雷达物位计系统技术方案

公开了接嘴端部反射减少的单导体探头导波雷达系统。一种确定罐内产品的高度的雷达物位计系统包括：布置在罐外部用于产生、发送并接收电磁信号的收发器；布置在罐内部并经由布置在罐的接嘴的顶部的馈通与收发器电连接的单导体探头，其通过接嘴并伸入产品中，用于将来自收发器的发送信号(ST)导向产品的表面，并向收发器返回该表面反射ST产生的表面回波信号(SR)；提供给探头的沿着探头的一部分延伸的阻抗匹配装置。阻抗匹配装置在垂直于探头的方向上的宽度在接嘴内部是恒定的或随着到馈通的距离的增加以第一变化率变化，而在接嘴下方、在与ST的波长的至少四分之一对应的距离上随着到馈通的距离的增加以负的且比第一变化率更负的第二变化率变化。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种GWR(导波雷达)类型的雷达物位计系统，其用于确定罐中容纳的产品的填充高度，且特别地涉及接嘴端部反射减少的单导体探头导波雷达系统。
技术介绍
雷达物位计(RLG)系统被广泛用于确定罐中容纳的产品的填充高度。雷达物位计量一般通过不接触测量或接触测量来进行，其中，不接触测量向罐中容纳的产品发射电磁信号，而通常被称为导波雷达(GWR)的接触测量则凭借起波导作用的探头将电磁信号导向并导入产品中。探头一般被布置为从罐顶向罐底垂直延伸。探头也可被布置在与罐的外壁连接并与罐的内部流体连接的测量管即所谓的腔中。 发送的电磁信号在产品的表面处被反射，且反射信号由包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收。基于发送信号和反射信号可以确定到产品表面的距离。更特别地，一般基于发送电磁信号与收到电磁信号在罐中的大气与罐中所容纳的产品之间的界面上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高度，基于以上提到的时间(所谓的形程时间(time-of-flight))和电磁信号的传播速度来确定从参考位置到表面的距离。现今市场上的大多数雷达物位计系统是基于发送脉冲与收到脉冲在产品表面的反射之间的时间差来确定到容纳在罐中的产品的表面的距离的所谓的脉冲雷达物位计系统，或是基于发送的调频信号与该调频信号在表面处的反射之间的相差来确定到表面的距离的系统。后一类型的系统一般被称为FMCW(调频连续波)类型。在任何情况下，传播的电磁信号通常不仅在由大气与表面之间的分界构成的阻抗转变处被反射，而且在信号遇到的多个其它阻抗转变处被反射。在GWR系统的情况下，一个这样的阻抗转变通常出现在收发器与探头之间的连接处。一般地，收发器定位在罐外部并经由穿过罐壁(通常为罐顶)的馈通与探头连接。这样的馈通通常由同轴线缆形成，其中，该同轴线缆以探头作为其内部导体、以罐壁或附连到罐的连接件作为其外部导体，并且具有设置在内部导体与外部导体之间的电介质构件。由于既要求内部导体在机械上足够强健、又要求外部导体实用，因此比约50 Q大很多的馈通阻抗很难可行。因此，由于馈通的结构，馈通的阻抗一般与典型的同轴电缆的阻抗相似，即约为50 Q。由于探头的阻抗通常相当高(对于双线探头大约为200 Q至300 Q，对于单线探头大约为300Q至400Q)，所以在馈通结束且探头进入罐时会存在相对较大的阻抗阶跃。如上所述，此阻抗转变部分反射发送的电磁信号，这产生可能比由发送的信号在罐中容纳的产品的表面处反射所产生的表面回波信号强很多的回波信号，尤其在待计量的产品是产生相对弱的回波信号的材料时。产生相对弱的回波信号的产品的示例是液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、油基产品、比如塑料小球或颗粒的固体等。这又可能导致在产品表面接近罐顶时难于确定填充高度，此外，可能由于在馈通与探头之间的阻抗转变处发生的信号损耗而减小最大可测量距离(最小可测量填充高度)。例如，对于以上描述的情况，随着从馈通的50Q阻抗到单线探头的300Q阻抗的阻抗转变，在来回经过该阻抗转变之后仅有大约25%的发送功率可用于返回收发器。如果阻抗转变从I : 6减少到I : 2，就有80%的功率返回。这些情况之间的最大可测量距离相差可多达10米。雷达物位计系统通常安装在罐顶部的所谓的接嘴(nozzle)上。(接嘴通常可以是如下管，该管焊接到罐上并在其上端装配有法兰以允许附连比如雷达物位计系统或法兰盖(blind flange)的仪器，接嘴的内径通常可以在0. Im到0. 2m之间，接嘴的长度通常大约是 0.5m。)在这样的情况下，探头通常在接嘴的顶部机械连接到罐，并在进入罐本身之前通过接嘴。在接嘴的顶部，探头可以通过穿过罐边界的馈通与雷达物位计系统的收发器电连接。对于单导体探头，有时也称为古搏探头(Goubau-probes)而言，还发现了由探头引导的电磁信号的传播尤其在接嘴相对窄且高时受接嘴的影响。因此，第二阻抗转变出现在接嘴端部处，其中，在由探头和接嘴壁形成的(同轴)传输线的阻抗与探头在罐本身内部的自由空间传播特性之间存在突变。在接嘴端部处的此阻抗转变会以与以上针对从馈通到探头的转变处的阻抗转变所描述的方式相似的方式干扰填充高度测量。另外，(在馈通处和在接嘴端部处的)这两个阻抗转变之间的多次反射可导致另外的回波信号，这些回波信号可干扰在接嘴端部以下相对远处的填充高度测量。根据US6690320，通过如下方法来解决由在接嘴端部处的反射导致的问题，在该方法中，在接嘴内部设置同轴延伸部直到探头伸出接嘴以后为止，使得具有同轴延伸部的探头具有与在收发器和探头之间的馈线相同的阻抗。在此配置下，在接嘴内部实际上没有单导体探头，而单导体探头始于同轴延伸部结束的接嘴下方。因此，将会只存在一个大的阻抗阶跃，但是由于此阻抗阶跃定位在接嘴端部下方，所以无法进行可靠的填充高度测量的罐顶部的区域(所谓的“盲区”(deadzone))将始于接嘴端部处并仍然十分明显。此外，仍将存在明显的信号损耗，这限制了最大可测量距离。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上提到的和其它的缺点，总体上，本技术的目的是提供改进的雷达物位计系统，特别是单导体探头类型的导波雷达物位计系统，该系统适用于探头被安装在罐上时通过接嘴的情况。根据本技术，以上和其它目的通过雷达物位计系统来实现，以确定罐中容纳的产品的填充高度，该雷达物位计系统包括收发器，该收发器布置在罐外部用于产生、发送并接收电磁信号；单导体探头，该单导体探头布置在罐内部并经由布置在罐的接嘴的顶部的馈通与收发器电连接，该单导体探头延伸通过接嘴并伸入罐中容纳的产品中，用于将来自收发器的发送信号导向产品的表面并用于向收发器返回由发送信号在表面的反射产生的表面回波信号；阻抗匹配装置，该阻抗匹配装置被提供给探头并沿着探头的一部分延伸；以及处理电路，该处理电路连接到收发器以用于基于表面回波信号来确定填充高度，其中，阻抗匹配装置在垂直于探头的方向上的宽度在接嘴内部随着到馈通的距离的增加以第一变化率变化，而在接嘴下方随着到馈通的距离的增加以负的第二变化率变化，与第一变化率相比，第二变化率更负。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、或者是部分或完全非金属的，可以是开口的、半开口的或封闭的。“收发器”可以是一个能够发送并接收电磁信号的功能单元，或可以是包括独立的发送器单元和接收器单元的系统。单导体探头可以基本上是刚性的或柔性的，并且可以由比如不锈钢的金属、比如PTFE(聚四氟乙烯)的塑料或其组合而制成。接嘴可以是罐的管形延伸部，该管形延伸部在罐本身的顶部上方延伸并在移除接嘴盖子时提供通向罐内的开口。因此，罐内部与罐外部之间的边界包括接嘴的壁和盖子。当雷达物位计系统被布置成使探头通过接嘴时，探头将在罐内在接嘴内部和接嘴下方，然而在接嘴内部，从探头到接嘴的(传导)壁的距离将明显短于探头与接嘴下方的罐壁之间的距离。本技术还基于以下认识对接近罐顶的填充高度的确定可以通过在接嘴内局部减小由发送的电磁信号产生的电磁场的径向宽度来改进(这意味着可以减小所谓的盲区)，然后从接嘴内的阻抗逐渐地过渡到在接嘴下方、在罐本身中的探头的阻抗。因此，可以消除接嘴的影响，同时允许确定接近罐顶的填充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.17 EP 11154814.51.一种雷达物位计系统(I)，用于确定容纳在罐(5)中的产品(6)的填充高度，所述雷达物位计系统(I)包括 收发器(10)，所述收发器(10)布置在所述罐外部，用于产生、发送并接收电磁信号； 单导体探头(3)，所述单导体探头(3)布置在所述罐内部并经由布置在所述罐的接嘴(16)的顶部处的馈通(15 ；19)与所述收发器电连接，所述单导体探头(3)延伸通过所述接嘴(16)井伸入容纳在所述罐中的所述产品中，用于将来自所述收发器的发送信号(St)导向所述产品的表面，并用于向所述收发器返回由所述发送信号在所述表面的反射产生的表面回波信号(Sk)； 阻抗匹配装置(35 ；40 ；44 ;48)，所述阻抗匹配装置(35 ；40 ；44 ；48)被提供给所述探头(3)并沿着所述探头的一部分延伸；以及 处理电路(11)，所述处理电路(11)连接到所述收发器(10)，用于基于所述表面回波信 号来确定所述填充高度， 其中，所述阻抗匹配装置(35 ；40 ；44 ；48)在垂直于所述探头(3)的方向上的宽度在所述接嘴(16)内部是恒定的或随着到所述馈通(15 ；19)的距离的增加以第一变化率变化，而在所述接嘴(16)下方、在与所述发送信号(St)的波长的至少四分之ー对应的距离上随着到所述馈通(15;19)的距离的増加以负的第二变化率变化， 与所述第一变化率相比，所述第二变化率更负。2.根据权利要求I所述的雷达物位计系统(I)，其中，所述阻抗匹配装置(35；40 ；44 ；48)被配置为在所述馈通(15 ；19)与所述探头(3)之间的界面处提供阻抗阶跃。3.根据权利要求I或2所述的雷达物位计系统(I...

【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：实用新型
国别省市：