[發明專利]通過多模式傳播的具有介電常數補償的導波雷達物位計系統

有效

• 申請號: 201110291356.1
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102829843A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 奧洛夫·愛德華松;亞歷山大·達爾
• 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;G01S13/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

技術領域

本發明涉及一種導波雷達物位計系統以及用于確定容器中的填充水平的方法。

背景技術

雷達物位計系統廣泛用于測量包含在容器中的物品的過程變量，如填充水平、溫度、壓力等。一般利用非接觸測量方法或通常被稱為導波雷達(GWR)的接觸測量法進行雷達物位測量，其中，非接觸測量方法向包含在容器中的物品輻射電磁信號，而接觸測量法通過傳輸線探測器將電磁信號導向該物品并使其進入物品中。傳輸線探測器一般從容器的頂部到底部垂直布置。隨后，該電磁信號在物品表面被反射，并且反射的信號被包含在雷達物位計系統中的接收器或收發器所接收?；诎l送的信號和反射的信號，可以確定到物品表面的距離。

更具體來說，一般基于電磁信號的發送和該電磁信號在容器中的空氣與容器中包含的物品之間的界面中的反射的接收之間的時間，確定到物品表面的距離。為了確定物品的實際填充水平，基于上述時間(time?of?flight，也稱為傳播時間)和該電磁信號沿著探測器的傳播速度來確定從基準位置到該表面的距離。

該傳播速度受各種因素的影響，如傳輸線探測器的結構和容器內的環境狀況。例如，這種環境狀況包括該容器中包含的物品表面上方的空氣成份以及可能已在容器內物品的填充水平改變時附著到探測器的物品殘留。

例如，在鍋爐應用中，鍋爐容器內的空氣可以是高壓下的蒸汽，在此情況下，對于不同的工作條件，介電常數的差異可能相當大。

US?7525476公開了一種導波雷達物位計系統，在該系統中，在沿著傳輸線探測器的已知位置處設置有基準反射器，并且使用一對基準反射器之間的已知距離與測量出的距離之間的差來補償由于沿著傳輸線探測器的傳播狀況的變化所導致的傳播速度的變化。

盡管基準反射器允許對于容器內傳播屬性變化的應用進行更準確的填充水平確定，但是基準反射器反射部分信號，這意味著與不具有基準反射器的相應導波雷達物位計系統相比，該雷達物位計系統的靈敏度有所降低。

發明內容

鑒于上述問題，期望提供一種導波雷達物位計系統，在該系統中，對于傳播屬性變化的應用可以實現準確的填充水平確定，而不需要沿著傳輸線探測器設置基準反射器。

因此，根據本發明的第一方面，提供一種用于確定包含在容器中的物品的填充水平的導波雷達物位計系統，所述導波雷達物位計系統包括：收發器，用于產生、發送和接收電磁信號；傳輸線探測器，其被布置并配置為至少以第一傳播模式和第二傳播模式朝向容器內的物品引導從所述收發器發送的電磁信號穿過周圍介質，并且以第一傳播模式和第二傳播模式朝向所述收發器返回由所述物品的表面反射所述電磁信號所產生的反射電磁信號，所述傳輸線探測器被配置為支持第一傳播模式，使得第一傳播模式以呈現對周圍介質的介電常數的第一依賴性的第一傳播速度沿著所述傳輸線探測器行進，并且支持第二傳播模式，使得第二傳播模式以呈現對周圍介質的介電常數的不同于第一依賴性的第二依賴性的第二傳播速度沿著所述傳輸線探測器行進；以及連接到所述收發器的處理電路，所述處理電路用于基于第一傳播模式和第二傳播模式下的反射電磁信號以及對周圍介質的介電常數的所述第一依賴性和所述第二依賴性之間的已知關系，確定填充水平。

“收發器”可以是能夠發送和接收電磁信號的一個功能單元，或者可以是包括單獨的發送器單元和接收器單元的系統。

第一依賴性和第二依賴性之間的已知關系例如可以為第一依賴性和第二依賴性之間的比率，或者換句話說，第一傳播速度和第二傳播速度之間的比率對周圍介質的介電常數的依賴性。

該容器可以是能夠容納物品的任何壇子或器皿，并且可以是金屬的、或者部分或全部非金屬的、開口的或半開口的或者封閉的。

先前已提出了在非接觸雷達物位計系統中使用不同的傳播模式以實現更高的測量精度。例如，US?6915689和US?7345622描述了如下雷達物位計系統，在該雷達物位計系統中，通過天線發射具有不同傳播屬性的兩個TEM模式，并通過管狀波導來傳輸這兩個TEM模式。然而，目前并不認為這對于傳輸線探測器也是可行的。

如今，本發明人令人驚訝地發現確實可以將傳輸線探測器配置為支持不同的傳播模式，使得不同的傳播模式不同地受到傳輸線探測器周圍介質的介電常數變化的影響。因而，可以實現獨立于傳輸線探測器周圍介質的介電常數的填充水平確定。

結果，即使在探測器污染和/或表面上方蒸汽的存在可能導致傳播速度的不均勻變化的情況下，除了可以對表面上方蒸汽的存在的影響進行補償以外，還可以對探測器污染對電磁信號的傳播速度的影響進行補償。