用于储罐容积校准的柔性带状天线阵列和使用其的谐振频移测量方法技术

公开了一种用于测量物理对象的尺寸的系统和方法。所述系统和方法包括相当长的测量仪器，其包括贴片天线阵列，所述贴片天线阵列沿着细长基板的长度排列，使得所述天线阵列与所述基板一起扩展和收缩。所述系统还包括诊断计算设备，所述诊断计算设备用于测量所述阵列的电气性质，包括谐振频率，以及所述性质相对于与所述阵列和基板的参考长度相对应的参考电气性质的变化。相应地，基于所测量的电气性质变化和参考长度，所述诊断系统可以计算所述测量仪器的当前长度。因此，所公开的系统和方法可以提供自校测量系统和能够部署到结构上以在操作期间，在结构扩展或收缩时定期校准所述结构的尺寸的测量系统。

Flexible strip antenna array for tank volume calibration and its resonant frequency shift measurement method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于储罐容积校准的柔性带状天线阵列和使用其的谐振频移测量方法
本专利技术涉及测量仪器，更具体地，涉及包括柔性带状天线阵列的细长测量仪器，所述柔性带状天线阵列的谐振频率由于天线阵列的物理扩展和收缩而偏移。本专利技术还涉及用于校准此类细长测量仪器的长度并使用此类细长测量仪器测量物体尺寸的方法，并且更具体地涉及校准储罐容积的方法。
技术介绍
在油气行业中，用于原油和精炼产品的储罐在烃供应链中起着关键作用。在将产品转移到罐和/或从所述罐转移产品时，了解这些储存装置的精确容积起着至关重要的作用。由于外部和内部条件(即，温度)的变化和老化并且还由于液体产品的重量(即，静水压力)，罐容积可能发生多达+/-0.2％的变化。就250,000桶储罐而言，这种变化将导致+/-500桶容积的容积变化。由于石油烃的高价值，因此对储罐的校准有强制性要求。必须对用于储存交接(custodytransfer)的储罐进行校准，以便非常精确地知道所转移的容积(例如，误差小于0.1％)。执行此操作的最常用技术是：手动捆扎(manualstrapping)(APIMPMS2.2A)；光学技术(光学参考线方法ORLM-API第2.2B章(OpticalReferenceLineMethodORLM-APIChapter2.2B)、光学三角测量法(OTM)-API第2.2C章(OpticalTriangulationMethod(OTM)-APIChapter2.2C)、电子光学测距法(EODR)-API第2.2D章(Electro-OpticalDistanceRangingMethod(EODR)-APIChapter2.2D)和液体校准(API标准2555)。然而，已经发现这些测量会产生误差并且被认为是无效的。在一些情况下，前述测试技术需要罐停机时间(例如，清空罐或以其它方式暂时停止罐操作)，这为所引起的损失带来了另外的成本。此外，许多前述测试技术具有侵入性，因为其需要进入罐的内部容积，并且还可能具有破坏性。用于罐校准的现有方法存在显著缺点。例如，使用当前标准，执行校准可能耗费1-2天的工作。因此，很少对储罐进行校准，从而导致储存在罐内或转移到罐和从所述罐转移的实际容积的测量结果不精确，这可能产生很高的费用。例如，校准之间的传统时间段可能介于五年与十五年之间。精确测量大型结构(如储罐)的尺寸可能需要具有相当长的长度的测量仪器，已知该仪器的精确度很高，并且可以用于测量结构的尺寸。然而，相当长的长度(例如，50m)的现有测量仪器可能会由于多种环境因素(包括最明显的是温度)而经历物理扩展/收缩。因此，为了用此类仪器进行高精度测量，这些测量设备可能需要定期校准。另外，通常也基于在仪器使用期间的环境条件而在数学上近似估计设备的物理扩展/收缩。需要的是解决与使用现有系统进行测量的效率相关的限制的测量系统和方法。关于这些和其它考虑因素，提出了本文所公开的内容。
技术实现思路
根据第一方面，公开了一种用于连接到网络分析仪上的测量系统。该系统包括测量仪器，该测量仪器包括具有一定长度的柔性细长带状基板。该测量仪器还包括基本上沿着所述带状基板的长度延伸的柔性天线阵列，并且所述天线阵列可以固定到所述带状基板的表面上，或者嵌入所述带状基板内，从而所述带状基板的压缩或延伸导致所述天线阵列的压缩或延伸。更具体地，天线阵列包括排列成至少一行并且电性连接到沿着所述至少一行延伸的馈电线的多个互连的贴片天线。另外，所述馈电线配置为终止于与网络分析仪匹配的阻抗，使得所述网络分析仪可以用输入信号激励所述天线阵列，并在谐振频率下测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的电参数。而且，天线阵列配置为使得在使用期间，测得的电参数随着天线阵列的物理长度而改变。根据另一方面，提供了一种用于使用网络分析仪测量储存容器的容积的系统。该系统包括多个测量仪器，其配置为部署在圆柱形储存容器的外壁上，其中所述多个测量仪器中的指定测量仪器围绕所述储存容器的周向侧壁，在所述壁上的相应高度处周向延伸，使得所述指定测量仪器的长度对应于所述容器在相应高度处的周长。更具体地，指定的测量仪器包括柔性细长带状基本和基本上沿着所述带状基板的长度延伸的柔性天线阵列，并且所述天线阵列固定到所述带状基板的表面上，或者嵌入所述带状基板内，使得所述带状基板的压缩或延伸导致所述天线阵列的压缩或延伸。此外，天线阵列包括排列成至少一行的多个互连的贴片天线，其中所述多个贴片天线电性连接到沿着所述至少一行延伸的馈电线。另外，所述馈电线配置为终止于与网络分析仪匹配的阻抗，使得所述网络分析仪可以用输入信号激励所述天线阵列，并在谐振频率下测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的电参数。而且，天线阵列配置为使得在使用期间，测得的电参数随着天线阵列的物理长度而改变。所述系统还包括计非暂时性计算机可读存储介质和与指定测量仪器和所述计算机可读存储介质电子通信的一个或多个处理器。另外，包括可执行指令的一个或多个软件模块存储在所述存储介质中并且可由所述处理器执行。更具体地，软件模块中包括激励模块，所述激励模块将所述处理器配置为使用连接到所述天线阵列的所述网络分析仪生成输入信号以激励所述天线阵列。软件模块还包括参数测量模块，所述参数测量模块将所述处理器配置为使用所述网络分析仪测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的所述电参数，并将测得的电参数记录在所述存储介质中。软件模块中还包括参数分析模块，所述参数分析模块将所述处理器配置为基于测得的电参数来计算所述电参数相对于存储器中存储的所述天线阵列的参考电参数的变化，其中所述天线阵列的参考电参数对应于所述天线阵列和所述带状基板的参考长度。此外，软件模块还包括尺寸分析模块，所述尺寸分析模块将所述处理器配置为基于计算出的电参数的变化和所述参考长度来计算所述天线阵列和所述带状基板的当前长度。所述尺寸分析模块还将处理器配置为基于计算的所述多个测量仪器中的每一个的天线阵列的长度，计算储存容器的容积。根据另一方面，公开了一种使用测量仪器测量物体的方法。该方法包括提供测量仪器的步骤，该测量仪器包括具有一定长度的柔性细长带状基板和基本上沿着带状基板的长度延伸的柔性天线阵列。更具体地，天线阵列固定到带状基板的表面上，或者嵌入所述带状基板内，从而所述带状基板的压缩或延伸导致所述天线阵列的压缩或延伸。此外，所述天线阵列包括排列成至少一行的多个互连的贴片天线，其中所述多个贴片天线电性连接到沿着所述至少一行延伸的馈电线，并且其中所述馈电线配置为连接到网络分析仪上。另外，所述天线阵列设计为具有与所述天线阵列和所述带状基板的参考长度相对应的参考谐振频率，并且其中所述天线阵列配置为使得所述天线阵列的谐振频率随着所述天线阵列的长度的变化而改变。该方法还包括校准所述测量仪器的长度的步骤。更具体地，校准步骤包括用连接到所述天线阵列的网络分析仪生成激励所述天线阵列的输入信号，然后用网络分析仪响应于输入信号测量天线阵列的谐振频率。另外，校准步骤还包括用诊断计算系统，基于测得的谐振频率，相对于所述参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于连接到网络分析仪上的测量系统，其包括：/n测量仪器，所述测量仪器包括：/n具有一定长度的柔性细长带状基板；和/n基本上沿着所述带状基板的长度延伸的柔性天线阵列，其中所述天线阵列固定到所述带状基板的表面上，或者嵌入所述带状基板内，从而所述带状基板的压缩或延伸导致所述天线阵列的压缩或延伸，并且其中所述天线阵列包括：/n排列成至少一行的多个互连的贴片天线，其中所述多个贴片天线电性连接到沿着所述至少一行延伸的馈电线，并且其中所述馈电线配置为终止于与网络分析仪匹配的阻抗，使得所述网络分析仪可以用输入信号激励所述天线阵列，并在谐振频率下测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的电参数，并且其中所述天线阵列配置为使得测得的电参数随着使用期间所述天线阵列的物理长度的变化而改变。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171130 US 15/826,9081.一种用于连接到网络分析仪上的测量系统，其包括：
测量仪器，所述测量仪器包括：
具有一定长度的柔性细长带状基板；和
基本上沿着所述带状基板的长度延伸的柔性天线阵列，其中所述天线阵列固定到所述带状基板的表面上，或者嵌入所述带状基板内，从而所述带状基板的压缩或延伸导致所述天线阵列的压缩或延伸，并且其中所述天线阵列包括：
排列成至少一行的多个互连的贴片天线，其中所述多个贴片天线电性连接到沿着所述至少一行延伸的馈电线，并且其中所述馈电线配置为终止于与网络分析仪匹配的阻抗，使得所述网络分析仪可以用输入信号激励所述天线阵列，并在谐振频率下测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的电参数，并且其中所述天线阵列配置为使得测得的电参数随着使用期间所述天线阵列的物理长度的变化而改变。


2.根据权利要求1所述的系统，其还包括：
诊断计算系统，所述诊断计算系统包括：
非暂时性计算机可读存储介质，
一个或多个处理器，所述处理器与所述测量仪器和所述计算机可读存储介质电子通信，
一个或多个软件模块，所述一个或多个软件模块包括存储在所述存储介质中的可执行指令，其中所述一个或多个软件模块由所述处理器执行并且包括：
激励模块，所述激励模块将所述处理器配置为使用连接到所述天线阵列的所述网络分析仪生成所述输入信号以激励所述天线阵列，
参数测量模块，所述参数测量模块将所述处理器配置为使用所述网络分析仪测量与所述天线阵列对所述输入信号的响应有关的所述电参数，并将测得的电参数记录在所述存储介质中，
参数分析模块，所述参数分析模块将所述处理器配置为基于测得的电参数来计算所述电参数相对于存储器中存储的所述天线阵列的参考电参数的变化，其中所述天线的参考电参数对应于所述天线阵列和所述带状基板的参考长度，以及
尺寸分析模块，所述尺寸分析模块将所述处理器配置为基于计算出的电参数的变化和所述参考长度来计算所述天线阵列和所述带状基板的当前长度。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述天线阵列由沉积在所述柔性带状基板上的一层或多层导电材料和一层或多层介电材料限定。


4.根据权利要求1所述的系统，其中包括所述柔性天线阵列和带状基板部件的所述测量仪器配置为沿着结构的外表面延伸并固定至该结构的外表面，并且配置为与所述结构的外表面相符，使得所述表面的扩展或收缩导致所述带状基板和天线阵列的长度以相应的方式扩展或收缩。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述天线阵列设计为使其具有与所述天线阵列的已知参考长度L相对应的已知参考谐振频率f。


6.根据权利要求5所述的系统，其中每个贴片具有相同的尺寸，并且具有谐振长度A，所述谐振长度是基板波长的一半(λs/2)，并且其中所述多个贴片天线通过各自的匹配部分电性连接到所述馈电线，所述匹配部分具有长度C，所述长度为基板波长的四分之一(λs/4)。


7.根据权利要求1所述的系统，其中在指定行中的所述多个贴片天线沿着所述行的长度均匀地间隔开。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述天线阵列包括多行贴片天线，其中限定指定行的所述贴片天线通过公共馈电线互连，并且其中所述各行的馈电线互连。


9.根据权利要求2所述的系统，其还包括：
多个测量仪器，其中每个测量仪器均配置为通过使指定测量仪器在相应高度上围绕所述储存容器的侧壁周向延伸而部署在圆柱形储存容器的外壁上，使得所述指定测量仪器的长度对应于所述容器在所述相应高度上的周长；和
其中所述尺寸分析模块还将处理器配置为基于为所述多个测量仪器中的相应测量仪器的天线阵列计算的当前长度，计算所述储存容器的容积。


10.一种用于使用网络分析仪测量储存容器的容积的系统，所述系统包括：
多个测量仪器，其配置为部署在圆柱形存储器的外壁上，其中所述多个测量仪器中的指定测量仪器围绕所述储存容器的周向侧壁，在所述壁上的相应高度处周向延伸，使得所述指定测量仪器的长度对应于所述容器在相应高度处的周长，并且其中所述指定测量仪器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：A阿尔谢里，B帕罗特，A艾默尔，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA