[发明专利]基于RF空腔的过程流体传感器

说明书

本申请是2011年12月7日(申请日：2010年4月6日)向中国专利局递交并进入中国国家阶段的题为“基于RF空腔的过程流体传感器”的发明专利申请No.201080025260.4(PCT国际申请No.PCT/US2010/001031)的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及流体处理，具体涉及用于过程流体测量和控制的远程感测系统。具体地，本发明涉及一种用于远程处理位置的无源传感器系统，其中功耗和通信要求是重要的设计问题。

背景技术

准确的流体测量对于大量的处理应用(包括大量流体的存储和运输、食品和饮料筹备、化学和制药生产、水和空气的配给、环境控制、农业、碳氢化合物提取、燃料精炼)和(使用热塑性塑料、薄膜、胶水、树脂和其他流体材料的)多种制造过程来说非常重要。许多这些应用需要将传感器布置在远处隔离的位置或限制进入的位置，或者布置在经受高温、极端压力、爆炸性环境、腐蚀性药剂和其他危险条件的处理环境中。

在这些应用中，功耗和通信要求会影响系统成本，并且可能对总体系统设计造成限制。存在对远程感测系统的持续需求，该系统能够以成本有效的方式解决功率和通信问题，并且适用于多种远程的、限制进入的且危险的操作环境。

发明内容

本发明涉及一种用于测量过程流体参数的远程系统。该系统包括：空腔，被配置为以中心谐振频率产生谐振；调谐器，被配置为调谐该谐振频率；以及信号耦合器。空腔包括具有谐振频率的波导或RF空腔谐振器，该谐振频率响应于与过程流体的热力学(压力或热)接触而移动。调谐器耦合至空腔，并通过调整空腔的有效谐振长度来调谐该谐振频率。信号耦合器也耦合至空腔，并且被配置为当输入的查询信号与调谐且移动后的谐振频率匹配时，发送回波(echo)。

附图说明

图1是示出了在无线实施例中、用于过程流体测量的远程传感器系统的剖面示意图。

图2A是示出了在线缆实施例中、图1的远程传感器系统的剖面示意图。

图2B是示出了在使用线缆和无线传感器传感器两者的实施例中、图1的远程传感器系统的备选剖面图。

图3A是示出了在具有圆柱状空腔谐振器的无线实施例中、图1的系统的远程传感器的透视图。

图3B是示出了在具有不同的纵向纵横比的实施例中、图3A中的远程传感器的备选透视图。

图4A是用于图1的远程传感器系统的矩形谐振器的透视图。

图4B是在具有任意的横向纵横比的实施例中、图4A中的矩形谐振器的备选透视图。

具体实施方式

图1是示出了在无线实施例中、用于过程流体测量的远程传感器系统10的剖面示意图。系统10包括变送器11和基于空腔的过程流体传感器12，过程流体传感器12与过程贮液器14中的过程流体13热力学接触。在这个无线实施例中，变送器11和传感器12经由从变送器11传播至传感器12的RF(射频)查询信号15A以及从传感器12传播至变送器11的RF响应信号15B形成无线链接。

变送器11包括变送器外壳16，该变送器外壳16具有微处理器/控制器17(虚线示出)、信号广播元件18和信号接收元件19。外壳16由坚固耐用的可加工材料(例如铝、钢、不锈钢和其他金属)、耐用的聚合材料(例如PVC塑料或ABS塑料)或者其组合形成。将外壳16塑造为多个侧壁、端壁、盖板和其他结构，其通过机械手段(例如焊接、螺钉或螺栓)装配到一起。外壳16形成变送器11的微处理器17和其他内部组件的保护套，并且提供对外部组件(包括广播元件18和接收元件19)的支撑体。典型地，外壳16还形成流体和压力密封以保护内部不受泄露和腐蚀性或爆炸性药剂的影响。

控制器17执行变送器11的通信、控制和信号处理功能，包括广播元件18和接收元件19的操作。经由多种硬件和无线连接(例如，环线或电源/数据总线、红外(IR)、光学或RF系统或其组合)来提供变送器11和过程监控器/系统控制器20之间的通信。过程通信还使用多种不同的命令和控制协议，包括但不限于：标准模拟(4-20mA)协议、诸如的混合模拟-数字协议、以及诸如Foundation^TM Fieldbus和NET协议的数字协议。使用这些代表性通信系统的多种变送器和其他现场设备例如可以从位于明尼苏达州Chanhassen市的Rosemount Inc.(一家爱默生过程管理公司)获得。