[發明專利]接嘴端部反射減少的單導體探頭導波雷達系統

有效

• 申請號: 201110291339.8
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102645252A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 奧洛夫·愛德華松
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙特儲罐雷達股份公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284;G01S13/88
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李春暉;李德山

技術領域

本發明涉及一種GWR(導波雷達)類型的雷達物位計系統，其用于確定罐中容納的產品的填充高度。

背景技術

雷達物位計(RLG)系統被廣泛用于確定罐中容納的產品的填充高度。雷達物位計量一般通過不接觸測量或接觸測量來進行，其中，不接觸測量向罐中容納的產品發射電磁信號，而通常被稱為導波雷達(GWR)的接觸測量則憑借起波導作用的探頭將電磁信號導向并導入產品中。探頭一般被布置為從罐頂向罐底垂直延伸。探頭也可被布置在與罐的外壁連接并與罐的內部流體連接的測量管即所謂的腔中。

發送的電磁信號在產品的表面處被反射，且反射信號由包括在雷達物位計系統中的接收器或收發器接收。基于發送信號和反射信號可以確定到產品表面的距離。

更特別地，一般基于發送電磁信號與收到電磁信號在罐中的大氣與罐中所容納的產品之間的界面上的反射之間的時間來確定到產品表面的距離。為了確定產品的實際填充高度，基于以上提到的時間(所謂的形程時間(time-of-flight))和電磁信號的傳播速度來確定從參考位置到表面的距離。

現今市場上的大多數雷達物位計系統是基于發送脈沖與收到脈沖在產品表面的反射之間的時間差來確定到容納在罐中的產品的表面的距離的所謂的脈沖雷達物位計系統，或是基于發送的調頻信號與該調頻信號在表面處的反射之間的相差來確定到表面的距離的系統。后一類型的系統一般被稱為FMCW(調頻連續波)類型。

在任何情況下，傳播的電磁信號通常不僅在由大氣與表面之間的分界構成的阻抗轉變處被反射，而且在信號遇到的多個其它阻抗轉變處被反射。在GWR系統的情況下，一個這樣的阻抗轉變通常出現在收發器與探頭之間的連接處。一般地，收發器定位在罐外部并經由穿過罐壁(通常為罐頂)的饋通與探頭連接。

這樣的饋通通常由同軸線纜形成，其中，該同軸線纜以探頭作為其內部導體、以罐壁或附連到罐的連接件作為其外部導體，并且具有設置在內部導體與外部導體之間的電介質構件。

由于既要求內部導體在機械上足夠強健、又要求外部導體實用，因此比約50Ω大很多的饋通阻抗很難可行。因此，由于饋通的結構，饋通的阻抗一般與典型的同軸電纜的阻抗相似，即約為50Ω。

由于探頭的阻抗通常相當高(對于雙線探頭大約為200Ω至300Ω，對于單線探頭大約為300Ω至400Ω)，所以在饋通結束且探頭進入罐時會存在相對較大的阻抗階躍。

如上所述，此阻抗轉變部分反射發送的電磁信號，這產生可能比由發送的信號在罐中容納的產品的表面處反射所產生的表面回波信號強很多的回波信號，尤其在待計量的產品是產生相對弱的回波信號的材料時。產生相對弱的回波信號的產品的示例是液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、油基產品、比如塑料小球或顆粒的固體等。

這又可能導致在產品表面接近罐頂時難于確定填充高度，此外，可能由于在饋通與探頭之間的阻抗轉變處發生的信號損耗而減小最大可測量距離(最小可測量填充高度)。

例如，對于以上描述的情況，隨著從饋通的50Ω阻抗到單線探頭的300Ω阻抗的阻抗轉變，在來回經過該阻抗轉變之后僅有大約25％的發送功率可用于返回收發器。如果阻抗轉變從1∶6減少到1∶2，就有80％的功率返回。這些情況之間的最大可測量距離相差可多達10米。

雷達物位計系統通常安裝在罐頂部的所謂的接嘴(nozzle)上。(接嘴通常可以是如下管，該管焊接到罐上并在其上端裝配有法蘭以允許附連比如雷達物位計系統或法蘭蓋(blind?flange)的儀器，接嘴的內徑通常可以在0.1m到0.2m之間，接嘴的長度通常大約是0.5m。)在這樣的情況下，探頭通常在接嘴的頂部機械連接到罐，并在進入罐本身之前通過接嘴。在接嘴的頂部，探頭可以通過穿過罐邊界的饋通與雷達物位計系統的收發器電連接。

對于單導體探頭，有時也稱為古搏探頭(Goubau-probes)而言，還發現了由探頭引導的電磁信號的傳播尤其在接嘴相對窄且高時受接嘴的影響。

因此，第二阻抗轉變出現在接嘴端部處，其中，在由探頭和接嘴壁形成的(同軸)傳輸線的阻抗與探頭在罐本身內部的自由空間傳播特性之間存在突變。

在接嘴端部處的此阻抗轉變會以與以上針對從饋通到探頭的轉變處的阻抗轉變所描述的方式相似的方式干擾填充高度測量。另外，(在饋通處和在接嘴端部處的)這兩個阻抗轉變之間的多次反射可導致另外的回波信號，這些回波信號可干擾在接嘴端部以下相對遠處的填充高度測量。