[其他]測量容器中液態(tài)物質(zhì)水位的方法和裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85103379
• 申請(qǐng)日: 1985-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN85103379A
• 公開（公告）日: 1987-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 科特·奧洛夫·艾德瓦德森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 塞伯海洋電氣公司
• 主分類號(hào): G01S13/08
• 分類號(hào): G01S13/08
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 劉暉

本發(fā)明是關(guān)于測量儲(chǔ)存在容器中的液態(tài)物質(zhì)水位的方法，利用發(fā)射機(jī)輸出的一種微波信號(hào)接通一垂直向下穿入于容器的管狀波導(dǎo)上，管子和容器連通，這樣波導(dǎo)中物質(zhì)的表面便隨著周圍液態(tài)物質(zhì)的水位而變化，信號(hào)被液態(tài)物質(zhì)表面反射，經(jīng)過波導(dǎo)通向一接收機(jī)加以利用，經(jīng)過電子裝置的信號(hào)處理后，用以測定容器中物質(zhì)的水位。本發(fā)明也涉及實(shí)現(xiàn)本方案的裝置。

雷達(dá)可用來測量裝在水箱、油箱或類似容器中的液體或液態(tài)物質(zhì)的水位，如美國No.4，044，355號(hào)專利中描述的那樣。由于雷達(dá)波的速度在空氣或其他氣體中非常穩(wěn)定，所以，可以得到良好的精確度。由于雷達(dá)天線可用非常堅(jiān)固的材料做成，因此這種水位測量器能用于溫度、化學(xué)腐蝕以及機(jī)械應(yīng)力的條件都非常惡劣的環(huán)境中。由于雷達(dá)天線可裝在箱頂?shù)囊粋€(gè)孔內(nèi)，因此容易安裝，進(jìn)行維修，甚至更換也很容易。

由于雷達(dá)束需要裝在箱里的支柱上，梯形過渡器和管子等物之間有一定的距離，所以直到目前仍限制著它的使用。如果采用直徑為D的園形雷達(dá)天線，雷達(dá)束的可用寬度約為λ/D弧度。考慮到雷達(dá)束的漫射邊界，未受干擾的區(qū)域應(yīng)是頂角約為2λ/D的錐區(qū)。這里波長λ代表雷達(dá)載波的波長，例如波長為3厘米。考慮到從各種實(shí)際情況出發(fā)，天線的直徑必須限制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)際上載波的波長限制在3厘米以下。因?yàn)閺母鞣矫鎭砜矗芨叩妮d波頻率使得雷達(dá)發(fā)射機(jī)和其他部件變得昂貴和關(guān)鍵。因此雷達(dá)束不能任意變窄。這在一些應(yīng)用中很不理想，例如當(dāng)這種裝置用于平穩(wěn)度和傾斜度在不斷變化著的油船時(shí)。在實(shí)際情形下，可把5°-15°角作為所需的典型空間。這意味著很多油箱不容許按裝用自由空間傳輸方式的雷達(dá)深度測量器。這也不能用于帶有所謂浮頂?shù)乃浠蛴拖洌磶в兄苯痈≡谝夯镔|(zhì)上頂板的油箱。

避免上述限制的一種方法是將雷達(dá)波通過一根向下穿過油箱的波導(dǎo)管導(dǎo)入。按照這種方法測量深度已經(jīng)進(jìn)行了試驗(yàn)（參看美國No.4，359，908專利），但是要適合于雷達(dá)使用波度的標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管的直徑相當(dāng)小，因此這種方法在實(shí)用上有很大限制。這種波導(dǎo)管包括矩形或圓柱形的金屬管，管的尺寸只容許單模傳播。對(duì)于園形波導(dǎo)管意味著傳播波長應(yīng)在管子內(nèi)徑的1.3-1.7倍間，對(duì)典型的雷達(dá)頻率說來，管子的直徑只有幾厘米大小。

這一種波導(dǎo)存在下列問題：

當(dāng)箱中的物質(zhì)是蠟狀原油時(shí)，管子被堵塞。

由于利用波導(dǎo)管上的孔確保管內(nèi)外液體的自由流動(dòng)，但對(duì)雷達(dá)波傳播產(chǎn)生了不能允許的影響。

在具有標(biāo)準(zhǔn)高度的油箱中，管內(nèi)的腐蝕產(chǎn)生了自上至下的不可允許的傳播衰減。因此，必須用昂貴的材料來制管或用貴金屬在管內(nèi)涂層。

管子的大小和雷達(dá)頻率對(duì)傳播速度有嚴(yán)重的影響，因此要想得到良好的精確度，上述這些數(shù)值必須是恒定的或者精確地知道。

本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)在于意識(shí)到這些問題，可通過采用一根堅(jiān)固的超尺寸波導(dǎo)來解決。將雷達(dá)輻射入波導(dǎo)，并抑制掉所有不需要的波導(dǎo)模式。在多數(shù)實(shí)際情形中，波導(dǎo)可以為由水箱或油箱中一根已有的管子所組成。這意味著所用的結(jié)構(gòu)必須能容許管子尺寸能在各種情形下經(jīng)受極大的變化，另外亦需容許適量的銹層和油涂層。

兩種實(shí)用情形的計(jì)算可以說明采用超尺寸園波導(dǎo)的意義。如果通過波導(dǎo)測量出距離，便可得到大于實(shí)際距離L的表觀距離Ls，其商數(shù)可用下列公式表示：

Ls=L1-(λ λC )2]]>

式中λ（如上所述）可為3厘米。λc是波導(dǎo)的極限波長（截止波長）。對(duì)于基模來說λc為管子直徑的1.71倍。從公式中可以看出，如果λc大于λ（即如果管子的直徑大于波長λ），所得的測量值Ls接近于實(shí)際距離L。相反，如波導(dǎo)為單模傳播，λ為λc的75%-100%，則Ls比L大得很多。如果現(xiàn)在改變載波頻率，相應(yīng)改變?chǔ)耍瑒t商Ls/L將變化，如此變化較小，則Ls/L的相應(yīng)變化與λ或λc的相應(yīng)變化成正比，經(jīng)過推導(dǎo)與化簡，此比例常數(shù)可為：