[發(fā)明專利]雷達料位測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580045082.4
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN107076598B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設計）人: 哈拉爾德·法貝爾;阿列克謝·馬利諾夫斯基
• 申請（專利權）人: 恩德萊斯和豪瑟爾歐洲兩合公司
• 主分類號: G01F23/284
• 分類號: G01F23/284
• 代理公司: 11219 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 戚傳江;金潔

本發(fā)明涉及一種用于測量容器(8)中材料(9)的料位(10)的基于雷達的料位測量裝置(1)，包括電子單元(2)，其中，所述電子單元(2)用于生成發(fā)送信號，其中，所述電子單元(2)用于處理接收的信號，所述接收的信號包含所述發(fā)送信號的反射的部分，所述反射的部分是從待測量其距離的所述材料(9)的表面(10)反射的，其中，所述電子單元包括信號發(fā)生器(3)以生成頻率調制的發(fā)送信號，其中，所述電子單元(2)包括處理器以用于使用在所述接收的信號中包含的相位信息來處理所述接收的信號，并且其中所述雷達裝置(1)包括布置在所述容器(8)內的共軸波導探頭(7)，其中所述共軸波導探頭(7)用于引導所述發(fā)送信號(TX)和所述接收的信號(RX)。

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于測量容器內材料料位的雷達裝置，包括電子單元，其中所述電子單元用于生成發(fā)送信號，其中所述電子單元用于處理接收的信號，所述接收的信號包含發(fā)送信號的反射的部分，所述反射的部分從待測量其距離的材料的表面處反射。

背景技術

許多測量容器內或者罐內材料料位的應用要求以極高的準確度和/或精度確定料位。例如，在制藥或者食品和飲料工業(yè)，需要精確地確定用于反應流程的液體的準確數量。例如，在油氣工業(yè)中(其中貨幣交易基于要轉手的材料的精確量)也要求準確確定容器內材料的數量。

用于確定容器內材料料位的許多方法中的一個是通過使用基于雷達的測量裝置。基于雷達的測量裝置有多種形式，但一般可以分為兩組。這兩組經常被稱為“自由發(fā)射”裝置和“導波”裝置。

本發(fā)明意義上的測量裝置不被理解為受限于硬件組件的整體集合，而是也可以為空間上色散單元的系統(tǒng)。可以將測量裝置視為包含變換器和發(fā)送器，其中變換器用于將過程變量(例如罐內材料的料位)轉換為電信號，并且其中發(fā)送器用于采樣和處理該電信號以產生針對與要測量的物理狀態(tài)對應的過程變量的值。如情況可能需要的，發(fā)送器還可以用于發(fā)送和/或保存確定的過程變量以備后續(xù)使用。變換器通常包括微處理器或微控制器和多種其他電氣和電子電路。變換器和發(fā)送器可以集中在單個單元化裝置內，或者它們可以在空間上分離。在它們空間上分離的情況下，提供某一類通訊工具(例如線纜或者無線通訊工具)。因為一些情況下變換器用于預處理測量信號，并且有時甚至包含微處理器，發(fā)送器和變換器之間的差別并不總是嚴格適用。

導波雷達測量裝置用于測量其中將發(fā)送的微波能量集中在波導周圍有利的應用中容器內的料位。由此可以避免信號損失，并且可以降低能量要求。用于導波雷達裝置的發(fā)送信號通常包含電磁脈沖。以固定時間間隔重復產生這些脈沖。脈沖之間的時間可以在納秒范圍內。產生之后，這些脈沖被耦合到波導上并且沿著波導在要測量的材料的方向上被引導，波導例如為線纜或桿。材料界面處，介電常數會發(fā)生突然的改變——這個改變與材料的介電常數和雷達裝置和材料之間的傳輸介質的介電常數之間的差值成正比，傳輸介質通常為氣體的，并且具體地通常為空氣。由于阻抗的改變，在該材料界面處，發(fā)送的能量的一部分被反射。每個脈沖的該反射的部分此后被沿著波導引導回到雷達裝置并且被采樣。

有各種采樣該脈沖信號的方法。通常，使用其中反射脈沖與第二脈沖信號混合的方法，第二脈沖信號在測量裝置中生成。以與第一脈沖信號稍不同的重復率產生該第二脈沖信號，從而引起頻閃效應，允許接收到的脈沖信號在時域被拉伸。可以隨后使用模數轉換器采樣該“拉伸的”信號，其中轉換器需要具有低于通常必要的采樣頻率以在納秒時間范圍內采樣脈沖。可以基于飛行時間方法執(zhí)行料位測量。基本上，脈沖的傳輸和接收之間的時間延遲對應雷達測量裝置和材料之間的距離。

材料界面處介電常數改變的大小在確定每個脈沖的反射的部分的信號強度上起到了關鍵的作用。這些信號強度隨著介電常數變化的大小的減小而減小。在待測材料具有較小的介電常數的料位測量應用中，發(fā)送的信號強度的相應增加是必要的以確保信號的反射部分保持可以檢測到。然而，為了增加發(fā)送的信號的強度，必須增加所生成的脈沖的寬度。這具有不利的影響，降低了要執(zhí)行的料位測量的分辨率。導波雷達測量裝置的料位測量值分辨率和/或精度取決于所生成和發(fā)射的脈沖的銳度。