專利名稱：具有電介質(zhì)棒連接的雷達(dá)料位計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電磁波確定料箱中的產(chǎn)品的填充料位的雷達(dá)料位計(jì)。該料位計(jì)包括電子單元，該電子單元包括用于傳送和接收電磁波的收發(fā)器電路，以及連接到收發(fā)器電路并且適于基于傳送波和反射波之間的關(guān)系確定過程變量的處理電路。
背景技術(shù)：
用于測(cè)量諸如液體或者如顆粒的固體的填充材料的料位的雷達(dá)料位計(jì)量(RLG) 是用于料箱、容器等中的料位計(jì)量的日益重要的方法。許多不同類型的RLG系統(tǒng)是已知的。 在受讓于Rosemount Tank Radar公司的US 7 106 247中公開了這種系統(tǒng)的一個(gè)示例，并且該示例包括料箱內(nèi)部的天線和料箱外部的包含收發(fā)器電路和處理電路的電子單元。存在許多方法將電子單元與料箱中的天線連接，典型地包括某種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)或同軸連接器。然而，在一些應(yīng)用中，有用的是布置RLG的電子單元以便可容易地更換和交換。此外，在一些應(yīng)用中，期望將若干個(gè)提供功能獨(dú)立的測(cè)量通道的電子單元連接到同一天線。使用同一物理天線但是以其他方式電氣獨(dú)立的獨(dú)立雷達(dá)料位計(jì)以低成本提供了冗余。例如， 將不止一個(gè)傳感器連接到一個(gè)天線是用于實(shí)現(xiàn)具有料位傳感器和獨(dú)立填滿警報(bào)等的系統(tǒng)的極為成本有效的方法，并且在用戶和官方中獲得了廣泛的接受。在受讓于Rosemount Tank Radar公司的WO 03/025523中公開了這種使用若干個(gè)通道用于饋送同一個(gè)天線的系統(tǒng)的一個(gè)示例。圖1示出了該類型的現(xiàn)有技術(shù)布置的示例， 三個(gè)電子單元101、102、103與連接到天線(未示出)的波導(dǎo)104連接。這些電子單元借助于例如轉(zhuǎn)門結(jié)105的連接裝置連接到波導(dǎo)。這些電子單元使用諸如同軸連接器的傳統(tǒng)端子連接到連接裝置。電子單元中的一個(gè)連接到將具有第一偏振的能量耦合到波導(dǎo)中的第一探針106。其他兩個(gè)電子單元經(jīng)由作為轉(zhuǎn)門結(jié)的一部分的功分器108連接到第二探針107。在受讓于Rosemount Tank Radar公司的US 7，701, 385中公開了另一示例。在該情況下，兩個(gè)或更多個(gè)電子單元被組合以形成菠蘿片形，其孔可以形成波導(dǎo)的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有連接到同一天線的一個(gè)或若干個(gè)可容易更換的電子單元的雷達(dá)料位計(jì)量系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該目的通過一種使用電磁信號(hào)確定料箱中的產(chǎn)品的過程變量的雷達(dá)料位計(jì)實(shí)現(xiàn)，其包括電子單元，該電子單元包括安裝部分和電路部分，該電路部分包括用于傳送和接收電磁信號(hào)的收發(fā)器電路、連接到收發(fā)器電路并且適于基于傳送信號(hào)和接收信號(hào)之間的關(guān)系確定填充料位的處理電路、以及定向耦合器。該料位計(jì)進(jìn)一步包括信號(hào)傳播裝置，其被布置為將電磁信號(hào)導(dǎo)向料箱中并且返回從料箱反射的電磁信號(hào)；以及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其被布置為在電子單元和信號(hào)傳播裝置之間引導(dǎo)電磁信號(hào)，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)材料的棒。該安裝部分限定了開口并且能夠可拆卸地安裝在電介質(zhì)棒上，從而棒通過該開口延伸并且至少部分地被該開口圍繞。該安裝部分被進(jìn)一步布置為使電路部分相對(duì)于棒固定，從而所述定向耦合器處于耦合收發(fā)器電路和棒之間的信號(hào)的位置。“能夠可拆卸地安裝”旨在意味著單元可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員更換，而不需要額外的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)料位計(jì)例如在故障或升級(jí)的情況下便利了電子單元的更換。由于不存在金屬連接，因此安裝不是嚴(yán)格的。每個(gè)安裝部分可以簡(jiǎn)單地推進(jìn)或拉出電介質(zhì)棒。 應(yīng)當(dāng)注意，在其中料箱包含加壓或有毒內(nèi)容物并且相對(duì)于外部密封的情況下，可以在維持料箱密封的情況下從棒拆卸電子單元。同時(shí)，電介質(zhì)棒實(shí)現(xiàn)了針對(duì)和來自每個(gè)電子單元的極為簡(jiǎn)單的、成本有效的和可靠的饋送。定向耦合器確保了傳送功率被向下導(dǎo)向天線并且可以以相同方式接收反射功率。 通過該定向耦合結(jié)構(gòu)，具有相同偏振的兩個(gè)或者可能三個(gè)單元可以彼此堆疊，但是具有可接受的功率損失并且假設(shè)存在某些信號(hào)參數(shù)的充分區(qū)別。注意，偏振典型地提供約18至 20dB的信號(hào)隔離，而定向耦合典型地提供約15至20dB的信號(hào)隔離。安裝部分和電路部分可以被形成為一個(gè)集成單元，更進(jìn)一步便利電子單元的任何處置。然而，還可能使安裝部分作為分離元件，電路部分可附連到該分離元件。在該情況下， 有可能在不移除安裝部分的情況下從棒拆卸電路部分。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電介質(zhì)棒適于用作表面波導(dǎo)。在該情況下，該棒未被任何傳導(dǎo)包圍物圍繞，并且因此該設(shè)計(jì)有效地防止沿波導(dǎo)的任何氣體泄漏。在該情況下，天線可以是棒天線并且電介質(zhì)棒可以是天線的延伸。這提供了機(jī)械上極為簡(jiǎn)單和魯棒的系統(tǒng)?？商孢x地，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括用于使電介質(zhì)棒表面波導(dǎo)與中空波導(dǎo)匹配的中間變換結(jié)構(gòu)。對(duì)于某些類型的天線，可能期望針對(duì)中空波導(dǎo)的變換?！爸锌铡辈▽?dǎo)在這里指的是其中傳導(dǎo)材料包圍中空空間的波導(dǎo)，該中空空間可以是空的或者填充有適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料。中空波導(dǎo)可以是具有適當(dāng)橫截面的管狀的，并且在優(yōu)選實(shí)施例中其具有圓形橫截面。根據(jù)另一實(shí)施例，電介質(zhì)棒被傳導(dǎo)包圍物圍繞以便形成中空(但是電介質(zhì)填充的)波導(dǎo)。在該情況下，對(duì)開口定界的安裝部分的壁可以形成傳導(dǎo)包圍物的一部分。當(dāng)若干個(gè)電子單元連接到同一天線時(shí)，本發(fā)明是有用的。在該情況下，電介質(zhì)棒應(yīng)具有允許若干個(gè)電子單元彼此相疊地沿棒布置的長(zhǎng)度。因而這些單元在棒的軸向方向上彼此疊置。這些單元可以彼此相疊安放，或者可以通過適當(dāng)?shù)木嚯x元件隔開，或者可以借助于適當(dāng)?shù)木o固元件固定在期望位置。每個(gè)電子單元可以提供功能獨(dú)立的測(cè)量通道。例如，在用于油船的雷達(dá)料位計(jì)量系統(tǒng)中，需要至少一個(gè)在功能上獨(dú)立于料位測(cè)量系統(tǒng)的填滿警報(bào)。這里的功能獨(dú)立意味著一個(gè)通道中的故障不應(yīng)使另一通道不可操作，從而仍可以在其他通道中執(zhí)行料位測(cè)量。這里的通道被限定為所有電子裝置，包括微波傳送器和接收器，需要其生成、傳送、分送和接收直到微波波導(dǎo)的微波信號(hào)。這種獨(dú)立可以通過確保不存在公共電路和線纜來實(shí)現(xiàn)。然而，可以共享例如通常不會(huì)發(fā)生故障的固定機(jī)械構(gòu)造。分離通道中使用的微波信號(hào)必須可以彼此區(qū)別。這可以通過生成用于不同通道的具有例如不同偏振、不同調(diào)制、不同頻率或者在時(shí)間上隔開的微波信號(hào)來布置。為了確保功能獨(dú)立，每個(gè)電子單元可以相對(duì)其他電子單元電子地和流電地分隔。 表述“電子地和流電地分隔”在這里應(yīng)被理解為意味著電子單元彼此電氣分隔并且隔離。典型地，但非必需地，電子單元還被形成為物理上單獨(dú)的單元，它們單獨(dú)地安裝在電介質(zhì)棒上。兩個(gè)電子單元可以被布置為傳送具有不同偏振的波以實(shí)現(xiàn)通道的分隔。例如，適于傳送線性偏振輻射的兩個(gè)電子單元可以相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)90度。這確保了從這些電子單元中的第一電子單元發(fā)射的電磁波具有與從這些電子單元中的第二電子單元發(fā)射的電磁波正交的偏振。如果實(shí)現(xiàn)圓偏振，則較之發(fā)射波，由于表面界面中的反射，反射波將具有相反的偏振。因此，在該情況下，所有單元將典型地以相同偏振(例如RHCP(右旋圓偏振))傳送并且以相同偏振(例如LHCP (左旋圓偏振))接收。這樣通道的分隔將通過定向耦合并且可能通過另外的可區(qū)別特征來完成。在一些情況下，例如當(dāng)超過兩個(gè)電子單元連接到棒時(shí)，可以借助于除了偏振以外的特征使從第一電子單元傳送的電磁波區(qū)別于從第二電子單元傳送的電磁波。這些特征的示例包括定時(shí)、分隔的頻率范圍、頻率調(diào)制等。在其中三個(gè)電子單元布置在棒上的情形下，它們可以相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)120度。這使用偏振和至少一個(gè)其他可區(qū)別的特征的組合實(shí)現(xiàn)了通道的分隔。


現(xiàn)將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、若干個(gè)電子單元如何連接到同一波導(dǎo)的示意圖。圖2示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一實(shí)施例的雷達(dá)料位計(jì)的平面視圖。圖3示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二實(shí)施例的雷達(dá)料位計(jì)的平面視圖。圖4至6示出了適用于圖2和3中的雷達(dá)料位計(jì)的電子單元之間的耦合的各種示例。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的若干個(gè)電子單元如何連接到波導(dǎo)的示意圖。圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電子單元的幾何設(shè)計(jì)。圖9示意性地示出了均具有一個(gè)電子單元的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖2示意性地示出了安裝到料箱2的箱頂?shù)母鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雷達(dá)料位計(jì)1。簡(jiǎn)言之，料位計(jì)1是用于確定料箱2中容納的填充材料3的填充料位L的示例性雷達(dá)料位計(jì)。填充材料3可以是諸如油、精煉產(chǎn)品、化學(xué)和液化氣體的產(chǎn)品，或者可以是諸如谷物、顆?；蛎旱木哂蟹勰┗蝾w粒形式的固體材料。料箱2可以是靜止的或者布置在諸如油輪的移動(dòng)交通工具上。料位計(jì)的工作原理是將微波信號(hào)傳送到料箱中并且從料箱接收反射信號(hào)。微波信號(hào)由填充材料和周圍氣氛4之間的界面(即填充材料的上表面幻，或者不同填充材料(例如油和水)之間的界面反射。分析反射信號(hào)以確定到該界面的距離。雷達(dá)料位計(jì)1包括一個(gè)或若干個(gè)(在圖示情況下，兩個(gè))電子單元6，即6a、6b，將參照?qǐng)D4至6更詳細(xì)地描述這些電子單元。電子單元包括電路部分，該電路部分包括用于傳送和接收微波信號(hào)的收發(fā)器電路以及用于基于從料箱反射的接收信號(hào)確定容器的填充料位的處理電路。
電子單元6a、6b以及諸如通信接口和電源和/或功率管理電路(未示出)的任何另外的電路被殼體7所圍繞，其優(yōu)選地提供電路的氣密密封。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括布置在料箱2內(nèi)部的用于將微波信號(hào)傳送到料箱2中并且接收反射信號(hào)的天線8，以及用于在電子單元6a、6b和天線8之間引導(dǎo)微波信號(hào)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9。 天線8可以用作用于發(fā)射輸出電磁波的傳送器并且用作用于接收反射回波信號(hào)的接收器。 圖2中的天線8是棒天線。然而，也可以使用其他類型的天線或信號(hào)傳播裝置，包括諸如喇叭天線(參見圖3)的自由傳播天線、固定或可移動(dòng)拋物面天線、圓錐天線以及諸如靜管 (still pipe)、傳送線路或探針的波導(dǎo)。雷達(dá)料位計(jì)1典型地布置在料箱2的外部，并且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9隨后通過安裝在料箱 2的箱頂中的安裝結(jié)構(gòu)11中的孔10突出到容器中。如果需要，向開口 10提供密封12，其被布置為在維持氣密密封的同時(shí)允許電磁信號(hào)穿過容器的壁，以便防止容器內(nèi)容物從容器逸出ο波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9包括電介質(zhì)材料的棒13，其從電子單元6朝向天線8延伸。每個(gè)電子單元6具有安裝部分，其限定了使其能夠可拆卸地安裝在棒13上的開口 14。在圖示情況下，安裝部分由殼體自身形成。例如，如圖示情況中的那樣，單元6可以是環(huán)形的，具有中心開口 14。電介質(zhì)棒13不必完全由單元6a、6b圍繞，單元6a、6b可以具有例如部分環(huán)形形狀?？商孢x地，安裝部分是例如具有環(huán)的形式的分立部件，并且電子單元的電路部分于是可能可釋放地附連到安裝部分。單元6a安裝在棒13上，從而棒13通過開口 14延伸。在圖示情況下，單元6a中的開口 14圍繞棒13，并且單元6a因而從頂部安裝到棒13上。如果單元6a的相對(duì)旋轉(zhuǎn)是重要的，諸如在正交偏振的情況下，則優(yōu)選地通過適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)部件來確保單元的取向。如圖 2中所示，棒13可以例如在其軸向方向上配備有槽22，并且單元6a、6b可以配備有裝配在這些槽中的突出22。在開口 14僅部分地圍繞棒13的情況下，單元6可以可替選地從側(cè)面安裝。例如在棒13具有方形或矩形橫截面，并且單元6具有位于一個(gè)其側(cè)面中的矩形開口的情況下， 這是可能的。這在圖8中示出。該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過從矩形棒13的不同側(cè)面安裝各單元，可以容易地確保電子單元6a、6b之間的90度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。電子單元6a、6b被布置為將例如微波信號(hào)的電磁波導(dǎo)向棒13中，并且接收反射信號(hào)。出于該目的，單元6a、6b可以配備有定向耦合器，其連接到收發(fā)器電路并且適于將傳送微波信號(hào)耦合到延伸通過開口 14的電介質(zhì)棒13中并且外耦合(out-couple)來自電介質(zhì)棒13的反射微波信號(hào)。這將在下文中參照?qǐng)D4至6更詳細(xì)地描述。為了提供彼此獨(dú)立的若干個(gè)料位測(cè)量，可以將若干個(gè)電子單元6a、6b布置在棒13 上。這樣每個(gè)單元eaJb被布置為在分立通道上傳送微波信號(hào)，即來自不同單元6a、6b的信號(hào)可以彼此區(qū)別，并且不會(huì)彼此干擾。可以在電子單元6a、6b之間提供適當(dāng)?shù)钠ヅ?。該匹配可以被形成為兩個(gè)相鄰的單元6a、6b之間的安裝在棒13上的電介質(zhì)或金屬材料的管或套，并且將在下文中參照?qǐng)D4至 6更詳細(xì)地描述。這種套可以與單元6分離或者與其集成。由于圖2中的電介質(zhì)棒被布置為用作表面波導(dǎo)，因此其未被任何傳導(dǎo)套包圍。開口 14的內(nèi)部可以是開放的或者被適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)壁封閉。為了使單元6a、6b彼此分隔適當(dāng)?shù)木嚯x，諸如塑料環(huán)或套的距離元件20可以被布置在相鄰的單元6a、6b之間。這將在下文中參照?qǐng)D4和5更詳細(xì)地描述。波導(dǎo)終止部15可以被布置在棒13的相對(duì)于天線8的遠(yuǎn)端16。終止部15適于抑制或吸收到達(dá)棒13的遠(yuǎn)端16的微波能量，以便避免末端中的反射引起將由電子單元6a、6b 接收的可能的干擾回波。終止部15還可以適于鎖定或固定安裝在棒13上的電子單元6a、 6b。如圖2中圖示的實(shí)施例中的那樣，當(dāng)天線8是棒天線時(shí)，電介質(zhì)棒13可以簡(jiǎn)單地是天線的延伸。在其他情況下，如將在示出喇叭天線的圖3中圖示的，或者在拋物面天線的情況下，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9可以有利地包括中間變換結(jié)構(gòu)，其布置在棒和不同類型的波導(dǎo)之間。此外，電介質(zhì)棒13可以延伸通過料箱2和殼體7之間的通風(fēng)空間17。棒13隨后穿過殼體7的底壁中的開口 18到達(dá)通風(fēng)空間17，并且隨后繼續(xù)到達(dá)料箱2。如同料箱2中的開口 10，開口 18可以通過密封19進(jìn)行密封，允許電磁信號(hào)通過但是針對(duì)外部環(huán)境保護(hù)內(nèi)部的電子裝置。通風(fēng)空間17可以例如由附連到料箱2的箱頂并且支承殼體7的穿孔環(huán)23 形成。可替選地，環(huán)23可以由自動(dòng)地創(chuàng)建通風(fēng)空間的諸如釘銷的其他適當(dāng)?shù)闹С形锾鎿Q。適當(dāng)?shù)钠ヅ湓﨧可以被布置為與料箱開口 10相鄰，以確保具有不同厚度的圍繞的傳導(dǎo)材料之間的匹配。應(yīng)當(dāng)注意，單元6a、6b中的一個(gè)可以由環(huán)形距離元件替換，該環(huán)形距離元件具有與電子單元大致相同的厚度。例如如果棒13被制造為適于兩個(gè)單元的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，則這可能是有利的。這樣環(huán)形元件25可以在單元6下方或上方安裝在棒13上以便創(chuàng)建相同的總軸向延伸，由此仍允許終止部15鎖定單元6。這在圖9中示出。圖3中圖示的雷達(dá)料位計(jì)的基本原理與圖2中圖示的原理相似。然而，在該情況下，天線31是喇叭天線，并且這里的電介質(zhì)棒13形成了中空波導(dǎo)32的填充?！爸锌铡辈▽?dǎo)指的是其中傳導(dǎo)材料包圍中空空間的波導(dǎo)，該中空空間可以是空的或者填充有適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料。電磁波被弓丨導(dǎo)跨越中空波導(dǎo)的整個(gè)橫截面。在優(yōu)選實(shí)施例中， 橫截面是90度對(duì)稱的，例如基本上圓形的橫截面。在圖示示例中，棒13 —直延伸到天線31，并且結(jié)束于喇叭的上端。棒的下梢33是尖角的，以形成波導(dǎo)和天線之間的匹配變換。天線的喇叭可以進(jìn)一步由電介質(zhì)材料(未示出)密封。可替選地，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9可以包括針對(duì)諸如空的中空波導(dǎo)的不同類型的中空波導(dǎo)的變換。在圖3中，每個(gè)電子單元6a、6b的開口 14具有傳導(dǎo)材料的內(nèi)壁34，并且任何距離元件35也形成有內(nèi)壁，其面對(duì)棒，由傳導(dǎo)材料制成。結(jié)果，電介質(zhì)棒13完全被傳導(dǎo)層圍繞， 以便形成中空波導(dǎo)32。這將在圖6中更詳細(xì)地描述。若干種定向耦合結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中是公知的并且將參照?qǐng)D4至6討論適當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)方案的幾個(gè)示例。參照?qǐng)D4和5描述的實(shí)施例適合如圖2中公開的實(shí)現(xiàn)方案，其中電介質(zhì)棒用作表面波導(dǎo)(未被傳導(dǎo)層圍繞)。相反，參照?qǐng)D6描述的實(shí)施例適合如圖3中公開的實(shí)現(xiàn)方案，其中電介質(zhì)棒形成中空波導(dǎo)的一部分。在圖如中，每個(gè)單元6包括支承所需電路(例如收發(fā)器電路和處理電路)的柔性印刷電路板(PCB)41，其容納在諸如塑料的非傳導(dǎo)材料的殼體42中。PCB 41包括延伸通過殼體的內(nèi)壁44中的開口的唇部分43，以便延伸到開口 14中。如圖4b中所示，唇43具有形成長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)的傳送線路的電路路徑(這里的“波長(zhǎng)”涉及雷達(dá)料位計(jì)的操作頻率處棒材料中的波長(zhǎng))。當(dāng)單元6安裝在棒13上時(shí)，唇43彎曲以便沿棒13的外表面布置。因而四分之一波傳送線路將在棒的軸向方向上延伸，并且用作定向耦合。唇43的彎曲可以在安裝時(shí)通過棒13實(shí)現(xiàn)，或者在安裝之前通過可以插入到開口 14中的分立的套45實(shí)現(xiàn)。在該情況下唇43將夾在內(nèi)壁44和套45之間。為了允許在減少電路圖案的損壞風(fēng)險(xiǎn)的情況下使PCB 41彎曲，壁44可以具有平滑的下緣47，柔性PCB 41 可以抵靠在該下緣47上。套45還可以有利地用作徑向方向上的引導(dǎo)物，確保棒13上的單元6的正確對(duì)準(zhǔn)。 套45可以進(jìn)一步包括殼體42底部下方的凸緣部分46，其用作相鄰單元6之間的距離元件 (對(duì)應(yīng)于圖2中的距離元件20)。在圖中，與圖4中的情況相似，單元6再次包括PCB 51和殼體52。在該實(shí)施例中，耦合元件53安裝在PCB上以便在單元被安裝到電介質(zhì)棒13上時(shí)與電介質(zhì)棒13接近。 耦合元件53可以具有本身已知的類型，并且適于提供從PCB 51上的電路到用作表面波導(dǎo)的棒13的電磁波的定向耦合。為了確保耦合元件53和棒13之間的令人滿意的耦合，該實(shí)施例中的殼體52不具有任何面對(duì)開口 14的內(nèi)壁。為了確保棒13的徑向方向上的令人滿意的引導(dǎo)，單元可以進(jìn)一步包括引導(dǎo)套M， 其附連到殼體52的底部。如圖釙中指示的，第二耦合元件53'可以相對(duì)于第一元件成90度布置。該布置將使得能夠以圓偏振進(jìn)行信號(hào)的傳送和接收，這在一些實(shí)現(xiàn)方案中可能是有利的。在圖6a中，與圖4和5中的情況相似，單元6再次包括PCB 61和殼體62，并且耦合元件63再次安裝在PCB上以便被布置為在單元被安裝到棒13上時(shí)與棒13接近。然而， 在該示例中，電介質(zhì)耦合元件包括兩個(gè)饋送點(diǎn)64、65，它們具有四分之一波長(zhǎng)的豎直距離， 并且被布置為突出到單元6的開口 14中。兩個(gè)饋送點(diǎn)被饋以90度相差，由此確保一個(gè)方向上的電磁波的傳送。這里的棒13配備有槽68，其中饋送點(diǎn)64、65可以延伸到該槽中。如上文參照?qǐng)D2 討論的，該槽還將用作引導(dǎo)物，確保單元6的正確的徑向取向。傳送波的方向?qū)⑹菑脑跁r(shí)間上領(lǐng)先的饋送點(diǎn)(即通過最短傳送線路連接)到在時(shí)間上落后的饋送點(diǎn)(即通過最長(zhǎng)傳送線路連接)。出于該原因，有利的是，將PCB 61布置在單元6的頂部，從而耦合元件63朝向料箱向下突出。這樣與料箱最接近的饋送點(diǎn)65還將是具有到PCB 61的最長(zhǎng)傳送線路的饋送點(diǎn)。該實(shí)施例中的殼體62優(yōu)選地包括傳導(dǎo)內(nèi)壁66，其圍繞開口 14。于是饋送點(diǎn)64、65 在該套66中延伸通過開口，并且與其隔離。殼體可以進(jìn)一步配備有傳導(dǎo)套部分67，其布置在殼體62的底部下方。如同圖如中的凸緣部分46，該套67將用作引導(dǎo)物，確保單元6的正確對(duì)準(zhǔn)，并且還用作確保相鄰單元 6之間的正確距離的距離元件。通過傳導(dǎo)內(nèi)壁66和傳導(dǎo)套67，單元6將形成圍繞電介質(zhì)棒13的連續(xù)傳導(dǎo)包圍物， 因而創(chuàng)建中空波導(dǎo)，如參照?qǐng)D3討論的那樣。
如圖6b中指示的，具有第二對(duì)饋送點(diǎn)64'的第二耦合元件63'可以相對(duì)于第一對(duì)成90度布置。在該情況下，顯然棒13需要配備有第二槽68'。與圖恥中的實(shí)施例相似，這允許以圓偏振進(jìn)行信號(hào)的傳送和接收。如圖4至6中圖示的，定向耦合結(jié)構(gòu)43、53、63可以布置在與收發(fā)器電路相同的印刷電路板(PCB)41、51、61上。耦合結(jié)構(gòu)集中到一個(gè)PCB可以實(shí)現(xiàn)更好的性能(絕緣和匹配)，并且對(duì)于生產(chǎn)是相對(duì)成本有效的和簡(jiǎn)單的。因而，將關(guān)于每個(gè)通道的所有關(guān)鍵的微波功能集中到一個(gè)PCB是極為成本有效的解決方案。此外，存在從TX/RX模塊到天線的極短的微波路徑，這對(duì)于例如小距離處的良好測(cè)量性能而言是重要的性質(zhì)。定向耦合器結(jié)構(gòu)應(yīng)被設(shè)計(jì)用于收發(fā)器電路和天線之間的適當(dāng)程度的耦合。這可以被量化為進(jìn)入的向上的波(反射信號(hào))在到達(dá)PCB上的輸入之前的衰減。該衰減是用作部件的任何定向耦合器的典型的規(guī)范參數(shù)。在相當(dāng)弱的耦合(諸如-IOdB)的情況下，最下面的電子單元接收到的信號(hào)將減少約-10dB。在下一電子單元處，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的信號(hào)降低，因此遞送到第二單元的信號(hào)將減少-10. 5dB。第三單元(如果所有三個(gè)單元使用相同的偏振) 將僅接收-lldB，這是因?yàn)椴▽?dǎo)中的信號(hào)仍略弱。為了不損失過多的信號(hào)，耦合應(yīng)是較強(qiáng)的，但是這也將使去往下一單元的信號(hào)減少。一種獲得可用信號(hào)的最優(yōu)分割的方法是沿波導(dǎo)布置不同的耦合。通過圖6a/6b中示出的耦合，由于耦合強(qiáng)烈地依賴于探針64的刺入深度，因此這布置起來相當(dāng)簡(jiǎn)單。如果電介質(zhì)棒13由特殊設(shè)計(jì)的塑料片覆蓋，則其可以被布置為以不均勻的方式略微偏心，從而最下面的單元的探針具有小于下一單元的刺入(=較小的耦合)，該下一單元又具有小于最上面的單元的耦合(如果堆疊三個(gè)單元)。耦合強(qiáng)度的適當(dāng)變化可以典型地通過按Imm量級(jí)改變刺入深度來完成。如果棒被設(shè)計(jì)用于三個(gè)相同的電子單元，則耦合可以被布置為使得最下面的單元獲得來自天線的反射回波的1/4，下一單元獲得剩余的1/3并且最上面的單元獲得剩余的 1/2。這樣每個(gè)單元以及終止部15均獲得總信號(hào)功率的1/4。對(duì)于兩個(gè)單元(具有相同的偏振)堆疊的情況，套可以被布置為使得最下面的單元獲得1/3的功率，并且上面的單元獲得剩余功率的1/2。在該情況下兩個(gè)單元和終止部均獲得1/3。對(duì)于另一最優(yōu)化方案，套可以被設(shè)計(jì)為具有針對(duì)最下面的單元的強(qiáng)耦合以及針對(duì)第二和第三單元的較弱的耦合，這是因?yàn)楫?dāng)信號(hào)強(qiáng)時(shí)在高料位處關(guān)于高料位警報(bào)的使用是活躍的。圖7示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的將三個(gè)電子單元6a、6b、6c連接到公共波導(dǎo)。較之圖1中圖示的現(xiàn)有技術(shù)，波導(dǎo)包括電介質(zhì)棒13，其朝向天線(圖7中未示出) 引導(dǎo)來自所有三個(gè)電子單元6的電磁信號(hào)。每個(gè)電子單元6的定向耦合分別實(shí)現(xiàn)了與每個(gè)單元6相關(guān)聯(lián)的每個(gè)測(cè)量通道的分離。在圖7中，兩個(gè)單元6a、6b可以被布置為具有不同的偏振(例如正交線性偏振)。 第三單元6c具有與一個(gè)其他單元相同的偏振，并且優(yōu)選地可以借助于除了偏振以外的特性使來自該單元的信號(hào)區(qū)別于來自其他單元的信號(hào)。這些特征包括時(shí)間和頻率。還可能的是，所有三個(gè)單元使用相同的偏振，諸如左旋或右旋圓偏振。這里公開的雷達(dá)料位計(jì)可容易地安裝在料箱上。首先，信號(hào)傳播裝置和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被安裝到料箱的箱頂中的適當(dāng)?shù)陌惭b結(jié)構(gòu)，其優(yōu)選地是用于該目的的安裝凸緣。該凸緣可以由適當(dāng)?shù)拿芊馓峁?。電介質(zhì)棒被布置為從料箱的箱頂基本上豎直延伸，并且在棒上一個(gè)或若干個(gè)電子單元被安裝為使得棒通過每個(gè)單元中的開口延伸。這樣每個(gè)單元的定向耦合器將相對(duì)于棒固定以實(shí)現(xiàn)從單元傳送的和從料箱接收的信號(hào)的定向耦合。在安裝之后，可以在不需要特殊工具的情況下容易地在現(xiàn)場(chǎng)從棒移除單元，用于維護(hù)或更換。在使用中，收發(fā)器電路傳送通過定向耦合器43、53、63耦合到電介質(zhì)棒13的微波信號(hào)。信號(hào)通過棒13通過容器頂11被引導(dǎo)并且被引導(dǎo)至將信號(hào)發(fā)射到料箱2中的天線8、 31。微波信號(hào)傳播到料箱2中并且通過料箱中存在的任何阻抗變換而被反射。特別地，微波由料箱中的材料3的表面5反射。該反射被稱為表面回波。包括任何表面回波的反射微波由天線8、31接收，并且由波導(dǎo)結(jié)構(gòu)9引導(dǎo)回到定向耦合器43、53、63，并且經(jīng)由收發(fā)器電路傳送到處理電路。處理電路基于傳送信號(hào)和接收信號(hào)確定到表面5的距離。接收信號(hào)可以由處理器處理，該處理器具有用于分析信號(hào)以便于確定填充料位的軟件，并且該處理器優(yōu)選地是基于微處理器的電路。由信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)的功能和算法(其中一些可以被實(shí)施為硬件并且其中一些可以被實(shí)施為軟件)本身在本領(lǐng)域中是已知的并且在本申請(qǐng)中將不做進(jìn)一步討論。雷達(dá)料位計(jì)可以經(jīng)由信號(hào)導(dǎo)線等耦合到遠(yuǎn)程位置(例如控制室)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明絕非限于以上描述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)許多修改和變化是可能的。例如，電子單元6的幾何外觀和設(shè)計(jì)可以不同于圖示示例，并且可以是例如矩形的、半環(huán)形的、或者限定可通過其插入電介質(zhì)棒的開口的任何其他形狀。此外，單元6和棒13之間的信號(hào)耦合可以通過可替選的方法實(shí)現(xiàn)。在其中電子單元6的安裝部分能夠從電路部分拆卸的情況下，安裝部分被布置為允許定向耦合器與棒操作接觸。
權(quán)利要求
1.一種使用電磁信號(hào)確定料箱O)中的產(chǎn)品的填充料位(L)的雷達(dá)料位計(jì)，包括電子單元(6)，包括安裝部分和電路部分，所述電路部分包括用于傳送和接收電磁信號(hào)的收發(fā)器電路、連接到所述收發(fā)器電路并且適于基于傳送信號(hào)和接收信號(hào)之間的關(guān)系確定所述填充料位的處理電路、以及定向耦合器(43 ；53 ；63)；信號(hào)傳播裝置(8 ；33)，被布置為將電磁信號(hào)導(dǎo)向所述料箱中并且返回從所述料箱反射的電磁信號(hào)；以及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(9)，被布置為在所述電子單元和所述信號(hào)傳播裝置之間引導(dǎo)所述電磁信號(hào)， 所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)材料的棒(13)，其中所述安裝部分限定了開口(14)并且能夠可拆卸地安裝在所述電介質(zhì)棒(13)上， 從而所述棒通過所述開口延伸并且至少部分地被所述開口圍繞，以及其中所述安裝部分被布置為使所述電路部分相對(duì)于所述棒固定，從而所述定向耦合器處于耦合所述收發(fā)器電路和所述棒之間的信號(hào)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中所述電介質(zhì)棒適于用作表面波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中所述信號(hào)傳播裝置是棒天線(8)并且所述電介質(zhì)棒是所述天線的延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(9)進(jìn)一步包括用于使所述電介質(zhì)棒與中空波導(dǎo)匹配的中間變換結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中所述棒(1 由傳導(dǎo)包圍物(34、3幻圍繞以形成中空波導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中對(duì)所述開口(14)定界的所述安裝部分的壁 (34)形成所述傳導(dǎo)包圍物的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，包括在所述電介質(zhì)棒(1 上軸向分離布置的至少兩個(gè)電子單元(6a、6b)，其中所述電介質(zhì)棒延伸通過所有安裝部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中每個(gè)電子單元(6a、6b)提供在功能上獨(dú)立的測(cè)量通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的雷達(dá)料位計(jì)，包括兩個(gè)電子單元，該兩個(gè)電子單元適于傳送相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)90度的線性偏振輻射，從而從這些電子單元中的第一電子單元發(fā)射的電磁波具有與從這些電子單元中的第二電子單元發(fā)射的電磁波正交的偏振。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)料位計(jì)，包括兩個(gè)電子單元，所述兩個(gè)電子單元被布置為傳送具有圓偏振的電磁波。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中能夠借助于除了偏振以外的特征使從第一電子單元傳送的電磁波區(qū)別于從第二電子單元傳送的電磁波。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中每個(gè)安裝部分具有環(huán)形形狀，其具有基本上位于中心的開口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，其中所述安裝部分和所述電路部分被形成為一個(gè)集成單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)，進(jìn)一步包括波導(dǎo)終止部(15)，相對(duì)于所述信號(hào)傳播裝置(8;3；3)布置在所述棒(1 的遠(yuǎn)端，該終止部適于吸收到達(dá)所述終止部的任何微波能量。
15.一種用于組裝根據(jù)權(quán)利要求1所述的雷達(dá)料位計(jì)的方法，包括 提供用于安裝在料箱的箱頂中的安裝結(jié)構(gòu)(11)，使所述信號(hào)傳播裝置(8 ；33)以及連接到所述信號(hào)傳播裝置的所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(9)附連到所述安裝結(jié)構(gòu)，將所述電子單元(6)的所述安裝部分安裝在所述棒(1 上，從而所述棒延伸通過所述開口(14)，并且從而相對(duì)于所述棒固定所述電路部分，使得所述定向耦合器處于耦合所述收發(fā)器電路和所述棒之間的信號(hào)的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將第二電子單元安裝在所述棒上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，進(jìn)一步包括將所述安裝結(jié)構(gòu)安裝在料箱(2)的箱頂中，從而所述電介質(zhì)棒從所述箱頂基本上豎直地延伸。
全文摘要
一種使用電磁信號(hào)確定料箱(2)中的產(chǎn)品的填充料位的雷達(dá)料位計(jì)包括電子單元(6)，其包括收發(fā)器電路、被布置為將電磁信號(hào)導(dǎo)向料箱中并且返回從料箱反射的電磁信號(hào)的信號(hào)傳播裝置以及定向耦合器。該料位計(jì)還包括波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(9)，其包括電介質(zhì)材料的棒(13)。電子單元的安裝部分限定開口(14)并且能夠可拆卸地安裝在電介質(zhì)棒上，從而棒通過開口延伸并且至少部分地被開口圍繞。安裝部分還被布置為使電路部分相對(duì)棒固定，從而所述定向耦合器處于耦合收發(fā)器電路和棒之間的信號(hào)的位置。根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)料位計(jì)例如在故障或升級(jí)的情況下便利了電子單元的更換。同時(shí)，電介質(zhì)棒實(shí)現(xiàn)了針對(duì)和來自每個(gè)電子單元的極為簡(jiǎn)單的、成本有效的和可靠的饋送。
文檔編號(hào)G01F23/284GK102486393SQ201110289898
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者奧洛夫·愛德華松 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司