用於短測量距離的填充水平傳感器的製作方法

2023-04-26 19:10:46

專利名稱：用於短測量距離的填充水平傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及填充水平測量。本發明具體涉及用於短距離測量的填充水 平傳感器、用於填充水平傳感器的天線系統、用於填充水平測量的填充水 平傳感器的用途、以及用於填充水平測量的天線系統的用途。
背景技術：
由於傳統填充水平測量設備的設計，傳統填充水平測量設備在與材料 表面的距離比與材料表面大於2m的距離短(大約1.5m以下)時具有低 劣的精度。這些低精度可能是由例如包括高頻模塊、天線耦合和天線邊緣 之間的多反射的所謂的天線振鈴(ringring)引起的。這些反射延伸到傳 感器的測量範圍內，對該測量範圍內的材料表面的反射或者回波產生幹 擾，或者甚至降低對來自材料表面的微小反射的測量靈敏度。
這也被稱為"死區(deadrange)",在"死區"中傳感器可能難以或 者甚至無法檢測回波。
用於填充水平測量的已知雷達傳感器具有用於發送器和接收器的乂> 共天線。在這些傳感器中，天線有限的^Jt損失或者高頻模塊和天線之間 的天線耦合可能產生所謂的死區，在死區中由於天線系統的反射和材料表 面的反射之間的幹擾，不僅靈敏度可能大大減小，而且測量精度也可能顯 著降低
發明內容
本發明的一個目的包括使得可以獲得改善的填充水平傳感器iO巨離
測量質量。
根據獨立權利要求的特徵，公開的是用於短距離測量的填充水平傳感 器、用於填充水平傳感器的天線系統、用於填充水平測量的填充水平傳感 器的用途、以及用於填充水平測量的天線系統的用途。本發明的附加實施 例M屬權利要求得出。
根據本發明的一個示例性實施例，公開了 一種用於短距離測量的填充
水平傳感器，其具有第一天線，用於將發送信號發送到材料表面；第二 天線，用於接收材料表面反射的接收信號；以及公共外殼，用於第一和第 二天線。
由於使"死區"顯著減小，因此這種填充水平傳感器尤其適合i^巨離 內的精確測量，因此還可以在小容器中使用。
由於將兩個天線集成到/>共"外殼"或/〉共殼體中，或者由於兩個天 線具有公共外輪廓，因此實現了還可以通過小容器開口適配的小型化設 計。
根據本發明的另 一個示例性實施例，公共外殼以被設計為容納第 一和 第二天線的殼體的形式實現。
以這種方式可以提高傳感器的天線系統的穩定性。
例如，可以用塑料製造公共外殼。如果使用PEFE(聚四氟乙烯， polytetrafluor ethylene )，則可以獲得非常高的化學耐性。
根據本發明的另一個示例性實施例，公共外殼和殼體分別具有圓形、 橢圓形或者角形的基體。
例如，公共外殼或殼體的基體與兩個天線的孔徑截面配合。如果兩個 天線分別具有例如半圓形的孔徑截面，則外殼的基體可以以圓形或者例如 甚至以橢圓形實現。
由於兩個天線的半圓形孔徑截面，最佳地利用了外殼的基體。天線大 的孔徑截面可以產生更好的方向性(更小的孔徑角)和更高的天線增益。
^IL據本發明的另 一個示例性實施例，第 一和第二天線分別具有圓形、 橢圓形或者角形的孔徑截面。
另夕卜，根據本發明的另一個實施例，公共外殼具有圓柱形或者圓錐形 的外部形狀。才艮據本發明的另 一個示例性實施例，第 一和第二天線以喇叭天線的形 式實現。
喇叭天線可以提供充分的電特性的優點，例如與其它天線類型相比高
的孑L徑效率。其孔徑效率通常不低於60%。
根據本發明的另一個示例性實施例，第一和第二天線分別包括具有半 圓形或者半橢圓形截面的天線喇叭。這使得可以最佳地利用外殼的基體， 並且可以獲得天線的最小孔徑角和最大天線增益。
才艮據本發明的另一個示例性實施例，填充水平傳感器以填充水平雷達 傳感器的形式實現。
根據本發明的另 一個示例性實施例，公開了 一種用於短距離測量的填 充水平傳感器的天線系統，其中天線系統具有第一天線，用於將發送信 號發送到材料表面；第二天線，用於接收材料表面反射的接收信號；以及 7>共外殼，用於第一和第二天線.
所描述的示例性實施例同樣應用於天線系統、填充水平傳感器、以及 用於填充水平測量的天線系統和填充水平傳感器的用途。
根據本發明的另一個示例性實施例，天線系統以一個件實現。以這種 方式可以提高天線系統的穩定性。
另外，例如通過塑料注塑，這可以允許簡單的製造。需要導電的區域 (喇叭天線的圓錐表面)可以設置金屬塗層。
根據本發明的另 一個示例性實施例，第 一和第二天線分別包括具有半 圓形或者半橢圓形截面的天線喇叭。
根據本發明的另 一個示例性實施例，填充水平傳感器還包括具有向內 指向的曲面的前天線蓋。
才艮據本發明的另一個示例性實施例，天線蓋的曲面以錐形實現。
根據本發明的另 一個示例性實施例，天線系統被設計為平推安裝到凸 緣中。
才艮據本發明的另 一個示例性實施例，7>開了上述用於填充水平測量的 填充水平傳感器的用途。
根據本發明的另 一個示例性實施例， >開了上述用於填充水平測量的 天線系統的用途。根據本發明的另 一個示例性實施例，天線的蓋是例如向內彎曲錐形 的，其外緣設置有可以聚集冷凝物並且使其滴落的滴落邊緣。
下面參考附圖描述本發明的示例性實施例。


圖1示出具有用於發送器和接收器的獨立平面天線的雷達傳感器。
圖2示出才艮據本發明的一個示例性實施例的兩個喇叭天線的示意圖。
圖3A和3B示出^l據本發明的另一個示例性實施例的具有相對於彼 此傾斜的喇叭天線的天線系統。
圖4A和4B示出祁^據本發明的另一個示例性實施例的具有兩個半喇 叭天線的天線系統。
圖5示出根據本發明的另一個示例性實施例的具有被布置為彼此直 接相鄰的兩個半喇叭天線的天線系統。
圖6示出根據本發明的另一個示例性實施例的具有兩個彎曲的喇叭 天線的天線系統。
圖7示出才艮據本發明的另一個示例性實施例的具有兩個半喇叭天線 的天線系統的示意性截面圖。
圖8示出根據本發明的另一個示例性實施例的填充水平測量i殳備或 者填充水平傳感器。
圖9示出根據本發明的一個示例性實施例的發送和接收信號的極化 平面的示意圖。
圖10示出根據本發明的另一個示例性實施例的發送和接收信號的極 化平面的示意圖。
圖11A和11B示出^L據本發明的另一個示例性實施例的天線具有向 內彎曲的蓋子1101的天線系統。
圖12示出根據本發明的另一個示例性實施例的利用平推 (flush-front)安裝的天線系統。
具體實施方式
附圖中示出的圖示僅僅是示意性的，並且不是按真實比例繪製的。 在下面對附圖的描述中，相同的附圖標記用於表示相同或者類似的元素。
圖1示出具有用於發送器和接收器的獨立平面天線102、 103的雷達 傳感器。平面天線102、 103布置在印刷電i^板101上。還i殳置有電子模 塊104。
由於平面天線102、 103和微波電路104共同布置在141101上，因 此容器內部的處理溫度明顯是受限的，這是因為電子部件經受容器的全溫
(full temperature )。
圖2示出具有彼此相鄰地布置在公共殼體203中的第一喇叭天線201 和第二喇叭天線202的天線系統。在這種情況下，例如以圓形或者橢圓形 實現天線喇叭的橫截面。
圖3A示出根據本發明的另一個示例性實施例的天線系統，其中"普 通"喇叭天線201、 202相對於彼此傾斜。容器例如具有圓柱形外形，其 橫截面與天線201、 202的孔徑橫截面配合。
圖3B示出天線系統的另一個示例性實施例，其中兩個喇叭天線201、 202也相對於彼此傾斜。在這種情況下，公共殼體203與天線的斜面配合， 例如朝頂部成圓錐形地逐漸縮小。
圖4A示出才艮據本發明的天線系統的另一個示例性實施例，其中兩個 "半"喇叭天線201、 202彼此相鄰地布置在殼體203中。在這種情況下， 殼體例如以圓柱形外形實現。
圖4B示出本發明的另一個示例性實施例，其中與在;^據圖4A的實 施例中相同，兩個"半"喇叭天線201、 202也彼此相鄰地布置，並且也 具有半圓形或者半橢圓形的橫截面。殼體203朝頂部逐漸縮小，並且通過 例如具有圓形或者橢圓形橫截面而與喇叭天線201、202的外部形狀配合。
圖5示出根據本發明的另一個實施例的天線系統另一個示例性實施 例，其中兩個喇叭天線201、 202被布置為彼此直接相鄰，使得它們共同 具有普通喇叭天線的外部形狀。在這種情況下，例如以半圓形或者半橢圓 形橫截面實現兩個喇叭天線201、 202 ("半，，喇叭天線)。
圖6示出才艮據本發明的另一個示例性實施例的天線系統，其中以彎曲 的方式實現兩個喇，，八天線201、 202。圖7以仰視圖、即喇叭天線201、 202的開口的視圖的形式示出根據 本發明的另一個示例性實施例的天線系統。兩個"半"喇叭天線201、 202 設置分別具有半圓形或者半橢圓形橫截面的兩個"半"喇叭天線201 、 202。 兩個喇叭天線被布置為側面相鄰，並且可相對於彼此轉動。公共殼體203 例如具有橢圓形橫截面。
圖IIA和IIB示出天線具有向內彎曲的蓋子IIOI的天線系統。通過 這種設計，在前蓋上收集的冷凝物可以向邊^it動，並且從邊緣滴落。例 如可以以圓錐形或者圓形實現彎曲面1101。
與朝外的彎曲面(例如滴落點在中心)相比，朝內的曲面可以拔 映兩 個天線的去耦顯著更高的優點(好大約15dB)。
圖12示出利用平推安裝的天線系統。在這種情況下，^〉共外殼包括 凸緣1201、塑料蓋1202和封裝1203。連接件1204形成與(未示出的) 電子設備殼體的連接。
該實施例尤其適合沒有連接件的小容器，這是因為傳感器不突出到容 器中，從而不進一步減小可測範圍。
根據本發明的示例性實施例，兩個喇叭天線彼此相鄰地共同布置在例 如圓柱形、橢圓形或者圓錐形的殼體中。 一個優選方案是圓錐形天線殼體， 因為直徑從天線的前邊緣朝天線連接減小，使得可以容易地連接到已有的 電子設備殼體。
兩個天線可以具有圓形、半圓形、橢圓形或者角形的孔徑截面，4吏得 它們最佳地利用指向介質的天線殼體的表面。對於給定表面，這使得可以 實現最大可獲得天線增益和最小孔徑角。
尤其在發送和接收天線之間的更好的去耦、天線系統的小型化設計、 小的"死區"、因此而獲得i^巨離內的高精度和靈敏度、以;5U寸於小容器 非常好的適合性方面可以看到優點。
也可以考慮拋物線形天線作為其它天線形狀。
圖9示出根據本發明的一個示例性實施例的發送和接收信號的極化 平面的示意圖。
附圖標記卯l和卯2分別示出發送信號(發送天線201)和接收信號 (接收天線202)的電場的極化平面。
圖IO示出根據本發明的另一個實施例的發送和接收信號的極化平面的示意圖。
附圖標記1001和1002分別示出發送信號和接收信號的電場的極化平面。
為了進一步改善發送和接收單元之間的去耦，電場的極化平面即發送 和接收極化可以相對於彼此適當地對準。例如，發送和接收極化的平行對 準^i有利的。
根據圖9和10,用於發送器和接收器的天線具有相同的核/化平面。 在根據圖9的實施例中，極化平面901、卯2位於公共平面中。在根據圖 IO的實施例中，極化平面1001、 1002位於與天線201、 202的中心之間 的連線垂直地延伸的獨立平行平面中。
根據圖10的配置在發送和接收天線之間產生改善的隔離，因此在近 距離內具有更少的幹擾信號(M送器直接it^合到接收器中)。這提高 了在該距離內的測量靈敏度。
直徑為大約18mm的兩個喇叭天線彼此相鄰地布置，並且以大約 5mm的距離間隔開，以便進行所謂的振鈴(形巨離內的雜嘲L^射)的比 較測試。
可以確定，可以利用修改後的傳感器以非常小的回波執行距天線邊緣 幾釐米的距離以下的測量。在這種情況下，反射信號具有足夠的信噪比。
利用其它天線，可能在大約20至30cm的距離處已經產生了對測量 精度有負面影響的顯著幹擾。在更近的距離處，在天線振鈴中可能不再能 或者4艮本無法檢測到>^射。
兩個天線之間的去耦隨著天線之間的距離成比例地增大。這顯著減小 了天線之間的過耦合，因此減小了振鈴。為此，在相對於彼此不同的位置 布置兩個不同的天線變化形式(圓形喇叭、半圓形喇叭)，並且用三維場 模擬程序計算發送行為(即發送器和接收器之間的隔離)，1^用向量網 絡分析器進行測量。
圖8示出根據本發明的另一個示例性實施例的填充水平雷達的示意圖。
在這種情況下，填充水平雷達800具有信號產生單元和接收電路。另 外，設置有根據本發明的示例性實施例的天線設備801 (天線系統)。
天線系統801在朝向材料表面804的方向上發iHJL送信號802，其中所述信號被材料表面反射，並且作為接收信號803被天線系統801檢測到。 因此，可以確定填充水平。
作為補充，應當指出，"包括"和"具有"不排除其它元件或者步驟， "一"或者"一個"不排除多個。此外，還應當指出，參考上述實施例之 一描述的特徵或者步驟可以與上述其它實施例的其它特徵或者步驟組合 使用。權利要求中的附圖標記不應當被解釋為限制意義。
i
權利要求
1. 一種用於短距離測量的填充水平傳感器，所述填充水平傳感器包括第一天線，用於將發送信號發送到材料表面；第二天線，用於接收材料表面反射的接收信號；以及公共外殼，用於第一和第二天線。
2. 根據權利要求1所述的填充7jc平傳感器，其中7>共外殼以該:計為容納第一和第二天線的殼體的形式實現。
3. 根據權利要求1或2所述的填充水平傳感器， 其中7>共外殼具有圓形、橢圓形或者角形的基體。
4. 根據權利要求1所述的填充水平傳感器， 其中第一和第二天線分別具有圓形、橢圓形或者角形的孔徑截面。
5. 根據權利要求1所述的填充水平傳感器， 其中z〉共外殼具有圓柱形或者圓錐形的外部形狀。
6. 根據權利要求1所述的填充水平傳感器， 其中第一和第二天線以喇叭天線的形式實現。
7. 根據權利要求6所述的填充水平傳感器，其中第 一和第二天線分別包括具有半圓形或者半橢圓截面的天線喇叭。
8. 根據權利要求l所述的填充水平傳感器，還包括 前天線蓋；其中前天線蓋具有指向內的曲面。
9. 根據權利要求8所述的填充水平傳感器， 其中曲面以圓錐形實現。
10. 根據權利要求1所述的填充水平傳感器， 其中天線系統被設計為平推安裝到凸緣中。
11. 根據權利要求l所述的填充水平傳感器，以填充水平雷達傳感器的形式實現所述填充水平傳感器。
12. —種天線系統，用於根據權利要求1至11中的任意一項所述的 用於短距離測量的填充水平傳感器，所述天線系統包括第一天線，用於將發送信號發送到材料表面；第二天線，用於接收材料表面反射的接收信號；以及7〉共外殼，用於第一和第二天線。
13. 根據權利要求12所述的天線系統， 其中天線系統以一體實現。
14. 根據權利要求1至11中的任意一項所述的用於填充水平測量的 填充水平傳感器的用途。
15. 根據權利要求12或13所述的用於填充7jc平測量的天線系統的用途。
全文摘要
根據本發明的一個實施例，公開了一種用於短距離測量的填充水平傳感器，其特徵是在一個殼體中具有兩個天線。這使得可以提高近距離內的測量質量。
文檔編號G01S13/00GK101441269SQ20081017761
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月17日 優先權日2007年11月19日
發明者丹尼爾·舒爾特海斯, 克勞斯·金茨勒, 卡爾·格裡斯鮑姆, 約瑟夫·費倫巴赫 申請人:Vega格裡沙貝兩合公司