确定填充液位的系统和方法技术方案

一种用于借助雷达液位计系统来确定储罐中的产品的填充液位的方法，所述雷达液位计系统包括：用于生成、发送和接收电磁信号的收发机；与收发机连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐中的产品内，并把由产品的表面反射发送电磁信号而产生的反射电磁信号返回收发机；以及多个参考反射体，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号的一部分反射回收发机。所述方法包括下述步骤：根据由参考反射体反射的接收电磁信号，来识别位于产品表面上方的一组参考反射体；选择包含在一组参考反射体中的第一和第二参考反射体；根据第一和第二参考反射体之间的已知距离、和利用分别由第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的第一和第二参考反射体之间的距离，来确定传播速度补偿因数；以及根据由产品表面反射的接收电磁信号和传播速度补偿因数，来确定填充液位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定包含在储罐中的产品的填充液位的雷达液位计系统，和实现 这种填充液位确定的方法。
技术介绍
雷达液位计系统广泛用于测量包含在储罐中的产品的工艺参数，诸如填充液位、 温度、压力等。雷达液位计量通常借助于向包含在储罐中的产品辐射电磁信号的非接触测 量，或者借助于由充当波导的探针把电磁信号引导到产品中的接触测量(通常被称为导波 雷达)来实现。探针通常从储罐的顶部到底部垂直布置。电磁信号随后在产品的表面被反 射，反射信号被包含在雷达液位计系统中的接收机或收发机接收。根据发送信号和反射信 号，能够确定到产品表面的距离。更具体地说，通常根据发送电磁信号和接收其在储罐中的气氛与储罐中的产品之 间的界面的反射之间的时间，来确定到产品表面的距离。为了确定产品的实际填充液位，根 据上面提及的时间(所谓的渡越时间)和电磁信号沿探针的传播速度来确定从参考位置到 所述表面的距离。该传播速度由各种因素，诸如探针的结构和储罐内的环境条件决定。例如，所述环 境条件包括储罐中的产品表面上方的气氛的组成，和由于产品的填充液位在储罐内变化而 可能附着在探针上的产品残留。US6867729和US5249463公开了用于补偿储罐中产品表面上方的气氛中变化的蒸 气浓度的不同系统。在US6867729中公开的液位测量系统通常以较低的增益工作，以确定容纳在储罐 中的材料的料位，并且定期以较高的增益工作，以确定到沿探针设置在探针的预期传感区 上方的目标标记的距离。确定的到目标标记的距离被用于针对料位上方的蒸气的性质，来 补偿所确定的料位。在US5249463中公开的用于测量水位的液位测量系统包含在最高水位上方设置 有一对间隔开的参考不连续点的探针。参考不连续点之间的测量距离和已知距离之间的差 值被用于提供水位的测量结果，该测量结果与水位上方的蒸气的介电常数的变化无关。除蒸气浓度之外，在上述文献中公开的系统和方法都没有考虑影响沿探针的传播 速度的其它因素，因此并不适合于在诸如探针污染的其它因素占支配地位的情况下使用。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷和其它缺陷，本专利技术的一般目的是，提供一种改进的雷 达液位计系统和方法，具体地讲，提供一种能够提供针对储罐中的环境条件而调整的测量 结果的雷达液位计系统和方法。按照本专利技术的第一方面，通过一种借助雷达液位计系统来确定储罐中的产品的填 充液位的方法来实现这些和其它目的，所述雷达液位计系统包括生成、发送和接收电磁信6号的收发机；与该收发机相连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐内的产 品内，并把由产品表面反射发送电磁信号而产生的反射电磁信号返回收发机；以及多个参 考反射体，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号 的一部分反射回收发机。所述方法包括下述步骤根据由参考反射体反射的接收电磁信号， 识别位于产品表面上方的一组参考反射体；选择包含在所述一组参考反射体中的第一和第 二参考反射体；根据所述第一和第二参考反射体之间的已知距离、和利用分别由第一和第 二参考反射体反射的接收电磁信号确定的第一和第二参考反射体之间的距离，确定传播速 度补偿因数；以及根据由产品表面反射的接收电磁信号和所述传播速度补偿因数，确定填 充液位。应注意，按照本专利技术的方法决不局限于按照任何特定的顺序来执行其步骤。在本申请的上下文中，“探针”是用于引导电磁信号的波导。可以使用几种类型的 探针，例如单线(古博式)探针和双线探针。探针可以是大致刚性或柔性的，并且它们可由 诸如不锈钢的金属、诸如PIFE的塑料、或者它们的组合制成。“收发机”可以是一个能够发送和接收电磁信号的功能单元，或者可以是包含独立 的发射机单元和接收机单元的系统。储罐可以是能够容纳产品的任何容器或器皿，并且可以是金属的、或者部分或完 全是非金属的，可以是敞开的、半敞开的或者是封闭的。每个参考反射体可被实现成能够反射沿探针传播的电磁信号的结构，并且可以借 助于探针外部的结构、探针中的内部结构、或者它们的组合来实现。此外，不同的参考反射 体可以被设置成相同或不同的反射结构。每个参考反射体的位置“已知”意味着先前已利用任何适当的测量技术确定了该 位置。例如，可根据由相应参考反射体反射的接收电磁信号来确定所述位置，但所述确定是 在受控条件下，诸如在雷达液位计系统的生产过程中，或者当安装雷达液位计系统但是探 针是干净的并且储罐是空的时进行的。此外，可通过一般约l_2m的间隔来规则或不规则地隔开参考反射体。尤其是在较 长探针，诸如长度大于例如15-20m的探针的情况下，有利的是沿着探针把参考反射体布置 成被不规则地间隔，以避免干扰效应。在本申请的上下文中，如果相邻参考反射体之间的距离的标准偏差大于雷达液位 计系统的可实现距离分辨率的四分之一，则参考反射体应当被理解成被不规则地隔开。对例证的脉冲长度为Ins的脉冲GWR式雷达液位计系统来说，距离分辨率约为 150mm,即，为了能够区分两个相邻的回波信号，这些回波信号应由相隔至少150mm的阻 抗转变处的反射引起。因此，对于这样的系统，上面提及的标准偏差应至少为150/4 = 37. 5mm。实际上，标准偏差最好应稍微更大，诸如50mm以上，尤其是对具有许多(大于约20 个)参考反射体的长探针(长度大于约20m)来说更是如此。这将有效降低来自不同参考反射体的反射和多次反射之间的协同效应，并允许更 小的间隔距离和/或更多数量的反射体。本专利技术的基础在于认识到，利用根据位于待测量产品的表面上方的两个参考反射 体之间的测量距离和已知距离而获得的补偿因数，能够提高填充液位测量的精度。此外，发 明人认识到，如果这两个参考反射体中的至少一个位于储罐中一个液位范围内的液位，则能够实现改进的补偿，其中在储罐的正常使用期间，填充液位在所述液位范围内波动。从 而，参考反射体中的至少一个会被产品覆盖，在所述两个参考反射体之间的探针上会发生 产品的累积。结果，除了在表面上方存在蒸气的影响之外，还能够利用确定的传播速度补偿 因数，来补偿探针污染对电磁信号的传播速度的影响。按照一个实施例，通过主要沿探针的长度设置参考反射体，可确保至少一个参考 反射体位于上述液位范围内。此外，探针上的浓缩残留物-“块”-会产生难以与表面回波区分开的干扰回波。 通过本专利技术，能够确定回波是否位于产品表面上方，并从而可能产生于附着在探针的未被 浸没部分上的块。此外，能够改进到包含在储罐中并被上层产品覆盖的产品的距离的测量，因为能 够使用到漫没在上层产品中的参考反射体的已知距离和测量距离来准确地确定上层产品 的介电常数。根据每个参考反射体沿探针的已知位置和测量位置之间的差值，能够识别位于产 品表面上方的一组参考反射体。例如，发送电磁信号和接收发送的电磁信号在特定参考反射体的反射之间的时间 可被用于确定该参考反射体的测量位置。当按照这种方式确定时，到参考反射体的测量距 离，从而参考反射体的测量位置与电磁信号沿探针的传播速度有关。如果某个反射体被浸 没在产品中，则与探针的未被浸没部分相比，探针的被浸没部分的传播速度明显较低。因 此，与未被浸没的反射体相比，被浸没的参考反射体的测量位置和已知位置之间的差值明 显较大。可替换地，相邻参考反射体之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助于雷达液位计系统（１）来确定储罐（５）中的产品（６）的填充液位的方法，所述雷达液位计系统（１）包括：收发机（１０），用于生成、发送和接收电磁信号；探针（３），与所述收发机（１０）连接，用于把发送电磁信号（Ｓ↓［Ｔ］）从所述收发机（１０）引导到储罐内的所述产品内，并把由所述产品的表面（７）反射所述发送电磁信号而产生的反射电磁信号（Ｓ↓［Ｒ］）返回所述收发机（１０）；以及多个参考反射体（４ａ－ｊ），每个参考反射体沿探针（３）被布置在相应的已知位置，并被配置成把所述发送电磁信号的一部分反射回所述收发机，所述方法包括下述步骤：根据由所述参考反射体反射的接收电磁信号，来识别（５０４）位于产品的所述表面（７）上方的一组参考反射体（４ａ－ｅ）；选择包含在所述一组参考反射体中的第一参考反射体（４ｅ）和第二参考反射体（４ｄ）；根据所述第一参考反射体（４ｅ）和第二参考反射体（４ｄ）之间的已知距离、和利用分别由所述第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的所述第一和第二参考反射体之间的距离，来确定（５０８）传播速度补偿因数；以及根据由产品的所述表面（７）反射的接收电磁信号和所述传播速度补偿因数，来确定（５０９）所述填充液位。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-13 11/938,995一种借助于雷达液位计系统(1)来确定储罐(5)中的产品(6)的填充液位的方法，所述雷达液位计系统(1)包括收发机(10)，用于生成、发送和接收电磁信号；探针(3)，与所述收发机(10)连接，用于把发送电磁信号(ST)从所述收发机(10)引导到储罐内的所述产品内，并把由所述产品的表面(7)反射所述发送电磁信号而产生的反射电磁信号(SR)返回所述收发机(10)；以及多个参考反射体(4a-j)，每个参考反射体沿探针(3)被布置在相应的已知位置，并被配置成把所述发送电磁信号的一部分反射回所述收发机，所述方法包括下述步骤根据由所述参考反射体反射的接收电磁信号，来识别(504)位于产品的所述表面(7)上方的一组参考反射体(4a-e)；选择包含在所述一组参考反射体中的第一参考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)；根据所述第一参考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)之间的已知距离、和利用分别由所述第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的所述第一和第二参考反射体之间的距离，来确定(508)传播速度补偿因数；以及根据由产品的所述表面(7)反射的接收电磁信号和所述传播速度补偿因数，来确定(509)所述填充液位。2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述识别步骤包括下述步骤对于每个参考反射体，评估该参考反射体的所述已知位置和利用所述接收电磁信号确 定的该参考反射体的位置之间的差值。3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一参考反射体(4e)被选为所述一组 参考反射体中最接近产品的表面(7)的参考反射体。4.按照权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第二参考反射体被选为所述 一组参考反射体中最接近所述第一参考反射体(4e)的参考反射体(4d)。5.按照权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第二参考反射体被选为所述 一组参考反射体中离所述第一参考反射体(4e)最远的参考反射体(4a)。6.按照权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述传播速度补偿因数被确定为 第一和第二参考反射体之间的所述已知距离和利用所述接收电磁信号确定的第一和第二 参考反射体之间的距离的比值。7.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述确定填充液位的步骤包括下 述步骤根据利用分别被所述第一参考反射体和所述表面反射的接收电磁信号确定的所述第 一参考反射体和所述表面之间的距离、和所述传播速度补偿因数，来确定所述第一参考反 射体和所述产品的表面之间的补偿距离；以及把所述补偿距离与参考位置和所述第一参考反射体之间的已知距离相加。8.按照权利要求1-7中任意一项所述的方法，进一步包括下述步骤 根据所述接收电磁信号来确定回波波形；以及从所述回波波形中减去由所述参考反射体反射所述发送电磁信号而产生的参考回波， 从而便于区分由产品的表面反射所述发送电磁信号而产生的表面回波。9.一种用于确定储罐(5)中的产品(6)的填充液位的雷达液位计系统(1)，所述雷达 液位计系统包含收发机(10)，用于生成、发送和接收电磁信号；探针(3)，与所述收发机(10)连接，用于把发送电磁信号(St)从所述收发机(10)引导 到储罐内的所述产品内，并把由所述产品的表面(7)反射所述发送电磁信号而产生的反射 电磁信号(Sk)返回所述收发机(10)；多个参考反射体(4a_j)，每个参考反射体沿探针(3)被布置在相应的已知位置，并被 配置成把所述发送电磁信号(St)的一部分反射回所述收发机(10)，其中所述多个参考反射 体包括第一参考反射体(4e)，位于所述表面(7)的上方，并且位于所述储罐(5)中一个液位范 围内的液位，其中在所述储罐(5)的正常使用期间，所述填充液位在所述液位范围内波动； 以及第二参考反射体(4d)，位于所述第一参考反射体(4e)上方的已知距离处；以及处理电路(11)，与所述收发机(10)连接，用于根据分别由产品的表面(7)以及第一参 考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)反射的接收电磁信号、以及第一和第二参考反射体 之间的所述已知距离，来确定所述填充液位。10.按照权利要求9所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述第二参考反射体(4d)被布 置在所述液位范围内的液位，其中在储罐的正常使用期间，所述填充液位在所述液位范围 内波动。11.按照权利要求9或10所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参 考反射体(4a_e)中，所述第一参考反射体(4e)的位置最接近所述表面(7)。12.按照权利要求9-11中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面 上方的参考反射体(4a_e)中，所述第二参考反射体(4d)的位置最接近所述第一参考反射 体(4e)。13.按照权利要求9-11中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面 上方的参考反射体(4a_e)中，所述第二参考反射体(4a)最远离所述第一参考反射体(4e)。14.按照权利要求9-13中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，每个所述参考反 射体(4a-j)包含为所述发送电磁信号(St)提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；以及为所述发送电磁信号(St)提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，所述上部和下部沿探针⑶隔开一定距离(L。)，选择所述距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：O爱德沃森，H德琳，CJ罗斯，
申请(专利权)人：罗斯蒙特雷达液位股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]