具有減小的探針反射端的導波雷達物位計系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及如下導波雷達物位計系統，該導波雷達物位計系統包括單導體探針以及用于保持柔性單導體探針基本上豎直地準直的探針準直部件。
【背景技術】
[0002]雷達物位計(RLG)系統廣泛應用于確定罐中所容納的物品的填充物位。通常借助非接觸式測量或通常被稱為導波雷達(GWR)的接觸式測量來執行雷達物位計量，其中，在非接觸式測量中，朝向罐中所容納的物品輻射電磁信號，在接觸式測量中，通過用作波導裝置的傳輸線探針朝向物品引導電磁信號并將其導入物品中。探針通常被布置成從罐頂部朝向罐底部豎直延伸。在探針為柔性單導體探針的情況下，可以借助附接至柔性單導體探針的底端的配重將探針保持為基本上豎直。
[0003]電磁發射信號由收發器生成并通過探針朝向罐中物品的表面傳播，并且由于發射信號在該表面處的反射而產生的電磁反射信號朝向收發器向回傳播。
[0004]基于該發射信號和反射信號可以確定至物品表面的距離。
[0005]目前市場上的大部分雷達物位計系統或者是所謂的脈沖雷達物位計系統或者是基于發射掃頻(調頻)信號與該發射掃頻信號在罐中所容納的物品的表面處的反射之間的相位差的變化來確定距該表面的距離的系統，其中，所述脈沖雷達物位計系統基于發射脈沖與接收脈沖在表面處的反射之間的時間差來確定距物品表面的距離。后一類型的系統通常被稱為FMCW(調頻連續波)類型。通常用于GWR的脈沖系統使用以被稱為TDR(時域反射技術)的方式處理的短DC脈沖(約Ins)序列。
[0006]在任何情況下，發射信號通常不僅在由罐空氣與物品表面之間的界面構成的阻抗過渡處反射，而且在發射信號所遇到的若干其它阻抗過渡處反射。在GWR系統的情況下，一個這樣的阻抗過渡通常發生在收發器與探針之間的連接處，并且另一這樣的阻抗過渡發生在探針的底端處。探針的底端處的阻抗過渡可能使得難以精確地確定接近探針的底端處的填充物位。
【實用新型內容】
[0007]鑒于以上內容，本實用新型的總體目的是提供一種改進的導波雷達物位計系統，特別是用于在接近導波雷達物位計系統中所包括的探針的底端處的改進的填充物位確定的導波雷達物位計系統。
[0008]因而，根據本實用新型提供了一種導波雷達物位計系統，用于確定罐中所容納的物品的填充物位，所述導波雷達物位計系統包括:收發器，用于生成、發射以及接收在具有中心頻率的預定頻率范圍內的電磁信號；柔性單導體探針，所述柔性單導體探針具有連接至所述收發器的第一端，并且朝向所述物品延伸且進入所述物品中至所述柔性單導體探針的第二端，用于將來自所述收發器的電磁發射信號通過罐空氣朝向所述物品的表面引導，以及朝向所述收發器返回由于所述發射信號在所述表面處的反射而產生的電磁表面反射信號；探針準直部件，其附接至所述柔性單導體探針的所述第二端，用于保持所述柔性單導體探針基本上豎直地從所述第一端延伸至所述第二端，所述探針準直部件沿著比所述中心頻率處所述發射信號的波長的一半長的豎直距離呈現隨著距所述柔性單導體探針的所述第一端的距離增加而增加的水平延伸；以及處理電路，其連接至所述收發器，用于基于所述發射信號和所述表面反射信號來確定所述填充物位。
[0009]罐可以為能夠容納物品的任何容器或器皿。
[0010]“收發器”可以為能夠發射和接收電磁信號的一個功能單元，或者可以為包括獨立的發射器單元和接收器單元的系統。
[0011 ] 柔性單導體探針可以包括線或線纜，并且可以基本上是易彎曲的。
[0012]本實用新型基于下述認識:可以使用如下導波雷達物位計系統來精確地測量填充物位的范圍，該導波雷達物位計系統具有柔性單導體探針以及用于保持柔性單導體探針基本上筆直及豎直的探針準直部件；填充物位的范圍可以通過如下方式增加:將探針準直部件成形為提供從探針的阻抗到探針準直部件的阻抗的逐漸阻抗過渡(在探針準直部件的成形部分之下，或者在成形部分的端部)。
[0013]此外，本發明人認識到這可以通過如下方式實現:構造導電的探針準直部件，使得探針準直部件沿著比發射信號的中心波長的一半長的豎直距離呈現隨著距柔性探針的第一端的距離增加而增加的水平延伸。
[0014]這將提供在探針準直部件在物品的表面之上以及在探針準直部件浸沒在介電常數約為2.25或更小的物品(例如石油)中時的平滑阻抗過渡。因此，與當前使用的探針準直部件(基本上圓柱形的配重)相比，在探針與探針準直部件之間的界面處的反射信號(回波)將被忽略，這繼而意味著可以更精確地測量接近探針與探針準直部件之間的界面處的填充物位。
[0015]應當注意，上述豎直距離被指定為比在發射信號的中心頻率處發射信號的波長的一半大。常用的TDR系統使用約為0.1?IGHz的頻率范圍，在該頻率范圍的中間處半個波長為30cm。在未來的GWR系統中可以使用略高的頻率，將所述長度(中心波長的一半)減少至10?15cm，但是使用更高頻率，沿GWR電線的損耗也將增加。
[0016]另一方面，現有的探針準直部件(基本上圓柱形的配重)有時沿約Icm的豎直距離呈現增加的水平延伸(截頭圓錐形部分)。在現有的基本上圓柱形的配重的豎直包絡表面與水平頂部表面之間的這樣的倒角的目的主要是美觀。這樣的倒角對探針準直部件針對導波雷達物位計量可用的頻率范圍的電氣性能實際上沒有影響。
[0017]據本發明人所知，以前沒有解決由于發射信號在探針與探針準直部件之間的界面處反射而產生的相對強的反射信號的問題，特別沒有通過將探針準直部件配置成具有非常長(相對于現有的探針準直部件/配重)的包括增加的水平延伸的部分來解決該問題。
[0018]應當注意，探針準直部件未必關于豎直軸旋轉對稱(在將探針準直部件安裝在罐中時)。例如，探針準直部件的橫截面可以具有長軸和短軸。在實施方式中，探針準直部件甚至可以是基本上平坦的，例如由金屬片制成。在這樣的實施方式中，探針準直部件針對每個豎直位置呈現最大水平延伸，該最大水平延伸隨著距柔性單導體探針的第一端的距離增加而增加。
[0019]為了提供期望的平滑阻抗過渡，在仍使得易于插入到大多數現有的通過罐頂的合適的開口同時，探針準直部件的水平延伸可以從與柔性單導體探針的直徑基本上對應的第一水平延伸增加至小于或等于5cm的第二水平延伸。甚至更有利地，第二水平延伸可以小于比如3cm。
[0020]根據本實用新型的導波雷達物位計系統的各種實施方式，探針準直部件可以有利地具有比柔性單導體探針的總質量的一半大的質量。由此，柔性單導體探針可以被保持為伸展的(基本上直的)并且基本上豎直。甚至更有利地，從伸展和準直柔性單導體探針的角度來看，探針準直部件可以具有比柔性單導體探針的總質量大的質量。
[0021]此外，為了實現沿相對短的豎直距離的期望的平滑阻抗過渡，水平延伸可以有利地隨著距柔性單導體探針的第一端的距離增加而指數級地增加。
[0022]根據各種實施方式，探針準直部件可以有利地包括基本上圓錐形的部分。對于探針準直部件的最大水平延伸與長度(豎直延伸)之間的期望關系，圓錐形的部分將提供每單位長度的最大質量。因此，具有基本上圓錐形的部分的探針準直部件的配置將能夠以比探針準直部件的其他配置短的探針準直部件的總長度來提供平滑阻抗過渡與通過現有孔(相對小的直徑/最大水平延伸)的易于插入的期望組合。
[0023]為了進一步優化探針準直部件在電氣性能、易于插入、足夠的質量與總長度之間的權衡，探針準直部件可以有利地包括在基本上圓錐形的部分之下的基本上圓柱形的部分。
[0024]更廣泛地，探針準直部件可以有利地包括:第一部分，其沿著比中心頻率處所述發射信號的波長的一半大的豎直距離呈現隨著距所述柔性單導體探針的所述第一端的距離增加而增加的水平延伸；以及第二部分，其比第一部分更遠離柔性單導體探針的第一端，并且呈現基本上恒定的水平延伸。
[0025]在這些實施方式中，第一部分具有增加的水平延伸并且第二部分具有基本上恒定的水平延伸，這些實施方式是基于相對容易獲得發射信號在第一部分與第二部分的界面處的足夠小的反射的認識的。這些實施方式提供了在探針準直部件處大幅減少的反射與探針準直部件的長度(豎直延伸)之間有利的權衡，同時具有足夠的質量保持柔性探針為筆直且豎直的并且使得能夠插入通過罐頂的大多數現有的開口。
[0026]根據各種實施方式，探針準直部件可以包括容納柔性單導體探針的一部分的豎直延伸的孔。
[0027]根據其它實施方式，探針準直部件可以包括:導電結構，所述導電結構具有相對于彼此形成角度的第一縱向延伸基本平坦部和第二縱向延伸基本平坦部；