式，例如通 過FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)或通過重復(fù)微波脈沖來進行產(chǎn)品表面46的液位的確定。但是，微波也可以經(jīng)由諸如波導(dǎo)或同軸電纜(未示出)(例如通過TDR(時域反射 計)與產(chǎn)品通信)的微波傳輸媒體發(fā)送。液位計量/處理單元36的控制單元可以包括微處理器、微控制器、可編程數(shù)字信 號處理器或另外的可編程器件?？刂茊卧梢粤硗饣蛱娲缘匕▽Ｓ眉呻娐?ASIC)、 可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯器件、或數(shù)字信號處理器。在控制單元包括諸 如上述微處理器或微控制器的可編程器件的情況下，處理器可以進一步包括控制可編程器 件的操作的計算機可執(zhí)行代碼。與結(jié)合圖2a所描述的實施例類似，在圖2b中例示的計量系統(tǒng)20從位于計量系統(tǒng) 20附近的大型電源接收功率。圖3例示了處理單元26與無線通信單元30之間的連接的詳細示意性方塊圖。正 如上面結(jié)合圖2a所討論的那樣，處理單元26包含供電單元48和控制單元50，在一個實施 例中，還有數(shù)字HART調(diào)制解調(diào)器52。在操作期間，如上面簡要討論過的那樣，控制單元50 接收感測的過程變量，該過程變量被處理成代表感測的過程變量的過程數(shù)據(jù)。類似地，供電 單元48接收來自外部電源的功率，并依照IS條例調(diào)適該功率。接著，將分別來自供電單元 48和控制單元50的功率和過程數(shù)據(jù)提供給HART調(diào)制解調(diào)器52，其中將過程數(shù)據(jù)疊加在要 供應(yīng)給無線通信單元30的功率上。本質(zhì)安全接口 32，例如雙線連接，將處理單元26與無線通信單元30連接。在無線 通信單元30中，另一個數(shù)字HART調(diào)制解調(diào)器54接收組合的功率和通信信號，并將過程數(shù) 據(jù)與功率分離。在例示的實施例中，兩個HART調(diào)制解調(diào)器52，54被用于處理單元26與無 線通信單元30之間的通信，并用于無線通信單元30的供電。但是，適用于組合和劃分功率 和信息信號的其它類似裝置也是可以的，并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在一個可替代實施例 中，本質(zhì)安全接口 32包含三條導(dǎo)線，以便通過處理單元26簡化無線通信單元30的供電。
將來自通信設(shè)備26的HART調(diào)制解調(diào)器54的輸出，即，通信信號和功率，作為分離 的信號提供給RF電路56，RF電路56生成使用天線34發(fā)射的射頻(RF)信號。正如上面討 論過的那樣，RF電路56也可以從外部單元(例如主計算機7)接收通信信號，接著將接收 的通信信號提供給無線通信單元30的HART調(diào)制解調(diào)器54，其中將它們疊加在從處理單元 26的HART調(diào)制解調(diào)器52接收的功率上。接收的通信信號接著將被處理單元26的HART調(diào) 制解調(diào)器52分離，并被提供給控制單元50作進一步處理?？梢允褂脭?shù)字調(diào)制技術(shù)配置RF 電路56以便進行數(shù)字通信，或使用模擬調(diào)制技術(shù)依照更普通的模擬通信協(xié)議配置RF電路
856。但是，如有需要，可以使用任何通信協(xié)議，包括IEEE 802. 15. 4，或其它協(xié)議，包括專用通 信協(xié)議?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，圖4例示了包含按照本發(fā)明的計量系統(tǒng)的實現(xiàn)方式的油庫Ib的頂 視圖。與在圖1中例示的現(xiàn)有油庫Ia相比，油庫Ib的儲罐58，60，62和64通過無線通信 相互連接。于是，儲罐58，60，62和64的每一個設(shè)置了如上面討論過的計量系統(tǒng)20，包含 允許在儲罐58，60，62和64之間進行無線通信的無線通信單元30。與圖1中的油庫Ia類 似，油庫Ib包含具有用于接收通信信號的主計算機(未示出)的控制室66，其中主計算機 連接到從儲罐58，60，62和64接收信號并將信號發(fā)送給儲罐58，60，62和64的收發(fā)器68。 儲罐58，60，62和64與收發(fā)器68之間的通信路徑用虛線示出。在例示的實施例中，儲罐58，60，62和64被配置成自組織網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，其中自組織網(wǎng) 格網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選地依照時間同步網(wǎng)格協(xié)議(TSMP)來配置。TSMP在時間、頻率和空間上提供冗余 和故障轉(zhuǎn)移，以便即使在最具挑戰(zhàn)性的無線電環(huán)境下也保證很高的可靠性。TSMP還提供自 組織、自修復(fù)網(wǎng)格路由所需的智能。而且，由于網(wǎng)絡(luò)是自組織的，因此可以按需要擴展而無 需復(fù)雜規(guī)劃。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，兩個無線通信單元之間的實際無線通信距離 由于可允許的傳輸效果、當(dāng)前RF環(huán)境等而受到限制。因此，在例示的實施例中，不是所有的 儲罐58，60，62和64都可以與控制室66的收發(fā)器68直接通信。于是，作為一個例子，在安 排到儲罐58上的計量系統(tǒng)20的無線通信單元與控制室66的收發(fā)器68之間的距離與可能 的無線范圍相比太大的情況下，要在它們之間發(fā)送的信息使用網(wǎng)格協(xié)議來轉(zhuǎn)發(fā)，例如，使用 儲罐60的計量系統(tǒng)、儲罐64的計量系統(tǒng)、儲罐60和62的計量系統(tǒng)的組合、或儲罐64和62 的計量系統(tǒng)的組合來轉(zhuǎn)發(fā)，如通過例示可能的通信路徑的虛線所示的那樣。在計量系統(tǒng)20包含與相應(yīng)多個無線通信單元連接的多個計量儀的可替代實施例 中，自組織實現(xiàn)了大量通信路徑和在一個通信路徑中斷的情況下重新組織的能力。此外，通 過這種能力，按照本發(fā)明的儲罐計量系統(tǒng)可用在甚至更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中。因此，使用自組 織、自修復(fù)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的效果是在計量系統(tǒng)與控制室之間的通信路徑中引入了冗余，以及在 通信路徑因條件變化(例如因天氣、新的或未知的RF系統(tǒng)、運動設(shè)備和分布密度造成)而 中斷的情況下重新組織的可能性。而且，盡管存在這些挑戰(zhàn)，但自動節(jié)點連接和修復(fù)的全網(wǎng)格布局使網(wǎng)絡(luò)可以長期 保持可靠性和可預(yù)測性。如同水向山下流動一樣，僅自組織全網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)能夠通過可用節(jié)點 布局找到并利用最穩(wěn)定路線。此外，全冗余路由既需要空間分集(嘗試不同路線)又需要 時間分集(以后再次嘗試)。于是，TSMP通過使每個節(jié)點能夠發(fā)現(xiàn)多個可能母節(jié)點來覆蓋 空間分集，然后建立與兩個或更多個節(jié)點的鏈路。優(yōu)選地，時間分集通過重試和故障轉(zhuǎn)移機 制來管理。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明決不局限于上面所述的優(yōu)選實施例。相 反，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，許多修改和變化都是可能的并且在所附權(quán)利要求書的范 圍之內(nèi)。例如，射頻(RF)信號的發(fā)射可以包含任何頻率的電磁發(fā)射，而不局限于特定頻率 群，頻率范圍或任何其它限制。
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權(quán)利要求
一種計量系統(tǒng)，包含 計量儀，配置成感測過程變量并提供代表所述過程變量的過程數(shù)據(jù)； 與所述計量儀連接的處理單元，所述處理單元包含 供電電路，配置成接收來自遠程外部電源的功率并提供穩(wěn)定功率；以及 第一電路，配置成接收來自所述計量儀的過程數(shù)據(jù)并將所述過程數(shù)據(jù)疊加在所述穩(wěn)定功率上形成功率信號；以及 通過雙線控制回路與所述處理單元電連接的無線通信單元，所述無線通信單元包含 第二電路，配置成接收所述功率信號并將所述過程數(shù)據(jù)與所述穩(wěn)定功率分離； 天線；以及 通過來自所述第二電路的穩(wěn)定功率供電的射頻RF通信電路，配置成接收來自所述第二電路的過程數(shù)據(jù)，并使用所述天線發(fā)射代表所述過程數(shù)據(jù)的RF信號，其中，所述功率信號能夠?qū)⒆銐虻姆€(wěn)定功率遞送給所述無線通信單元，以便允許在任何給定時刻發(fā)射RF信號。
2.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述穩(wěn)定功率以本質(zhì)安全方式提供。
3.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述功率信號以本質(zhì)安全方式提供。
4.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述遠程外部電源被配置成將至少100伏遞送 給供電電路。
5.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，被疊加的過程數(shù)據(jù)以數(shù)字方式被傳送給所述 無線通信單元。
6.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，被疊加的過程數(shù)據(jù)依照數(shù)字HART協(xié)議來安排。
7.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述組合電路包含在數(shù)字HART調(diào)制解調(diào)器中。
8.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述第二電路包含在數(shù)字HART調(diào)制解調(diào)器中。
9.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，在發(fā)射RF信號的時刻，所述供電電路通過所述 功率信號將至少40mW提供給所述無線通信單元。
10.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述無線通信單元依照自組織網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)來配置。
11.如權(quán)利要求10所述的計量系統(tǒng)，其中，所述自組織網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)按照時間同步網(wǎng)格協(xié) 議TSMP來配置。
12.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述RF電路被配置用于數(shù)字通信。
13.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述RE電路被配置用于模擬通信。
14.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述處理單元與所述無線通信單元之間的電 連接包含第三導(dǎo)線。
15.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述計量儀是基于微波的液位計，配置成通 過微波能量的反射來感測儲罐中的產(chǎn)品的液位。
16.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述計量儀是配置成感測儲罐中的產(chǎn)品的溫 度的溫度計。
17.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述計量儀是配置成感測產(chǎn)品的質(zhì)量流的直 接測量值的Coriolis流量計。
18.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述計量儀和所述處理單元在物理上是分離的。
19.如權(quán)利要求1所述的計量系統(tǒng)，其中，所述計量儀和所述處理單元在物理上是組合在一起的。
20. 一種用于將功率提供給通過雙線控制回路與處理單元電連接的無線通信單元的方 法，其中所述方法包含-從連接到所述處理單元的計量儀接收感測的過程變量，從而形成代表所述過程變量 的過程數(shù)據(jù)；-根據(jù)從遠程外部電源接收的功率提供穩(wěn)定功率； -將所述過程數(shù)據(jù)疊加在所述穩(wěn)定功率上，從而形成功率信號； -將所述功率信號提供給所述無線通信單元； -將所述過程數(shù)據(jù)與所述穩(wěn)定功率分離；-將所述穩(wěn)定功率提供給包含在所述無線通信單元中的射頻RF通信電路； -將所述分離的過程數(shù)據(jù)提供給所述RF通信電路；以及 -通過與所述RF電路連接的天線發(fā)射代表所述過程數(shù)據(jù)的RF信號， 其中，所述功率信號能夠?qū)⒆銐虻姆€(wěn)定功率遞送給所述無線通信單元，以便允許在任 何給定時刻發(fā)射RF信號。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包含以本質(zhì)安全方式提供所述穩(wěn)定功率的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計量系統(tǒng)，包含計量儀，配置成感測過程變量并提供代表所述過程變量的過程數(shù)據(jù)；與所述計量儀連接的處理單元，所述處理單元包含配置成接收來自遠程外部電源的功率并提供穩(wěn)定功率的供電電路、和配置成接收來自所述計量儀的過程數(shù)據(jù)并將所述過程數(shù)據(jù)疊加在所述穩(wěn)定功率上形成功率信號的第一電路；以及通過雙線控制回路與所述處理單元電連接的無線通信單元，所述無線通信單元包含配置成接收所述功率信號并將所述過程數(shù)據(jù)與所述穩(wěn)定功率分離的第二電路，天線，和通過來自所述第二電路的穩(wěn)定功率供電、配置成接收來自所述第二電路的過程數(shù)據(jù)、并使用所述天線發(fā)射代表所述過程數(shù)據(jù)的RF信號的射頻(RF)通信電路，其中，所述功率信號能夠?qū)⒆銐虻姆€(wěn)定功率遞送給所述無線通信單元，以便允許在任何給定時刻發(fā)射RF信號。
文檔編號G01F23/00GK101918992SQ200880123274
公開日2010年12月15日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者L·哈格 申請人:羅斯蒙特雷達液位股份公司