[發明專利]基于RF空腔的過程流體傳感器

有效

• 申請號: 201080025260.4
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN102460144A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 馬克·S·舒梅切爾;盧良駒
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N27/74
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 潘劍穎

技術領域

本發明大體上涉及流體處理，具體涉及用于過程流體測量和控制的遠程感測系統。具體地，本發明涉及一種用于遠程處理位置的無源傳感器系統，其中功耗和通信要求是重要的設計問題。

背景技術

準確的流體測量對于大量的處理應用(包括大量流體的存儲和運輸、食品和飲料籌備、化學和制藥生產、水和空氣的配給、環境控制、農業、碳氫化合物提取、燃料精煉)和(使用熱塑性塑料、薄膜、膠水、樹脂和其他流體材料的)多種制造過程來說非常重要。許多這些應用需要將傳感器布置在遠處隔離的位置或限制進入的位置，或者布置在經受高溫、極端壓力、爆炸性環境、腐蝕性藥劑和其他危險條件的處理環境中。

在這些應用中，功耗和通信要求會影響系統成本，并且可能對總體系統設計造成限制。存在對遠程感測系統的持續需求，該系統能夠以成本有效的方式解決功率和通信問題，并且適用于多種遠程的、限制進入的且危險的操作環境。

發明內容

本發明涉及一種用于測量過程流體參數的遠程系統。該系統包括：空腔，被配置為以中心諧振頻率產生諧振；調諧器，被配置為調諧該諧振頻率；以及信號耦合器?？涨话ň哂兄C振頻率的波導或RF空腔諧振器，該諧振頻率響應于與過程流體的熱力學(壓力或熱)接觸而移動。調諧器耦合至空腔，并通過調整空腔的有效諧振長度來調諧該諧振頻率。信號耦合器也耦合至空腔，并且被配置為當輸入的查詢信號與調諧且移動后的諧振頻率匹配時，發送回波(echo)。

附圖說明

圖1是示出了在無線實施例中、用于過程流體測量的遠程傳感器系統的剖面示意圖。

圖2A是示出了在線纜實施例中、圖1的遠程傳感器系統的剖面示意圖。

圖2B是示出了在使用線纜和無線傳感器傳感器兩者的實施例中、圖1的遠程傳感器系統的備選剖面圖。

圖3A是示出了在具有圓柱狀空腔諧振器的無線實施例中、圖1的系統的遠程傳感器的透視圖。

圖3B是示出了在具有不同的縱向縱橫比的實施例中、圖3A中的遠程傳感器的備選透視圖。

圖4A是用于圖1的遠程傳感器系統的矩形諧振器的透視圖。

圖4B是在具有任意的橫向縱橫比的實施例中、圖4A中的矩形諧振器的備選透視圖。

具體實施方式

圖1是示出了在無線實施例中、用于過程流體測量的遠程傳感器系統10的剖面示意圖。系統10包括變送器11和基于空腔的過程流體傳感器12，過程流體傳感器12與過程貯液器14中的過程流體13熱力學接觸。在這個無線實施例中，變送器11和傳感器12經由從變送器11傳播至傳感器12的RF(射頻)查詢信號15A以及從傳感器12傳播至變送器11的RF響應信號15B形成無線鏈接。

變送器11包括變送器外殼16，該變送器外殼16具有微處理器/控制器17(虛線示出)、信號廣播元件18和信號接收元件19。外殼16由堅固耐用的可加工材料(例如鋁、鋼、不銹鋼和其他金屬)、耐用的聚合材料(例如PVC塑料或ABS塑料)或者其組合形成。將外殼16塑造為多個側壁、端壁、蓋板和其他結構，其通過機械手段(例如焊接、螺釘或螺栓)裝配到一起。外殼16形成變送器11的微處理器17和其他內部組件的保護套，并且提供對外部組件(包括廣播元件18和接收元件19)的支撐體。典型地，外殼16還形成流體和壓力密封以保護內部不受泄露和腐蝕性或爆炸性藥劑的影響。

控制器17執行變送器11的通信、控制和信號處理功能，包括廣播元件18和接收元件19的操作。經由多種硬件和無線連接(例如，環線或電源/數據總線、紅外(IR)、光學或RF系統或其組合)來提供變送器11和過程監控器/系統控制器20之間的通信。過程通信還使用多種不同的命令和控制協議，包括但不限于：標準模擬(4-20mA)協議、諸如的混合模擬-數字協議、以及諸如Foundation^TM?Fieldbus和NET協議的數字協議。使用這些代表性通信系統的多種變送器和其他現場設備例如可以從位于明尼蘇達州Chanhassen市的Rosemount?Inc.(一家愛默生過程管理公司)獲得。

在圖1的無線實施例中，信號廣播元件18包括用于向傳感器12發送無線RF查詢信號15A的RF廣播天線，信號接收元件19包括用于從傳感器12獲取無線響應信號15B的RF接收天線。在一些實施例中，廣播元件18和接收元件19是不同的(如圖1所示)，而在其他實施例中，廣播元件18和接收元件19被組合到單個收發機器件中，該收發機器件既具有廣播(broadcast)(信號發送)功能又具有接收(信號獲取或收集)功能。