[发明专利]雷达料位测量装置

说明书

本发明涉及一种用于测量容器(8)中材料(9)的料位(10)的基于雷达的料位测量装置(1)，包括电子单元(2)，其中，所述电子单元(2)用于生成发送信号，其中，所述电子单元(2)用于处理接收的信号，所述接收的信号包含所述发送信号的反射的部分，所述反射的部分是从待测量其距离的所述材料(9)的表面(10)反射的，其中，所述电子单元包括信号发生器(3)以生成频率调制的发送信号，其中，所述电子单元(2)包括处理器以用于使用在所述接收的信号中包含的相位信息来处理所述接收的信号，并且其中所述雷达装置(1)包括布置在所述容器(8)内的共轴波导探头(7)，其中所述共轴波导探头(7)用于引导所述发送信号(TX)和所述接收的信号(RX)。

技术领域

本发明涉及一种用于测量容器内材料料位的雷达装置，包括电子单元，其中所述电子单元用于生成发送信号，其中所述电子单元用于处理接收的信号，所述接收的信号包含发送信号的反射的部分，所述反射的部分从待测量其距离的材料的表面处反射。

背景技术

许多测量容器内或者罐内材料料位的应用要求以极高的准确度和/或精度确定料位。例如，在制药或者食品和饮料工业，需要精确地确定用于反应流程的液体的准确数量。例如，在油气工业中(其中货币交易基于要转手的材料的精确量)也要求准确确定容器内材料的数量。

用于确定容器内材料料位的许多方法中的一个是通过使用基于雷达的测量装置。基于雷达的测量装置有多种形式，但一般可以分为两组。这两组经常被称为“自由发射”装置和“导波”装置。

本发明意义上的测量装置不被理解为受限于硬件组件的整体集合，而是也可以为空间上色散单元的系统。可以将测量装置视为包含变换器和发送器，其中变换器用于将过程变量(例如罐内材料的料位)转换为电信号，并且其中发送器用于采样和处理该电信号以产生针对与要测量的物理状态对应的过程变量的值。如情况可能需要的，发送器还可以用于发送和/或保存确定的过程变量以备后续使用。变换器通常包括微处理器或微控制器和多种其他电气和电子电路。变换器和发送器可以集中在单个单元化装置内，或者它们可以在空间上分离。在它们空间上分离的情况下，提供某一类通讯工具(例如线缆或者无线通讯工具)。因为一些情况下变换器用于预处理测量信号，并且有时甚至包含微处理器，发送器和变换器之间的差别并不总是严格适用。

导波雷达测量装置用于测量其中将发送的微波能量集中在波导周围有利的应用中容器内的料位。由此可以避免信号损失，并且可以降低能量要求。用于导波雷达装置的发送信号通常包含电磁脉冲。以固定时间间隔重复产生这些脉冲。脉冲之间的时间可以在纳秒范围内。产生之后，这些脉冲被耦合到波导上并且沿着波导在要测量的材料的方向上被引导，波导例如为线缆或杆。材料界面处，介电常数会发生突然的改变——这个改变与材料的介电常数和雷达装置和材料之间的传输介质的介电常数之间的差值成正比，传输介质通常为气体的，并且具体地通常为空气。由于阻抗的改变，在该材料界面处，发送的能量的一部分被反射。每个脉冲的该反射的部分此后被沿着波导引导回到雷达装置并且被采样。

有各种采样该脉冲信号的方法。通常，使用其中反射脉冲与第二脉冲信号混合的方法，第二脉冲信号在测量装置中生成。以与第一脉冲信号稍不同的重复率产生该第二脉冲信号，从而引起频闪效应，允许接收到的脉冲信号在时域被拉伸。可以随后使用模数转换器采样该“拉伸的”信号，其中转换器需要具有低于通常必要的采样频率以在纳秒时间范围内采样脉冲。可以基于飞行时间方法执行料位测量。基本上，脉冲的传输和接收之间的时间延迟对应雷达测量装置和材料之间的距离。

材料界面处介电常数改变的大小在确定每个脉冲的反射的部分的信号强度上起到了关键的作用。这些信号强度随着介电常数变化的大小的减小而减小。在待测材料具有较小的介电常数的料位测量应用中，发送的信号强度的相应增加是必要的以确保信号的反射部分保持可以检测到。然而，为了增加发送的信号的强度，必须增加所生成的脉冲的宽度。这具有不利的影响，降低了要执行的料位测量的分辨率。导波雷达测量装置的料位测量值分辨率和/或精度取决于所生成和发射的脉冲的锐度。