[发明专利]用于通过发射到液体表面的雷达信号和从液体表面反射的雷达信号确定在指定测量范围内的液体水平L的方法和装置

说明书

详细说明

本发明涉及用于通过发射到液体表面的雷达信号和从液体表面反射的雷达信号确定在指定测量范围内的液体水平(level)L的方法，包括步骤：

i)在时序中发射雷达信号到液体表面；

ii)在时序中接收从液体表面反射的雷达信号；

iii)部分基于发射的雷达信号和反射的雷达信号确定水平L。

本发明还涉及用于确定在指定测量范围内的液体水平L的装置，至少包括设置在液体上方用于发射雷达信号到液体并且接收从液体表面反射的雷达信号的雷达天线，以及用于基于发射的雷达信号和反射的雷达信号确定液体水平L的部件。

雷达(无线电探测与测程)广泛用于无接触距离测量。众所周知的原理是时差方法。根据该方法，雷达天线发射雷达信号，其落在对象(例如液体表面)上。该对象在接收反射的雷达信号/波的雷达天线的方向上反射回所发射的雷达信号/波中的部分。

尽管对发射的雷达信号和反射的雷达信号使用独立的雷达天线是可能的，使用同一个的雷达天线用于发射以及用于接收是通常的做法。雷达系统测量发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的时间差Δt。如果发射的雷达信号的速度是已知的，到液体表面的距离可以使用适合的测量部件采用简单的方式确定。

如在介绍中提及的使用上文测量原理的装置频繁用于在加工工业或在炼油厂中通过雷达信号准确确定储罐中的液体(例如水或油)水平。使用的雷达信号一般是脉冲雷达信号。

在工业中频繁使用的另一个测量方法基于确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的差频。

更另一个更加准确的方法基于发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的相位差，其中通过雷达波传播的波长全部数量(包裹系数(wrapping factor)k)也是已知的(在根据参考值校准后)。当使用该计算方法时，在两个连续的测量之间超过四分之一波长的波动的情况下，水平不再能够唯一地确定，使得不再能够获得可靠的测量结果。由于关于测量的相位差的该不可靠性和不确定性，在强烈或快速液体水平波动的情况下确定实际液体水平的明确并且可靠的值是不可能的。

根据本发明的方法的目的是消除上文的缺点和引入更加准确的测量原理，其中考虑液体水平中前述未预见的波动。

根据本发明，该方法对此进一步的特征在于步骤：

iv)基于两个不同的计算方法同时实施步骤iii)，其中

第一计算方法生成具有第一误差Δr₁的水平L的测量值L1而第二计算方法生成具有第二误差Δr₂的水平L的测量值L2，并且其中

第一计算方法比第二计算方法对系统偏差更敏感，而第二计算方法比第一计算方法对液体水平L中的强烈波动更敏感，以及

v)在时序中分析液体水平L中的波动，以及

vi)取决于如在步骤v)中确定的液体水平L中的波动使用或利用第一或第二计算方法用于确定水平L。

这样，在液体表面非所希望的变形的情况下切换到显出不同的不准确度的测量方法是随时可能的，从而预防当采用以前使用的测量技术时获得不正确的测量值的风险。通过切换到不同的测量方法，可以确保如安装在储罐中的测量系统的总准确度以便获得更大或更小准确度的水平测量。

更具体地，根据本发明的方法特征在于，第一计算方法确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的时间差Δt并且基于其而计算水平L的测量值L1。在另一个实施例中，第一计算方法确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的差频Δf并且基于其而计算水平L的测量值L1，而在更另一个实施例中第一计算方法确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的一系列相位差并且随后基于其而计算水平L的测量值L1。

上文的测量方法在实践中是令人满意的，但它们对例如由反射引起的储罐中雷达信号的干扰敏感。

根据本发明，该方法进一步特征在于，第二计算方法确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的相位差以及通过雷达波传播的波长λ的全部数量(其是包裹系数k)，并且基于其而计算水平L的测量值L2。

该方法的功能实施例进一步特征在于，为了确定在步骤vi)中将使用第一还是第二计算方法，步骤v)包括子步骤：

v-1)计算连续测量之间的相位差Δψ以及

v-2)比较所述计算的相位差Δψ与预定的最大允许值Δψ_max。