專利名稱：用于在海上使用的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定設(shè)置在移動單元中的儲罐中所包含的液體的填充液位的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，并且具體地說，所述儲罐是設(shè)置在海上船舶或平臺中的儲罐。具體地說，本發(fā)明提高了當(dāng)儲罐中存儲的液體中存在表面波時(shí)填充液位估計(jì)的精確度。本發(fā)明還涉及用于確定這種填充液位的相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
測量例如液體的各種填充材料的液位的雷達(dá)液位計(jì)量(radarlevel gauging, RLG )是用于儲罐、容器等中的液位計(jì)量的越來越重要的方法，并且已經(jīng)知道許多不同類型的RLG系統(tǒng)。
其中通常使用RLG系統(tǒng)的一個(gè)領(lǐng)域是用于移動單元中的儲罐，例如海上平臺上或油輪上的用于存儲液化氣、石油、化學(xué)物品等的儲罐。這些儲罐通常被設(shè)計(jì)成大型矩形塊，所述矩形塊的底面積可以非常大，與足球場一樣大并且高度達(dá)40m。因?yàn)樵擃愋偷膬薜牡酌娣e很大，所以以高準(zhǔn)確度讀取液位是極重要的。大的面積意味著液位的小的變化對應(yīng)于液體體積的相對大的變化。
現(xiàn)代油輪的作業(yè)已演化為也包含在傳統(tǒng)的港口碼頭外部的作業(yè)，這使得滿足例如根據(jù)密閉輸送規(guī)格所要求的儲罐計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度具有挑戰(zhàn)性。所遇到的情況包括在位于近海的設(shè)施(例如在浮標(biāo)和其它基于重力的結(jié)構(gòu)(gravity based structures, GBS )處作業(yè)的LNG(Liquefied Natural Gas，液化天然氣)船)處排油，在外海中的過駁(ship to ship transfer)，和向穿梭油輪的FPSO ("浮式生產(chǎn)儲油外輸")外輸和駁運(yùn)船作業(yè)。
在這樣的環(huán)境下，船舶在貨物輸送直到以不受限的儲罐填充液位進(jìn)行安全作業(yè)的核準(zhǔn)限制期間將遇到海上狀況。
要求密閉輸送觀'量系統(tǒng)(custody transfer measurement system, CTMS)以高的準(zhǔn)確度計(jì)量輸送作業(yè)的開始和最終填充液位。此外， 對LNG進(jìn)行頻繁的作業(yè)要求排油船在儲罐中留下一定量的液體以在 向裝載港口的壓載航行期間保持儲罐是冷的，和/或?yàn)殡S后的使用提 供蒸發(fā)氣。
對于受控環(huán)境中、例如港口中的船上所使用的傳統(tǒng)雷達(dá)液位計(jì)量 系統(tǒng)，已知多個(gè)為操作者輔助解釋計(jì)量的參數(shù)(儲罐液位/缺量)的 方案，例如低通濾波或移動平均濾波器。然而，簡單的預(yù)設(shè)或甚至自 適應(yīng)濾波具有一些限制，例如在外海環(huán)境中提供視在穩(wěn)定液位的具有 高濾波器因數(shù)的設(shè)置對于港口作業(yè)中的使用反應(yīng)緩慢。并且當(dāng)前在液 位應(yīng)用中使用的濾波器通常被設(shè)計(jì)為僅處理液體運(yùn)動中較小的變化， 或被設(shè)計(jì)為去除電子電路/微波電路中的缺陷，而當(dāng)今沒有處理外部 環(huán)境開始大大影響儲罐內(nèi)部環(huán)境的情況的已知方法。
此外，在LNG船中，要求在穩(wěn)定的環(huán)境下在非常低的液位處(典 型地為低至距離儲罐底部幾厘米)準(zhǔn)確操作的儲罐計(jì)量系統(tǒng)，現(xiàn)在還 被要求在外海環(huán)境下提供與它們在平靜條件下的港口作業(yè)中相同的符 合密閉輸送的準(zhǔn)確度和視在穩(wěn)定液位。
已經(jīng)進(jìn)行了一些增加油輪應(yīng)用中的測量準(zhǔn)確度的嘗試。例如，同 一申請人的WO 01/029523公開了一種用于減小接近LNG儲罐底部 的液位測量的不確定性的特殊方法。像這樣的液位測量系統(tǒng)也使用計(jì) 算的/校正的液位或缺量的低通濾波，以便針對由于船所遇到的輕浪 涌、振動或從/向儲罐泵油所導(dǎo)致的正常的小的儲罐液體表面擾動而 提供呈現(xiàn)和記錄的液位值的"平滑"。此外，同一申請人的WO 01/029523還教導(dǎo)了在儲罐的底部使用吸收器，以減小儲罐底部反 射。此外，已知通過使用位于底部的溫度傳感器而使測量的低液位與 實(shí)際溫度相關(guān)聯(lián)來改進(jìn)LNG儲罐中的非常低的液位的確定。當(dāng)此處 的溫度顯著地高于液體溫度時(shí)(LNG典型地約為-160 4聶氏度)， 意味著儲罐在測量點(diǎn)處"干"了。當(dāng)船舶位于港口碼頭時(shí)，用于強(qiáng)確定空儲罐的這種數(shù)據(jù)相關(guān)是可行的，但在外海不可行，這是因?yàn)橐何?br> 與底部溫度的周期性(典型地為0.1Hz)行為和通常使用的平滑濾波 器之間的明顯沖突。
由于上述原因，對于LNG和其它應(yīng)用的船載移動單元，需要一 種用于確定設(shè)置在移動單元中的儲罐中的液體的填充液位的改進(jìn)的 RLG系統(tǒng)，所述移動單元中存在由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的 所存儲的液體的表面波。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種消除或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)中 的上述問題的改進(jìn)的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)和雷達(dá)液位計(jì)量方法。
該目的是通過根據(jù)所附權(quán)利要求的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)和方法來實(shí) 現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定設(shè)置在移動單元中 的儲罐中的液體的填充液位的改進(jìn)的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包 括
發(fā)射器，用于向所述液體發(fā)射微波信號；
接收器，用于接收從儲罐反射的回波信號；以及
處理電路，用于基于所述接收的回波信號來確定在容器的儲罐中
的特定位置處在不同時(shí)間的局部和瞬間填充液位；
其中，處理電路還適用于識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而
導(dǎo)致的儲罐中的表面波的所述局部和瞬間填充液位的變化，并且當(dāng)估
計(jì)儲罐的平均填充液位時(shí)使用所述識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
通過識別對應(yīng)于儲罐中的表面波的變化，可以在直接增加估計(jì)的
儲罐平均填充液位的準(zhǔn)確度方面和當(dāng)估計(jì)的平均填充液位的可靠性變
小時(shí)發(fā)出警報(bào)信號等方面實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同的校正措施。由此，可以總是 向操作者提供針對當(dāng)前作業(yè)的穩(wěn)定的填充液位讀取值。
此外，根據(jù)本發(fā)明的液位計(jì)將能夠使其行為與當(dāng)前儲罐環(huán)境條件 相適應(yīng)。由此，液位計(jì)的魯棒性將大大增加。消除先前經(jīng)歷的不確定
9性使操作者可以總是相信液位計(jì)將在多種儲罐條件下產(chǎn)生液位值，并 且對于各種環(huán)境的儲罐條件都能快速適應(yīng)。
因此，本發(fā)明的RLG系統(tǒng)提高了魯棒性，增強(qiáng)了準(zhǔn)確度，并從 總體上防止了貨物液位的失真估計(jì)，并且可例如用于LNG應(yīng)用，例 如在排出處理結(jié)束時(shí)估計(jì)剩余的貨物，使得可以利用現(xiàn)代的基于雷達(dá) 的CTMS的充分準(zhǔn)確度，典型地具有5 mm的不確定性。然而，本 發(fā)明還可用于儲罐船載移動單元中的許多其它類型的應(yīng)用。提高的準(zhǔn) 確度和可靠性具有顯著的經(jīng)濟(jì)重要性，并且利用本發(fā)明，來自儲罐中 的液位計(jì)量的不確定性與其它相關(guān)的不確定性相比變得可忽略。
因此，本發(fā)明增強(qiáng)了正常港口碼頭作業(yè)的性能、準(zhǔn)確度和魯棒 性，并在外海情況下也實(shí)現(xiàn)了任何液位的相當(dāng)?shù)囊何粶?zhǔn)確度。該方法 適合于任何液體貨物，例如輕液化氣以及不在儲罐底部上累積沉積物 的任何其它清潔的液體化學(xué)物質(zhì)。
根據(jù)實(shí)施例的 一個(gè)方法，識別的結(jié)果被用于檢測等于儲罐的底部 液位的局部和瞬間填充液位。優(yōu)選地，處理電路^皮配置為基于所確定 的局部和瞬間填充液位的濾波來估計(jì)儲罐的平均填充液位，其中辨別 出的等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位在特定時(shí)間的出現(xiàn)能 夠被用作準(zhǔn)確度指示符。
由此，可獲得低液位準(zhǔn)確度的大的改進(jìn)。這是由于本發(fā)明人了 解，為了在儲罐中的液體由于海對船舶的影響而移動時(shí)對儲罐中低液 位處的平均液位做出最佳可能的確定，必須確保測量點(diǎn)連續(xù)地存在液 體。
因此，可以估計(jì)(例如，基于連續(xù)確定的瞬間填充液位的低通濾 波來計(jì)算)平均填充液位，并且同時(shí)，可針對所遇到的環(huán)境情況來適 配估計(jì)的平均填充液位。
優(yōu)選地，基于接收到的回波信號的幅值和/或信號強(qiáng)度與定義的 閾值之間的關(guān)系來辨別等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位的 出現(xiàn)。由此，可實(shí)時(shí)地(典型地為1 Hz采樣)辨別返回的雷達(dá)回波 的信號幅值/強(qiáng)度是否高于或低于定義的閣值，所述閾值在液體回波和來自吸收器裝置的回波之間進(jìn)行辨別，其中較低的幅值/強(qiáng)度在
LNG儲罐底部或者較高的回波來自另 一個(gè)油輪儲罐底部。
可向操作者以例如占空因數(shù)的形式宣布等于底部液位的填充液位 的出現(xiàn)，以便通知他/她采取適當(dāng)?shù)拇胧?。這樣的措施可以是a)停止 排出以允許在估計(jì)失真之前為剩余的貨物最準(zhǔn)確地確定平均液位，或 者b)繼續(xù)排出，直到不再檢測到液體并且儲罐可被視為完全空的和 千的，優(yōu)選地通過輔助指示符的相關(guān)來驗(yàn)證，例如通過溫度傳感器在 底部附近連續(xù)測量溫度。
此外，LNG儲罐中的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)優(yōu)選地包括垂直設(shè)置的 管子形式的波導(dǎo)，通過該波導(dǎo)來傳播發(fā)射和接收的微波信號，由此在 管子中或所述管子的開口下方的位置處確定填充液位。優(yōu)選地對管子 打孔，如同本領(lǐng)域中已知的。此外，優(yōu)選地在管子的開口下方，在 LNG儲罐的底部放置用于微波的吸收器，以吸收入射在儲罐的基底 上的至少部分微波能量。在該情況下，由于等于儲罐的底部液位的局 部和瞬間填充液位的辨別，可允許吸收器更理想，即盡可能完全地衰 減，無需當(dāng)前的在"干"儲罐處可檢測的要求。在該情況下，系統(tǒng)可 產(chǎn)生虛構(gòu)液位來作為當(dāng)儲罐為空時(shí)的底部測量的表示。先前不可行的 吸收器的該優(yōu)化性能將進(jìn)一步減小沖突的儲罐回波，并減小在呈現(xiàn)虛 構(gòu)干液位之前在LNG儲罐中的低區(qū)域中的測量不確定性。
優(yōu)選地，基于所確定的局部和瞬間填充液位的濾波來估計(jì)儲罐的 平均填充液位。
根據(jù)實(shí)施例的另一個(gè)方法，進(jìn)一步設(shè)置處理電路來基于局部和瞬 間填充液位的變化的識別來確定儲罐中的表面波的量級，并且基于 此，為平均填充液位的估計(jì)而對濾波進(jìn)行適配。
通過對適當(dāng)濾波的這種自動選擇，盡管存在波和干擾也可建立穩(wěn) 定的平均儲罐液位，因?yàn)橐何挥?jì)將自動地針對其在外海中遇到的當(dāng)前 外部環(huán)境條件來調(diào)整自己。此外，通過使液位計(jì)自適應(yīng)并且仍然能夠 按照當(dāng)前的儲罐環(huán)境條件所允許地盡快地響應(yīng)液體狀態(tài)的變化，將大 大地提高液位計(jì)的魯棒性。
ii通過監(jiān)視儲罐內(nèi)的表面波，可以產(chǎn)生其變化小于額定準(zhǔn)確度的輸 出，因?yàn)榭勺詣拥卮_定合適的濾波器特性類型。由此，可以總是選擇 提供最佳濾波器的濾波器特性類型，所述最佳濾波器針對儲罐內(nèi)的當(dāng) 前環(huán)境條件提供最快的液體變化。
船載的儲罐的典型的波周期是8-10秒，并且當(dāng)前雷達(dá)液位計(jì)能 夠以短于一秒的速率進(jìn)行液位檢測?？赏ㄟ^"跟蹤，，表面液位并以適 當(dāng)高的速率來確立填充液位，可使檢測不受由于局部千擾或其它瞬間 減小雷達(dá)回波的表面效應(yīng)而導(dǎo)致的回波的偶發(fā)損失的影響。
優(yōu)選地基于從局部和瞬間填充液位確定的波高度和/或波周期性 來確定表面波的量級。
處理電路優(yōu)選地被設(shè)置為基于所確定的儲罐中的表面波的量級來 選擇多個(gè)可用濾波器特性類型中的一個(gè)。濾波器特性類型可以以軟件
來實(shí)現(xiàn)，并使其在軟件目錄等中可用于控制器?？捎玫臑V波器特性類 型可以例如是用于海港條件的濾波器特性、適合于具有低量級的表面 波的不同類型的海洋狀態(tài)的一組濾波器特性類型、和用于高量級的表 面波的濾波器特性類型。實(shí)際上可使用任何類型的濾波器特性類型， 例如低通濾波、巴特沃茲濾波等。優(yōu)選地以軟件來進(jìn)行濾波。
此外，處理電路優(yōu)選地適用于連續(xù)監(jiān)視估計(jì)的平均填充液位的變 化，并根據(jù)所述監(jiān)視的變化來調(diào)整所選擇的濾波器特性類型的濾波器 參數(shù)設(shè)置。例如，可監(jiān)視輸出值，并且如果沒有保持作為可配置值的 允許的變化，例如+/-5 1111，則將基于當(dāng)前的儲罐條件來自動地調(diào)整 所選擇的濾波器設(shè)置。該環(huán)路連續(xù)地監(jiān)視輸出值，以確保液面的估計(jì) 的平均液位的變化總是在額定準(zhǔn)確度范圍內(nèi)。
此外，處理電路還被配置為定期地重復(fù)儲罐中的表面波的量級的 確定和濾波的適配。
處理電路還被配置為當(dāng)所確定的儲罐中的表面波的量級超過定義 的閣值時(shí)發(fā)出警報(bào)信號。
處理電路優(yōu)選地適用于以至少0,5 Hz的頻率(并且最優(yōu)選地以 至少1 Hz的頻率)來確定局部和瞬間填充液位。本發(fā)明對于設(shè)置在海船上的儲罐中的液位測量尤其有用，其中所 述船舶的移動為由海洋引起的起伏。
計(jì)量系統(tǒng)可使用適于發(fā)射連續(xù)信號的發(fā)射器，其中處理電路適用
于基于接收到的回波信號和基準(zhǔn)信號之間的相位和/或頻率差來確定 局部和瞬間填充液位?？晒┨鎿Q地，發(fā)射器可適用于發(fā)射脈沖信號，
其中處理電路適用于基于脈沖信號的發(fā)射和所述信號的回波的接收之
間的時(shí)間來確定局部和瞬間填充液位。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種確定設(shè)置在移動單元中的儲
罐中的液體的填充液位的方法，所述方法包括 向液體的表面發(fā)射微波測量信號； 從儲罐接收回波信號；
基于所述接收的回波信號在容器的儲罐中的特定位置處在不同時(shí) 間確定局部和瞬間填充液位；
識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的儲罐中的表面波的 所述局部和瞬間填充液位的變化；以及
當(dāng)估計(jì)儲罐的平均填充液位時(shí)使用所述識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
根據(jù)該方面，如關(guān)于第一方面已經(jīng)討論過的一樣，可獲得相似的 優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)選特征。
參照下文中描述的實(shí)施例，可得出本發(fā)明的這些和其它方面，并 使其顯而易見。


為了示例目的，將參照附圖中示出的實(shí)施例在下面更詳細(xì)地描述 本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)的局部分解 和局部剖面示意側(cè)3見圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)的局部分解 和局部剖面示意側(cè)^L圖；以及圖3是示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自動濾波器選擇和 濾波器調(diào)整的方法的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)不同實(shí)施例的雷達(dá)液 位計(jì)量系統(tǒng)1。
簡要地說，圖1和2中的系統(tǒng)是用于確定設(shè)置在油輪上的儲罐2 中所包含的液體的填充液位的示范性雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)。填充材料可 以是例如石油、精制石油產(chǎn)品、化工產(chǎn)品和液化氣的產(chǎn)品。系統(tǒng)包 括具有處理電路的電子單元3，所述處理電路用于發(fā)射和接收雷達(dá) 信號，并處理接收到的信號從而確定儲罐2中的填充材料的液位8; 設(shè)置在儲罐內(nèi)部用于發(fā)射雷達(dá)波和將雷達(dá)波接收到儲罐中的天線4; 以及用于在電子單元3和天線4之間引導(dǎo)信號的雷達(dá)波導(dǎo)組件5 (圖 2中未示出)?？蓛?yōu)選地使用同一天線來作為發(fā)射輸出輻射的發(fā)射器 和用于接收反射的回波信號的接收器，盡管也可以為這些功能使用單 獨(dú)的天線。優(yōu)選地在儲罐頂7上設(shè)置雷達(dá)液位計(jì)，由此將波導(dǎo)5設(shè)置 為通過儲罐開孔6突出到儲罐中。在圖l的實(shí)施例中，天線自由地向 儲罐內(nèi)部輻射，而圖2的實(shí)施例包括管子形式的垂直波導(dǎo)9。管子用 作使得來自雷達(dá)的電磁信號能夠從例如儲罐內(nèi)結(jié)構(gòu)的干擾物體向液體 表面自由地發(fā)射的波導(dǎo)。波導(dǎo)9在儲罐的基底上方終止，并且波導(dǎo)向 下打開。在波導(dǎo)9的開口下面，優(yōu)選地設(shè)置吸收器10。優(yōu)選地在容 器的基底上設(shè)置吸收器，并吸收較大部分或所有的向液體表面發(fā)射并 且沒有被該表面反射的微波能量，由此防止底部回波。上面討論的實(shí) 施例的總體概要本身是先前已知的，并且在例如WO 01/29523和 WO 03/001160中7〉開了，由此所述兩個(gè)文獻(xiàn)通過引用而并入本文。
在使用中，雷達(dá)液位計(jì)l通過儲罐頂部端口沿波導(dǎo)5發(fā)射雷達(dá)能 量，并從液體表面8接收反射的能量，以提供儲罐內(nèi)的液體的液位的 指示。雷達(dá)液位計(jì)1可以經(jīng)由信號線等耦合至遠(yuǎn)程位置(例如，控制 室)。
14可通過在計(jì)算和控制單元中比較和評估發(fā)射的和反射的波束之間 的時(shí)間差來確定填充液位，這是在本領(lǐng)域中已知的。各種雷達(dá)原理可 用于雷達(dá)液位計(jì)。其中一個(gè)是脈沖延遲法(脈沖雷達(dá)法)，另一個(gè)是
調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)法。在FMCW雷達(dá)法中，通過發(fā)射調(diào)頻 信號和在發(fā)射和接收的瞬間頻率之間創(chuàng)建差以間接方式確定延遲。另 一方面，脈沖雷達(dá)法使用也被稱為突發(fā)(burst)的短微波脈沖的輻 射，其中在單獨(dú)的脈沖的發(fā)射和接收之間確定直接時(shí)間段。可利用用 于分析信號的軟件由處理器來處理接收到的信號，從而確定填充液 位，并且處理器優(yōu)選地為基于微處理器的電路。如現(xiàn)有技術(shù)中已知 的， 一些由所述信號處理器實(shí)現(xiàn)的功能和算法可以由硬件來實(shí)現(xiàn)，而 一些可以由軟件來實(shí)現(xiàn)，將不在本申請中進(jìn)一步對其進(jìn)行討論。
處理電路被配置為在容器的儲罐中的特定位置處(例如在圖2的 波導(dǎo)9中或下方)在多個(gè)時(shí)間確定局部和瞬間填充液位。處理電路還 適用于識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的儲罐中的表面波 的局部和瞬間填充液位之間的變化，并且當(dāng)估計(jì)儲罐的平均填充液位
時(shí)使用所述識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，監(jiān)視瞬間填充液位的變化被用于通過監(jiān)視波高 度和波周期性來分析儲罐中的表面波。根據(jù)該信息確定濾波器特性類 型，并且由此液位計(jì)通過以保持輸出值變化在規(guī)定的儀器準(zhǔn)確度范圍 內(nèi)為目標(biāo)選擇最佳濾波器特性類型來自動地適應(yīng)當(dāng)前儲罐條件。
圖3中示出了用于自動濾波器選擇和濾波器調(diào)整的方法的實(shí)施 例。據(jù)此，確定局部和瞬間填充液位(步驟Sl)，并且通過測量波 高度和/或波周期性(步驟S2)來監(jiān)視儲罐中的表面波。液位計(jì)具有 一組多于一個(gè)的濾波器特性類型，并且基于測量的波高度/周期性， 選擇對于當(dāng)前環(huán)境條件最佳的濾波器特性類型(步驟S3)?？捎玫?濾波器特性類型可以是例如用于沒有表面波的情況的濾波器特性類型 (所述類型可以等同于系統(tǒng)的默認(rèn)濾波)、用于低量級的表面波的濾 波器特性類型、和用于高量級的表面波的濾波器特性類型。實(shí)際上可 使用任何類型的濾波器特性類型，例如低通濾波、巴特沃茲濾波，使
15用不同數(shù)量的極點(diǎn)等。優(yōu)選地以軟件來進(jìn)行濾波。濾波器實(shí)際上可實(shí) 現(xiàn)除了可被表示為數(shù)學(xué)算法之外的任何濾波效應(yīng)。
一旦選擇了一個(gè)合適的濾波器特性類型，液位計(jì)就開始基于所選 擇的濾波器特性類型的濾波器參數(shù)的默認(rèn)設(shè)置來產(chǎn)生表示平均填充液
位的估計(jì)值的輸出值。然后監(jiān)視輸出值(步驟S4)，并且如果沒有 保持作為例如+Z-5mm的可配置值的變化要求，則邏輯將調(diào)整所選擇 的濾波器設(shè)置(步驟S5)。重復(fù)該過程直到獲得所需變化，并且環(huán) 路優(yōu)選地連續(xù)監(jiān)視輸出值以確保瞬間觀察到的視在液體表面總是在這 些限制內(nèi)。
此外，為了確保正在使用正確的濾波器特性類型，優(yōu)選地定期檢 查波高度和周期性(步驟S6)。如果另一個(gè)濾波器特性類型或?yàn)V波 器類型的組合的標(biāo)準(zhǔn)更適合于當(dāng)前的儲罐環(huán)境條件，則液位計(jì)邏輯將 選擇該標(biāo)準(zhǔn)并且處理返回步驟Sl。
通過該處理，可選擇總是提供最佳濾波器的濾波器特性類型和濾 波器設(shè)置，所述最佳濾波器針對儲罐內(nèi)的當(dāng)前環(huán)境條件提供最快的平 均液位變化。
根據(jù)另 一個(gè)實(shí)施例，瞬間填充液位的變化的監(jiān)視被用于檢測等于 儲罐底部液位的局部和瞬間填充液位。這些實(shí)施例對于LNG應(yīng)用特 別有用。
在這樣的實(shí)施例中，可基于例如與所遇到的環(huán)境情況相適應(yīng)的連 續(xù)低通濾波的液位來計(jì)算和呈現(xiàn)平均填充液位。此外，系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)?實(shí)時(shí)(典型地為1 Hz采樣)監(jiān)視信號幅值或返回的雷達(dá)回波，并設(shè) 定閾值，所述閾值在液體回波和來自吸收器裝置的回波之間進(jìn)行辨 別，其中較低幅值/強(qiáng)度在LNG儲罐底部，或較高的回波來自另一個(gè) 油輪儲罐底部。由此，可辨別等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充 液位的出現(xiàn)，并例如向操作者以占空因數(shù)的形式宣布該出現(xiàn)，以便通 知他/她采取適當(dāng)?shù)拇胧?。這樣的措施可以是a)停止排出以允許在估 計(jì)失真之前為剩余的貨物最準(zhǔn)確地確定平均液位，或者b)繼續(xù)排 出，直到不再檢測到任何液體并且儲罐可被視為完全空的和干的，優(yōu)
16選地通過與連續(xù)(較高)的底部溫度的相關(guān)來驗(yàn)證。
為了宣布等于儲罐底部液位的局部和瞬間填充液位的出現(xiàn)，可將 處理電路設(shè)置為發(fā)出可用于激活一個(gè)或幾個(gè)警報(bào)的警報(bào)信號。警報(bào)單
元可以以幾種方式設(shè)計(jì)來提示操作者當(dāng)前的情況。作為一些例子可 激活聲學(xué)信號，警報(bào)燈開始點(diǎn)亮或閃爍，或可以在控制板上激活某種 類型的信號，激活計(jì)算機(jī)屏幕或遠(yuǎn)程單元(電話、小型呼叫中心、無 線電等)上的警報(bào)。
作為輔助指示符，可在儲罐的底部處或附近設(shè)置溫度傳感器11 (見圖2)，以便指示等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位的 出現(xiàn)?？墒褂眠@樣的位于底部的溫度傳感器來指示低液位情況，因?yàn)?當(dāng)該點(diǎn)的溫度顯著地高于液體溫度(LNG典型地為約-160才聶氏 度)時(shí)，意味著儲罐在測量點(diǎn)處是"千"的。由此，來自溫度傳感器 的輸入可用于驗(yàn)證先前辨別的等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充 液位的出現(xiàn)，由此增加系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。
上述雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)具有很好的魯棒性和可靠性，并且可有利 地用于實(shí)現(xiàn)高或低液位警報(bào)、超量填充控制等。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解上述實(shí)施例和所公開的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng) 的具體特征的各種組合都是可能的。例如，可將自動濾波選擇功能與 低液位檢測功能相組合。此外，盡管關(guān)于船描述了上述例子，顯然本 發(fā)明可用于所有移動單元，所述移動單元包括用于存儲液體的儲罐。 應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這樣和其它明顯的修改在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如所附權(quán)利要求 限定的一樣。
1權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，用于確定設(shè)置在移動單元中的儲罐中的液體的填充液位，所述系統(tǒng)包括發(fā)射器，用于向所述液體發(fā)射微波信號；接收器，用于從儲罐接收反射的回波信號；以及處理電路，用于基于所述接收的回波信號在容器的儲罐中的特定位置處在不同時(shí)間確定局部和瞬間填充液位；其中，處理電路還適用于識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的儲罐中的表面波的所述局部和瞬間填充液位的變化，并且當(dāng)估計(jì)儲罐的平均填充液位時(shí)使用所述識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
2、 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中，所述識別的 結(jié)果被用于檢測等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位。
3、 如權(quán)利要求2所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中，處理電路被 設(shè)置為基于所確定的局部和瞬間填充液位的濾波來估計(jì)儲罐的平均填 充液位，其中辨別出的等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位在 特定時(shí)間的出現(xiàn)能夠被用作準(zhǔn)確度指示符。
4、 如權(quán)利要求2所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中，處理電路適 用于基于接收到的回波信號的幅值和信號強(qiáng)度中的至少一個(gè)與定義的 閾值之間的關(guān)系來辨別等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位的 出現(xiàn)。
5、 如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處 理電路還被配置為當(dāng)辨別出等于儲罐的底部液位的填充液位的出現(xiàn)時(shí) 發(fā)出警報(bào)信號。
6、 如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處 理電路還被配置為當(dāng)辨別出等于儲罐的底部液位的填充液位的出現(xiàn)時(shí) 發(fā)出用于控制儲罐的排出功能的控制信號。
7、 如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，還包括 被設(shè)置在儲罐的底部附近的溫度傳感器，所述傳感器適用于提供等于或接近儲罐的底部液位的填充液位的輔助指示。
8、 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所迷的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處 理電路被配置為基于對所確定的局部和瞬間填充液位的濾波來估計(jì)儲 罐的平均填充液位。
9、 如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處理電路被配 置為基于局部和瞬間填充液位的變化的識別來確定儲罐中表面波的量 級，并且基于此，為平均填充液位的估計(jì)而對濾波進(jìn)行適配。
10、 如權(quán)利要求9所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中基于從局部和 瞬間填充液位確定的波高度和波周期性中的至少一個(gè)來確定表面波的 量級。
11、 如權(quán)利要求9所迷的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處理電路被配 置為基于所確定的儲罐中的表面波的量級來選擇多個(gè)可用濾波器特性 類型中的一個(gè)。
12、 如權(quán)利要求11所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中可用濾波器 特性類型至少包括用于沒有表面波的情況的濾波器特性類型、用于 低量級的表面波的濾波器特性類型、和用于高量級的表面波的濾波器 特性類型。
13、 如權(quán)利要求12所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中用于沒有表 面波的情況的濾波器特性類型為系統(tǒng)的默認(rèn)濾波。
14、 如權(quán)利要求10所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處理電路適 用于連續(xù)地監(jiān)視估計(jì)的平均填充液位的變化，并調(diào)整所選擇的濾波器 特性類型的濾波器參數(shù)設(shè)置，使得變化保持在設(shè)置的要求內(nèi)。
15、 如權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中 處理電路還被配置為定期地重復(fù)儲罐中表面波的量級的確定和濾波的 適配。
16、 如權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中 處理電路還被配置為當(dāng)所確定的儲罐中的表面波的量級超過定義的閾 值時(shí)發(fā)出警報(bào)信號。
17、 如權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中處理電路適用于以至少0.5 Hz的頻率來確定局部和瞬間填充液位。
18、 如權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中 所述儲罐被設(shè)置在海船上，其中所述海船的移動為由海洋引起的起 伏。
19、 如權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，其中 所述液體為液化氣或不在儲罐底部上累積沉積物的液體化學(xué)物質(zhì)。
20、 如權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，還包 括垂直設(shè)置的管子形式的波導(dǎo)，通過該波導(dǎo)來傳播發(fā)射和接收的微波 信號，由此在管子中或所述管子的開口下方的位置處確定填充液位。
21、 如權(quán)利要求20所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，還包括在管子的 開口下方，在儲罐的底部放置的用于微波的吸收器，以吸收入射在儲 罐的基底上的至少部分微波能量。
22、 一種確定設(shè)置在移動單元中的儲罐中的液體的填充液位的方法，所述方法包括向液體的表面發(fā)射微波測量信號； 從儲罐接收回波信號；基于所述接收的回波信號在容器的儲罐中的特定位置處在不同時(shí) 間確定局部和瞬間填充液位；識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的儲罐中的表面波的 所述局部和瞬間填充液位的變化；以及當(dāng)估計(jì)儲罐的平均填充液位時(shí)使用所述識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括使用所述識別的結(jié)果來檢測等于儲罐的底部液位的局部和瞬間填 充液位。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中儲罐的平均填充液位的估 計(jì)是基于所確定的局部和瞬間填充液位的濾波，并且其中辨別出的等 于儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位在特定時(shí)間的出現(xiàn)被用作準(zhǔn) 確度指示符。
25、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，基于接收到的回波信號 的幅值和信號強(qiáng)度中的至少一個(gè)與定義的閾值之間的關(guān)系來辨別等于 儲罐的底部液位的局部和瞬間填充液位的出現(xiàn)。
26、 如權(quán)利要求23-25中任一項(xiàng)所述的方法，還包括 當(dāng)辨別出等于儲罐的底部液位的填充液位的出現(xiàn)時(shí)發(fā)出警報(bào)信號。
27、 如權(quán)利要求23 -26中任一項(xiàng)所述的方法，還包括當(dāng)辨別出等于儲罐的底部液位的填充液位的出現(xiàn)時(shí)發(fā)出用于控制 儲罐的排出功能的控制信號。
28、 如權(quán)利要求22-27中任一項(xiàng)所述的方法，還包括 測量儲罐的底部附近的溫度，并使用所述溫度測量作為等于或接近儲罐的底部液位的填充液位的輔助指示。
29、 如權(quán)利要求22 -28中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于對所確 定的局部和瞬間填充液位的濾波來估計(jì)儲罐的平均填充液位。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，還包括基于局部和瞬間填充液 位的變化的識別來確定儲罐中表面波的量級，并且基于此，為平均填 充液位的估計(jì)而對濾波進(jìn)4于適配。
31、 如權(quán)利要求30所述的方法，其中基于從局部和瞬間填充液 位確定的波高度和波周期性中的至少一個(gè)來確定表面波的量級。
32、 如權(quán)利要求30所述的方法，還包括基于所確定的儲罐中的表面波的量級來選擇多個(gè)可用濾波器特性 類型中的一個(gè)。
33、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中可用濾波器特性類型至少 包括用于沒有表面波的情況的濾波器特性類型、用于低量級的表面 波的濾波器特性類型、和用于高量級的表面波的濾波器特性類型。
34、 如權(quán)利要求33所述的方法，其中用于沒有表面波的情況的 濾波器特性類型為系統(tǒng)的默認(rèn)濾波。
35、 如^又利要求31-34中任一項(xiàng)所述的方法，其中處理電路適 用于連續(xù)地監(jiān)視估計(jì)的平均填充液位的變化，并根據(jù)對所述變化的設(shè)置要求來調(diào)整所選擇的濾波器特性類型的濾波器參數(shù)設(shè)置。
36、 如權(quán)利要求30 -35中任一項(xiàng)所述的方法，其中定期地重復(fù) 儲罐中表面波的量級的確定和濾波的適配。
37、 如權(quán)利要求30 -36中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)，還 包括當(dāng)所確定的儲罐中的表面波的量級超過定義的閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)信號。
38、 如權(quán)利要求22-37中任一項(xiàng)所述的方法，其中填充液位曲 線基于以至少0.5 Hz的頻率來確定的填充液位。
39、 如權(quán)利要求22 -38中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述儲罐設(shè) 置在海船上，其中所述海船的移動為由海洋引起的起伏。
40、 如權(quán)利要求22 -39中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體為 液化氣或不在儲罐底部上累積沉積物的液體化學(xué)物質(zhì)。
41、 如權(quán)利要求22 - 40中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過垂直設(shè) 置的管子形式的波導(dǎo)發(fā)射信號，由此在管子中或所述管子的開口下方 的位置處確定填充液位。
42、 如權(quán)利要求41所述的方法，還包括在管子的開口下方，在儲罐的底部設(shè)置用于微波的吸收器，以吸 收入射在儲罐的基底上的至少部分微波能量。
全文摘要
一種用于確定設(shè)置在移動單元中的儲罐中的液體的填充液位的雷達(dá)液位計(jì)量系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括處理電路，用于基于接收的回波信號在容器的儲罐中的特定位置處在不同時(shí)間確定局部和瞬間填充液位，并且還適用于識別對應(yīng)于由于所述移動單元的移動而導(dǎo)致的儲罐中的表面波的所述局部和瞬間填充液位之間的變化。當(dāng)估計(jì)儲罐的平均填充液位時(shí)使用該識別的結(jié)果來提高準(zhǔn)確度。
文檔編號G01F23/284GK101680796SQ200880017474
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者安德斯·維爾林, 托馬斯·?？怂雇心?申請人:羅斯蒙特雷達(dá)液位股份公司