多通道的导波雷达料位计制造技术

一种用于检测与到料箱中内容物的表面的距离有关的过程变量的料位计，该料位计包括：功能上独立的第一电路装置和第二电路装置，该第一和第二电路装置包括收发器电路和处理电路。该料位计还包括提供具有相同传播模式的信号之间的隔离的功率分配器、单线传输线探针和提供过程密封件的电连接件与单线传输线探针之间的电匹配连接的匹配装置。功率分配器与匹配装置的组合允许在一个单线传输线探针上有多个通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用电磁波的多通道雷达料位计，其中电磁波由导波探针引导至料箱中以测定到料箱中的产品的表面的距离。
技术介绍
雷达料位计量(RLG)是一种日益重要的用于料箱、容器等内的料位计量的方法。雷达料位计通常包括收发器电路和处理电路，处理电路连接至适于允许电磁信号传播到料箱中的传播装置。这种系统的示例由同一申请人公开在US7106247中。信号传播装置可以是定向天线。然而，在一些应用中，利用天线来提供自由传播的信号的雷达料位计并不合适，因此使用波导结构来对波进行引导。基于传播机理，在现有技术中已知三种不同类型的导波结构。第一种类型的波导是中空的(例如，具有适当横截面的管道)，其具有半个波长或者更大的横截面，从这种意义上讲，该波导是“厚”的，该横截面有可能通过电介质充填而减小。在这种波导中的电磁场通常具有沿传播方向的至少一个场分量。当用于雷达料位应用中时，这种类型的波导被称为“静管(stillpipe)”，并且其必须进行穿孔，以使内侧具有与外侧相同的料位。第二种类型的波导结构是具有两个或更多个导体的传输线，例如双线(twinline)或同轴线。传输线波导的直径远小于所传输的波的波长，并且一个典型特征是电磁场为横向或TEM型(横向电磁场)。具有两根不锈钢线和稀疏介电分离(sparsedielectricseparations)的双线是一个实用的示例。对于使用1GHz以下(波长为300mm以上)的信号的实际料位测量应用，通常使用直径(或最大横向尺寸)为3-20mm的传输线。过小的直径将增加电阻损耗，并且可能引起材料堵塞和机械强度方面的问题。最后，第三种类型的波导结构是表面波导(SWGs)，例如具有或不具有介电涂层的单线传输线或管。与波长相比，表面波导可以非常薄(1GHz以下使用的普通SWG直径为4-8mm)，但是其沿传播方向还具有场并且在SWG外部也具有场。相比于TEM型的传输线探针，由于与布线相距较远处存有场，表面波导需要更多的自由空间。在单一金属线的情况下，诸如不锈钢的不良电导体是适当的。使用单线探针用于料位测量是非常实用且可靠的，并且与例如由同一类型的导体制成的双线相比，其每米的衰减更低。因此，第二类型和第三类型波导结构的直径都远小于所传输的波的波长。在雷达料位计量应用中，这种波导通常被称为“探针”，并且该检测原理有时被称为导波雷达(GWR)。现今最常见的类型使用无载波的短脉冲(约1ns)，并且占据大致0.1～1GHz的频率范围。由于安全限制、环境法规和要求等，往往需要对容器中的介质的表面水平进行多次测量，其中，这些测量彼此完全分开并且在功能上彼此独立。例如，在用于罐式汽车的装载容器的雷达料位测量系统中，需要在功能上独立于料位测量系统的至少一个警报功能(例如，溢出警报)。功能独立性不仅要求分开的单元，而且意味着一个系统中的故障不会导致其他系统降级或不运行。这种独立性可以通过确保没有共同的电路和布线来实现，即，确保不同的测量系统之间必须不存在任何电接触。实现这点的一个方法是仅安装至少两个完全独立的料位计。然而，近年来，用于雷达料位计的机械安装的成本比用于料位计中的电子器件的成本增长的更快。因此，使两个或更多个电子单元使用相同的信号传播装置(诸如天线)是具有成本效率且有利的，只要共用的零件可以被认为具有很高的可靠性。这种系统在市场上已经显示出是成功的，特别是由于各种安全法规往往要求在关键功能上的冗余。当一些零件(如天线或静管)由两个料位计共享时，必须实现用以在两个料位计之间保持充分的电隔离的设计。如果故障料位计产生异常信号或呈现异常的阻抗，则电路应当实现为用以使正常的料位计与可能会使另一单元降级到超出其规格范围之外的干扰隔离。例如由US6,414,625、US6,765,524、和US2013/0009803所述的现有技术通常涉及如下系统，即，在该系统中，多个料位计共享一个共用的信号传播装置，并且提供两种或三种不同的功能，例如，料位计量和高位报警。在料位计的信号侧，通常由两个线路(所谓的总线)一起提供的电源和信号接口可以由料位计共享，或者两者可以分开设置(后一种情况往往被称为“分立隔离”(galvanicallyseparated)安装形式)。在标准总线的情况下，连接被指定为使得在一个单元中的任意错误不会干涉另一个单元的连接。用于其他单元之间的总线连接的类型测试程序确保了不可能发生这样的故障。在料位计的雷达侧，也有类似的要求，即功能故障的料位计必须不能干涉其它料位计。至今为止，这一要求已经将用于使多个料位计连接至单一的传播装置的可用方案局限于包括不同且可区别的信号或传播模式的方案。例如，专利′625和′524(上文提到的)公开了连接至天线的两个或更多个雷达通道，其中，信号可以通过例如具有不同的极化模式而区别。较新的US2013/0009803(也在上文提到)公开了将两个电子单元以不同的传播模式(例如TEM模式和表面波导模式或在多导体探头中多于一个的TEM-模式)连接至GWR探针。在这两种情况下，都可以相对容易地确保不同模式之间的隔离超过所需的大约20dB。在约20dB或更大的抑制的情况下，典型的料位计量信号处理必须能够忽略干扰。用于雷达料位计的典型回波信号有时包含那一数量级的干扰。因此任何典型的信号处理都必须控制那一数量级的干扰。总之，现有技术建议使用允许多于一种传播模式(或极化模式)的传播装置(天线、中空波导或多模传输线)以及相应的耦合结构，以在两个或三个独立的料位计量功能之间提供充分的隔离。如果使用了单线探针，则只有一个传播模式可用，因此不能使用现有技术的方案。分离具有可区别信号特征的信号是可能的(如上文‘625中所述)，但是以不确定的方式确切地辨认出来自不正常的电子单元的信号是不可能的。在最后一种情况下，必须采取措施以确保故障单元和正常单元之间的充分的隔离。到目前为止，尚没有允许多个料位计至单线传输线探针的连接具有料位计之间的充分隔离以使这些单元在假如一个单元中出现异常功能的情况下充分独立的已知方案。用于信号侧上一些总线连接中的方法包括较大的信号衰减，而较小的功率裕度不允许将这些信号衰减复制到雷达侧。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种使用单线传输线探针的多通道料位计。该目的和其它目的通过一种料位计实现，该料位计包括：第一电路装置，该第一电路装置具有第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测与到料箱中内容物的表面的距离有关的过程变量的料位计，所述料位计包括：第一电路装置(2a)，所述第一电路装置(2a)包括第一收发器电路和第一处理电路，所述第一收发器电路用于发射第一电磁发射信号以及接收第一电磁回波信号，所述第一处理电路连接至所述第一收发器电路，用于测定第一过程变量，第二电路装置(2b)，所述第二电路装置(2b)包括第二收发器电路和第二处理电路，所述第二收发器电路用于发射第二电磁发射信号以及接收第二电磁回波信号，所述第二处理电路连接至所述第二收发器电路，用于测定第二过程变量，过程密封件提供穿过料箱壁的密封的电馈通，以及单线传输线探针(6)，所述单线传输线探针(6)由所述过程密封件机械地悬置并且延伸到所述料箱中的所述内容物内，所述单线传输线探针适于以相同的传播模式朝向所述内容物引导所述第一和第二发射信号并且将所述第一和第二发射信号引导至所述内容物内，以及适于以相同的传播模式引导反射信号返回至所述第一和第二电路装置，从所述探针的角度来看，所述电馈通(7)具有第一输入阻抗，从所述电馈通的角度来看，所述单线传输线探针具有第二输入阻抗，所述第二输入阻抗大于所述第一输入阻抗，其特征在于，功率分配器(5)，所述功率分配器(5)将所述第一收发器电路和所述第二收发器电路电气连接至所述电馈通，所述功率分配器适于提供所述第一收发器电路和所述第二收发器电路之间的信号隔离，以及匹配装置(8)，所述匹配装置(8)提供所述电馈通和所述单线传输线探针之间的电匹配连接。...

【技术特征摘要】
2014.06.30 US 14/318,9821.一种用于检测与到料箱中内容物的表面的距离有关的过程变量的
料位计，所述料位计包括：
第一电路装置(2a)，所述第一电路装置(2a)包括第一收发器电路和
第一处理电路，所述第一收发器电路用于发射第一电磁发射信号以及接收
第一电磁回波信号，所述第一处理电路连接至所述第一收发器电路，用于
测定第一过程变量，
第二电路装置(2b)，所述第二电路装置(2b)包括第二收发器电路
和第二处理电路，所述第二收发器电路用于发射第二电磁发射信号以及接
收第二电磁回波信号，所述第二处理电路连接至所述第二收发器电路，用
于测定第二过程变量，过程密封件提供穿过料箱壁的密封的电馈通，以及
单线传输线探针(6)，所述单线传输线探针(6)由所述过程密封件机
械地悬置并且延伸到所述料箱中的所述内容物内，所述单线传输线探针适
于以相同的传播模式朝向所述内容物引导所述第一和第二发射信号并且
将所述第一和第二发射信号引导至所述内容物内，以及适于以相同的传播
模式引导反射信号返回至所述第一和第二电路装置，
从所述探针的角度来看，所述电馈通(7)具有第一输入阻抗，从所述
电馈通的角度来看，所述单线传输线探针具有第二输入阻抗，所述第二输
入阻抗大于所述第一输入阻抗，
其特征在于，
功率分配器(5)，所述功率分配器(5)将所述第一收发器电路和所述
第二收发器电路电气连接至所述电馈通，所述功率分配器适于提供所述第
一收发器电路和所述第二收发器电路之间的信号隔离，以及
匹配装置(8)，所述匹配装置(8)提供所述电馈通和所述单线传输线
探针之间的电匹配连接。
2.根据权利要求1所述的料位计，其中，所述第二输入阻抗是所述第
一输入阻抗至少四倍或至少七倍大。
3.根据权利要求1或2所述的料位计，其中，所述第一输入阻抗小于
50ohm，和/或所述第二输入阻抗大于200ohm。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的料位计，其中，所述功率分配
器提供所述第一和第二收发器电路之间的隔离，使得所述第一和第二电路

\t装置在功能上独立。
5.根据权利要求3所述的料位计，其中，所述功率分配器提供所述第
一和第二收发器电路之间的至少为15dB、优选地至少为20dB的隔离。...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥洛夫·爱德华松，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE