本實(shí)用新型涉及用于確定儲(chǔ)罐中的填充料位的導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)廣泛用于測(cè)量?jī)?chǔ)罐中的填充料位。通常，借助于非接觸式測(cè)量或者借助于接觸式測(cè)量(常常被稱(chēng)為導(dǎo)波雷達(dá)(GWR))來(lái)執(zhí)行雷達(dá)料位計(jì)量，其中，通過(guò)非接觸式測(cè)量向儲(chǔ)罐中包含的產(chǎn)品輻射電磁信號(hào)，通過(guò)接觸式測(cè)量由傳輸線探針向產(chǎn)品導(dǎo)引電磁信號(hào)并且將電磁信號(hào)導(dǎo)引到產(chǎn)品中。傳輸線探針通常被從儲(chǔ)罐的頂部到儲(chǔ)罐的底部豎直地布置。電磁信號(hào)隨后在產(chǎn)品的表面處被反射，并且反射信號(hào)被雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)中包括的接收器或收發(fā)器接收。基于發(fā)送的信號(hào)和反射的信號(hào)，可以確定距產(chǎn)品的表面的距離。

更具體地，通?；陔姶判盘?hào)的發(fā)送與電磁信號(hào)在儲(chǔ)罐中的氣氛與儲(chǔ)罐中包含的產(chǎn)品之間的界面處的反射的接收之間的時(shí)間來(lái)確定距產(chǎn)品的表面的距離。為了確定產(chǎn)品的實(shí)際填充料位，基于上述時(shí)間(所謂飛行時(shí)間)和電磁信號(hào)沿探針的傳播速度來(lái)確定從參考位置到表面的距離。

在一些情況下，儲(chǔ)罐可能包含分層物質(zhì)成分，該分層物質(zhì)成分具有在不同料位處的物質(zhì)之間的若干界面。在這樣的情況下，可能有必要確定這樣的界面之間的距離以能夠推斷儲(chǔ)罐中的某一物質(zhì)的量。

根據(jù)沿著傳輸線探針通過(guò)儲(chǔ)罐中的物質(zhì)的電磁傳輸信號(hào)的依賴(lài)于物質(zhì)的并且常常較大的衰減，根據(jù)測(cè)量情況，實(shí)際上有可能借助于傳統(tǒng)導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定儲(chǔ)罐中的全部物質(zhì)界面的料位。

為了提供改進(jìn)的對(duì)物質(zhì)界面料位的確定，US 2007/0090992提出使用一種與傳輸線探針周?chē)奈镔|(zhì)的信號(hào)耦合減小的傳輸線探針。根據(jù)US 2007/0090992，這是借助于所謂的部分外部介電(PED)傳輸線探針來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

雖然根據(jù)US 2007/0090992的PED傳輸線探針顯著地提高了測(cè)量界面料位的能力，但是仍存在即使是通過(guò)根據(jù)US 2007/0090992的傳輸線探針提供的性能也可能不足的測(cè)量情況。

一個(gè)這樣的測(cè)量情況可以是在期望檢測(cè)位于具有相對(duì)高的介電常數(shù)的物質(zhì)例如水之下的具有相對(duì)低的介電常數(shù)的另一物質(zhì)例如沙子時(shí)。

為了處理這樣的情況，WO 2016/025979提出從儲(chǔ)罐的頂部向底部以及從儲(chǔ)罐的底部向頂部同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。為此目的，WO 2016/025979公開(kāi)了一種感測(cè)元件，該感測(cè)元件可以包括延伸的不銹鋼桿和外護(hù)罩，并且該感測(cè)元件伸入到儲(chǔ)罐中并且具有在儲(chǔ)罐的底部與鋼桿連接的第一同軸電纜以及在儲(chǔ)罐的頂部與鋼桿連接的第二同軸電纜。

雖然在某些測(cè)量狀況下潛在地提供了改進(jìn)的測(cè)量性能，但是根據(jù)WO 2016/025979的方案似乎需要能夠允許若干同軸電纜通過(guò)的在儲(chǔ)罐的內(nèi)部與外部之間的饋通(feed-through)。這樣的饋通實(shí)際上似乎是難以實(shí)現(xiàn)的，特別是當(dāng)要遵守相關(guān)安全規(guī)則時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述，期望提供改進(jìn)的用于物質(zhì)界面測(cè)量的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，特別是用于物質(zhì)界面測(cè)量的提供簡(jiǎn)化的和更緊湊的安裝的導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)。

因此，根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供了一種雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，用于安裝在包含分層物質(zhì)成分的儲(chǔ)罐處，分層物質(zhì)成分至少包括具有第一密度的第一物質(zhì)、具有大于第一密度的第二密度的第二物質(zhì)以及具有大于第二密度的第三密度的第三物質(zhì)，以確定第一物質(zhì)與第二物質(zhì)之間的第一界面的第一料位以及第二物質(zhì)與第三物質(zhì)之間的第二界面的第二料位，該雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括：收發(fā)器，其布置在儲(chǔ)罐的外部，用于生成并發(fā)送電磁傳輸信號(hào)，以及接收電磁反射信號(hào)；饋通，其與收發(fā)器連接，用于將傳輸信號(hào)從儲(chǔ)罐的外部傳遞至儲(chǔ)罐的內(nèi)部，以及將反射信號(hào)從儲(chǔ)罐的內(nèi)部傳遞至儲(chǔ)罐的外部；功率分配器，其布置在儲(chǔ)罐的內(nèi)部并且與饋通連接以將來(lái)自收發(fā)器的傳輸信號(hào)分成第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)，并且將第一反射信號(hào)和第二反射信號(hào)組合成由收發(fā)器接收的反射信號(hào)；第一傳輸線探針構(gòu)件，其具有與功率分配器連接的上端，并且被配置成向第一傳輸探針構(gòu)件的下端導(dǎo)引第一傳輸信號(hào)至少部分地穿過(guò)分層物質(zhì)成分并且返回第一傳輸信號(hào)在其遇到的任何阻抗不連續(xù)處的反射所導(dǎo)致的第一反射信號(hào)，第一傳輸線探針構(gòu)件被配置成提供第一傳輸信號(hào)與分層物質(zhì)成分之間的相互作用，導(dǎo)致第一傳輸信號(hào)的相對(duì)大的第一平均衰減；第二傳輸線探針構(gòu)件，其具有與功率分配器連接的上端，并且被配置成向第二傳輸探針構(gòu)件的下端導(dǎo)引第二傳輸信號(hào)至少部分地穿過(guò)分層物質(zhì)成分并且返回第二傳輸信號(hào)在其遇到的任何阻抗不連續(xù)處的反射所導(dǎo)致的第二反射信號(hào)，第二傳輸線探針構(gòu)件被配置成提供第二傳輸信號(hào)與分層物質(zhì)成分之間的相互作用，導(dǎo)致第二傳輸信號(hào)的相對(duì)小的第二平均衰減；測(cè)量信號(hào)形成電路，其與收發(fā)器連接，用于基于反射信號(hào)以及傳輸信號(hào)與反射信號(hào)之間的定時(shí)關(guān)系來(lái)形成測(cè)量信號(hào)，測(cè)量信號(hào)包括指示第一傳輸信號(hào)在由第一傳輸信號(hào)遇到的阻抗不連續(xù)處的反射的第一組回波指示以及指示第二傳輸信號(hào)在由第一傳輸信號(hào)遇到的阻抗不連續(xù)處的反射的第二組回波指示；回波識(shí)別電路，其與測(cè)量信號(hào)形成電路連接，用于在測(cè)量信號(hào)中識(shí)別第一組回波指示和第二組回波指示；以及料位確定電路，其與回波識(shí)別電路連接，用于基于來(lái)自第一組回波指示中的至少一個(gè)回波指示來(lái)確定第一料位，以及基于來(lái)自第二組回波指示中的至少一個(gè)回波指示來(lái)確定第二料位。

“物質(zhì)”不限于任何特定的物相，并且因此可以包括固體、液體和氣體。物質(zhì)的一些示例可以為各種石油產(chǎn)品、水、沉淀物或沙子等。

取決于儲(chǔ)罐中的狀況和物質(zhì)，物質(zhì)之間的界面可以是明顯(sharp)的或者或多或少?gòu)浬?diffuse)的。例如，在物質(zhì)之間可以存在乳狀區(qū)域。

“收發(fā)器”可以是一個(gè)能夠發(fā)送和接收電磁信號(hào)的功能單元，或者可以是包括單獨(dú)的發(fā)送器單元和接收器單元的系統(tǒng)。

儲(chǔ)罐可以是能夠容納產(chǎn)品的任何容器或器具，并且可以是金屬的，或者部分或完全非金屬的、開(kāi)口的、半開(kāi)口的或封閉的。

功率分配器可以是任何能夠?qū)⒂蓚鬏斝盘?hào)攜帶的功率在第一傳輸線探針構(gòu)件與第二傳輸線探針構(gòu)件之間進(jìn)行分配的裝置。本身眾所周知的威爾金森(Wilkinson)型功率分配器將是合適的，但是許多其他的功率分配器也是可行的。例如，至少對(duì)于一些應(yīng)用而言，預(yù)期簡(jiǎn)單的T形接合(T-junction)是足夠的。

傳輸信號(hào)沿傳輸線探針構(gòu)件的“平均衰減”應(yīng)當(dāng)被理解為沿傳輸線探針構(gòu)件的長(zhǎng)度的總信號(hào)減小(例如以分貝為單位)除以傳輸線探針構(gòu)件的總長(zhǎng)度。

本實(shí)用新型是基于以下認(rèn)識(shí)：通過(guò)在傳輸信號(hào)通過(guò)儲(chǔ)罐饋通之后使用布置的功率分配器來(lái)分配傳輸信號(hào)并且將如此分配的第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)提供至具有不同的傳播特性的、針對(duì)儲(chǔ)罐中的不同測(cè)量深度而優(yōu)化的相應(yīng)傳輸線探針，可以在不需要特殊的儲(chǔ)罐饋通的情況下來(lái)執(zhí)行困難的界面測(cè)量。

本實(shí)用新型人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到：可以識(shí)別源自第一傳輸信號(hào)的反射的第一回波和源自第二傳輸信號(hào)的反射的第二回波，并且可以分別基于第一回波和第二回波來(lái)確定不同的界面料位。換言之，可以使用由針對(duì)與周?chē)镔|(zhì)的相對(duì)弱的信號(hào)耦合而配置的傳輸線構(gòu)件傳播的信號(hào)來(lái)確定相對(duì)深的界面料位，而可以使用由針對(duì)與周?chē)镔|(zhì)的相對(duì)強(qiáng)的信號(hào)耦合而配置的傳輸線構(gòu)件傳播的信號(hào)來(lái)確定相對(duì)淺的界面料位。

因?yàn)椴粯?biāo)準(zhǔn)的儲(chǔ)罐饋通會(huì)增加成本和復(fù)雜性并且可能是相對(duì)龐大的，因此本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供對(duì)若干物質(zhì)界面料位的簡(jiǎn)化的且更加有成本效益的測(cè)量。

根據(jù)實(shí)施方式，第二傳輸線探針構(gòu)件可以包括：與功率分配器連接的探針導(dǎo)體；以及第一介電層，其至少部分地包圍探針導(dǎo)體。有利地，第一介電層可以沿第二傳輸線探針構(gòu)件的整個(gè)長(zhǎng)度完全包圍探針導(dǎo)體。

第一介電層可以有利地形成沿第二傳輸線探針構(gòu)件的大部分(例如，沿布置在儲(chǔ)罐內(nèi)的第二傳輸線探針構(gòu)件的整個(gè)長(zhǎng)度)延伸的介電包圍結(jié)構(gòu)。

該類(lèi)型的傳輸線探針可以被稱(chēng)為部分外部介電(PED)傳輸線探針。

沿PED傳輸線探針的傳播速度由有效介電常數(shù)ε_eff表征，其中，有效介電常數(shù)ε_eff取決于介電包圍結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)ε_int和周?chē)橘|(zhì)(空氣、水蒸汽、產(chǎn)品蒸氣、探針污染物等)的介電常數(shù)ε_ext。通過(guò)將光速除以ε_eff的平方根來(lái)給出沿PED傳輸線探針行進(jìn)的電磁信號(hào)的傳播速度。

PED傳輸線探針的有效介電常數(shù)ε_eff至少近似地按照以下關(guān)系取決于介電包圍結(jié)構(gòu)的介電常數(shù)ε_int和周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)ε_ext：

其中，α是0與1之間的數(shù)，其指示與周?chē)橘|(zhì)的耦合度。在α＝1時(shí)，具有裸線(以及周?chē)橘|(zhì)的最大影響)；而在α＝0時(shí)，具有完全與周?chē)橘|(zhì)屏蔽的線(例如，封閉的同軸線)。應(yīng)當(dāng)注意的是，取決于傳輸線探針構(gòu)件的幾何結(jié)構(gòu)，精確的計(jì)算可以稍微不同，但是重要的是能夠通過(guò)合適的探針配置和/或介電材料的選擇來(lái)使與外部液體的耦合適于符合要求。

在根據(jù)本實(shí)用新型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的實(shí)施方式中，因此可以說(shuō)，第一傳輸線構(gòu)件對(duì)于通過(guò)分層物質(zhì)成分的信號(hào)傳播具有第一平均耦合因子α₁，第一平均耦合因子α₁高于第二傳輸線構(gòu)件對(duì)于通過(guò)分層物質(zhì)成分的信號(hào)傳播的第二平均耦合因子α₂。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，第一傳輸線探針構(gòu)件可以包括：與功率分配器連接的探針導(dǎo)體；以及至少部分地包圍探針導(dǎo)體的第二介電層，其不同于第二傳輸線探針構(gòu)件中包括的第一介電層。有利地，第二介電層可以沿第一傳輸線探針構(gòu)件的整個(gè)長(zhǎng)度完全包圍探針導(dǎo)體。

第二介電層可以以多種方式不同于第一介電層。例如，介電材料可以不同(具有不同的相對(duì)介電常數(shù))，以及/或者物理配置可以不同。例如，包圍厚度可以不同?？梢杂欣剡x擇第一介電層和第二介電層的性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)第一平均耦合因子α₁(相對(duì)高)與第二平均耦合因子α₂(相對(duì)低)之間的上述關(guān)系。

此外，第一介電層和/或第二介電層(在適用時(shí))可以被配置成在儲(chǔ)罐中的不同豎直位置處在第一和第二傳輸信號(hào)與給定周?chē)橘|(zhì)之間分別提供不同的耦合。例如，第一(和/或第二)介電層可以被配置成對(duì)于儲(chǔ)罐中的較深的料位提供較弱的耦合。以該方式，例如，能夠區(qū)分相對(duì)弱的油回波，而在油層之下的水層中提供減小的衰減。

根據(jù)實(shí)施方式，第一傳輸線探針可以包括與功率分配器導(dǎo)電地連接以從功率分配器接收第一傳輸信號(hào)的第一探針導(dǎo)體，以及沿第一探針導(dǎo)體的至少一部分延伸的屏蔽導(dǎo)體；以及第二傳輸線探針可以包括與功率分配器導(dǎo)電地連接以從功率分配器接收第二傳輸信號(hào)的第二探針導(dǎo)體，以及沿第二探針的導(dǎo)體和第一探針導(dǎo)體的至少一部分延伸的屏蔽導(dǎo)體。

因此，屏蔽導(dǎo)體可以被包括在第一傳輸線構(gòu)件和第二傳輸線構(gòu)件二者中?？梢砸栽S多不同的方式來(lái)配置屏蔽導(dǎo)體。例如，將屏蔽導(dǎo)體配置為H形輪廓、E形輪廓、S形輪廓或U形輪廓。

有利地，屏蔽導(dǎo)體可以被配置成在儲(chǔ)罐中的不同豎直位置處在第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)中的至少之一與給定周?chē)橘|(zhì)之間提供不同的耦合。

根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，第二傳輸線探針構(gòu)件可以包括：與功率分配器連接的探針導(dǎo)體；以及屏蔽導(dǎo)體，其與探針導(dǎo)體間隔開(kāi)并且從第二傳輸線探針構(gòu)件的上端開(kāi)始沿第二傳輸線探針構(gòu)件的至少一部分延伸。

屏蔽導(dǎo)體可以例如在適用的情況下通過(guò)與導(dǎo)電儲(chǔ)罐頂部的直接導(dǎo)電連接來(lái)電接地。

通過(guò)在探針導(dǎo)體與儲(chǔ)罐中的物質(zhì)之間使用屏蔽導(dǎo)體，能夠減小探針導(dǎo)體與物質(zhì)之間的信號(hào)耦合，這轉(zhuǎn)而減小了第二傳輸信號(hào)的衰減。

此外，根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式，第一傳輸線探針構(gòu)件可以包括與功率分配器連接的探針導(dǎo)體；第二傳輸線探針構(gòu)件可以包括與功率分配器連接的探針導(dǎo)體；并且第一傳輸線探針構(gòu)件的探針導(dǎo)體可以在第一傳輸線探針構(gòu)件和第二傳輸線探針構(gòu)件的下端與第二傳輸線探針構(gòu)件的探針導(dǎo)體導(dǎo)電地連接。

這些實(shí)施方式提供：使用第一傳輸線探針構(gòu)件從儲(chǔ)罐的頂部向底部以及使用第二傳輸線探針構(gòu)件從儲(chǔ)罐的底部(第二傳輸線探針構(gòu)件的下端)向頂部的測(cè)量。

這樣的測(cè)量配置提供第一組回波指示與第二組回波指示之間的增加的時(shí)間間隔，其中，第一組回波指示指示第一傳輸信號(hào)在由第一傳輸信號(hào)遇到的阻抗不連續(xù)處的反射，第二組回波指示指示第二傳輸信號(hào)在由第二傳輸信號(hào)遇到的阻抗不連續(xù)處的反射。這轉(zhuǎn)而可以有助于分別對(duì)第一組回波指示和第二組回波指示的識(shí)別，因此可以改進(jìn)或者至少有助于對(duì)第一料位和第二料位的確定。

為了進(jìn)一步增加上述時(shí)間間隔，可以在第一傳輸線探針構(gòu)件和第二傳輸線探針構(gòu)件的下端處通過(guò)延遲線將第一傳輸線探針構(gòu)件的探針導(dǎo)體與第二傳輸線探針構(gòu)件的探針導(dǎo)體導(dǎo)電地連接。

各種延遲線對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言是眾所周知的。例如，具有介電常數(shù)相對(duì)高的電介質(zhì)的同軸線可以用于將信號(hào)延遲。

為了確保在第二傳輸線構(gòu)件的探針導(dǎo)體的下端處保持足夠的信號(hào)強(qiáng)度以提供期望的“自底向上”的測(cè)量，可以采取措施來(lái)減小第二傳輸線探針構(gòu)件中的信號(hào)衰減。

根據(jù)實(shí)施方式，第二傳輸線探針構(gòu)件因此可以包括屏蔽導(dǎo)體，該屏蔽導(dǎo)體與探針導(dǎo)體間隔開(kāi)并且沿第二傳輸線探針構(gòu)件的至少一部分延伸。屏蔽導(dǎo)體可以從第二傳輸線探針構(gòu)件的上端開(kāi)始延伸。

有利地，該屏蔽導(dǎo)體可以延伸至第二傳輸線探針構(gòu)件的下端。

此外，第一傳輸線探針構(gòu)件和第二傳輸線探針構(gòu)件中的至少之一可以包括用于增加第一反射信號(hào)與第二反射信號(hào)之間的時(shí)間間隔的延遲部分。這樣的延遲部分可以例如是探針構(gòu)件的具有介電常數(shù)相對(duì)高的介電材料的部分。

總之，本實(shí)用新型因此涉及雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，該雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括：收發(fā)器；儲(chǔ)罐饋通；功率分配器，其將傳輸信號(hào)分成第一傳輸信號(hào)和第二傳輸信號(hào)；第一探針構(gòu)件，其被配置成導(dǎo)引第一傳輸信號(hào)并返回第一反射信號(hào)，所述第一探針構(gòu)件提供相對(duì)大的第一平均衰減；第二探針構(gòu)件，其被配置成導(dǎo)引所述第二傳輸信號(hào)并且返回第二反射信號(hào)，所述第二探針構(gòu)件提供相對(duì)小的第二平均衰減；測(cè)量信號(hào)形成電路，其用于形成測(cè)量信號(hào)，測(cè)量信號(hào)包括指示所述第一傳輸信號(hào)的反射的第一組回波指示以及指示所述第二傳輸信號(hào)的反射的第二組回波指示；以及料位確定電路，其用于基于所述第一組回波指示確定第一料位，并且基于所述第二組回波指示確定較深的第二料位。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參照示出了本實(shí)用新型的示例實(shí)施方式的附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的這些及其他方面，在附圖中：

圖1示意性地示出了包括根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的示例性?xún)?chǔ)罐布置；

圖2A示意性地示出了圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的第一實(shí)施方式；

圖2B是圖2A中的測(cè)量電子單元的更詳細(xì)的示意性框圖；

圖3為示意性地示出根據(jù)本實(shí)用新型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的示例實(shí)施方式的使用的流程圖；

圖4為使用圖2A中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)獲得的示例性回波曲線；

圖5A示意性地示出圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的第二實(shí)施方式；

圖5B為使用圖5A中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)獲得的示例性回波曲線；

圖6A示意性地示出了圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的第三實(shí)施方式；

圖6B為圖6A中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)中所包括的傳輸線探針布置的截面圖；

圖7A示意性地示出了圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的第四實(shí)施方式；以及

圖7B為圖7A中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)中所包括的傳輸線探針布置的截面圖。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出了包括根據(jù)本實(shí)用新型的示例實(shí)施方式的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的料位測(cè)量系統(tǒng)1，以及被示為控制室的主系統(tǒng)10。

GWR(導(dǎo)波雷達(dá))類(lèi)型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2布置在儲(chǔ)罐4處，儲(chǔ)罐4具有基本上豎直地從儲(chǔ)罐4的頂部延伸的管狀安裝結(jié)構(gòu)13(常被稱(chēng)為“噴管”)。

在該示例性測(cè)量情況下，儲(chǔ)罐4包含分層物質(zhì)成分，該分層物質(zhì)成分包括第一物質(zhì)12、第二物質(zhì)14、第三物質(zhì)16和第四物質(zhì)18。在該特定示例中，第一物質(zhì)12可以是空氣或蒸汽，第二物質(zhì)14可以是油，第三位置16可以是水，以及第四物質(zhì)18可以是沙子。由于分層物質(zhì)成分中的物質(zhì)的不同的密度(以及由于這些物質(zhì)基本上不融合的事實(shí))，所以存在第一物質(zhì)12與第二物質(zhì)14之間的第一界面20、第二物質(zhì)14與第三物質(zhì)16之間的第二界面22以及第三物質(zhì)16與第四物質(zhì)18之間的第三界面24。

安裝雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2以測(cè)量第一界面20、第二界面22和第三界面24的料位。雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2包括布置在儲(chǔ)罐4的外部的測(cè)量電子單元6以及從測(cè)量電子單元6起通過(guò)管狀安裝結(jié)構(gòu)13向分層物質(zhì)成分延伸并且延伸到分層物質(zhì)成分中的傳輸線探針布置7。下面將進(jìn)一步地詳細(xì)描述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的各個(gè)實(shí)施方式以及特別是不同的傳輸線探針布置7。

圖2A示意性地示出圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的第一實(shí)施方式。參照?qǐng)D2A，測(cè)量電子單元6包括收發(fā)器26、處理電路28、通信接口30以及用于與圖1中的控制室10無(wú)線通信的通信天線32。

如圖2A示意性地示出的，雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2還包括儲(chǔ)罐饋通34、功率分配器36、第一傳輸線探針構(gòu)件38、第二傳輸線探針構(gòu)件40以及將第一傳輸線探針構(gòu)件38和第二傳輸線探針構(gòu)件40保持就位的間隔器42a至間隔器42c。

收發(fā)器26被配置成生成、發(fā)送和接收電磁信號(hào)。饋通34與收發(fā)器26連接，用于將傳輸信號(hào)S_T從儲(chǔ)罐4的外部傳遞至儲(chǔ)罐4的內(nèi)部，以及將反射信號(hào)S_R從儲(chǔ)罐4的內(nèi)部傳遞至儲(chǔ)罐4的外部。功率分配器36布置在儲(chǔ)罐的內(nèi)部并且與饋通34連接以將來(lái)自收發(fā)器26的傳輸信號(hào)S_T分成第一傳輸信號(hào)S_T1和第二傳輸信號(hào)S_T2，以及將第一反射信號(hào)S_R1和第二反射信號(hào)S_R2組合成由收發(fā)器26接收的反射信號(hào)S_R。

繼續(xù)參照?qǐng)D2A，第一傳輸線探針構(gòu)件38的上端與功率分配器36連接，并且第二傳輸線探針構(gòu)件40的上端與功率分配器36連接。

如在第一界面20、第二界面22和第三界面24處由箭頭示意性地指示的，第一傳輸線探針構(gòu)件38被配置成朝向第一傳輸探針構(gòu)件38的下端導(dǎo)引第一傳輸信號(hào)S_T1通過(guò)分層物質(zhì)成分，以及返回第一傳輸信號(hào)S_T1在其遇到的任何阻抗不連續(xù)處的反射所導(dǎo)致的第一反射信號(hào)S_R1。

類(lèi)似地，第二傳輸線探針構(gòu)件40被配置成朝向第二傳輸探針構(gòu)件40的下端導(dǎo)引第二傳輸信號(hào)S_T2通過(guò)分層物質(zhì)成分，以及返回第二傳輸信號(hào)S_T2在其遇到的任何阻抗不連續(xù)處的反射所導(dǎo)致的第二反射信號(hào)S_R2。

如圖2A示意性地指示的，第二傳輸線探針構(gòu)件40具有第一部分44a和第二部分44b。沿著第一部分44a，第二傳輸線探針構(gòu)件40包括探針導(dǎo)體46和屏蔽導(dǎo)體48，在探針導(dǎo)體46與屏蔽導(dǎo)體48之間的空間填充有介電材料。在圖2A的實(shí)施方式中，第二傳輸線探針構(gòu)件因此在第一部分44a為同軸線，而在第二部分44b為單個(gè)導(dǎo)體探針(有時(shí)又被稱(chēng)為古博探針(Goubau probe))。在第一部分44a與第二部分44b之間，存在阻抗匹配段，同軸線的電介質(zhì)的厚度沿著該阻抗匹配段逐漸減小。

在第二傳輸線探針構(gòu)件40為同軸線的第一部分44a中，第二傳輸信號(hào)S_T2的衰減非常小并且實(shí)際上可以不依賴(lài)于在第一部分44a周?chē)奈镔|(zhì)的性質(zhì)。在第二部分44b中，第二傳輸信號(hào)S_T2的衰減要大得多，并且依賴(lài)于周?chē)镔|(zhì)的性質(zhì)。這在圖2A的右側(cè)的衰減圖中被示意性地示出。

在例如可以是水的第三物質(zhì)16中，衰減相當(dāng)高，然后在例如可以是沙子的第四物質(zhì)18中衰減減小。第二傳輸信號(hào)S_T2沿第二傳輸線探針構(gòu)件40的平均衰減由圖2A的右邊的衰減圖中的虛線示意性地示出。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向第一傳輸線探針構(gòu)件38，如圖2A中示意性地示出的，該探針構(gòu)件是沿其整個(gè)長(zhǎng)度具有相對(duì)薄的介電涂層的單個(gè)線探針。由于第一傳輸線探針構(gòu)件38的該配置(高耦合因子α)，所以第一傳輸信號(hào)S_T1沿第一傳輸線探針構(gòu)件38的衰減相對(duì)高，并且依賴(lài)于周?chē)镔|(zhì)的性質(zhì)。這在圖2A的左邊的衰減圖中被示意性地示出，在衰減圖中顯示出：衰減在第一界面20處增加，然后在第二界面22處再次增加，并且最后在第三界面24處減小。第一傳輸信號(hào)S_T1沿第一傳輸線探針構(gòu)件38的平均衰減由圖2A左邊的衰減圖中的虛線示意性地示出。第一傳輸信號(hào)S_T1的平均衰減高于第二傳輸信號(hào)S_T2的平均衰減。

第一傳輸線構(gòu)件38和第二傳輸線構(gòu)件40中的不同衰減分別由圖2A中的箭頭反映，圖2A中的箭頭示意性地指示相應(yīng)傳輸信號(hào)和反射信號(hào)在第一物質(zhì)界面20、第二物質(zhì)界面22和第三物質(zhì)界面24處的信號(hào)強(qiáng)度。

正如在圖2A中的第一傳輸線探針構(gòu)件38的左邊示意性地示出的，第一傳輸信號(hào)S_T1在第三物質(zhì)界面24處被衰減成使得第三物質(zhì)界面24處的反射對(duì)第一反射信號(hào)S_R1沒(méi)有貢獻(xiàn)。

轉(zhuǎn)向第二傳輸線探針構(gòu)件40，第一物質(zhì)界面20和第二物質(zhì)界面22處的反射對(duì)第二反射信號(hào)S_R2沒(méi)有貢獻(xiàn)，這是因?yàn)樵诘诙鬏斁€探針構(gòu)件40通過(guò)那些物質(zhì)界面時(shí)第二傳輸信號(hào)S_T2被屏蔽導(dǎo)體48屏蔽。因?yàn)榈诙鬏斝盘?hào)S_T2沿著第一探針部分44a僅稍稍被衰減，并且不存在反射損耗，所以在第三物質(zhì)界面24處留下了足夠的信號(hào)強(qiáng)度以給予第二反射信號(hào)S_R2顯著的貢獻(xiàn)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2B，示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的圖2A中的收發(fā)器26和處理電路28的更詳細(xì)的框圖。

在此，收發(fā)器26包括由階梯信號(hào)發(fā)生器52驅(qū)動(dòng)的微波源50，階梯信號(hào)發(fā)生器52轉(zhuǎn)而由形成處理電路28的一部分的定時(shí)電路54控制。微波源50經(jīng)由收發(fā)器26中的功率分配器56與儲(chǔ)罐饋通(圖2B中未示出)連接。功率分配器56被布置成將來(lái)自?xún)?chǔ)罐饋通的反射信號(hào)S_R接通至混合器58，混合器58還被連接以從微波源50接收傳輸信號(hào)S_T。混合器輸出被連接至低通濾波器60和放大器62。

在此，處理電路28除了上面提到的定時(shí)電路54以外還包括測(cè)量信號(hào)形成電路，該測(cè)量信號(hào)形成電路具有采樣器64的形式，其中采樣器64被配置成接收和采樣由混合器58輸出、由低通濾波器60低通濾波并且由放大器62放大的中頻信號(hào)S_IF。采樣器64例如可以包括與A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)合的采樣保持電路，或者采樣器64被實(shí)現(xiàn)為Σ-Δ轉(zhuǎn)換器。采樣器64由定時(shí)電路54控制以與傳輸信號(hào)S_T同步。處理電路28還包括回波識(shí)別電路66和料位確定電路68。

雖然收發(fā)器26的元件通常以硬件實(shí)現(xiàn)并且形成集成單元(常被稱(chēng)為微波單元)的一部分，但是處理電路28的至少一些部分通?？梢酝ㄟ^(guò)由嵌入式處理器執(zhí)行的軟件模塊進(jìn)行實(shí)施。本實(shí)用新型不限于該特定實(shí)現(xiàn)，而是可以考慮被發(fā)現(xiàn)適合于實(shí)現(xiàn)本文所述的功能的任何實(shí)現(xiàn)方式。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D3來(lái)描述使用根據(jù)本實(shí)用新型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的示例實(shí)施方式執(zhí)行的方法。關(guān)于在其中實(shí)現(xiàn)方法的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)還將參考圖2A至圖2B，并且在方法的描述期間在合適時(shí)將參照?qǐng)D4中的圖。

首先轉(zhuǎn)向圖3，在第一步驟101中通過(guò)收發(fā)器26生成并且發(fā)送傳輸信號(hào)S_T。傳輸信號(hào)S_T隨后在步驟102中被功率分配器36分成第一傳輸信號(hào)S_T1和第二傳輸信號(hào)S_T2。

在接下來(lái)的步驟103中，通過(guò)第一傳輸線探針構(gòu)件38導(dǎo)引第一傳輸信號(hào)S_T1至少部分地穿過(guò)儲(chǔ)罐4中的分層物質(zhì)成分，并且通過(guò)第二傳輸線探針構(gòu)件40導(dǎo)引第二傳輸信號(hào)S_T2至少部分地穿過(guò)儲(chǔ)罐4中的分層物質(zhì)成分。

在步驟104中，通過(guò)第一傳輸線探針構(gòu)件38返回第一反射信號(hào)S_R1，并且通過(guò)第二傳輸線探針構(gòu)件40返回第二反射信號(hào)S_R2。

其后，在步驟105中，通過(guò)功率分配器36將第一反射信號(hào)S_R1和第二反射信號(hào)S_R2組合以形成組合反射信號(hào)S_R，組合反射信號(hào)S_R通過(guò)饋通34并且被返回至收發(fā)器26。

在收發(fā)器中，參照?qǐng)D2B，通過(guò)混合器58將組合反射信號(hào)S_R與傳輸信號(hào)S_T混合，并且在步驟106中通過(guò)采樣器64對(duì)得到的中頻信號(hào)S_IF進(jìn)行采樣以形成數(shù)字測(cè)量信號(hào)。

在圖4中示意性地示出圖2A中的測(cè)量配置的示例性測(cè)量信號(hào)。如圖4中可見(jiàn)，測(cè)量信號(hào)包括若干回波指示，回波指示指示第一傳輸信號(hào)S_T1和第二傳輸信號(hào)S_T2在遇到的阻抗不連續(xù)處的反射。參照?qǐng)D4，第一回波指示為正峰70，其指示饋通34處的反射；第二回波指示為負(fù)峰72，其指示功率分配器36處的反射；第三回波指示為負(fù)峰74，其指示第一界面20處的反射；第四回波指示為負(fù)峰76，其指示第二界面22處的反射；第五回波指示為正峰78，其指示第三界面24處的反射；以及第六回波指示為負(fù)峰80，其指示第二傳輸線探針構(gòu)件40的端部處的反射。

這些回波指示中的一些指示第一傳輸信號(hào)S_T1和第二傳輸信號(hào)S_T2二者的反射，另外的回波指示僅指示第一傳輸信號(hào)S_T1的反射，以及再另外的回波指示僅指示第二傳輸信號(hào)S_T2的反射。

在與圖2A中的測(cè)量情況有關(guān)的圖4的示例圖中，第一回波指示70和第二回波指示72指示傳輸信號(hào)S_T在被分成第一傳輸信號(hào)S_T1和第二傳輸信號(hào)S_T2之前的反射。第三回波指示74和第四回波指示76指示第一傳輸信號(hào)S_T1的反射，這是因?yàn)榈诙鬏斝盘?hào)S_T2由于如上所述第二傳輸線探針構(gòu)件40在其第一部分44a中的配置而被隔離于周?chē)镔|(zhì)。最后，第五回波指示78和第六回波指示80指示第二傳輸信號(hào)S_T2的反射，這是因?yàn)榈谝粋鬏斝盘?hào)S_T1已經(jīng)被過(guò)多地衰減以至于在第三界面24處或者在第一傳輸線探針構(gòu)件38的端部處只能提供可忽略的反射。因此，在步驟107中，識(shí)別指示第一傳輸信號(hào)S_T1的反射的第一組回波指示(第三回波指示74和第四回波指示76)以及指示第二傳輸信號(hào)S_T2的反射的第二組回波指示(第五回波指示78和第六回波指示80)。該識(shí)別基于第一傳輸線探針構(gòu)件38和第二傳輸線探針構(gòu)件40的已知性質(zhì)，并且由處理電路28中的回波識(shí)別器自動(dòng)地執(zhí)行。

最后，在步驟108中，基于第三回波指示74確定第一界面20的料位，基于第四回波指示76確定第二界面22的料位，并且基于第五回波指示78確定第三界面24的料位。

應(yīng)當(dāng)注意的是，上面簡(jiǎn)要描述的回波指示識(shí)別是針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的情況。在實(shí)施方式中，可能既存在指示第一傳輸信號(hào)在特定物質(zhì)界面處的反射的回波指示又存在指示第二傳輸信號(hào)在同一物質(zhì)界面處的反射的另一回波指示。為了使得易于將這樣的回波指示彼此相區(qū)分，可以在第一傳輸線探針構(gòu)件38和第二傳輸線探針構(gòu)件40之一的頂部提供延遲部分(圖2A中未示出)以在指示同一物質(zhì)界面處的反射的回波指示之間提供較好的時(shí)間間隔。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D5A至圖5B以及圖6描述根據(jù)本實(shí)用新型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的其他實(shí)施方式。上述示例性方法也直接適用于這些其他實(shí)施方式。

圖5A示意性地示出圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的第二實(shí)施方式。圖5A中的第二實(shí)施方式與圖2A中的第一實(shí)施方式的區(qū)別在于：第二傳輸線探針構(gòu)件40被屏蔽導(dǎo)體48一直屏蔽至第二傳輸線探針構(gòu)件40的下端，并且第二傳輸線探針構(gòu)件40的下端通過(guò)連接線82與第一傳輸線探針構(gòu)件38的下端導(dǎo)電地連接，其中連接線82可以是延遲線，例如具有介電常數(shù)相對(duì)高的電介質(zhì)的同軸電纜。

由于該配置差異，第二傳輸信號(hào)S_T2將從儲(chǔ)罐4的底部起在物質(zhì)界面處被(部分地)反射。這在圖5A中被示意性地示出，在圖5A中第二傳輸信號(hào)S_T2首先在第三物質(zhì)界面24處被反射，并且然后在第二物質(zhì)界面22處被反射。第一傳輸線探針構(gòu)件38具有與圖2A中示出的第一實(shí)施方式中相同的配置，使得第一傳輸信號(hào)S_T1首先被第一物質(zhì)界面20反射并且然后被第二物質(zhì)界面22反射。應(yīng)當(dāng)注意的是，第一傳輸線探針構(gòu)件38與第二傳輸線探針構(gòu)件40相比具有較高的平均衰減，正如上述第一實(shí)施方式的情況。

圖5A的第二實(shí)施方式的配置可以產(chǎn)生圖5B中示意性地示出的測(cè)量信號(hào)。如同圖4中的測(cè)量信號(hào)，圖5B中的測(cè)量信號(hào)包括指示在饋通處、在功率分配器處、在第一界面20(從頂部)處以及在第二界面22(從頂部)處的反射的回波指示。這些回波指示由在圖4中使用的相同的附圖標(biāo)記來(lái)指示。另外，圖5B中的測(cè)量信號(hào)包括：回波指示84，其指示第二傳輸線探針構(gòu)件40與連接線82之間的界面處的反射；回波指示86，其指示連接線82與第一傳輸線探針構(gòu)件38之間的界面處的反射；回波指示88，其指示在第三界面24處從下方的反射；回波指示90，其指示在第二界面22處從下方的反射；以及回波指示92，其指示在第一界面20處從下方的反射。

由于指示第一傳輸信號(hào)S_T1在物質(zhì)界面處從上方的反射的回波指示(74和76)與指示第二傳輸信號(hào)S_T2在物質(zhì)界面處從下方的反射的回波指示(88、90和92)之間的時(shí)間間隔，所以識(shí)別與第一傳輸信號(hào)S_T1有關(guān)的回波指示和與第二傳輸信號(hào)S_T2有關(guān)的回波指示將是直接的。

參照?qǐng)D6A至圖6B，將描述圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的第三實(shí)施方式。

圖6A是包括測(cè)量單元210、通信單元230、工藝連接件212和天線裝置7的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的側(cè)視圖。參考上面提供的與根據(jù)本實(shí)用新型的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式有關(guān)的描述，測(cè)量單元210包括收發(fā)器26、處理電路28和饋通34；并且通信單元230包括通信接口30。

如圖6A和作為圖6A中的天線裝置7的截面圖的圖6B中示意性地示出的，天線裝置7包括第一探針導(dǎo)體214、第二探針導(dǎo)體216、屏蔽導(dǎo)體218以及包圍第一探針導(dǎo)體214和第二探針導(dǎo)體216的介電材料220例如PTFE。

在該第三實(shí)施方式中，第一傳輸線探針構(gòu)件38由第一探針導(dǎo)體214以及與第一探針導(dǎo)體214相鄰的屏蔽導(dǎo)體218和介電材料220的部分形成。第二傳輸線探針構(gòu)件40由第二探針導(dǎo)體216以及與第二探針導(dǎo)體216相鄰的屏蔽導(dǎo)體218和介電材料的部分形成。

如根據(jù)與上面的耦合效率等有關(guān)的描述將明顯的，第一傳輸線探針構(gòu)件38的耦合因子(α₁)顯著高于第二傳輸線探針構(gòu)件40的耦合因子(α₂)。如上所述，第一探針導(dǎo)體214和第二探針導(dǎo)體216可以或可以不在其下端處彼此導(dǎo)電地連接。

最后，參考圖7A至圖7B，將描述圖1中的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)2的第四實(shí)施方式。

如圖在7A至圖7B可以看出的，根據(jù)第四實(shí)施方式的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)與圖6A至圖6B中的第三實(shí)施方式的區(qū)別主要在于：屏蔽導(dǎo)體218具有不同的配置。代替圖6B中的U形輪廓，圖7B中的屏蔽導(dǎo)體218具有H形輪廓。在圖7A至圖7B的示例實(shí)施方式中，在隔板224兩旁的第一通道222a和第二通道222b被填充以相同的介電材料220(例如PTFE)。為了提供期望的不同耦合因子(α₁和α₂)，與第二探針導(dǎo)體216在第二通道222b中相比，將第一探針導(dǎo)體214在第一通道222a中布置得較淺。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識(shí)到本實(shí)用新型決不限于上述優(yōu)選實(shí)施方式。例如，許多其他的探針布置會(huì)是可行的。特別地，屏蔽導(dǎo)體218的許多其他的截面是可能的，并且可能是有益的。此外，屏蔽導(dǎo)體218的截面和/或介電材料的配置可以沿著探針布置7的長(zhǎng)度而變化。這樣的變化有利地可以是基本上連續(xù)的。