界面檢測(cè)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于借助于雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定容器中的材料界面的料位的方法，所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括收發(fā)器以及用于將發(fā)射電磁信號(hào)導(dǎo)向材料界面的探針。探針包括位于界面上方的距參考位置的已知物理距離處的第一組參考過(guò)渡阻抗和位于界面下方的距參考位置的已知物理距離處的第二組參考過(guò)渡阻抗。所述方法包括：基于由參考過(guò)渡阻抗反射的信號(hào)來(lái)確定距第一組參考過(guò)渡阻抗和第二組參考過(guò)渡阻抗的電氣距離；確定將第一組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第一近似函數(shù)和將第二組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第二近似函數(shù)；以及基于第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)來(lái)確定材料界面的料位。
【專(zhuān)利說(shuō)明】界面檢測(cè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助于雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定容納在容器中的產(chǎn)品的界面的位置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)被廣泛使用于測(cè)量容納在容器中的產(chǎn)品的過(guò)程變量，例如填料料位、溫度、壓力等。雷達(dá)料位計(jì)量通常借助于非接觸式測(cè)量或被稱(chēng)為導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)的接觸式測(cè)量來(lái)執(zhí)行，其中，借助于非接觸式測(cè)量時(shí)向容納在容器中的產(chǎn)品輻射電磁信號(hào)，借助于接觸式測(cè)量時(shí)通過(guò)用作波導(dǎo)的探針將電磁信號(hào)導(dǎo)向并導(dǎo)入到產(chǎn)品中。一般從容器頂部到容器底部豎直布置這樣的探針。電磁信號(hào)隨后在產(chǎn)品的表面處被反射，并且反射的信號(hào)被包括在雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)中的接收器或收發(fā)器接收?；诎l(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)，可以確定距產(chǎn)品表面的距離。
[0003]在許多應(yīng)用中，還期望的是:能夠確定在容器中的不同材料之間的一個(gè)或更多個(gè)界面的位置，以便于精確地確定容器中的材料的分布。
[0004]GWR系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)廣泛用于測(cè)量容納在容器中的不同材料之間的界面(例如，油和水之間的界面)。
[0005]具有不同介電常數(shù)的兩種材料之間的突變界面造成沿著探針傳播的一部分電磁信號(hào)被反射，由此可以基于反射信號(hào)的飛行時(shí)間和探針的傳播特性來(lái)確定界面的位置。
[0006]然而，針對(duì)一些材料組合或環(huán)境條件，界面可能包括材料之間的混合的乳狀液，由此導(dǎo)致延伸的界面而不是突變的界面。延伸界面還可以被視為擴(kuò)散界面或過(guò)渡區(qū)域。
[0007]延伸的界面會(huì)導(dǎo)致當(dāng)反射信號(hào)傳播通過(guò)界面時(shí)反射信號(hào)的幅值的不可預(yù)測(cè)的減小。取決于上層的厚度，作為由上層所導(dǎo)致的在傳輸線中的介電損失的結(jié)果，由界面處的反射所產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)被進(jìn)一步減弱。因此，擴(kuò)散界面會(huì)導(dǎo)致幅值減小的反射信號(hào)或在另外的情況下失真到不再能夠檢測(cè)界面的程度的反射信號(hào)。
[0008]此外，即使接收到可檢測(cè)的反射信號(hào)，也會(huì)存在在確定擴(kuò)散界面的位置時(shí)的不確定性，這是因?yàn)椴恢离姶判盘?hào)在延伸界面的什么位置被反射。
[0009]US2010/0313654公開(kāi)了如下一種方法:該方法用于通過(guò)使用在界面處反射的電磁信號(hào)的行進(jìn)時(shí)間測(cè)量值與在電容性探針和參考電極之間測(cè)量的電容值的組合來(lái)確定在容器中的兩種產(chǎn)品之間的延伸界面的位置。
[0010]然而，根據(jù)US2010/0313654的方法需要界面被充分地明確限定，以使得發(fā)生電磁信號(hào)的可檢測(cè)反射。此外，由于需要涉及電容值測(cè)量的第二測(cè)量，所以增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的總體目的是提供一種用于確定容納在容器中的產(chǎn)品的界面的位置的改進(jìn)的方法及系統(tǒng)。[0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于借助于雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定容器中的材料界面的料位的方法，所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括:收發(fā)器，所述收發(fā)器用于生成、發(fā)射以及接收電磁信號(hào)；以及探針，所述探針連接到所述收發(fā)器并被布置成將來(lái)自所述收發(fā)器的發(fā)射電磁信號(hào)導(dǎo)向所述材料界面，所述探針包括第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗位于所述材料界面上方距參考位置各個(gè)物理距離處，所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗位于所述材料界面下方距所述參考位置各個(gè)物理距離處；所述方法包括以下步驟:針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從所述參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第一組電氣距離值；針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從所述參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第二組電氣距離值；針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第一組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第一近似函數(shù)；針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第二組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第二近似函數(shù)；以及基于所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)來(lái)確定所述材料界面的料位。
[0013]在本申請(qǐng)的上下文中，“探針”為設(shè)計(jì)用于引導(dǎo)電磁信號(hào)的波導(dǎo)?？梢允褂萌舾深?lèi)型的探針，例如單線(聞保(Goubau)型)探針和雙線探針。探針可以為基本上剛性的或柔性的，它們可以由金屬(例如不銹鋼)、塑料(聚四氟乙烯(PTFE))或上述的組合來(lái)制成。
[0014]“收發(fā)器”可以為能夠發(fā)射以及接收電磁信號(hào)的一個(gè)功能元件，或可以為包括獨(dú)立的發(fā)射器單元和接收器單元的系統(tǒng)。
[0015]容器可以為能夠容納產(chǎn)品的任何容器或器皿，其可以是金屬的，或部分或全部是非金屬的，是敞開(kāi)的、半敞開(kāi)的或封閉的。
[0016]每個(gè)參考過(guò)渡阻抗的位置是“已知”的意味著:該位置已借助于任何合適的測(cè)量技術(shù)預(yù)先確定。例如，可以基于所接收到的由各個(gè)參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定位置，但是只是在受控的條件下，例如，在雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)期間，或當(dāng)安裝系統(tǒng)時(shí)且探針是干凈的并且容器是空的情況下。在許多情況下，通過(guò)生產(chǎn)來(lái)精確地獲知反射器的機(jī)械位置。
[0017]材料界面應(yīng)當(dāng)被理解為在具有不同介電常數(shù)的兩種材料之間的界面。此外，所述兩種材料可以處于不同的狀態(tài)，以使得界面限定了液體與氣體之間的過(guò)渡。此外，界面不能是突變的，相反，界面是由限定從一種材料到另一種材料的過(guò)渡的延伸過(guò)渡區(qū)來(lái)限定的。例如，如果兩種液體的乳狀液形成了界面，界面將會(huì)被延伸，并且非?？赡軐⒔缑娴牟牧蠘?gòu)成描述為所述兩種材料之間的逐漸過(guò)渡。這樣的延伸界面還可以被視為擴(kuò)散界面，在該擴(kuò)散界面中，界面的邊界和確切的延伸是不清楚的。
[0018]本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí):即使到達(dá)界面的電磁信號(hào)未被反射，也能夠通過(guò)使用在沿著探針的已知位置處設(shè)置有參考過(guò)渡阻抗的探針來(lái)在雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)中確定延伸界面或擴(kuò)散界面的位置。因此，除了容器中的產(chǎn)品的填充料位的正常測(cè)量之外，還提供了一種間接方法:精確地測(cè)量多個(gè)固定反射器的位置并使用所述位置來(lái)計(jì)算可能的擴(kuò)散和非反射界面的位置。電磁信號(hào)沿著探針傳播，其中每個(gè)參考過(guò)渡阻抗引起一部分信號(hào)反射回收發(fā)器，以使得能夠確定距過(guò)渡阻抗的電氣距離。通過(guò)近似(approximate)將所測(cè)量的距過(guò)渡阻抗的電氣距離與已知的物理距離相聯(lián)系的解析函數(shù)，針對(duì)在界面不同側(cè)的過(guò)渡阻抗組，近似的解析函數(shù)通過(guò)識(shí)別過(guò)渡發(fā)生在從第一近似函數(shù)到第二近似函數(shù)的什么位置來(lái)給出界面的位置的近似值。該方案基于沿著探針的參考過(guò)渡阻抗的數(shù)量和分布。因此，可以配置過(guò)渡阻抗的分布以適用于特定的應(yīng)用或具體的測(cè)量條件。
[0019]本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)是不需要知道在界面的任何一側(cè)的材料的特性(例如介電常數(shù))。相反，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法還可以確定材料的傳播特性。此外，還可以檢測(cè)多于一個(gè)的界面。
[0020]在容器頂部和容器中的產(chǎn)品的最上層表面之間的空間通常填充有通常具有接近I的介電常數(shù)的某種氣體。一些具有強(qiáng)揮發(fā)性的液體、加壓氣體或在高溫高壓下的水蒸氣會(huì)具有明顯不同于I的介電常數(shù)。一些應(yīng)用可以包括遍及整個(gè)容器深度但具有要測(cè)量的界面的液體。顯然，即使由于沸騰、泡沫等而難以直接測(cè)量表面，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的方法也將自動(dòng)地適用于這樣的條件。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，基于針對(duì)至少三個(gè)參考過(guò)渡阻抗的電氣距離和物理距離之間的關(guān)系來(lái)確定第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)中的每一個(gè)。通過(guò)增加來(lái)自用于確定近似函數(shù)的參考過(guò)渡阻抗的反射信號(hào)的數(shù)量，可以提高確定近似函數(shù)的精確度，從而提高確定界面料位的精確度。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，確定材料界面的料位的步驟還包括:確定距參考位置的物理距離，對(duì)于該物理距離，第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)具有近似的相同函數(shù)值；以及基于所確定的物理距離來(lái)確定材料界面的料位。所述兩個(gè)函數(shù)具有相同的函數(shù)值(即在χ-y坐標(biāo)系中的y值)意味著所述兩個(gè)函數(shù)在χ-y坐標(biāo)系中的函數(shù)的圖示中相交。因此，可以將界面的近似位置確定為所述兩個(gè)近似函數(shù)之間的交點(diǎn)的函數(shù)值。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)可以有利地為線性函數(shù)。使用線性函數(shù)作為近似函數(shù)意味著可以使用公知的線性曲線擬合與線性回歸方法來(lái)擬合和估計(jì)將測(cè)量的電氣距離與已知的物理距離相聯(lián)系的線性函數(shù)。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還包括步驟:基于第一函數(shù)的斜率來(lái)確定在材料界面上方的材料的介電常數(shù)以及基于第二近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在材料界面下方的材料的介電常數(shù)。
[0025]例如，對(duì)于表示檢測(cè)的電氣距離和已知的物理距離之間的關(guān)系的線性函數(shù),假設(shè)貫穿所述材料，介電常數(shù)基本上為恒值，則線性函數(shù)的斜率與電磁波的傳播速度相關(guān)，電磁波的傳播速度又與波在其中行進(jìn)的材料的介電常數(shù)相關(guān)。由此，可以基于近似函數(shù)的斜率來(lái)確定材料的介電常數(shù)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述方法還包括:通過(guò)將基于所接收到的由參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)的參考過(guò)渡阻抗的距離分布與參考過(guò)渡阻抗的已知的距離分布進(jìn)行比較來(lái)確定界面的延伸量。例如，如果檢測(cè)到的參考過(guò)渡阻抗的數(shù)量與參考過(guò)渡阻抗的已知數(shù)量不對(duì)應(yīng)，原因可能是參考過(guò)渡阻抗位于擴(kuò)散界面內(nèi)，由此導(dǎo)致沒(méi)有反射或不能夠檢測(cè)到的反射信號(hào)。通過(guò)當(dāng)確定材料界面的料位時(shí)觀察到在兩種材料之間的界面中設(shè)置有兩個(gè)或更多個(gè)“缺失(missing)”的參考過(guò)渡阻抗，可以推斷出界面的延伸量至少對(duì)應(yīng)于在所述兩個(gè)或更多個(gè)未檢測(cè)到的參考過(guò)渡阻抗之間的距離。此外，即使檢測(cè)到反射信號(hào)，由于以下將要詳細(xì)討論的低相關(guān)性，所述反射信號(hào)也有可能會(huì)被從近似函數(shù)的確定中排除。如果這樣的被排除的反射信號(hào)與界面的已識(shí)別的位置相鄰，該被排除的點(diǎn)可以被認(rèn)為屬于擴(kuò)散界面，由此使得能夠估計(jì)擴(kuò)散界面的延伸量。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法還可以包括以下步驟:針對(duì)第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)中的至少一個(gè)，分別估計(jì)表示所述近似函數(shù)與第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗的電氣距離值之間的相關(guān)性的相關(guān)性值；以及如果相關(guān)性值低于預(yù)定閾值，則基于第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗或第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗的相應(yīng)選擇的子集來(lái)確定新的近似函數(shù)。假設(shè)已經(jīng)確定了近似函數(shù)，則還可以確定代表距參考過(guò)渡阻抗的電氣距離和物理距離之間的關(guān)系的具體點(diǎn)與近似函數(shù)之間的相關(guān)性。如果相關(guān)性低于預(yù)定閾值，即，如果點(diǎn)的偏離量超過(guò)了某個(gè)預(yù)定閾值，則丟棄該點(diǎn)，并且可以基于對(duì)應(yīng)于排除了對(duì)應(yīng)于具有低相關(guān)性的點(diǎn)的參考過(guò)渡阻抗的參考過(guò)渡阻抗的子集的點(diǎn)的新子集來(lái)確定新的近似函數(shù)。由此，可以將出于某些原因而似乎是錯(cuò)誤的接收到的反射信號(hào)從近似函數(shù)的確定中排除，從而提供更可靠的近似函數(shù)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于確定容器中的材料界面的料位的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，所述材料界面位于具有第一介電常數(shù)的第一材料和具有第二介電常數(shù)的第二材料之間，所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括:收發(fā)器，其用于生成、發(fā)射以及接收電磁信號(hào)；探針，其連接到收發(fā)器并被布置成引導(dǎo)來(lái)自收發(fā)器的發(fā)射電磁信號(hào)通過(guò)第一材料并導(dǎo)入到第二材料中，所述探針包括沿著探針在第一材料中布置的第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和沿著探針在第二材料中布置的第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗；以及處理電路，其連接到收發(fā)器并被配置成基于所接收到的由第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定界面的位置。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，參考過(guò)渡阻抗可以是沿著探針布置的參考反射器。每個(gè)參考過(guò)渡阻抗可以是如下反射器:該反射器可以被實(shí)施為能夠?qū)⒀刂结樞羞M(jìn)的電磁信號(hào)反射的結(jié)構(gòu)并且可以借助于探針外部的結(jié)構(gòu)、探針的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，不同的參考反射器可以設(shè)置為相同或不同的反射結(jié)構(gòu)。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，參考過(guò)渡阻抗可以有利地沿著探針不規(guī)則地布置。參考過(guò)渡阻抗可以有利地沿著探針布置，以使得由在參考過(guò)渡阻抗處的電磁信號(hào)反射的正干擾所產(chǎn)生的累積干擾被降低。如果若干個(gè)參考反射器沿著探針周期性地布置，則所傳送的反射信號(hào)的一小部分會(huì)在不同的反射器之間來(lái)回“反彈”，以使得由正干擾產(chǎn)生的累積反射最終被誤當(dāng)作來(lái)自參考反射器的原始反射。尤其是在相對(duì)長(zhǎng)的探針的情況下(例如探針長(zhǎng)于例如15-20m)，有利地的是沿著探針以不規(guī)則的間隔布置參考反射器以避免干擾效應(yīng)。不規(guī)則布置的目的還在于避免反射器的位置形成周期性結(jié)構(gòu)，該周期性結(jié)構(gòu)接近于與其他頻率相比具有非常不同的反射和傳播的特定頻率的周期性結(jié)構(gòu)(典型地當(dāng)一般距離為半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí))。當(dāng)雷達(dá)在相當(dāng)有限的帶寬內(nèi)工作時(shí)，足夠的距離范圍為所用頻率的土 λ /4。如果探針相當(dāng)短，則對(duì)不規(guī)則間隔的需要更少。大多數(shù)雷達(dá)料位計(jì)使用大約為IGHz的帶寬，在該情況下，0.4m的標(biāo)稱(chēng)反射器間隔是合適的，這在典型容器中給出10-20個(gè)反射器。優(yōu)選更好的具有相當(dāng)弱的反射作用的反射阻抗，以減少與多次反射和由于多次反射而導(dǎo)致的過(guò)多功率損失有關(guān)的問(wèn)題。各種類(lèi)型的信號(hào)處理和寬的帶寬當(dāng)然可以簡(jiǎn)化許多反射器的使用。在所述原理范圍內(nèi)，各種容器深度和反射器間隔均應(yīng)當(dāng)是可以的。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，可以將參考過(guò)渡阻抗布置在沿著所述探針的偽隨機(jī)位置處，以降低如以上討論的不理想反射的可能性。[0032]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)還可以包括包封探針的至少大部分長(zhǎng)度的介電結(jié)構(gòu)，該介電結(jié)構(gòu)被配置成減少沿著探針傳播的電磁信號(hào)的衰減。降低沿著探針傳播的信號(hào)的衰減的介電結(jié)構(gòu)有助于使用更長(zhǎng)的探針或在信號(hào)的阻尼可能另外是問(wèn)題的條件下的測(cè)量。因此，即使在傳輸線探針延伸通過(guò)介電環(huán)境以及要測(cè)量的料位位于介電材料層下方的情況下，也可以獲得精確的測(cè)量。應(yīng)當(dāng)將表述“包封探針的至少大部分長(zhǎng)度”理解為指的是包封了探針的有源部分的區(qū)域的主要部分。優(yōu)選地，探針的插入容器中的部分基本上被完全包封，或者至少探針的要與容納在容器中的容納物接觸的部分基本上被完全包封。優(yōu)選地，探針的有源部分在軸向方向上也基本上或完全地被包封。此外，介電包封結(jié)構(gòu)還針對(duì)探針設(shè)置了保護(hù)屏蔽，由此保護(hù)探針免受由容器中的容納物引起的腐蝕等。在一個(gè)實(shí)施方式中，探針是包括平行探針線的傳輸線探針，其中平行傳輸線探針的至少基本部分被介電包封結(jié)構(gòu)包封。因?yàn)檠刂痪哂薪殡娊Y(jié)構(gòu)的探針發(fā)射的信號(hào)被水迅速阻尼，從而使得識(shí)別位于水中的參考過(guò)渡阻抗更加困難，因此使用具有介電結(jié)構(gòu)的探針特別有利于測(cè)量水上面的油。反射器應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地被包封在介電封裝件內(nèi)部，以在周?chē)牧鲜撬?、油或大氣的情況下均給予可測(cè)量的反射。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，處理電路還可以被配置成:針對(duì)第一組參考過(guò)渡阻抗中的每一個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著探針從參考位置到參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第一組電氣距離值；針對(duì)第二組參考過(guò)渡阻抗中的每一個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著探針從參考位置到參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第二組電氣距離值；針對(duì)第一組參考過(guò)渡阻抗，確定將第一組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第一近似函數(shù)；針對(duì)第二組參考過(guò)渡阻抗，確定將第二組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第二近似函數(shù)；基于第一近似函數(shù)和第二近似函數(shù)來(lái)確定材料界面的料位。
[0034]所述處理電路還可以被配置成:確定距所述參考位置的物理距離，對(duì)于該物理距離所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)具有近似相同的函數(shù)值；以及基于所確定的物理距離來(lái)確定材料界面的料位。
[0035]此外，所述處理電路還可以被配置成:基于第一近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在材料界面上方的第一材料的介電常數(shù)；以及基于第二近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在材料界面下方的第二材料的介電常數(shù)。
[0036]本發(fā)明的第二方面的另外的效果和特征與上述結(jié)合本發(fā)明的第一方面所描述的效果和特征大體上相似。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]現(xiàn)在將參照示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的附圖來(lái)更詳細(xì)地來(lái)描述本發(fā)明的這些和其他方面，其中:
[0038]圖1a是根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)示意圖；
[0039]圖1b是在圖1a中示出的雷達(dá)模塊的框圖；
[0040]圖2a至圖2d示意性地示出了在根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施方式中所使用的各個(gè)示例性參考反射器；
[0041]圖3是概述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的流程圖；以及[0042]圖4a至圖4c示意性地示出了說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的界面料位的確定的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]在本詳細(xì)描述中，參考具有包括多個(gè)參考反射器的雙線探針的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)主要討論根據(jù)本發(fā)明的用于確定界面的料位的方法和雷達(dá)料位計(jì)的各個(gè)實(shí)施方式。
[0044]圖1a示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)1，其包括:測(cè)量電子單元2以及具有多個(gè)參考反射器9a至9j的探針3。雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)I設(shè)置在容器4的上方，容器4被部分地填充有要測(cè)量的產(chǎn)品。容器容納有容器氣體5、第一材料6、第二材料8以及上述兩種材料之間的界面7。通過(guò)分析由探針3導(dǎo)入第一材料6并穿過(guò)材料界面7導(dǎo)入第二材料8的發(fā)射信號(hào)，測(cè)量電子單元2可以確定參考位置(例如容器的平頂)與各個(gè)參考反射器之間的距離，由此可以推斷出材料界面的料位。
[0045]如在圖1b中示意性示出的，電子單元2包括:收發(fā)器20，其用于發(fā)射及接收電磁信號(hào)；以及處理單元21，其連接到收發(fā)器20，用于控制收發(fā)器并處理由收發(fā)器接收的信號(hào)以確定在容器4中的材料界面7的料位。處理單元21還能夠通過(guò)接口 22連接到外部通信線23以用于進(jìn)行模擬和/或數(shù)字通信。此外，盡管未在圖1b中示出，但是雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)I通?？蛇B接到外部電源，或可以通過(guò)外部通信線23來(lái)供電?？商鎿Q地，可以配置雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)I進(jìn)行無(wú)線通信。
[0046]圖2a至圖2d示意性地示出了示例性參考反射器。
[0047]根據(jù)在圖2a中示意性示出的第一可替換實(shí)施方式，可以將參考反射器40設(shè)置為介電體形式。介電參考反射器40可以例如由PTFE或另外的合適的介電材料或上述材料的組合來(lái)構(gòu)成。此外，可以將介電體設(shè)置為粘附在探針3上的整體元件，以避免可能另外被容器5中的材料滲入的空間。例如，可以將介電體模制在探針3的周?chē)?，或可以將介電體設(shè)置為獨(dú)立的元件，其然后被熔化并被允許固化在沿著探針3的期望的位置處。
[0048]根據(jù)在圖2b中示意性示出的第二可替換實(shí)施方式，參考反射器45可以設(shè)置為通過(guò)固定器47a和固定器47b附接在探針上的金屬板46形式。這樣的金屬板46在局部上使得探針3在電氣意義上變得更厚。也就是說(shuō)，在金屬板46所在處的探針3的阻抗更低。與在圖2a中示出的參考反射器相比較，在圖2b中的參考反射器45更易于制造和附接但其對(duì)由容器中的產(chǎn)品所造成的污染更加敏感。
[0049]在圖2c中，示意性地示出了參考反射器47的第三可替換實(shí)施方式，根據(jù)該實(shí)施方式，金屬板47附接到雙線探針3。此外，例如還可以以在具有不同傳播特性的材料之間的過(guò)渡(transition)的形式將參考過(guò)渡阻抗集成在探針中。
[0050]圖2d示意性地示出了參考反射器49的第四可替換實(shí)施方式，其中金屬板49被布置在雙線探針的兩線之間。還可以通過(guò)介電套管48來(lái)包封參考反射器49和雙線探針3以降低沿著探針傳播的信號(hào)的衰減。介電套管48包封探針3并沿著探針3的整個(gè)長(zhǎng)度延伸。如果探針3的兩線之間的距離為15mm至30mm，則介電套管48可以具有最高達(dá)幾毫米的厚度。在需要降低來(lái)自像水等有損耗液體的衰減(使用厚套管，具有較小衰減)與需要具有周?chē)后w的顯著影響(使用薄套管，具有較大影響)之間權(quán)衡套管48的期望厚度。
[0051]參考反射器呈現(xiàn)略微不規(guī)則地布置以避免由反射信號(hào)的較小部分的累積所造成的干擾。但是，圖1a中示出的參考反射器的位置僅僅是示例性的。
[0052]探針的、可以位于容器底部的下端還可以被用作為已知的反射點(diǎn)并被用于計(jì)算。
[0053]圖3是概述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的確定界面料位的總體步驟的框圖。將參照?qǐng)D1a和圖1b的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)以及圖4a中的曲線圖來(lái)描述所述方法，圖4a示出了從參考位置到參考反射器的電氣距離dE和物理距離dP之間的關(guān)系。在本示例中，第一材料6是油，第二材料8是水，以及延伸界面7是包括油和水的乳狀液，由此表現(xiàn)為擴(kuò)散(即非突變)界面。假設(shè)探針3為具有介電泄露結(jié)構(gòu)(dielectric disclosure)的雙線傳輸線探針,該介電泄露結(jié)構(gòu)用于降低來(lái)自探針周?chē)慕橘|(zhì)的阻尼，并且特別有助于信號(hào)進(jìn)入水中。
[0054]還應(yīng)當(dāng)注意，圖4a至圖4c中的曲線圖不是按比例繪制的，它們僅用于示出本發(fā)明的大致原理。在曲線圖中的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于參考反射器之一，并且點(diǎn)的位置代表距參考位置的電氣距離dE和物理距離dP之間的關(guān)系，其中所述參考位置優(yōu)選地位于容器的平頂處或平頂附近。為了說(shuō)明的目的，可以夸大不同線性關(guān)系之間的斜率的差異。
[0055]在第一步驟302中，確定距第一組反射器10的電氣距離，并由圖402中示出的第一多個(gè)點(diǎn)404來(lái)代表距第一組反射器10的電氣距離。
[0056]在下一個(gè)步驟304中，確定距第二組反射器11的電氣距離，并由第二多個(gè)點(diǎn)406來(lái)代表距第二組反射器11的電氣距離。
[0057]之后，相對(duì)于第一多個(gè)點(diǎn)404確定306第一近似函數(shù)408以及相對(duì)于第二多個(gè)點(diǎn)406確定308第二近似函數(shù)410。此處近似函數(shù)408和近似函數(shù)410被示出為直線，可以通過(guò)根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何方法執(zhí)行線性曲線擬合來(lái)實(shí)現(xiàn)所述近似。
[0058]應(yīng)當(dāng)注意，在大多數(shù)情況下，根據(jù)所存儲(chǔ)的開(kāi)始信息或在對(duì)相同的容器容納物的測(cè)量一段時(shí)間之后可以完全知道直線的斜率。最低層通常是水并將會(huì)給出主要依賴(lài)于探針中的材料的傳播速度，油具有剛好超過(guò)2的介電常數(shù)，空氣通常具有非常接近于I的介電常數(shù)。當(dāng)擁有這些知識(shí)(或被相同容器容納物的較早的測(cè)量所支持)時(shí)，在圖4a至圖4c中的直線的斜率是已知的，因此不需要如此多的點(diǎn)來(lái)繪制該至少部分線性的曲線。
[0059]在確定了第一近似函數(shù)408和第二近似函數(shù)410之后，確定310兩個(gè)函數(shù)之間的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物理距離，并將界面的位置確定312為從參考位置到兩個(gè)函數(shù)相交處的點(diǎn)411的物理距離。因此，當(dāng)已知從參考位置到容器底部的距離時(shí)，可以確定材料界面相對(duì)于容器底部的料位。上述方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要接收來(lái)自實(shí)際界面的任何反射信號(hào)就可以確定界面的料位。
[0060]此外，如果確定在第一多個(gè)點(diǎn)404和第二多個(gè)點(diǎn)406之間的位置處設(shè)置了兩個(gè)或更多個(gè)未檢測(cè)到的參考反射器，則可以基于所述兩個(gè)或更多個(gè)參考反射器之間的已知物理距離來(lái)估計(jì)擴(kuò)散界面的延伸量。
[0061]圖4b中的曲線圖412示意性地示出了在容器4中存在具有不同介電常數(shù)的三種材料的示例。第一多個(gè)點(diǎn)414可以對(duì)應(yīng)于在容器中的氣體5，第二多個(gè)點(diǎn)416可以對(duì)應(yīng)于油以及第三多個(gè)點(diǎn)418可以對(duì)應(yīng)于水。因此，確定三個(gè)近似函數(shù)420、422與424，并且可以確定兩個(gè)不同的材料界面的料位。由交點(diǎn)413來(lái)代表氣體5和油之間的界面，由交點(diǎn)415代表油和水之間的界面。
[0062]圖4c示出了如下示例:其中在近似函數(shù)436和近似函數(shù)438的確定中排除了測(cè)量點(diǎn)428和測(cè)量點(diǎn)430，以分別實(shí)現(xiàn)近似函數(shù)與所選擇的點(diǎn)的子集432、434之間的更高相關(guān)性。例如，使用用于確定近似函數(shù)的最小二乘擬合，可以使用相關(guān)系數(shù)作為擬合質(zhì)量的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，以確定擬合是否足夠好或是否應(yīng)當(dāng)從根據(jù)擬合該函數(shù)的多個(gè)點(diǎn)中排除任何點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)具有更好擬合的近似函數(shù)。因此即使一些測(cè)量的點(diǎn)是錯(cuò)誤的，也可以基于第一近似函數(shù)436和第二近似函數(shù)438之間的交點(diǎn)417來(lái)精確確定界面的位置。
[0063]可以根據(jù)近似函數(shù)的斜率來(lái)確定不同材料的介電常數(shù)。由于將會(huì)通過(guò)信號(hào)在不同材料中的傳播速度來(lái)確定線性函數(shù)的斜率，所以可以確定傳播速度與周?chē)牧系慕殡姵?shù)之間的已知關(guān)系。
[0064]盡管已經(jīng)參考具體的示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言許多不同變型、修改等將是明顯的。例如，可以基于曲線擬合的一般知識(shí)以任意多種方式來(lái)執(zhí)行近似函數(shù)的確定。此外，可以將基于信號(hào)在產(chǎn)品表面處的反射的傳統(tǒng)填充料位檢測(cè)與本發(fā)明結(jié)合使用。另外，應(yīng)當(dāng)注意，系統(tǒng)的元件可以被省略、互換或以不同方式布置，雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)仍然能夠執(zhí)行本發(fā)明的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于借助于雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)來(lái)確定容器中的材料界面的料位的方法，所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括: 收發(fā)器，所述收發(fā)器用于生成、發(fā)射以及接收電磁信號(hào)；以及 探針，所述探針連接到所述收發(fā)器并被布置成將來(lái)自所述收發(fā)器的發(fā)射電磁信號(hào)導(dǎo)向所述材料界面，所述探針包括第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗位于所述材料界面上方距參考位置各個(gè)物理距離處，所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗位于所述材料界面下方距所述參考位置各個(gè)物理距離處； 所述方法包括以下步驟: 針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從所述參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第一組電氣距離值； 針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從所述參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第二組電氣距離值； 針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第一組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第一近似函數(shù)； 針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第二組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第二近似函數(shù)；以及 基于所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)來(lái)確定所述材料界面的料位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于針對(duì)至少三個(gè)參考過(guò)渡阻抗的所述電氣距離值和所述物理距離之間的關(guān)系來(lái)確定所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)中的每一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，確定所述材料界面的料位的步驟還包括: 確定距所述參考位置的物理距離，對(duì)于該物理距離所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)具有近似相同的函數(shù)值；以及 基于所確定的物理距離來(lái)確定所述材料界面的料位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)為線性函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括以下步驟: 基于所述第一近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在所述材料界面上方的材料的介電常數(shù)；以及 基于所述第二近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在所述材料界面下方的材料的介電常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括以下步驟:通過(guò)將基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的 電磁信號(hào)的參考過(guò)渡阻抗的距離分布與所述參考過(guò)渡阻抗的已知的距離分布進(jìn)行比較來(lái)確定所述界面的延伸量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，還包括以下步驟: 針對(duì)所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)中的至少一個(gè)，分別估計(jì)表示所述近似函數(shù)與所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗的所述電氣距離值之間的相關(guān)性的相關(guān)性值；以及如果所述相關(guān)性值低于預(yù)定閾值，則基于各自選擇的、所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗或第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗的子集來(lái)確定新的近似函數(shù)。
8.一種用于確定容器中的材料界面的料位的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，所述材料界面位于具有第一介電常數(shù)的第一材料和具有第二介電常數(shù)的第二材料之間，所述雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)包括: 收發(fā)器，所述收發(fā)器用于生成、發(fā)射以及接收電磁信號(hào)； 探針，所述探針連接到所述收發(fā)器并被布置成引導(dǎo)來(lái)自所述收發(fā)器的發(fā)射電磁信號(hào)通過(guò)所述第一材料并進(jìn)入到所述第二材料中；以及 處理電路，所述處理電路連接到所述收發(fā)器并被配置成基于所接收到的由所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗和所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定所述界面的位置，所述探針包括: 沿著所述探針在所述第一材料中布置的第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗；以及 沿著所述探針在所述第二材料中布置的第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中，所述參考過(guò)渡阻抗為沿著所述探針布置的參考反射器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中，所述參考過(guò)渡阻抗被沿著所述探針不規(guī)則地布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中，所述參考過(guò)渡阻抗被布置在沿著所述探針的偽隨機(jī)位置處。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，還包括將所述探針的至少大部分長(zhǎng)度進(jìn)行包封的介電結(jié)構(gòu)，所述介電結(jié)構(gòu)被配置成降低沿著所述探針傳播的電磁信號(hào)的衰減。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中，所述處理電路還被配置成: 針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第一組電氣距離值； 針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗中的每個(gè)參考過(guò)渡阻抗，基于所接收到的由所述參考過(guò)渡阻抗反射的電磁信號(hào)來(lái)確定表示沿著所述探針從所述參考位置到所述參考過(guò)渡阻抗的電氣距離的值，從而產(chǎn)生第二組電氣距離值； 針對(duì)所述第一多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第一組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第一近似函數(shù)； 針對(duì)所述第二多個(gè)參考過(guò)渡阻抗，確定將所述第二組電氣距離值與物理距離相聯(lián)系的第二近似函數(shù)；以及 基于所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)來(lái)確定所述材料界面的料位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中所述處理電路還被配置成: 確定距所述參考位置的物理距離，對(duì)于該物理距離所述第一近似函數(shù)和所述第二近似函數(shù)具有近似相同的函數(shù)值；以及 基于所確定的物理距離來(lái)確定所述材料界面的料位。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雷達(dá)料位計(jì)系統(tǒng)，其中，所述處理電路還被配置成: 基于所述第一近似函數(shù) 的斜率來(lái)確定在所述材料界面上方的材料的介電常數(shù)；以及基于所述第二 近似函數(shù)的斜率來(lái)確定在所述材料界面下方的材料的介電常數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01F23/284GK103697965SQ201210480199
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】奧洛夫·愛(ài)德華松 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司