具有带有非塑性介电天线体的天线组件的雷达物位计系统技术方案

本发明专利技术涉及具有带有非塑性介电天线体的天线组件的雷达物位计系统。该雷达物位计系统包括：收发器；天线组件，该天线组件布置在罐壁中的开口处，以用于将发射信号朝向罐中的产品竖向地辐射，并且将由发射信号在产品表面处的反射而产生的反射信号返回；以及处理电路，该处理电路用于基于发射信号和反射信号来确定填充物位。天线组件包括：非塑性介电天线体，该非塑性介电天线体具有在天线组件被布置在罐壁中的开口处时背离罐的内部的凸形表面和面向罐的内部的平坦表面；以及馈送部，该馈送部被布置成将发射信号朝向非塑性介电天线体的凸形表面引导。凸形表面引导。凸形表面引导。

【技术实现步骤摘要】
具有带有非塑性介电天线体的天线组件的雷达物位计系统


[0001]本专利技术涉及雷达物位计系统。

技术介绍

[0002]雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中的填充物位。通常借助于非接触式测量或借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行雷达物位计量，其中，借助于非接触式测量时，朝向罐中的产品辐射电磁信号，借助于接触式测量时，通过探头朝向产品导引电磁信号并将电磁信号导引到产品中。探头通常布置成从罐的顶部竖向地向罐的底部延伸。
[0003]由收发器生成电磁发射信号，并朝向罐中的产品的表面传播电磁发射信号，并且由发射信号在表面处的反射而产生的电磁反射信号被传播回至收发器。
[0004]基于发射信号与反射信号之间的时序关系可以确定距产品的表面的距离。
[0005]对于一些应用，比如对于使用相对高频带中的微波信号的非接触式雷达物位计系统，可以有利地使用包括所谓的平凸透镜的天线组件。平凸透镜是具有凸形表面以及与凸形表面相反的平坦表面的介电天线体。
[0006]US 2009/0262038公开了这样一种平凸透镜，该平凸透镜具有面向罐的内部的凸形表面。US 2020/0256718公开了一种平凸透镜，该平凸透镜具有面向雷达信号源的凸形表面、以及平坦表面，该平坦表面被设计为搁置在非金属容器的表面上以用于通过容器壁进行测量的接触表面。根据US 2020/0256718，这种布置结构可以节省安装空间，并且允许更容易地安装雷达测量装置。
[0007]高频非接触式雷达物位计测量提供了若干优点，比如更窄的测量光束和更紧凑的尺寸。后者特别地允许在各种罐中安装雷达物位计系统，其中，对于具有较低频率比如大约26GHz或更低频率的常规非接触式雷达物位计系统来说，预先存在的开口可能太小。
[0008]对于高温高压(HTHP)应用，目前倾向于使用GWR类型的雷达物位计系统。尽管GWR类型的雷达物位计系统通常是非常适用的，但也有其局限性。例如，在预计会发生剧烈流体运动的应用中需要特别考虑。
[0009]将期望提供也用于HTHP应用的高频非接触式雷达物位计系统的使用。

技术实现思路

[0010]鉴于上述情况，本专利技术的总体目标是提供用于HTHP应用的高频非接触式雷达物位计系统的使用。
[0011]根据本专利技术，因此提供了一种雷达物位计系统，该雷达物位计系统用于确定罐中的产品的填充物位，该雷达液位计系统包括：收发器，该收发器用于生成、发送和接收电磁信号；天线组件，该天线组件布置在罐壁中的开口处，以用于将来自收发器的电磁发射信号竖向地朝向罐中的产品辐射，并且将由发射信号在产品的表面处的反射而生成的电磁反射信号朝向收发器返回；以及处理电路，该处理电路用于基于发射信号和反射信号确定填充
物位，其中，天线组件包括：非塑性介电天线体，该非塑性介电天线体具有在天线组件被布置在罐壁中的开口处时背离罐的内部的凸形表面和面向罐的内部的平坦表面；以及馈送部，该馈送部被布置成在发射信号通过非塑性介电天线体之后，将发射信号从引起发射信号朝向罐中的产品的表面进行大致平面波传播的位置朝向非塑性介电天线体的凸形表面引导。
[0012]“收发器”可以是能够发射和接收电磁信号的一个功能性单元，或者可以是包括分开的发射器单元和接收器单元的系统。
[0013]应当注意的是，处理电路可以被设置为一个装置或一起工作的数个装置。
[0014]电磁发射信号可以有利地是微波信号。例如，发射信号可以是在微波频率范围内的载波上调制的频率和/或幅度。
[0015]电磁发射信号的示例中心频率可以为至少60Ghz。有利地，中心频率可以在75GHZ至85GHZ的范围内，比如约为80GHz。
[0016]本专利技术基于以下认识：通过使用满足特定标准的平凸透镜(具有凸形表面和平坦表面的介电天线体)，高频非接触式雷达物位计系统可以适用于HTHP应用。一个标准是，当天线组件布置在罐壁中的开口处时，平凸透镜的平坦表面面向罐的内部。本专利技术人已经认识到的是，这种布置结构允许透镜基本上是任意厚的，而不会改变发射信号的特性。这进而使得能够承受较高的过程压力，比如可能在HTHP应用中出现的较高的过程压力。另一个标准是平凸透镜由非塑性电介质制成，这允许透镜在经受高压和高温时也能保持其形状。
[0017]根据实施方式，天线组件可以构造成使得当天线组件被布置在罐壁中的开口处时，非塑性介电天线体的平坦表面相对于水平面成角度。这促进了冷凝物从非塑性介电天线体的平坦表面滴落，这提供了改进的测量性能，特别是对于可能易于在表面上冷凝的HTHP应用更是如此。这种应用的示例是锅炉中的物位测量。
[0018]有利地，当平坦表面如上所述成角度时，非塑性介电天线体的凸形表面可以定形状成将来自馈送部的发射信号聚焦为在非塑性介电天线体内朝向非塑性介电天线体的平坦表面传播的平面波；并且当天线组件布置在罐中的开口处时，非塑性介电天线体的平坦表面可以被定向成将该平面波折射成朝向罐中的产品的表面竖向地传播。
[0019]总之，本专利技术的各方面因此涉及一种雷达物位计系统，其包括：收发器；天线组件，该天线组件布置在罐壁中的开口处，以用于朝向罐中的产品竖向地辐射发射信号，并且将由发射信号在产品的表面处的反射而产生的反射信号返回；以及处理电路，该处理电路用于基于发射信号和反射信号来确定填充物位。该天线组件包括：非塑性介电天线体，该非塑性介电天线体具有在天线组件被布置在罐壁中的开口处时背离罐的内部的凸形表面和面向罐的内部的平坦表面；以及馈送部，该馈送部被布置成将发射信号朝向非塑性介电天线体的凸形表面引导。
附图说明
[0020]现在将参照附图更详细地描述本专利技术的这些方面和其他方面，在附图中：
[0021]图1示意性地示出了在示例性HTHP应用中的根据本专利技术的示例实施方式的雷达物位计系统；
[0022]图2是示意性地图示了图1中的雷达物位计系统的框图；
[0023]图3是可以包括在图2中的雷达物位计系统中的天线组件构型的第一示例的示意性横截面图；
[0024]图4是可以包括在图2中的雷达物位计系统中的天线组件构型的第二示例的示意性横截面图；
[0025]图5是可以包括在图2中的雷达物位计系统中的天线组件构型的第三示例的示意性横截面图；以及
[0026]图6是图5中的天线组件构型的更详细的横截面图，其示出了用于发射信号的馈送部以及非塑性介电天线体与雷达物位计系统的壳体结构之间的密封附接件的示例性构型。
具体实施方式
[0027]图1示意性地示出了在示例性HTHP应用中的根据本专利技术的示例实施方式的雷达物位计系统1。在图1所示的示例中，HTHP应用是简化的锅炉3，其具有锅炉锅筒5和腔室7(通常也被称为约束物)。锅炉锅筒5与腔室7流体连通，使得腔室7中的产品9(在这种情况下为水)的物位L对应于锅炉锅筒5中的物位。因此，锅炉锅筒5和腔室7一起形成罐，并且腔室7顶部处的开口是罐壁中的开口。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达物位计系统，所述雷达物位计系统用于确定罐中的产品的填充物位，所述雷达物位计系统包括：收发器，所述收发器用于产生、发送和接收电磁信号；天线组件，所述天线组件布置在罐壁中的开口处，以用于将来自所述收发器的电磁发射信号竖向地朝向所述罐中的所述产品辐射，并且将由所述发射信号在所述产品的表面处的反射而产生的电磁反射信号返回至所述收发器；以及处理电路，所述处理电路用于基于所述发射信号和所述反射信号确定所述填充物位，其中，所述天线组件包括：非塑性介电天线体，所述非塑性介电天线体具有在所述天线组件布置在所述罐壁中的所述开口处时背离所述罐的内部的凸形表面和面向所述罐的内部的平坦表面；以及馈送部，所述馈送部布置成在所述发射信号穿过所述非塑性介电天线体之后，将所述发射信号从引起所述发射信号朝向所述罐中的所述产品的所述表面进行大致平面波传播的位置朝向所述非塑性介电天线体的所述凸形表面引导。2.根据权利要求1所述的雷达物位计系统，其中，所述天线组件配置成使得当所述天线组件被布置在所述罐壁中的所述开口处时，所述非塑性介电天线体的所述平坦表面相对于水平面成角度。3.根据权利要求2所述的雷达物位计系统，其中，当所述天线组件被布置在所述罐壁中的所述开口处时，所述非塑性介电天线体的所述平坦表面与所述水平面之间的角度为至少10
°
。4.根据权利要求2或3所述的雷达物位计系统，其中：所述非塑性介电天线体的所述凸形表面定形状成将来自所述馈送部的所述发射信号聚焦为在所述非塑性介电天线体内部朝向所述非塑性介电天线体的所述平坦表面传播的平面波；并且当所述天线组件被布置在所述罐中的所述开口处时，所述非塑性介电天线体的所述平坦表面被定向成将所述平面波折射成朝向所述罐中的所述产品的所述表面竖向地传播。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：马格纳斯，
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：