專利名稱：使用微波工作的料位測量設(shè)備測量料位的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以使用傳播時間原理的料位測量設(shè)備測量容器中填充物的料位的裝置。在測量操作中，料位測量設(shè)備利用天線發(fā)送微波并且在取決于待測量的料位的傳播時間之后接收被填充物的表面反射回的反射信號，并且基于傳播時間確定料位。
背景技術(shù)：
這種非接觸測量裝置應(yīng)用在很多工業(yè)領(lǐng)域中，例如在加工、化學(xué)和食品工業(yè)中。在這種情形中，料位測量設(shè)備安裝在容器上在填充物上方，并且其天線朝向填充物。使得能夠利用反射微波測量較短距離的所有已知方法均能夠應(yīng)用于確定傳播時間。最好地已知的示例是脈沖雷達(dá)和調(diào)頻、連續(xù)波雷達(dá)(FMCW雷達(dá))。在脈沖雷達(dá)的情形中，短微波傳輸脈沖被周期地發(fā)送，它們從填充物的表面反射出去并且在取決于距離的傳播時間之后被接收回?；诮邮盏男盘柾茖?dǎo)出回波函數(shù)；回波函數(shù)將接收的信號幅度示為時間的函數(shù)。這個回波函數(shù)的每一個數(shù)值均對應(yīng)于在距天線確定的距離處反射的回波的幅度。在FMCW方法中，例如根據(jù)鋸齒函數(shù)而周期地線性調(diào)頻的微波信號被連續(xù)地發(fā)送。 因此，與傳輸信號在接收時間點具有的瞬時頻率相比，所接收的回波信號的頻率具有頻差； 頻差取決于微波信號及其回波信號的傳播時間。因此，能夠通過混合兩個信號并且評估混合信號的傅里葉譜而獲得的傳輸信號和接收信號之間的頻差對應(yīng)于反射區(qū)域距天線的距離。另外，通過傅里葉變換獲得的頻譜的譜線的幅度對應(yīng)于回波幅度。因此，在此情形中這個傅里葉譜代表回波函數(shù)。從回波函數(shù)，至少一個需要的回波得以確定，該回波對應(yīng)于傳輸信號從填充物的表面的反射。利用已知的微波傳播速率，能夠直接從需要的回波的傳播時間中確定微波在它們從測量設(shè)備到填充物的表面并且返回的路徑上行進(jìn)的距離?；诹衔粶y量設(shè)備在容器之上的安裝高度，能夠直接計算所探查的料位。存在很多的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中要求或者至少期望通過伸入容器中的氣密性饋通傳輸微波信號并且通過這種饋通接收微波信號的反射信號。例如當(dāng)對于處理要求氣密性分離時總是這種情形；容器被氣密性密封。進(jìn)而，例如當(dāng)例如為了爆炸保護(hù)原因而規(guī)定測量設(shè)備電子器件的封裝時，需要防止氣體擴(kuò)散的這種饋通。對于使用高頻微波信號、特別地具有 70GHz或者更高頻率的微波信號的料位測量設(shè)備進(jìn)行料位測量而言，這個要求是尤其相關(guān)的，因為在測量設(shè)備電子器件中非常高的功率級在這些測量設(shè)備中轉(zhuǎn)換。氣密性饋通能夠例如以中空導(dǎo)體饋通的形式實現(xiàn)。在這種情形中，包括微波可透絕緣體的窗口被插入到中空導(dǎo)體中。用于這點的傳統(tǒng)方法是在陶瓷窗口中軟焊或者在玻璃窗口中上釉。最經(jīng)常地，上釉包括壓縮型玻璃饋通或者所謂的裝配饋通。在這種情形中，中空導(dǎo)體，通常地金屬中空導(dǎo)體，被收縮裝配到具有類似的熱膨脹系數(shù)的玻璃窗口上。以此方式，饋通的密封得以確保。DE 41 00 922 Al描述了一種能夠在饋通暴露于高壓和/或溫度波動的應(yīng)用中使用的中空導(dǎo)體饋通。該饋通包括其中彼此作為鏡像布置了兩個窗口的中空導(dǎo)體，窗口包含電磁波可透材料；中空導(dǎo)體被窗口劃分成兩個分開的段。每一個窗口均具有柱形部分和與其鄰接的錐形部分。錐形部分每一個均嵌入到中空導(dǎo)體中相應(yīng)地呈錐形成形的套節(jié)，從而實現(xiàn)饋通對壓力和/或溫度波動的高抗性。如根據(jù)該申請的圖顯然地，由此出現(xiàn)了非常厚的實心窗口。λ /4變壓器(transformer)被布置于柱形部分的自由端上。然而，這種饋通的窗口通常導(dǎo)致測量信號的質(zhì)量嚴(yán)重降低。關(guān)于此已經(jīng)表明當(dāng)窗口的厚度與微波信號的波長相比增加時，饋通的這些不利的效果變得更加嚴(yán)重。在往返窗口的過渡區(qū)處和在窗口中發(fā)生的反射和多次反射是引起這些不利效果的主要原因。以此方式，干擾信號出現(xiàn)，它們被迭加在實際測量信號上并且由此導(dǎo)致測量信號的質(zhì)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種以使用微波工作的料位測量設(shè)備測量容器中填充物的料位的裝置，其中該裝置配備有中空導(dǎo)體饋通，特別地對于70GHz和更高的高信號頻率，該中空導(dǎo)體饋通在信號頻率的最大可能帶寬之上實現(xiàn)了測量信號質(zhì)量的最小可能的降低。為此，本發(fā)明在于一種用于測量容器中填充物的料位的裝置，包括-使用微波工作的料位測量設(shè)備，其中該設(shè)備包括-具有用于產(chǎn)生微波信號的微波發(fā)生器的測量設(shè)備電子器件，和一連接到測量設(shè)備電子器件并且用于朝向填充物將微波信號傳輸?shù)饺萜髦械奶炀€，以及用于接收微波信號在容器中沿著天線的方向反射回去的反射信號的天線；和-在微波信號或者反射信號的信號路徑中安裝的至少一個饋通，其中該饋通包括—中空導(dǎo)體，和-在中空導(dǎo)體中氣密性地安裝的微波可透窗口，其中該窗口包括—盤體，該盤體的厚度大致對應(yīng)于在盤體中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式、特別地基諧模式的半波長或者半波長的小整數(shù)倍，和，—位于盤體的相對的外表面上的兩個匹配層，該匹配層的厚度大致對應(yīng)于在匹配層中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式波長的四分之一。在本發(fā)明的一個實施例中，料位測量設(shè)備是脈沖雷達(dá)設(shè)備，微波信號是預(yù)定傳輸頻率的微波脈沖并且預(yù)定信號頻率等于這個傳輸頻率。在本發(fā)明的另一實施例中，料位測量設(shè)備是FMCW雷達(dá)設(shè)備，微波信號被周期地調(diào)頻，并且預(yù)定信號頻率等于調(diào)頻信號的平均頻率。在一個優(yōu)選實施例中，每一個匹配層均具有一定介電常數(shù)，該介電常數(shù)對應(yīng)于中空導(dǎo)體的介電常數(shù)和盤體的介電常數(shù)的乘積的平方根。在本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)中-窗口是包括單一材料的一件式構(gòu)件；并且-匹配層是這種材料的空腔承載層，設(shè)置在盤體的兩個外側(cè)上。在進(jìn)一步的改進(jìn)的一個實施例中，空腔是在匹配層中延伸的直形凹槽或者在匹配層中延伸的圓形凹槽。在進(jìn)一步的改進(jìn)的一個實施例中，空腔具有深度，該深度等于匹配層的厚度，并且
6大致對應(yīng)于在匹配層中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式波長的四分之一。在進(jìn)一步的改進(jìn)的另外的實施例中，每一個匹配層均具有有效介電常數(shù)，該有效介電常數(shù)依賴于空腔的尺寸；該有效介電常數(shù)對應(yīng)于中空導(dǎo)體的介電常數(shù)和盤體的介電常數(shù)的乘積的方根。在進(jìn)一步的改進(jìn)的另外的實施例中，由匹配層的所有空腔占據(jù)的總體積與匹配層的總體積的比率以這樣的方式預(yù)先確定使得匹配層具有有效介電常數(shù)，該有效介電常數(shù)對應(yīng)于中空導(dǎo)體的介電常數(shù)和盤體的介電常數(shù)的乘積的方根。另外地，本發(fā)明包括一種本發(fā)明的裝置，其中-饋通和窗口具有矩形橫截面；-天線具有圓形橫截面；并且-在饋通和天線之間應(yīng)用過渡元件；該過渡元件從矩形橫截面過渡到圓形橫截另外地，本發(fā)明包括后一裝置進(jìn)一步改進(jìn)，其中-圓形橫截面的直徑略大于矩形橫截面的長邊，從而矩形橫截面完全適配在圓形橫截面中-過渡元件具有相互鄰接的多個區(qū)域，一在該多個區(qū)域中，第一外部區(qū)域具有其橫截面等于天線的圓形橫截面的軸向穿越孔；一在該多個區(qū)域中，第二外部區(qū)域具有其橫截面等于饋通的矩形橫截面的軸向穿越孔；并且一在該多個區(qū)域中，在第一和第二外部區(qū)域之間布置至少兩個過渡區(qū)域，—每一個過渡區(qū)域均具有沿著軸向方向貫穿過渡區(qū)域的空腔，一一空腔包括具有矩形橫截面的孔和具有圓形橫截面的共軸輔助孔 (supplemental bore)；其中-輔助孔的直徑小于第一外部區(qū)域的圓形橫截面的直徑并且大于第二外部區(qū)域的矩形橫截面的短邊，并且從與第一區(qū)域相鄰的過渡區(qū)域開始從過渡區(qū)域到過渡區(qū)域地減進(jìn)而，本發(fā)明包括一種用于微波信號的饋通，包括—中空導(dǎo)體；和一在中空導(dǎo)體中氣密性地安裝的微波透射窗口，其中該窗口包括—盤體，該盤體的厚度大致對應(yīng)于在盤體中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式的半波長或者半波長的小整數(shù)倍；和—位于盤體相對外表面上的兩個匹配層，該匹配層的厚度大致對應(yīng)于在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式波長的四分之一。在饋通的進(jìn)一步的改進(jìn)中，-窗口是包括單一材料的一件式構(gòu)件；并且-匹配層是這種材料的層，設(shè)置在盤體的兩個相對外表面并且配備有空腔。


現(xiàn)在將基于附圖中的圖更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明及其優(yōu)點，其中給出了實施例的三個示例；在圖中等同的部分被賦予相等的附圖標(biāo)記，附圖如下示出圖1用于測量料位的裝置；圖2由設(shè)置有饋通的中空導(dǎo)體饋送的電介質(zhì)桿狀天線；圖3饋通；圖如帶有匹配層的饋通，匹配層由配備有直形凹槽的另外的窗口層形成；圖4b圖如的窗口的俯視圖；圖如帶有匹配層的饋通，匹配層由配備有圓形凹槽的另外的窗口層形成；圖恥圖fe的窗口的俯視圖；圖6本發(fā)明的裝置，帶有具有矩形橫截面的饋通、具有圓形橫截面的天線和在饋通和天線之間安裝的過渡元件；和圖7圖6的過渡元件的一半的視圖。
具體實施例方式圖1示出用于測量容器3中填充物1的料位的本發(fā)明的裝置。該裝置包括使用微波根據(jù)傳播時間原理操作的料位測量設(shè)備7。測量設(shè)備7例如利用法蘭5緊固到容器3。例如，上述脈沖或者FMCW雷達(dá)料位測量設(shè)備適合用作料位測量設(shè)備7。料位測量設(shè)備7包括具有用于產(chǎn)生微波信號的微波發(fā)生器的測量設(shè)備電子器件，和連接到測量設(shè)備電子器件的天線9。在所示意的實施例的示例中，天線9是被引入容器3中的喇叭天線9a。然而，如在下面描述地，本發(fā)明不限于喇叭天線9a。因此，圖2示出實施例的一個替代示例，其中天線 9是電介質(zhì)桿狀天線％。測量設(shè)備電子器件被布置在位于容器3外側(cè)的外殼10中。測量設(shè)備電子器件和它們的微波發(fā)生器根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)是已知的，并且因此未在這里詳細(xì)地示出或者討論。天線9用于朝向容器3中的填充物1傳輸微波信號并且接收在容器3中沿著天線 9的方向反射回去的它們的反射信號。這在圖1中象征性地由箭頭表示。反射信號被饋送到測量設(shè)備電子器件，測量設(shè)備電子器件基于這些信號探知取決于料位的從料位測量設(shè)備 7到填充物的表面以及返回的路徑所需的信號傳播時間并且基于這個信號傳播時間確定料位?；蛘撸瑸榇诉€能夠使用兩個單獨的天線，天線之一用于朝向容器3中的填充物1傳輸微波信號，并且第二個用于接收所傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘枏奶畛湮锏谋砻娣瓷涑鋈サ姆瓷湫盘柌⑶蚁驕y量設(shè)備電子器件發(fā)送該反射信號。根據(jù)本發(fā)明，該裝置具有插入到微波傳輸信號或者反射信號的信號路徑中的至少一個氣密性微波透射饋通11。根據(jù)應(yīng)用，饋通11能夠在不同的位置插入到信號路徑中。在圖1所示實施例的示例中，直接在測量設(shè)備電子器件的中空導(dǎo)體輸出13中應(yīng)用饋通；天線9經(jīng)由中空導(dǎo)體輸出 13饋送并且由天線9接收的反射信號經(jīng)由中空導(dǎo)體輸出13而被饋送到測量設(shè)備電子器件。 這個中空導(dǎo)體輸出13連接到另外的中空導(dǎo)體15，中空導(dǎo)體15繼而連接到天線9a。在圖示的實施例的示例中，為了看得更清楚，饋通11直接位于外殼10的輸出處。自然地，饋通11 還能夠布置在外殼10內(nèi)。根據(jù)需要，例如在爆炸危險區(qū)域中應(yīng)用的情形中，饋通11在這里實現(xiàn)測量設(shè)備電子器件的封裝。例如在使用高頻微波信號、特別地具有70GHz或者更高頻率的微波信號的料位測量設(shè)備7方面，這個裝置尤其有利，因為在這些料位測量設(shè)備7中， 不符合爆炸保護(hù)準(zhǔn)則的非常高的功率在測量設(shè)備電子器件中得到轉(zhuǎn)換。然而，可替代地，還能夠出于對處理實現(xiàn)氣密性隔離的意圖應(yīng)用饋通11。在此情形中，饋通11優(yōu)選地緊鄰容器3布置。如圖2中所示，例如，這在下面的應(yīng)用中發(fā)生，在中空導(dǎo)體15中饋通11緊鄰天線9b ；經(jīng)由中空導(dǎo)體15從測量設(shè)備電子器件向天線9b饋送微波信號，并且由天線9b接收的反射信號經(jīng)由中空導(dǎo)體15而被饋送到測量設(shè)備電子器件。在上面提到的兩個單獨的天線分別用于發(fā)送和接收的應(yīng)用的情形中，優(yōu)選地應(yīng)用兩個饋通， 其中每一個饋通均被緊鄰天線之一布置。饋通11包括中空導(dǎo)體17和氣密性地插入中空導(dǎo)體17中的微波可透射窗口 19。 圖3示出該實施例的具體的第一示例。窗口 19包括例如陶瓷、如硼硅酸鹽玻璃的玻璃，或者某種其它微波透射材料的平盤體21。盤體21被氣密性地插入中空導(dǎo)體17中。這例如通過在陶瓷盤體中軟焊或者通過在玻璃盤體中上釉而得以實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，盤體21具有厚度，該厚度大致對應(yīng)于在盤體21中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體17可傳播的第一信號模式、特別是基諧模式(fundamental mode)的半波長λ/2或者小整數(shù)倍χ的半波長λ/2。以此方式，極低的反射過渡得以實現(xiàn)，因為在盤體21的上側(cè)沖擊盤體21的反射信號部分理想地破壞性地在沖擊盤體下側(cè)的反射信號部分上迭加，并且由此不再對測量信號的質(zhì)量具有負(fù)面影響。波長λ由盤體21的材料的介電常數(shù)、能夠在中空導(dǎo)體17中傳播的第一模式和信號頻率產(chǎn)生，并且能夠例如使用仿真計算確定。嚴(yán)格說來，僅僅對于預(yù)定信號頻率而言，以上用于破壞性干擾的條件才準(zhǔn)確地得以滿足。然而，對于緊鄰這個頻率的頻率而言，該條件也近似地得以滿足，從而根據(jù)以上規(guī)格產(chǎn)生特定帶寬，在該帶寬中存在低反射過渡。通常，微波信號并非剛好具有單一頻率f，而是一頻譜。因此，例如使用77GHz的傳輸頻率的脈沖雷達(dá)設(shè)備具有72GHz-82GHz的頻率帶寬。因此，77GHz的傳輸頻率優(yōu)選地用作用于確定盤體21的厚度尺寸的預(yù)定信號頻率。類似地，對于FMCW雷達(dá)設(shè)備，所發(fā)送頻譜的平均頻率被用作用于確定尺寸的預(yù)定信號頻率。用于破壞性干擾的期望條件由此對于傳輸或者中心頻率最優(yōu)地得到滿足，而頻率偏離這個傳輸或者中心頻率越遠(yuǎn)，則條件滿足地越不嚴(yán)格。為了對于盡可能大的頻率帶寬實現(xiàn)具有盡可能低的反射的過渡，盤體21的厚度優(yōu)選地大致對應(yīng)于半波長λ /2。然而，盤體21還能夠具有半波長λ /2的小倍數(shù)(例如兩倍或者三倍)的厚度。例如當(dāng)要求饋通11的高機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性時，這是有幫助的。然而，在每一個這種情形中，應(yīng)該使用半波長λ/2的最小可接受倍數(shù)。其原因在于，對于過渡具有低反射的頻率帶寬隨著盤體21的厚度增加而減小，即，隨著半波長λ /2的倍數(shù)χ的增加而減小。這意味著盤體21的最佳厚度隨著頻率上升而減小。盤體21越薄，則盤體21的厚度的制造相關(guān)的公差和盤體21的材料的介電常數(shù)的公差變得越相關(guān)。這在高頻率的情形中尤其不利地影響帶寬。為了增加帶寬，在該帶寬上通過饋通11的過渡盡可能低地反射，在盤體21的兩個相對外表面上設(shè)置了匹配層23 ；每一個匹配層23均具有大致對應(yīng)于在匹配層23中在預(yù)定
9信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體17可傳播的第一信號模式波長的四分之一 λ /4的厚度。這里波長λ也由匹配層23的介電常數(shù)、第一可傳播模式和預(yù)定信號頻率產(chǎn)生，并且同樣能夠使用仿真計算確定。為了確定匹配層23的厚度尺寸，在這里所傳輸?shù)念l譜的傳輸頻率或者中心頻率優(yōu)選地也被用作預(yù)定信號頻率。每一個匹配層23均優(yōu)選地具有等于中空導(dǎo)體13或者15的介電常數(shù)和盤體21的介電常數(shù)的乘積的平方根的介電常數(shù)。基本上，如在圖3中所示，一種選擇將匹配層23構(gòu)建為單獨的層，它們被適當(dāng)?shù)乩缯辰拥木o固到盤體21的兩個相對外表面。然而，并不總是能夠找到具有對此期望的準(zhǔn)確介電常數(shù)的材料。而且，取決于饋通11的位置，還能夠存在關(guān)于材料的耐化學(xué)性和匹配層 23在盤體21上的緊固的機(jī)械耐久性的特定要求；這些要求能夠更進(jìn)一步限制可用材料的數(shù)量。能夠利用在圖如和4b以及fe和恥中示意的本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)來克服在給定情形中出現(xiàn)的這些問題。在這些圖中示意的饋通25、27每一個均同樣地具有插入中空導(dǎo)體17中的窗口四、 31。這里，窗口 29、31也包括盤體21和兩個匹配層33、35。圖乜和分別示出饋通25和 27的截面圖，并且圖4b和恥分別示出饋通25和27各自的窗口四和31的俯視圖。然而，與在圖2所示的饋通11的變型形成對比，在這里窗口 29、31是單一材料的一件式構(gòu)件。即盤體21和兩個匹配層33、35由單一材料制成的單一構(gòu)件形成。該構(gòu)件例如是陶瓷或者玻璃，尤其是硼硅酸鹽玻璃，并且被氣密性應(yīng)用，例如軟焊在或者上釉在中空導(dǎo)體17中。在這里盤體21也具有厚度d，該厚度大致對應(yīng)于在盤體21中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體可傳播的第一信號模式的半波長λ/2或者小整數(shù)倍數(shù)χ的半波長λ/2。 匹配層33、35是設(shè)置在盤體21的兩個相對外表面上相應(yīng)窗口 29、31的層并且配備有空腔 37、39。這提供了如下優(yōu)點，即匹配層33、35是窗口 29、31的整體構(gòu)件，它們不必在分開的工序中疊置，并且在強(qiáng)化學(xué)或者機(jī)械負(fù)荷的情形中或者在溫度和/或壓力波動作用于窗口 29,31的情形中它們也不從盤體21脫落。在圖如和4b中所示的實施例的示例中，空腔37是在匹配層33中延伸的直形凹槽，而在圖fe和恥中所示的實施例的示例中，空腔39是在匹配層35中圓形延伸的凹槽。 或者，當(dāng)然還能夠使用帶有其它輪廓的空腔?？涨?7、39使得匹配層33、35具有取決于空腔37、39的尺寸的有效介電常數(shù)，其小于盤體21的有效介電常數(shù)。因此，能夠基于空腔37、39的尺寸確定而在寬的范圍內(nèi)選擇有效介電常數(shù)。為了實現(xiàn)盡可能最佳的和盡可能寬帶的匹配，空腔37、39的尺寸優(yōu)選地以這樣的方式選擇使得匹配層33、35每一個均具有取決于這些尺寸的有效介電常數(shù)，從而有效介電常數(shù)對應(yīng)于中空導(dǎo)體17的介電常數(shù)和盤體21的介電常數(shù)的乘積的平方根。能夠例如使用計算機(jī)仿真探知準(zhǔn)確的尺寸。能夠例如基于匹配層的所有空腔的總體積與相應(yīng)的匹配層33、35的總體積的比率的變化來探知最佳的尺寸。然后該比率相應(yīng)地被以這樣的方式預(yù)定使得匹配層33、35 具有對應(yīng)于中空導(dǎo)體17的介電常數(shù)和盤體21的介電常數(shù)的乘積的平方根的有效介電常數(shù)。
空腔37、39優(yōu)選地具有深度t，該深度等于匹配層33、35的厚度，并且在預(yù)定信號頻率的情形中對應(yīng)于在匹配層四、31中微波信號的中空導(dǎo)體17可傳播的第一信號模式波長的四分之一，S卩λ/4。取決于應(yīng)用，本發(fā)明的饋通11、25、27能夠被體現(xiàn)為圓形中空導(dǎo)體饋通以及矩形中空導(dǎo)體饋通這兩者。在圓形中空導(dǎo)體饋通的情形中，中空導(dǎo)體17和在其中應(yīng)用的窗口 19、29、31每一個均具有圓形橫截面。在矩形中空導(dǎo)體饋通的情形中，中空導(dǎo)體17和在其中應(yīng)用的窗口 19、29、31相應(yīng)地具有矩形橫截面。為了圖示的目的，在圖4b和恥中，圓形中空導(dǎo)體饋通在每一幅圖中均由實線表示并且相應(yīng)的矩形中空導(dǎo)體饋通在每一幅圖中均由虛線表示。能夠在圓形中空導(dǎo)體中傳播的第一模式是TEll模式。能夠在矩形中空導(dǎo)體中傳播的第一模式是TElO模式。與具有圓形橫截面的天線或者天線饋源相結(jié)合地使用圓形中空導(dǎo)體饋通；與具有圓形橫截面的天線或者天線饋源相結(jié)合地使用矩形中空導(dǎo)體饋通。在當(dāng)今的料位測量技術(shù)中，通常由于制造的原因，主要使用具有圓形橫截面的天線諸如例如所示的喇叭天線9a和所示的電介質(zhì)桿狀輻射器％。然而，存在期望經(jīng)由矩形中空導(dǎo)體盡可能遠(yuǎn)地饋送具有圓形橫截面的天線的應(yīng)用。其原因在于，具有圓形橫截面的天線提供制造優(yōu)勢并且經(jīng)由矩形中空導(dǎo)體的供應(yīng)在這些應(yīng)用中具有優(yōu)勢。其示例是將發(fā)送和接收僅僅單一微波模式、通常是能夠傳播的第一模式的應(yīng)用。 與在圓形中空導(dǎo)體中相比，在矩形中空導(dǎo)體中僅有第一能夠傳播模式而非下一更高模式能夠傳播的頻率范圍明顯地更大。其原因在于，與在圓形中空導(dǎo)體中相比，在矩形中空導(dǎo)體中第一能夠傳播模式的截止頻率和下一更高模式的截止頻率之間的距離更大。在這種情形中，如在圖6中所示，本發(fā)明的饋通，例如帶有矩形橫截面的窗口 19、 29,31的饋通11、25或者27，優(yōu)選地與具有盤體形橫截面的天線例如喇叭天線9a相組合地應(yīng)用。為了實現(xiàn)這一點，在饋通11、25或者27和天線9a之間插入過渡元件41。過渡元件 41是中空導(dǎo)體，其在饋通側(cè)上具有矩形橫截面并且在天線側(cè)上具有圓形橫截面。過渡元件 41以這樣的方式形成，使得在它的內(nèi)部，當(dāng)通過過渡元件41行進(jìn)時，饋通側(cè)矩形橫截面盡可能連續(xù)地轉(zhuǎn)換成天線側(cè)圓形橫截面。圖7特別地以為了有利于制造的形式示出這種過渡元件41的實施例的一半的視圖。過渡元件41是從整塊制造的并且包括相互鄰接的多個區(qū)域。在圖中面向觀察者的第一外部區(qū)域43具有軸向穿越孔，其橫截面與天線9a的圓形橫截面相同。在圖中遠(yuǎn)離觀察者的第二外部區(qū)域49具有軸向穿越孔，其橫截面與饋通的矩形橫截面相同。優(yōu)選地，使用帶有修圓拐角的矩形橫截面。圓形橫截面的直徑略大于矩形橫截面的長邊，從而矩形橫截面完全適配在圓形橫截面內(nèi)。至少兩個過渡區(qū)域45、47布置在第一區(qū)域43和第二外部區(qū)域49之間；過渡區(qū)域 45,46中的每一個均具有沿著軸向方向貫穿過渡區(qū)域45、47的空腔。在每一個情形中，空腔均包括具有矩形橫截面的孔和與具有矩形橫截面的孔共軸的具有圓形橫截面的輔助孔 (supplemental bore)。在這種情形中，輔助孔的直徑全部小于第一外部區(qū)域43的圓形橫截面的直徑并且大于第二外部區(qū)域49的矩形橫截面的短邊。從鄰接第一區(qū)域43的過渡區(qū)域45開始，輔助孔的直徑從過渡區(qū)域45到過渡區(qū)域47減小。通過首先沿著軸向方向完全通過實心塊體鉆削具有矩形橫截面的孔來制造過渡元件41。然后，通過鏜削在塊體這個部分中已經(jīng)存在的矩形橫截面的孔以形成天線9a的圓形橫截面來制造第一區(qū)域43。此后，通過相繼地插入具有圓形橫截面的鉆具并且總是減小直徑通過區(qū)域43進(jìn)入到相應(yīng)的過渡區(qū)域45、47中來制造過渡區(qū)域45、47，使得在各個過渡區(qū)域45、47中的橫截面面積被鉆具擴(kuò)大。
0093]1填充物0094]3容器0095]5法蘭0096]7料位測量設(shè)備0097]9天線0098]9a喇叭天線0099]9b電介質(zhì)桿狀天線0100]10外殼0101]11饋通0102]13中空導(dǎo)體輸出0103]15中空導(dǎo)體0104]17饋通的中空導(dǎo)體0105]19窗口0106]21盤體0107]23匹配層0108]25饋通0109]27饋通0110]29窗口0111]31窗口0112]33匹配層0113]35匹配層0114]37空腔0115]39空腔0116]41過渡元件0117]43第一外部區(qū)域0118]45過渡區(qū)域0119]47過渡區(qū)域0120]49第二外部區(qū)域
權(quán)利要求
1.一種用于測量容器(3)中填充物(1)的料位的裝置，包括 -使用微波工作的料位測量設(shè)備(7)，其中所述設(shè)備包括-具有用于產(chǎn)生微波信號的微波發(fā)生器的測量設(shè)備電子器件，和一連接到所述測量設(shè)備電子器件并且用于朝向所述填充物(1)將所述微波信號傳輸?shù)剿鋈萜鳍侵械奶炀€(9，9a，9b)，以及用于接收所述微波信號在所述容器(3)中沿著天線(9，9a，9b)的方向反射回去的反射信號的天線(9，9a，9b)；和-在所述微波信號的信號路徑中安裝的至少一個饋通(11，25，27)，其中所述饋通包括 -中空導(dǎo)體(17)，和一在所述中空導(dǎo)體(17)中氣密性地安裝的微波透射窗口(19，29，31)，其中所述窗口包括—盤體(21)，所述盤體的厚度大致對應(yīng)于在所述盤體中在預(yù)定信號頻率下所述微波信號的中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式、特別地基諧模式的半波長或者半波長的小整數(shù)倍數(shù)，和，—位于所述盤體相對外表面上的兩個匹配層(23，33，35)，所述匹配層的厚度大致對應(yīng)于在所述匹配層03，33，3 中在預(yù)定信號頻率下所述微波信號的所述中空導(dǎo)體 (17)可傳播的第一信號模式波長的四分之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 -所述料位測量設(shè)備(7)是脈沖雷達(dá)設(shè)備；-所述微波信號是預(yù)定傳輸頻率的微波脈沖；并且 -所述預(yù)定信號頻率等于這個傳輸頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中 -所述料位測量設(shè)備(7)是FMCW雷達(dá)設(shè)備； -所述微波信號被周期地調(diào)頻；并且-所述預(yù)定信號頻率等于所述調(diào)頻信號的中心頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述匹配層03，33，3幻中的每一個均具有介電常數(shù)，所述介電常數(shù)對應(yīng)于所述中空導(dǎo)體(17)的介電常數(shù)和所述盤體的介電常數(shù)的乘積的平方根。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中-所述窗口( ，31)是單一材料的一件式構(gòu)件；并且-所述匹配層(33,3 都是這種材料的層，所述匹配層(33,3 設(shè)置在所述盤體的兩個相對外表面上并且配備有空腔(37，39)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述空腔(37)是在所述匹配層(33)中延伸的直形凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述空腔(39)是在所述匹配層(35)中延伸的圓形凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述空腔(37，39)具有深度(t)，所述深度等于所述匹配層(33，35)的厚度、并且大致對應(yīng)于在所述匹配層(37，39)中在預(yù)定信號頻率下所述微波信號的所述中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式波長的四分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述匹配層(33，35)中的每一個均具有取決于所述空腔(33，35)的尺寸的有效介電常數(shù)、并且所述有效介電常數(shù)對應(yīng)于所述中空導(dǎo)體(17)的介電常數(shù)和所述盤體的介電常數(shù)的乘積的平方根。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述匹配層(33，35)的所有空腔(37，39)的總體積與所述匹配層(33，35)的總體積的比率以這樣的方式預(yù)先確定使得所述匹配層(33,3 具有有效介電常數(shù)，所述有效介電常數(shù)對應(yīng)于所述中空導(dǎo)體(17)的介電常數(shù)和所述盤體的介電常數(shù)的乘積的平方根。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中-所述饋通(11,25,27)和所述窗口 (19,29,31)都具有矩形橫截面； -所述天線(9a)具有圓形橫截面；并且-在所述饋通(11，25，27)和所述天線(9a)之間插入從矩形橫截面過渡到圓形橫截面的過渡元件Gl)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中-所述圓形橫截面的直徑略大于所述矩形橫截面的長邊，從而所述矩形橫截面完全適配在所述圓形橫截面中；并且-所述過渡元件Gl)具有相互鄰接的多個區(qū)域03，45，47，49)， 一在所述多個區(qū)域中，第一外部區(qū)域具有軸向穿越孔，所述軸向穿越孔的橫截面等于所述天線(9a)的圓形橫截面；一在所述多個區(qū)域中，第二外部區(qū)域G9)具有軸向穿越孔，所述軸向穿越孔的橫截面等于所述饋通的矩形橫截面；一在所述多個區(qū)域中，在所述第一和所述第二外部區(qū)域(43，49)之間布置至少兩個過渡區(qū)域(45，47)，—所述過渡區(qū)域中的每一個均具有沿著軸向方向貫穿所述過渡區(qū)域G5，47)的空腔，一一所述空腔由具有矩形橫截面的孔和具有圓形橫截面的共軸輔助孔構(gòu)成，其中 -所述輔助孔的直徑小于所述第一外部區(qū)域^幻的所述圓形橫截面的直徑、而大于所述第二外部區(qū)域G9)的所述矩形橫截面的短邊，并且從鄰接所述第一區(qū)域的所述過渡區(qū)域0 開始，所述輔助孔的直徑從過渡區(qū)域0 向過渡區(qū)域G7)減小。
13.用于微波信號的饋通(11，25，27)，包括 一中空導(dǎo)體(17)；和一在所述中空導(dǎo)體(17)中氣密性安裝的微波透射窗口(19，29，31)，其中所述窗口包括—盤體(21)，所述盤體的厚度大致對應(yīng)于在所述盤體中在預(yù)定信號頻率下所述微波信號的中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式的半波長或者半波長的小整數(shù)倍數(shù)；和—位于所述盤體相對外表面上的兩個匹配層(23，33，35)，所述匹配層的厚度大致對應(yīng)于在預(yù)定信號頻率下所述微波信號的中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式波長的四分之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的饋通05，27)，其中-所述窗口( ，31)是包括單一材料的一件式構(gòu)件；并且-所述匹配層(33,3 是這種材料的層，所述匹配層(33,3 設(shè)置在所述盤體的兩個相對外表面上并且配備有空腔(37，39)。
全文摘要
一種用于測量容器(3)中填充物(1)的料位的裝置，包括使用微波工作的料位測量設(shè)備(7)，其中該設(shè)備包括測量設(shè)備電子器件(具有用于產(chǎn)生微波信號的微波發(fā)生器)和連接到測量設(shè)備電子器件并且用于朝向容器(3)中的填充物(1)傳輸微波信號的天線(9，9a，9b)，和用于沿著這個天線(9，9a，9b)的方向接收微波信號在容器(3)中反射回去的反射信號的天線(9，9a，9b)。該裝置進(jìn)一步包括在微波信號或者反射信號的信號路徑中安裝的至少一個饋通(11，25，27)；特別是在70GHz或者更高的高信號頻率的情形中，饋通(11，25，27)在盡可能大的信號頻率帶寬上實現(xiàn)盡可能小的測量信號質(zhì)量降低。饋通(11，25，27)包括中空導(dǎo)體(17)，微波透射窗口(19，29，31)被氣密性地插入中空導(dǎo)體(17)中。窗口(19，29，31)包括盤體(21)，該盤體的厚度大致對應(yīng)于在盤體(21)中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式的半波長或者半波長的小整數(shù)倍數(shù)；和位于盤體(21)相對外表面上的兩個匹配層(23，33，35)；每一個匹配層(23，33，35)的厚度均大致對應(yīng)于在匹配層(23，33，35)中在預(yù)定信號頻率下微波信號的中空導(dǎo)體(17)可傳播的第一信號模式波長的四分之一。
文檔編號H01P5/08GK102449443SQ201080022676
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者拉爾夫·賴梅爾特 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司