導波雷達物位計系統的製作方法
2023-05-26 03:34:36 2
導波雷達物位計系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用於確定容納在罐中的物品的填充物位的導波雷達物位計系統，該系統包括：罐，其具有內壁、頂部和底部；收發器，其用於發射電磁發射信號並接收在物品的表面處反射的反射電磁信號；表面波導，其包括單導體傳輸線探針，表面波導連接至收發器、被布置成豎直延伸到罐中並且被配置成朝向表面導引電磁發射信號並將反射電磁信號導引回到收發器；處理電路，其連接至收發器並被配置成基於所接收的反射電磁信號確定填充物位；以及多個保持元件，其被布置成位於關於罐的內部的固定位置中並沿探針間隔開，其中，保持元件中的每個限定探針，並且被配置成允許探針相對於該保持元件在豎直方向上移動以及限制探針相對於該保持元件在水平方向上移動。
【專利說明】導波雷達物位計系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種使用電磁波來確定距容納在罐中的物品的表面的距離的物位計系統。
【背景技術】
[0002]微波物位計或雷達物位計(RLG)系統廣泛應用於確定容納在罐中的物品的填充物位。雷達物位計量可以例如通過非接觸測量來執行，從而朝向容納在罐中的物品輻射電磁信號。
[0003]所發射的電磁信號在物品的表面處被反射，並且通過包括在雷達物位計系統中的接收器或收發器來接收反射信號。可以基於發射信號和反射信號來確定距物品的表面的距離。例如可以基於接收到的反射信號的飛行時間(time of flight)來確定距離。
[0004]在用於液態石油物品的填充物位監測和密閉輸送控制的海洋應用中使用雷達物位計系統。例如，主要包括甲烷和乙烷的天然氣通常在被布置成保持低於該物品的沸點的溫度的大冷卻罐中以液體形式在低溫下進行運輸。也被稱為液化石油氣(LPG)的重烴(例如丁烷和丙烷)可以在被配置成經受得住通常施加於液化LPG的高壓的基本上呈球形的壓力罐中以液體形式進行運輸。
[0005]由於液化天然器(LNG)和LPG的相對低的反射率，由自由輻射天線發射的信號可能導致太小而無法檢測的反射信號。這可能會例如在從收發器到物品的距離太大的情況下或在物品的表面被幹擾使得信號當在表面處反射時被分散(scatter)的情況下發生。
[0006]為了在大罐中以及在困難的測量條件下同樣便利雷達物位計測量，已知使用所謂的靜止管道(still pipe)，其中在大罐處，天線與表面之間的距離可能相當大，典型地為數十米的量級。
[0007]例如W02007/049966公開了在用於測量LNG的物位的雷達物位計中使用靜止管道。該靜止管道與罐中的物品流體連通，並且可以通過確定在靜止管道內的物品的物位來確定填充物位。通過在靜止管道內發射信號，所發射的電磁信號的能量在管內集中至表面的一小部分。因此，降低了信號功率的損失，並且便利了在更長距離上以及更困難的測量條件下的測量。
[0008]另外，在海洋應用中，大浪狀態會引起罐中的液體的移動，而這又導致對位於罐中的結構施加相當大的機械力。因此，布置在罐中的靜止管道需要能夠經受得住相當大的力的支承結構。
[0009]此外，靜止管道需要大量材料，這使得靜止管道昂貴，並且將靜止管道安裝在大罐中可能比較複雜。
實用新型內容
[0010]鑑於現有技術中的以上提及的缺點和其他缺點，本實用新型的總體目的是提供一種改進的導波雷達物位計系統，並且特別地提供一種用於罐中的流體的填充物位確定的導波雷達物位計系統。
[0011]根據本實用新型的第一方面，這些目的和其他目的通過用於確定容納在罐中的物品的填充物位的導波雷達物位計系統來實現，所述物位計系統包括:罐，具有內壁、頂部和底部；收發器，用於發射電磁發射信號以及接收在所述物品的表面處反射的反射電磁信號；表面波導，包括單導體傳輸線探針，所述表面波導連接至收發器、被布置成豎直延伸到罐中並且被配置成朝向所述表面導引電磁發射信號並將反射電磁信號導引回到收發器；處理電路，連接至收發器並且被配置成基於所接收的反射電磁信號確定填充物位；以及多個保持元件，被布置成位於關於罐的內部的固定位置中並沿所述探針間隔開，其中，每個保持元件限定所述探針，並被配置成允許所述探針相對於保持元件在豎直方向上移動以及限制所述探針相對於保持元件在水平方向上移動。
[0012]「收發器」可以是能夠發射和接收電磁信號的一種功能單元，或者可以是包括獨立的發射器單元和接收器單元的系統。
[0013]罐可以是能夠容納物品的任何容器或器皿，並且可以是金屬的或者部分或完全非金屬的。
[0014]本實用新型基於如下理解:通過使用機械保持元件來使探針對準，可以將使用線針(wire probe)的導波雷達物位計系統有利地用於確定罐中的流體物品的填充物位，並且特別地用於確定海船上的罐中的液化天然氣(LNG)或石油天然氣(LPG)的填充物位。在不同類型的罐(3米至10米高，基本上無液體的移動)中，線(wire)可以從罐頂部延伸至底部而不需要支承。在有時具有大的液體移動的LNG船上的深罐(MO米)中，線必須機械支承在若干個點上。
[0015]相應地，本實用新型基於對附接至支撐結構並沿探針的長度間隔開的多個機械保持元件的使用。將探針布置成被保持元件所限定，使得允許探針在豎直方向上的移動而限制在水平方向上的移動。因此，如果線針遭受例如來自罐內的液體移動的具有水平力分量的外部機械力，則該力被沿探針的長度而分布的保持元件中的一個或更多個所承受，從而降低了機械力變得如此之大以至於線針損壞的風險。
[0016]由於LNG和LPG典型地在低溫下以液體形式進行運輸，例如甲烷典型地在其大約-162°C的沸點下進行運輸，所以空罐和填充罐之間的溫差可以高達200°C。因此，對於具有數十米的量級的長度的探針，當罐被填充和被倒空時可能產生相當大的熱膨脹和熱收縮。例如，在45米高的罐中，可能產生探針的5cm至1cm的熱膨脹。因此，必須允許探針關於保持元件的特定量的豎直移動。另外，可能會期望能夠簡單地改變探針，而這一點在保持元件沒有被機械地附接至探針時是可能的。
[0017]本實用新型的另外的優點是通過不使用靜止管道而大幅度降低了雷達物位計系統中使用的材料量。
[0018]此外，使用具有單導體傳輸線探針的導波雷達(GWR)系統代替包括靜止管道的自由輻射系統使得能夠使用不同的信號傳送方案，諸如例如調頻連續波(FMCW)系統。
[0019]根據本實用新型的一個實施例，多個保持元件中的至少一個可以有利地附接至與探針基本上平行延伸的支承結構。根據本實用新型的雷達物位計系統中的支承結構不須經受與靜止管道的支承結構等量的力，從而使得能夠降低使用的材料量或者以其他方式簡化支承結構的設計。
[0020]另外，這樣的支承結構可以例如為附接至罐的頂部並且從罐的頂部基本上豎直延伸的支承塔。用於容置物品(例如LNG或LPG)的罐通常與連接至罐的頂部的支承塔在一起。在這樣的情況下，支承塔可以容納用於監測罐的狀態的各種傳感器。如果存在這樣的支承塔，則有利的是將保持元件直接附接至該塔，使得不需要另外的支承結構。
[0021]根據本實用新型的一個實施例，保持元件可以有利地包括電絕緣材料。為了避免探針在與保持元件物理接觸時電氣短路，保持元件有利地為電流絕緣的，或至少與可以安裝保持元件的導電支承結構電流絕緣。
[0022]在本實用新型的一個實施例中，探針可以有利地為柔性線針。例如在容置液體物品(例如LNG)的大罐中使用GWR系統的柔性線針。另外，使用柔性線針允許保持元件的不同有利配置，而這些配置在使用剛性探針的情況下可能是無法實現的。此外，柔性線針可以更容易地經受得住作用在探針上的力。可以例如以實芯線或絞線的形式來提供柔性線針，並且探針可以由金屬(例如不鏽鋼)製成。
[0023]根據本實用新型的一個實施例，每個保持元件可以有利地包括關於探針而豎直間隔開的至少第一電絕緣接觸部分和第二電絕緣接觸部分，其中每個接觸部分被配置成在沿探針的接觸位置處與探針接觸，並且其中，相鄰接觸位置之間的距離約等於發射信號的波長的四分之一。由於期望將探針保持在關於保持元件的基本上固定的水平位置中以使得探針可以作用於保持元件的力被維持在最小，所以保持元件可以被布置為使得保持元件的部分與探針接觸。因此，電絕緣接觸部分被布置成從不同方向接觸探針，使得防止探針移動。然而，與探針接觸的對象、甚至是絕緣對象也將會導致沿探針傳播的信號的特定反射。源自保持元件的反射可能使得更難以識別表面回波(即來自罐中的物品的表面的回波)，而需要該回波來用於確定罐中的填充物位。在最壞情況的場景下，當要確定罐中的物品的填充物位時，這樣的幹擾回波(spur1us echo)可引起錯誤讀數。因此，為了保持良好的測量精度，保持元件必須被設計成不幹擾填充物位測量，即，來自保持元件的回波必須比來自罐中的物品的液面的回波弱得多。
[0024]然而，通過將第一電絕緣部分與第二電絕緣部分布置成彼此相距與沿探針傳播的信號的波長的四分之一相對應的豎直距離，來自第一接觸部分和第二接觸部分的回波將被疊加，並且通過負幹涉(negative interference)或相消幹涉(destructiveinterference)而被有效地抑制。在本文中相消幹涉是指下述現象:兩個周期波(一個發生了相移)被疊加，以使得形成具有比原始信號中的每個信號低的幅度的所產生的信號。
[0025]相應地，通過保持元件的接觸部分的上述布置，可以降低來自保持元件的所產生的回波信號的幅度。信號的波長例如基於信號的中心頻率來確定。
[0026]在本實用新型的一個實施例中，每個保持元件可以有利地包括:第一接觸部分，被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第一反射信號；第二接觸部分，被布置在第一接觸部分之下，並被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第二反射信號；以及第三接觸部分，被布置在第二接觸部分之下，並被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第三反射信號；其中，這些接觸部分被進一步配置為使得第一反射信號和第三反射信號中的每個的幅度約為第二反射信號的幅度的一半。通過配置這些接觸部分使得幅度根據不同的接觸部分而不同，可以使用三個接觸部分來實現由保持元件反射而產生的回波信號的甚至進一步降低。該原理與以上結合包括兩個接觸部分的保持元件所描述的是相同的，不同之處在於三個不同信號被疊加以實現相消幹涉。使用三個接觸部分實現三個回波信號的附加優點是增加了衰減(damping)的帶寬。因此，由於用於物位計量的信號通常具有特定帶寬，所以優化包括兩個接觸部分的保持元件以獲得中心頻率處的衰減將不可避免地導致信號的中心頻率以外的部分將較少衰減。因此，通過使用包括三個接觸部分的保持元件，可以實現信號的與中心頻率偏離的部分的更有效衰減。
[0027]在本實用新型的一個實施例中，第一接觸部分被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第一反射信號；第二接觸部分被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第二反射信號；保持元件還包括:第三接觸部分，被布置在第二接觸部分之下約等於發射信號的波長的四分之一的距離處，並被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第三反射信號；第四接觸部分，被布置在第三接觸部分之下約等於發射信號的波長的四分之一的距離處，並被配置成對發射信號的一部分進行反射以形成第四反射信號；其中，這些接觸部分被配置使得:第一反射信號的幅度等於第四反射信號的幅度，第二反射信號的幅度等於第三反射信號的幅度，並且第一反射信號和第四反射信號的幅度約為第二反射信號和第三反射信號的幅度的三分之一。以與上述方式相同的方式，使用四個接觸部分進一步改進了衰減的帶寬。然而，自然地存在回波信號的衰減與信號的整體衰減之間的權衡。使用越多的接觸部分，則信號的整體衰減就變得越大。因此，針對特定應用的保持元件的配置優選地基於如下因素來確定:例如總發射信號強度、待計量的物品的反射特性、以及接收器中的信號處理電路的靈敏度。
[0028]根據本實用新型的一個實施例，保持元件可以有利地包括多個銷，這些銷在豎直方向上間隔開，並被布置為使得在水平面上的投影中每個銷與至少一個其他銷交疊。由上可見，在這樣的配置中的兩個銷將會由此形成V-形或X-形。
[0029]在本實用新型的一個實施例中，保持元件的每個銷可以有利地被陶瓷殼包圍。如稍早所討論的，在特定應用中期望保持元件的電絕緣特性。通過使用用於每個銷或用於保持元件的陶瓷殼或者任意形狀的電絕緣接觸部分，提供了電絕緣的並且具有機械復原性的絕緣體。特別地，在探針例如由於熱膨脹和熱收縮而靠著保持元件的接觸部分規則地滑動的應用中，期望接觸部分的絕緣體不容易被磨損。因此，陶瓷殼還由於其對磨損能夠復原而提供了有利的機械特性。
[0030]根據本實用新型的一個實施例，柔性材料有利地布置在銷或其他類型的保持元件與陶瓷殼之間。柔性材料有助於減小作用在作為整體的保持元件、並且從而作用在支承結構上的力，這是因為探針可作用在保持元件上的力的一部分被柔性部分所承受並吸收。柔性部分可以為固體柔性材料(例如橡膠、塑料等)，或者柔性部分可以為彈簧布置。
[0031]根據本實用新型的一個實施例，保持元件的第一部分相對於保持元件的第二部分在豎直方向上有利地間隔開，以在第一部分與第二部分之間形成開口，使得探針能夠被橫向插入穿過開口而進入到由保持元件限定的區域中。因此，提供了這樣的保持元件:其允許穿過保持元件的不同部分的開口來容易地安裝柔性探針。
[0032]在本實用新型的一個實施例中，保持元件可以被提供為螺旋形式，這是用於限制探針的水平移動同時允許柔性探針容易安裝的簡單構造。
[0033]在本實用新型的一個實施例中，保持元件可以有利地包括固定附接至探針的電絕緣夾持部分和附接至支承結構的柔性部分，其中，柔性部分至少在與該探針的豎直延伸平行的方向上為柔性的。
[0034]根據本實用新型的各個實施例的保持元件可以例如附接至罐的側壁。因此，不需要用於實現限制探針水平移動的期望功能的附加支承結構。
[0035]在本實用新型的各個實施例中，探針可以附接至該罐的底部。在這樣的實施例中，探針和/或附接必須被配置成允許探針的熱膨脹/收縮。
[0036]可替代地，探針可以包括附接至探針的端部的底部負重，以用於穩定探針。
[0037]當研究所附權利要求和以下描述時，本實用新型的另外的特徵和優點將變得明顯。本領域的技術人員意識到，本實用新型的不同特徵可以進行組合，以在不脫離本實用新型的範圍的情況下得到除了以下描述的實施例之外的實施例。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]現在將參照示出了本實用新型的示例性實施例的附圖來更詳細地描述本實用新型的這些方面和其他方面，在附圖中:
[0039]圖1示意性地示出了根據本實用新型的實施例的系統；
[0040]圖2是根據本實用新型的實施例的雷達物位計系統的一部分的示意圖；
[0041]圖3是根據本實用新型的實施例的保持元件的示意圖；
[0042]圖4A至圖4E示出了根據本實用新型的各個實施例的保持元件；
[0043]圖5A至圖5B是根據本實用新型的實施例的保持元件的示意圖；
[0044]圖6A至圖6B是根據本實用新型的實施例的保持元件的示意圖；
[0045]圖7是示意性地示出了根據本實用新型的各個實施例的保持元件的反射特性的曲線圖；以及
[0046]圖8示意性地示出了根據本實用新型的實施例的系統。
【具體實施方式】
[0047]在本詳細描述中，主要參照包括單導體傳輸線探針的導波雷達(GWR)物位計系統來討論根據本實用新型的系統的各個實施例，其中該單導體傳輸線探針用於朝向容納在罐中的物品的表面導引電磁信號。經典的GWR系統使用TDR原理，其中Ins脈衝的序列佔用約0.1GHz至IGHz的頻譜範圍。還可以使用採用載波的脈衝式系統或者FMCW系統，其中該載波例如使用如IGHz至2GHz的頻率範圍。根據本實用新型的實施例的系統將改進所有情況下的情形，但是針對較寬的頻率範圍較難獲得整個頻帶上的良好匹配。
[0048]圖1示意性地示出了根據本實用新型的實施例的導波雷達物位計系統和罐102。在此罐102被表示為通常在海洋應用中用於存儲和運輸液化天然氣的類型的、基本上呈球形的罐102。實踐中，圖1所示的類型的若干個罐可被布置在海洋運輸船上。因此，大浪狀態將引起罐102中的物品104的移動，這轉而導致對支承塔106以及對探針108都施加相當大的力。雷達物位計系統的電子裝置如框110所示通常布置在罐的外部。圖1還示出了探針108可以如何被布置成穿過機械附接至支承塔的多個保持元件112，以使得探針108在豎直方向上自由移動在水平方向上的移動受到限制。因此，由保持元件112承受在水平方向上作用在探針108上的力。而且，取決於相鄰保持元件之間的距離，可以控制探針本身承受的力。因此，通過減小保持元件之間的距離，探針108承受更小的力。
[0049]探針的另外示例為具有兩個或更多個導體(例如平行傳輸線或同軸線)的傳輸線探針。針對使用IGHZ以下(具有300mm以上的波長)的信號的實際物位計量應用，通常使用直徑為3mm至20mm的傳輸線。探針的其他示例包括表面波導(SWG)，例如單線傳輸線(高保(Goubau)探針)或具有或不具有介質膜的管。表面波導與波長相比可以很薄；針對IGHz以下的使用，4_至8mm是常見的SWG直徑。探針可以由金屬(例如不鏽鋼)、塑料(例如PTFE)或其組合製成。
[0050]以下將給出示例，以示出與不使用保持元件的情況相比，使用線針和保持元件的效果。實踐中，必須針對要使用探針和系統的具體應用和條件來執行仔細的強度計算，以下內容應當被視作非限制性示例。
[0051]在與圓柱體軸(中心軸)垂直的方向上作用於形成具有特定速度的流動液體，的該圓柱體上的力可以被確定為F = Acp v2/2，其中，P為流體的密度(針對石油物品約為800kg/m3), c為在假設流為線性的情況下等於0.6的形式常量(form constant)。A是從側部觀察的探針的面積，即針對具有6mm直徑和45m長度L的探針，A等於0.27m2。假設在整個探針上流體流的最大速度為6m/s，則作用在探針上的水平力T將為T = 2.3kN。速度僅是基於如下假設的估計:在船的可以約為7s至8s的一個「搖擺周期」內流體可以從一側移動到另一側。速度在局部可以更高，但是另一方面，不預期速度在探針的全部延伸中相等。基於不鏽鋼的特性，探針可以經受的拉伸力約為200N/mm2。針對具有6mm的直徑的探針，最大可允許拉伸力S於是將為6kN。探針因此將會在均勻施加的力的情況下呈現拋物線的形式。在此假設探針機械附接在罐的頂部和底部，探針附接的端部將隨著可被確定為tan ( α )= 0.5T/S的角度α而向外彎曲。對於以上給出的數字，α於是變成11°，並且根據拋物線形狀，探針的最大位移d可以確定為0.25Ltan(a) = 2m。顯然不期望2m的位移。使用保持元件的形式的支承物，位移顯著降低。使用相鄰支承物之間的距離為4.5m的10個支承物，替代地位移將為20mm，這是完全可接受的。作用在每個保持元件上的力於是將變成約230N，這是合理的，並且也是使得能夠設計合適的保持元件的力。
[0052]圖2示意性地示出了根據本實用新型的實施例的雷達物位計系統，其包括電子單元202和探針108。雷達物位計系統200被安裝在罐102的頂部的管嘴206上。探針108在進入罐本身之前穿過噴嘴。通過分析由探針108朝向物品104的表面114導引的發射信號St和從表面114行進返回的反射信號SK，測量電子單元200可以確定參考位置(例如罐頂210)與物品104的表面114之間的距離，從而可以推導出填充物位。應當注意，儘管在本文中討論容納單一物品104的罐102，但是可以以相似方式測量沿探針距任何材料界面的距離。
[0053]如圖2中示意性示出的，電子單元202包括用於發射和接收電磁信號的收發器204以及處理單元208，其中處理單元208連接至收發器204，以用於控制收發器並且處理由收發器接收的信號以確定罐102中的物品104的填充物位。處理單元208還經由接口 212可連接至用於模擬和/或數字通信的外部通信線路210。此外，儘管在圖2中未示出，但是雷達物位計系統通常可連接至外部電源，或者可以通過外部通信線路210供電。可替代地，雷達物位計系統可以被配置成進行無線通信。
[0054]圖3示意性地示出了螺旋形式的保持元件302的示例實施例。使用螺旋狀保持元件302的優點是探針108可以從側部插入到保持元件302中，這可以簡化探針的安裝。
[0055]圖4A至圖4D示出了保持元件的替選實施例。在圖4A中，保持元件402被提供為兩個弧形或半圓性部分403a和403b的形式，部分403a和403b —起作用以限定探針108使得探針108的水平移動受到限制。圖4B示出了保持元件404包括被布置成三角形形狀並且在豎直方向上相互間隔開的三個銷或杆405a-405c。
[0056]在一些應用中，可能期望確保探針108關於保持元件根本不移動。例如，沿探針傳播的信號的傳播特性通常在探針與保持元件接觸的每個點處將會是不同的，並且保持元件對傳播信號的影響還可取決於探針與保持元件之間的距離。因此，在精度非常重要以及表面回波弱(例如當測量表面可能洶湧的罐中的LNG時情況就可能是這樣的)的應用中，可能期望降低由保持元件產生的幹擾回波信號的變化。解決上述問題的一種方式為提供如下保持元件:這些保持元件被布置並配置為使得由保持元件產生的回波信號的屬性是已知的。這可以通過以下述方式來設置保持元件來實現:探針已經在沿探針的已知位置處與保持元件接觸。這樣的布置將還要求探針或保持元件為電絕緣的。可以通過將探針包圍在絕緣材料(例如PTFE)中使探針為電絕緣的。然而，PTFE相對柔軟，因此對當探針在豎直方向上移動並與保持元件摩擦時可能出現的機械磨損是敏感的。優先選擇可以為使用例如陶瓷絕緣材料的材料對保持元件的與探針接觸的部分進行包圍，該材料具有良好的電絕緣性並且對機械磨損可復原。非常耐用的陶瓷附件例如由於電力線路而眾所周知。
[0057]在使用被布置成與探針接觸的保持元件的示例中，探針的直徑優選地是恆定的以便利探針關於保持元件的豎直移動。
[0058]圖4C示意性地示出了與圖4A的保持元件相似的保持元件406,但是其中銷403a-403b被布置成與探針108接觸，從而形成被良好限定的接觸部分。為了降低從保持元件所產生的回波信號，將接觸部分之間的距離選擇成等於沿探針傳播的發射信號的中心頻率的波長的四分之一即入。/4。因此，來自第一接觸部分403a的反射信號和來自第二接觸部分403b的反射信號被移了 λ。/2，從而在所產生的疊加回波信號中產生了相消幹涉。優選地，來自第一接觸部分403a的反射信號的幅度等於來自第二接觸部分403b的反射信號的幅度。
[0059]在圖4D中，示出了包括三個接觸銷412a_412c的保持元件410。同樣,在此,相鄰接觸部分之間的距離為入。/4。然而，為了實現所產生的回波信號的有效降低、即有效的相消幹涉，必須控制來自各個接觸部分中的每個的反射信號的幅度。當使用三個接觸部分時，來自第一接觸部分412a和第三接觸部分412c的反射信號的幅度約為來自第二接觸部分412b的反射信號的幅度的一半。
[0060]如圖4E所示，當使用包括四個接觸銷416a_416d的保持元件414時,配置這些接觸部分，使得第一反射信號的幅度等於第四反射信號的幅度，第二反射信號的幅度等於第三反射信號的幅度，並且第一反射信號和第四反射信號的幅度約為上述第二反射信號和第三反射信號的幅度的三分之一。
[0061]上述構思當然可以擴展至使用五個或更多個接觸部分。然而，存在所使用的接觸部分的數量與發射信號的總體能量損失之間的權衡。因此，通常基於諸如發射信號的幅度和精確檢測表面回波所需要的解析度的參數來確定保持元件的精確配置。
[0062]另外，對於反射信號的產生，並不需要探針與接觸銷之間的直接機械接觸。例如，保持元件的一部分或銷可被布置在距探針已知距離處並且仍對沿探針傳播的信號的一部分進行反射。因此，保持元件的接觸部分與非接觸部分之間的各種組合是可以的。例如，可以使用如圖4D所示的包括三個接觸部分的保持元件，以用於與被布置在探針附近的兩個非接觸部分一起將探針保持在固定位置，使得提供期望幅度的反射信號。
[0063]例如，假設發射信號的中心頻率為1GHZ，相鄰接觸部分之間的距離即入。/4為7.5cm。針對更高的頻率(諸如例如10GHZ以上)，相鄰部分之間所需要的距離可能會太小而至少在本申請中是不實際的。針對GWR系統，若干GHz以下的頻率通常最適合將電阻損耗維持在足夠低。
[0064]圖5A示出了包括由陶瓷殼506包圍以提供電絕緣的金屬棒504的保持元件的銷502的示例實施例。當使用銷502作為接觸銷時，可以通過控制陶瓷殼506的厚度來控制由銷502反射的信號的幅度，其中越厚的絕緣體導致幅度越低的反射信號。金屬芯及陶瓷殼或塗層的上述配置可以自然地用於任何幾何形狀的保持元件。
[0065]圖5B示意性地示出了如下的保持元件的銷508的示例實施例:其包括中心金屬棒504、由被布置成圍繞中心棒504的柔性材料製成的中間部分510、以及外部電絕緣殼或塗層506。柔性中間部分510可以用作減震器，例如以避免振動從支承結構106傳遞至探針108。柔性材料可以例如為PTTE、橡膠或提供期望的機械緩震特性的任何相似材料。
[0066]圖6A示出了具有波形結構或可以被視作「平展的」螺旋的形式的保持元件602。所示的接觸元件602被布置成在四個不同位置處與探針108接觸。
[0067]圖6B示意性地示出了包括柔性部分606和固定附接至探針的電絕緣夾持部分608的保持元件604。柔性部分606在此被示出為彈簧，用於允許探針豎直移動同時限制探針108水平移動。因此由柔性元件的配置確定了探針的被允許的移動。另外，夾持部分的與探針108接觸的部分通常是絕緣的。引起來自保持元件604的反射信號的導電部分可以集成在每個夾持部分608中。實現所產生的反射回波信號的期望屬性的另一種選擇是將間隔開入。/4的若干個導電反射部分集成在夾持部分608內。
[0068]圖7示意性地示出了作為頻率的函數的、從保持元件反射的所產生的回波信號的屬性。4對應於所產生的回波信號的幅度，而f。是沿探針傳播的發射信號的中心頻率。曲線702對應於來自具有兩個接觸部分的保持元件的所產生的回波信號，而曲線704是來自具有三個接觸部分的保持元件的。線706表示幅度閾值，反射信號優選保持在該幅度閾值之下。
[0069]由圖7可見，對於包括更多個接觸部分的保持元件，回波信號在閾值706以下的部分的帶寬是更寬的。
[0070]圖8示出了被布置在不具有支承結構的罐804中的雷達物位計系統802。替代地，保持元件806被布置在罐的側壁上。
[0071]儘管已經參照本實用新型的特定示例性實施例描述了本實用新型，但是對本領域的技術人員而言許多不同的改變、修改等將會是明顯的。例如，保持元件的各種配置和幾何形狀是可以的。此外，應當注意，本系統的部件可以以各種方式被省略、交換或布置，而物位計系統仍能夠執行本實用新型的功能。
[0072]此外，通過研究附圖、本公開內容和所附權利要求，本領域的技術人員可以在實現請求保護的實用新型時理解並做出所公開的實施例的變型。在權利要求中，詞語「包括」並不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」並不排除複數。僅在彼此不同的從屬權利要求中列舉特定措施的事實並不表示這些措施的組合不能被有利地使用。
【權利要求】
1.一種導波雷達物位計系統，用於確定容納在罐中的物品的填充物位，所述物位計系統包括: 罐(102)，其具有內壁、頂部和底部； 收發器(204)，其用於發射電磁發射信號並接收在所述物品的表面處反射的反射電磁信號; 表面波導(108)，其包括單導體傳輸線探針，所述表面波導連接至所述收發器、被布置成豎直延伸到所述罐中並且被配置成朝向所述表面導引所述電磁發射信號並將所述反射電磁信號導引回到所述收發器； 處理電路(208)，其連接至所述收發器並被配置成基於所接收的反射電磁信號確定所述填充物位；以及 多個保持元件(112、302、402、404、406、410、414、602、604、806)，其被布置成位於關於所述罐的內部的固定位置中並沿所述探針間隔開， 其中，所述保持元件中的每個限定所述探針，並且被配置成允許所述探針相對於該保持元件在豎直方向上移動以及限制所述探針相對於該保持元件在水平方向上移動。
2.根據權利要求1所述的導波雷達物位計系統，其中，所述多個保持元件中的至少一個被附接至與所述探針基本上平行地延伸的支承結構。
3.根據權利要求2所述的導波雷達物位計系統，其中，所述支承結構為附接至所述罐的所述頂部並從所述罐的所述頂部基本上豎直地延伸的支承塔(106)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述保持元件包括電絕緣材料。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述探針為柔性線針。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，每個保持元件包括關於所述探針豎直間隔開的至少第一電絕緣接觸部分和第二電絕緣接觸部分，其中，每個接觸部分被配置成在沿所述探針的接觸位置處與所述探針接觸，並且其中，相鄰接觸位置之間的距離約等於所述發射信號的波長的四分之一。
7.根據權利要求6所述的導波雷達物位計系統，其中，每個接觸部分被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成反射信號，使得由多個反射信號的疊加而產生的累積反射信號具有比所述反射信號中的每個低的幅度。
8.根據權利要求6所述的導波雷達物位計系統，其中: 所述第一電絕緣接觸部分被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第一反射信號； 所述第二電絕緣接觸部分被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第二反射信號； 所述保持元件還包括:第三接觸部分，其被布置在所述第二電絕緣接觸部分之下約等於所述發射信號的波長的四分之一的距離處，並被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第三反射信號； 其中，所述接觸部分被進一步配置使得所述第一反射信號和所述第三反射信號中的每個的幅度約為所述第二反射信號的幅度的一半。
9.根據權利要求6所述的導波雷達物位計系統，其中: 所述第一電絕緣接觸部分被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第一反射信號； 所述第二電絕緣接觸部分被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第二反射信號； 所述保持元件還包括:第三接觸部分，其被布置在所述第二電絕緣接觸部分之下約等於所述發射信號的波長的四分之一的距離處，並被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第三反射信號； 第四接觸部分，其被布置在所述第三接觸部分之下約等於所述發射信號的波長的四分之一的距離處，並被配置成對所述發射信號的一部分進行反射以形成第四反射信號； 其中，所述第三接觸部分和所述第四接觸部分被配置使得:所述第一反射信號的幅度等於所述第四反射信號的幅度，所述第二反射信號的幅度等於所述第三反射信號的幅度，並且所述第一反射信號和所述第四反射信號的所述幅度約等於所述第二反射信號和所述第三反射信號的所述幅度的三分之一。
10.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述保持元件(414)包括多個銷(416a_416d),所述多個銷(416a_416d)在豎直方向上間隔開並被布置為使得在水平面上的投影中每個銷與至少一個其他銷交疊。
11.根據權利要求10所述的導波雷達物位計系統，其中，所述銷中的每個(504)被陶瓷殼(506)包圍。
12.根據權利要求11所述的導波雷達物位計系統，其中，柔性材料(510)被布置在該銷與所述陶瓷殼之間。
13.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述保持元件的第一部分相對於所述保持元件的第二部分在豎直方向上間隔開以在所述第一部分與所述第二部分之間形成開口，使得所述探針能夠被橫向插入穿過所述開口而進入到由所述保持元件限定的區域中。
14.根據權利要求13所述的導波雷達物位計系統，其中，所述保持元件具有螺旋形式。
15.根據權利要求2或3所述的導波雷達物位計系統，其中，所述保持元件(604)包括固定附接至所述探針的電絕緣夾持部分￠08)以及附接至所述支承結構的柔性部分，其中，所述柔性部分至少在與所述探針的豎直延伸平行的方向上為柔性的。
16.根據權利要求2或3所述的導波雷達物位計系統，其中，所述支承結構為所述罐的內壁。
17.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述探針附接至所述罐的底部。
18.根據權利要求1至3中任一項所述的導波雷達物位計系統，其中，所述探針包括附接至所述探針的端部的底部負重。
【文檔編號】G01F23/284GK204101129SQ201420134661
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】奧洛夫·愛德華松 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達股份公司