[发明专利]利用微波工作的料位测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种按照渡越时间原理(Laufzeitprinzip)工作的料位测量仪，用于测量容器内填料的料位，该料位测量仪在测量工作时借助于天线来发射微波，并且在取决于所要测量的料位的渡越时间之后重新接收所述微波在填料表面上反射的回波，并且结合其渡越时间来确定料位。

背景技术

这种无接触式工作的测量仪在大量工业部门中，例如在加工业、化学或者食品工业中使用。

典型的方式是，将料位测量仪安装在填料的上方并且使其天线对准填料。

为了确定渡越时间，可以应用借助于反射的微波来测量较短距离的所有公知的方法。最熟悉的例子是脉冲雷达和调频连续波雷达(FMCW雷达)。

在脉冲雷达的情况下，周期性地发射短的微波发射脉冲(下面称为波包)，这些波包由填料表面反射并且在取决于间距的渡越时间之后重新被接收。结合所接收的信号推导出回波函数，该回波函数将所接收的信号振幅作为时间的函数给出。该回波函数的每个值都相应于以与天线相距确定的间距的方式反射的回波的振幅。

在FMCW方法的情况下，连续地发射例如按照锯齿形函数周期性地线性地调频过的微波信号。因此，所接收的回波信号的频率与在接收时间点上的发射信号的瞬间频率相比具有频差，该频差取决于微波信号及其回波信号的渡越时间。发射信号与接收信号之间的频差因此相应于反射面与天线的间距，该频差可以通过混合两个信号并且对混频信号的傅里叶频谱进行评估来获得。此外，通过傅里叶变换所获得的频谱的谱线振幅相应于回波振幅。因此，该傅里叶频谱在这种情况下是回波函数。

从回波函数中确定至少一个有效回波，其相应于发射信号在填料表面上的反射。在微波的传播速度已知的情况下，由有效回波的渡越时间直接得出微波在其从测量仪到填料表面和返回的行程上所经过的行程距离。结合料位测量仪在容器之上的安装高度，可以由此直接计算出所寻找的料位。

目前的料位测量仪一般具有针对预先给定的频率或者预先给定的很窄的频带而设计的天线。

但是，存在大量如下的应用，在这些应用中具有优点的是，利用明显不同的频率来实施料位测量。为了可以实现这一点，为此一般使用两个分开的、各针对一个频率或一个预先给定的频带而设计的料位测量仪，或者使用至少两个分开的、各针对一个频率或一个预先给定的频带而设计的天线。

在现代化的工业设备中，一般在单个容器内实施大量不同的测量。为此，将大量不同的测量仪安设在相应容器的上面、旁边或者里面。但是，为此仅存在有限数量的相应容器口和/或者安装装置。与此相应，通常不能或者不希望将两个或多个料位测量仪或者两个或多个天线设置在唯一的容器上用于料位测量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用微波按照渡越时间原理工作的料位测量仪，利用该测量仪，可以借助唯一的天线在两种明显不同的频率下实施测量。

为此，本发明是一种利用微波按照渡越时间原理工作的料位测量仪，用于测量容器内填料的料位，该料位测量仪具有

-收发装置，

--用于产生高频微波信号和具有明显更低频率的低频微波信号，

--用于同时或者相继地将该微波信号朝向填料地发射到容器内，以及

--用于接收微波信号在容器内反射回到收发装置的回波信号，

--该收发装置具有唯一的天线，

---该天线具有内部呈漏斗形的喇叭和两个相互连接的、与喇叭连接的空心导线段，

---该天线具有同轴导线接线端，该同轴导线接线端连接在与喇叭直接相邻的空心导线段上，通过该同轴导线接线端向天线供给低频微波信号，并且通过该同轴导线接线端来接收所属的低频回波信号，以及

--该天线具有空心导线接线端，该空心导线接线端与两个空心导线段中的布置在与喇叭相邻的空心导线段的远离喇叭的侧上的那个空心导线段连接，并且通过该空心导线接线端向天线供给高频微波信号，并且通过该空心导线接线端来接收所属的高频回波信号。

依据一种优选的构造方式，

-设有同轴导线接线端的空心导线段具有与低频微波信号内所包含的频率相适应的直径，以及

-设有空心导线接线端的空心导线段具有与高频微波信号内所包含的频率相适应的直径。

依据一种改进方式，

-同轴导线接线端具有伸入到空心导线段内的耦合器(Einkopplung)，

-耦合器与两个空心导线段之间的过渡部之间沿两个空心导线段的共同纵轴线的间距处于低频微波信号在其中频情况下的基谐模波长的四分之一的数量级上，以及