專利名稱：用于在管狀的空心體中輸入耦合或輸出耦合微波的天線裝置以及用于借助于這樣的天線 ...的制作方法
用于在管狀的空心體中輸入耦合或輸出耦合微波的天線裝置 以及用于借助于這樣的天線裝置來測量質(zhì)量流量的裝置
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于在管狀的空心 體中輸入耦合或輸出耦合微波的天線裝置以及一種根據(jù)權(quán)利要求11 的前序部分的用于借助于這樣的天線裝置在管狀的空心體中測量質(zhì) 量流量的裝置。
為了通過大氣或在空心體中傳輸高頻能量已經(jīng)公開了天線裝置， 這種天線裝置在所述介質(zhì)中輻射電磁高頻波，這種電磁高頻波可通過 這樣的天線裝置再接收。這樣的天線裝置用于將電信號轉(zhuǎn)換成電磁波 或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換成電信號。這種裝置用于傳輸信息或用于評價傳輸空 間。特別是在測量技術(shù)中，經(jīng)常通過使用微波頻率范圍中的高頻波來 檢測介電介質(zhì)中固體或微粒的距離、速度或分布并且通過專用的分析 處理或測量裝置測定它們的大小或量。為此，待測量的固體或微粒必 須到達輻射區(qū)域中或輻射區(qū)域必須定向到測量物體上，其中，輻射可 通過不同地構(gòu)造的天線裝置來進行。
由EP 0 703 447 Bl公開了用于借助于微波射束來測量管路中多 相流的體積含量的方法和裝置。為此，在被穿流的管路的圓周上設(shè)置 有一排微波天線，這些微波天線將微波能量饋入到管路中，其中，輸 入耦合的微波能量同時被另一個微波天線檢測。通過輸出耦合的微波 能量的積分來求得所傳播的微波場中存在于流中的微粒體積含量。為 此，在管的圓周上對稱地設(shè)置有十二個偶極天線對，這些偶極天線對 與流動方向正交地并且與徑向方向垂直地將微波能量入射到被穿流
的管路中。偶極天線對是交叉地設(shè)置的偶極子，這些偶極子由多個彼
此焊接的小的管件組成并且設(shè)置在管內(nèi)壁的圓周上。這樣的天線在制 造方面非常麻煩并且至少在管橫截面較小的情況下影響穿流的多相
微粒流，由此，這樣的天線優(yōu)選在管路直徑較大的情況下使用。
由DE 101 37 009 Cl公開了另一種用于測定圓的管狀的空心體中 微粒流的質(zhì)量流量的微波測量方法。為此，在管壁中設(shè)置有一個開口， 在該開口中裝入一個喇叭形天線，由耿氏二極管產(chǎn)生的微波能量通過 該天線經(jīng)由一個波導輸入耦合到管內(nèi)部。這種輻射到流動通道中的電 磁波通過微粒流反射并且同時又被喇叭形天線接收以及導送給作為 反射接收器的肖特基二極管。在此，反射程度表示一個由固體物質(zhì)部 分反射的電磁射束在流動通道的整個橫截面上的函數(shù)。由測量信號的 時間變化曲線形成對時間的導數(shù)，該導數(shù)表示用于在測量范圍中微粒 分布濃度的尺度。通過后面的橋式整流器電路由導出的測量信號在數(shù) 學上構(gòu)成積分，該積分的數(shù)值應表示用于流動通道中質(zhì)量流量的尺 度。在此，該喇叭形天線基本上僅在橫截面上使微波能量入射到流動 通道中，由此在軸向方向上僅有一個小的測量區(qū)域可利用，通過該測 量區(qū)域僅允許獲得有限的測量精度。
由DE 44 06 046 C2公開了另一種微波測量裝置，利用該微波測 量裝置可定量地確定氣動的輸送管道中的粉末質(zhì)量流量。為此，在輸 送管道的外殼上安置一個微波諧振器，該微波諧振器基本上由諧振腔 構(gòu)成，在該諧振腔中高頻天線產(chǎn)生微波場。因為該輸送管道顯然構(gòu)造 成塑料軟管，所以電磁微波穿過輸送管道壁并且通過穿流的物質(zhì)微粒 在其幅值方面衰減并且在其諧振頻率方面變化。由此測量管內(nèi)部每單 位體積的粉末質(zhì)量。同時，借助于兩個間隔開的電極還檢測穿流的微 粒流的速度并且借助于測量出的體積質(zhì)量計算輸送強度或流量。但是 這樣的微波輸入耦合具有差的效率，因為產(chǎn)生的微波射束的大部分在
管外部輻射并且因此不再可輸出耦合以便分析處理測量信號。因此， 這樣的測量裝置需要用于入射的相對高的微波能量或測量技術(shù)上的 高的分析處理投入，以便獲得足夠的測量精度。
由EP 0 717 269 A2公開了另一種微波測量方法和一種相應的裝 置，在該裝置中可檢測在管狀的氣動的輸送管道中的質(zhì)量通過量。為 此，為了饋入微波在管壁的圓周上設(shè)置有三個耦合開口，微波能量借 助于波導、同軸線導體或帶狀導體引入到這些耦合開口并且可輸入耦 合到管狀的輸送管道中。與輸入耦合開口軸向間隔開地在管壁中設(shè)置 有另外一些同類型的輸出耦合開口 ，輸入耦合的微波能量通過這些輸 出耦合開口再輸出耦合。為了可在整個輸送管道橫截面上足夠精確地 檢測多相的波動的微粒流，設(shè)置有三個輸入耦合開口和三個輸出耦合 開口 ，微波能量脈沖式地相繼輸入耦合和輸出耦合到這些輸入耦合開 口和輸出耦合開口中。為了測定輸送強度，輸出耦合的微波不僅根據(jù) 它們在幅值上的衰減而且根據(jù)它們的相移與一個沒有輸送管道負載 情況下的參考值相比較。與該參考值的偏差在此與測量段上的負載密 度成比例。通過互相關(guān)性附加地測定輸送速度，由該輸送速度通過與 測量段上的負載密度相乘可計算輸送強度或質(zhì)量流量。
在此使用的耦合開口或耦合縫槽基本上均勻地在兩個軸向的管 方向上饋入微波能量，由此，饋入的微波能量在測量方向上最大50% 可供分析處理。因此為了在輸送管內(nèi)部在必需的測量段長度上精確地 分析處理輸入耦合的微波能量需要相對高的微波能量，所述微波能量 通過未定向的傳播也可導致反射，這種反射干擾測量信號并且僅可通 過合適的時間窗并且因此僅可在脈沖工作中減少。但為此需要相對高 的投入來輸入耦合和輸出耦合微波能量以及分析處理該微波能量。
DE 94 12 243 Ul中公開了一種用于將微波輸入耦合到管狀的空 心體中來測量處于其中的體積含量的專用的天線裝置，該天線裝置可 在空心體的一個軸向方向上輻射微波。該天線裝置用于測量管狀容器 中的填充水平并且具有一個棒狀輻射天線，該棒狀輻射天線在管狀的 空心體的一個軸向的縱向方向上幅射微波能量，其輻射能量在該方向 上具有高的效率。但在穿流的管狀的空心體中，該棒狀輻射天線位于 輸送流中并且在此不僅僅干擾微粒流，而且視磨蝕遭受該微粒流的磨 損。
由DE 198 00 306A1公開了另一種用于測量管狀的空心體中的填 充水平的天線裝置，該天線裝置提出借助于所謂的扁平的補丁元件來 軸向定向地輸入耦合微波。為此，在波導的端面末端上設(shè)置有一個平 面的輻射元件，該輻射元件基本上由一個扁平的能導電的金屬片構(gòu) 成，該金屬片安置在板狀的介電襯底上。在該介電襯底上方安置有一 個導電的層或金屬波導后壁的一部分，通過該金屬波導后壁輸入耦合 高頻能量。為此，在管壁外部設(shè)置有一個同軸線連接端，在該同軸線 連接端中內(nèi)導體與補丁元件以及外導體與金屬管壁或能導電的層相 連接。在此，輸送的微波能量通過該扁平的補丁元件僅在一個軸向方 向上輸入耦合到管狀的波導中，由此，通過這種天線裝置在測量方向 上幾乎輻射全部微波能量，由此可在測量段上在輸出耦合實現(xiàn)時達到 高的效率。但是如果將這樣的補丁元件嵌入到可穿流的輸送管中，則 該補丁元件必須橫向地設(shè)置在輸送流中并且也會顯著地影響微粒流 并且經(jīng)受通過微粒流造成的磨損。
因此，本發(fā)明的任務在于，提供一種用于將電磁高頻能量輸入耦 合或輸出耦合到可穿流的管狀的空心體中的天線裝置，該天線裝置可 高效率地輸入耦合并且盡可能少地影響或改變空心體的內(nèi)部區(qū)域。同 時要利用這種天線裝置提供一種用于檢測這種形式的管狀的空心體 中的質(zhì)量流量的裝置。
該任務通過權(quán)利要求1和權(quán)利要求11中說明的本發(fā)明來解決。本
發(fā)明的進一步構(gòu)型和有利的實施例在從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明具有的優(yōu)點是，通過將補丁元件對裝入到內(nèi)管壁中而形成 在空心體中的組合，在該空心體中，可穿流的管的內(nèi)橫截面保持不變。 由此同時避免在粉末狀或液態(tài)的多相介質(zhì)穿流時產(chǎn)生渦流，所述多相 介質(zhì)的未被阻礙的穿流對于后面的過程常常是必要的。在此，尤其是 由兩個彼此對置地設(shè)置的彎曲的補丁元件的組合被證實是有利的，因 為由此作為電磁波的能傳播的微波可在整個橫截面區(qū)域上均勻傳播， 通過所述微波可精確地檢測通過多相微粒流引起的介電性波動。但通 過這樣組合的天線裝置也可高效率地在開放的管狀的波導中進行另 外的長的高頻傳輸，所述高頻傳輸尤其是由于定向的輸入耦合而很少 受干擾。通過在內(nèi)管壁中使用這樣組合的補丁元件，例如可通過同軸 線導體連接端以簡單方式進行微波饋入或輸出耦合，通過該微波饋入 或輸出耦合出現(xiàn)相對小的損失，尤其是在定向輸入稱合的情況下。
在本發(fā)明的一個特殊的構(gòu)型中提出，相對于補丁元件寬度偏心地 設(shè)置微波能量的饋入，這具有的優(yōu)點是，由此在管狀的空心體中進行 軸向定向的波傳播，由此提高了傳播方向上的效率并且同時減少了輸 出耦合時通過反射的波傳播造成的干擾。由此，不僅可改善微粒分布 或質(zhì)量流量測定時的測量精度，而且由此也可提高開放的波導結(jié)構(gòu)中 微波傳播的傳輸質(zhì)量。因為為了純粹的傳輸目的也可由此獲得輸入耦
合部位與輸出耦合部位之間遠高于50%的效率。因此有利地用相對小 的輸入耦合能量可獲得相對長的微波傳輸段或在測量段預給定的情 況下獲得高的測量精度。
這樣的天線裝置也可有利地作為電容使用，所輸送的微粒部分可 通過這種電容靜電充電并且因此在其它部位上可被探測例如以確定 流速。
借助于附圖中所示的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。附圖表示-


圖1具有組合的天線裝置的圓波導的示意性的側(cè)視圖； 圖2具有組合的天線裝置的圓波導的示意性的前視圖3 在輸入耦合部位上圓波導的橫截面中基波(TEu模)的示 意性場力線分布圖4圓波導中的天線裝置上的帶狀導體輸入耦合。
在該附圖的圖1中示出了一個用于在作為波導的管狀的空心體1 中高頻饋入或高頻輸出耦合的天線裝置，該天線裝置由所謂的補丁元 件2、 3組成，這些補丁元件組合在管狀的空心體1的內(nèi)壁5中。
管狀的空心體1表示一個如用于在水泥工業(yè)中氣動地輸送煤粉的 簡單的圓管的一個局部，該圓管優(yōu)選用金屬制成。但空心體l也可以 表示一個不是被確定用于輸送的波導，該波導例如在微波技術(shù)中用于 傳輸高頻波。
在當前的實施例中提出，借助于兩個天線裝置來定量地測定在構(gòu) 造成輸送管的空心體1中穿流的煤粉微粒。但通過這樣的天線裝置也 可檢測其它微粒流或液體流，這種微粒流或液體流借助于它們在所觀 測的頻率范圍中的介電特性來與微粒流或液體流的密度相關(guān)地不僅 在波的數(shù)值方面而且在波的相位方面影響所述波。
為了可在測量技術(shù)上借助于電磁波來檢測輸送管1中由輸送介質(zhì) 空氣中的煤粉構(gòu)成的這種多相微粒流，優(yōu)選使用千兆赫范圍內(nèi)的微 波。為此必須至少在一個部位上將微波輸入耦合到輸送管內(nèi)部并且在 另一個部位上再將其輸出耦合，以便分析處理穿流的煤粉-空氣混合物 對輸入耦合的影響。
為此，本發(fā)明提出了一種用于輸入耦合或輸出耦合微波能量的天 線裝置，該天線裝置構(gòu)造成所謂的補丁天線。在此，該天線裝置包括 一個或多個彼此對置地設(shè)置在管內(nèi)壁5中的補丁元件對2、 3，所述補 丁元件對由矩形的能導電的金屬件構(gòu)成。各個補丁元件2、 3具有可
預確定的長度L和不同于該長度的寬度W并且優(yōu)選由具有傳導性很 好的層例如薄銅片的襯底構(gòu)成，該傳導性很好的層在其縱向方向上相 對于輸送管1的縱向方向橫向地安置。在此，補丁元件對2、 3不是 像通常那樣構(gòu)造成平面的，而是與管內(nèi)壁5的彎曲的面一致地匹配并 且彼此絕緣地裝入一個凹部中。補丁元件2、 3在此這樣組合在管內(nèi) 壁5中，使得這些補丁元件的曲率半徑等于內(nèi)壁半徑的曲率半徑。
優(yōu)選該天線裝置構(gòu)造成分開的環(huán)狀的管件，該管件可嵌入到作為 聯(lián)接器式的小的中間件4的、現(xiàn)有的管系統(tǒng)l中。為此設(shè)置有一個分 開的金屬環(huán)，該金屬環(huán)的直徑這樣確定，使得在該金屬環(huán)中可夾入或 旋入現(xiàn)有的輸送管端部。在此，所述的實施例的出發(fā)點在于具有約 32mm內(nèi)直徑的中間件4，在該中間件中，優(yōu)選可傳播在基模(TE 模)中具有從約5.5GHz起的頻率的微波。但也可使用較大或較小的 管狀的空心體1或中間件4，在所述空心體或中間件中可輸入耦合具 有較低或較高頻率的能相應傳播的微波。
附圖的圖2中詳細示出了作為管狀的空心體1的所述天線中間件 4的橫截面。如從該圖中可看到的那樣，這兩個彼此對置的補丁元件 2、 3相對于在管縱向方向上延伸的中間平面6對稱地安置在管內(nèi)壁5 的凹部中并且由此構(gòu)成一個組合在輸送管1中的天線對。這兩個補丁 元件2、 3相對于外部的能傳導的環(huán)狀壁或管外壁7通過一個介電襯 底8電絕緣地設(shè)置。第一補丁元件2在此從外部設(shè)置有一個用于饋入 微波能量的同軸線連接端9，該同軸線連接端的外導體10與外部的環(huán) 狀壁7電連接并且該同軸線連接端的內(nèi)導體11與第一補丁元件2電連 接。天線對的第二補丁元件3不包括電連接端并且基本上用于微波的 射束形成和微波傳播方向的調(diào)節(jié)。為了改善天線裝置的方向性，也可 在第二補丁元件3中進行附加的微波饋入。
為了改善效率以及降低干擾，第一補丁元件2中微波能量的輸入
優(yōu)選不在它的兩個中心線12、 13的交叉點在中央導入，而是在管縱 向方向上偏心地導入。所以，內(nèi)導體ll設(shè)置在補丁元件2的正交于縱 向棱邊14延伸的但是相對于與縱向棱邊14平行地延伸的橫向中心線 12錯位的縱向中心線13上，由此得到向著輸送管1的縱向方向的定 向的輻射。因此，優(yōu)選也在第二補丁元件3中設(shè)置一個與內(nèi)導體連接 端11對置的適配元件16，該適配元件使用于高頻波的第二補丁元件3 電隔絕地與管外壁7相連接。但是，根據(jù)本發(fā)明的天線裝置也可在中 心饋入的情況下嵌入到第一補丁元件2中并且沒有用于輸入耦合和輸 出耦合微波能量的適配元件16。
前述實施例產(chǎn)生一種根據(jù)下面的物理方法到管狀的空心體中的 微波饋入
在作為電磁高頻波的優(yōu)選大于等于5.5GHz的微波能量通過同軸 線連接端9饋入時和在中心饋入到矩形的第一補丁元件2中時，在該 第一補丁元件的兩個縱向棱邊14上形成電場。在此情況下，第一補 丁元件2的長度L這樣確定，使得在輸送管1中可傳播基模(TE -波)中的駐波。長度L以公知的方式由半波長入/2的多倍和由于彎曲 的面的實驗適配來計算，由此，對于第一補丁元件2優(yōu)選得出約30mm 的長度。因為在補丁元件中如果所有四個棱邊14、 15通過它們的預 給定的長度處于諧振中則原則上可在所有這些棱邊上輻射，所以對于 補丁元件2、 3的寬度W優(yōu)選僅僅例如選擇為長度L的一半。由此不
僅在基模中而且在其余傳播模中在很大程度上在橫向棱邊15上避免 了傳播效應，由此對于第一補丁元件2基本上僅進行在管縱向方向上 的微波輻射。但是在中心饋入時在兩個縱向方向上均勻地發(fā)生輻射， 由此在測量段預給定的情況下在兩側(cè)傳播時，僅在一個方向上將輻射 的微波能量的最大僅50%在期望的方向上傳播并且以相同形式的輸出 耦合可輸出耦合輻射的微波能量的最大25%。這對于測量目的雖然足
夠，但是由于其它傳播方向的干擾反射而會導致分析處理投入提高或 必要時會導致有用信息損失。
為了使電場均勻傳播通過管橫截面，設(shè)置有對置的第二補丁元件
3，借助于該第二補丁元件可優(yōu)選對于多相微粒流精確地檢測在整個 橫截面上的分布，而不需要其它繞圓周分布的附加的微波輸入耦合。
附圖的圖3中示出了采用相對于管縱向方向偏心饋入并且在第二 補丁元件3中具有適配元件16的情況下進行微波輸入耦合時的場力 線分布圖。在此示意性地示出了縱向棱邊14上的場力線分布，該縱 向棱邊顯示出朝管縱向方向上的定向的輻射。在此，箭頭17描述輸 送管l內(nèi)部的電場的方向和強度。由強度可看出，兩個補丁元件2、 3 處于諧振中。在此，輸送管1內(nèi)部的場力線分布相應于所述一個TEu-波以及由此相應于圓波導內(nèi)部的所述一個能傳播的波。通過激勵補丁 元件的微波的相移得到最初在輸送管1的僅一個縱向方向上的定向的 輻射，由此在測量段的方向上幾乎可輻射全部微波能量。因此，通過 這樣定向的射束，效率提高到大于90%，這使得有用信號分量與入射 的微波分量的比例約為0.9。因為在這樣定向的射束的情況下幾乎沒 有出現(xiàn)反射微波，所以干擾信號分量也非常小，由此無需時間上脈沖 的同步的輸入耦合和輸出耦合。
這樣定向的輻射這樣來獲得在第一補丁元件2的兩個縱向棱邊 14之間由于偏心輸入耦合而出現(xiàn)相移。這如下來引起在縱向棱邊 14處在輻射方向上存在最大的場強，而在對置的縱向棱邊上場強具有 最小值并且由此優(yōu)選僅得到在測量方向上的輻射。方向性的增強同時 在第二補丁元件3中通過適配元件16引起。該適配元件16優(yōu)選也偏 心地錯位，更確切地說是相對于內(nèi)導體連接端的饋入點精確對置。只 要該適配元件16沒有處于最小場強中，就由此產(chǎn)生第二補丁上場分 布的變化，該第二補丁導致進行輻射的縱向棱邊14之間的相移。通
過用于兩個縱向棱邊之間相移的這兩種可能性，能在空心體內(nèi)部傳播
的微波的傳播方向可在在兩個縱向方向上50%與在一個縱向方向上大 于90%之間任意調(diào)節(jié)。
通過組合在管狀的空心體1的管內(nèi)壁5中的這種天線裝置，能傳 播的電磁高頻波不僅可輸入耦合而且在所設(shè)置的傳輸段之后可再輸 出耦合。但優(yōu)選這種天線裝置用于在測量技術(shù)上分析處理被輸入偶合 的微波能量。因此，以多個優(yōu)選約lm的波長的預給定管距離各設(shè)置 至少一個用于輸入耦合微波能量的天線對和至少一個用于輸出耦合 微波能量的另外的天線對?，F(xiàn)在如果在作為測量段的所述管區(qū)段中存 在穿流的空氣-煤粉混合物，則由此該混合物的介電特性相對于空氣或 真空中的參考值變化。即使在負載波動的情況下煤粉微粒含量在測量 段上每測量周期發(fā)生變化，這也導致衰減的變化和相對于被輸入耦合 的微波能量的相移。在微波信號的幅值以及相位與例如僅空氣流過的 波導的情況下的所設(shè)置的參考值相比較時可確定測量段中的煤粉含 量。尤其是在微波輸入耦合被定向的情況下，在測量段的端部上還可 輸出耦合一個相對大的在很大程度上不受干擾的信號分量，由此，微 波幅值的衰減或相移幾乎僅僅與測量段上的煤粉含量相關(guān)，由此也可 通過簡單的分析處理方法就得到精確的測量結(jié)果。為了提高測量精 度，在管內(nèi)壁中也可設(shè)置多個各用于輸入耦合和輸出耦合的天線對。 這些天線對優(yōu)選彼此相對在管壁的圓周上錯位90。地設(shè)置，由此，能
傳播的微波不發(fā)生干擾影響。
借助于基于多普勒效應的頻移或借助于負載波動的相關(guān)性也可 通過流量測量裝置附加地測定穿流速度。由測量段內(nèi)的煤粉微粒含量 乘以輸送速度或穿流速度同時用相應的電子分析處理裝置也可確定 定量地作為輸送強度或在總量上作為輸送量的質(zhì)量流量。在實際的實 驗中通過用于確定輸送強度的這種裝置在煤粉含量在空氣中平均約
5%的情況下得到0.5%的密度測量精度。
附圖的圖4中示出了該天線裝置的另一個實施例。在該天線裝置 中，也在一個構(gòu)造成輸送管1的管狀的空心體中組合有一個由兩個彼 此對置的矩形的扁平的補丁元件2、 3構(gòu)成的天線對。這些補丁元件 在此也如已經(jīng)針對圖1和圖2所述的那樣構(gòu)造并且與能導電的管外壁 7電絕緣地設(shè)置在一個凹部中。該天線裝置與圖1和圖2中所示的天 線裝置的區(qū)別僅僅在于微波輸入耦合或輸出耦合的方式。為此，在中 心或朝其下偏心地設(shè)置的第一補丁元件2的環(huán)狀體或管狀體的能導電 的部分中設(shè)置有一個用于所謂孔徑耦合的耦合孔18或耦合縫槽。
在孔18或縫槽的上方固定有一些用于引入微波能量的帶狀導體 19。在此，在孔徑耦合的情況下也優(yōu)選需要例如大于等于在可比較的 管橫截面的情況下的5.5GHz的微波頻率，以便在輸送管1的內(nèi)室中 產(chǎn)生能傳播的微波。管狀的空心體1中確定的微波頻率的傳播能力基 本上取決于波導的高通特性，根據(jù)該高通特性在基模以下的較低的頻 率不能傳播。在此，基模TEn模中微波的輸入耦合具有優(yōu)點對于相 位測量可能發(fā)生干擾作用的較低的頻率不能傳播。
通過這樣的孔徑耦合也可設(shè)置用于以預給定的軸向距離輸出耦 合的其它天線裝置，由此形成用于測定例如煤粉密度的測量段。借助 于相關(guān)性測量，通過流量測量裝置也可附加地測定粉塵速度，由此， 由粉塵密度和測量段的容積以及與流速的乘積可計算質(zhì)量流量或輸 送強度。但在這樣的孔徑耦合的情況下效率由于管內(nèi)室外部的附加輻 射而比在同軸線耦合的情況下明顯變壞，由此，這種形式的耦合優(yōu)選 僅出于成本原因或位置原因才設(shè)置。
由組合的補丁元件對2、 3構(gòu)成的這種天線裝置同時也可作為平 板電容器使用，因為在這兩個補丁元件2、 3之間存在空氣或其它電 介質(zhì)?，F(xiàn)在如果在這兩個補丁元件2、 3上施加高電壓，則例如穿流
的煤粉微粒通過在補丁元件2、 3之間建立的電場而靜電充電。這些 電荷可在輸送方向上又通過其它補丁元件對2、 3檢測并且例如被分 析處理用于作為流量測量裝置和類似裝置的速度測量裝置。
權(quán)利要求
1.天線裝置，用于將電磁高頻波、尤其是微波輸入耦合或輸出耦合到一個管狀的空心體(1)中，該天線裝置具有至少一個輻射元件，所述輻射元件構(gòu)造成扁平的補丁元件(2，3)并且安置在該空心體(1)的管外壁部分(7)內(nèi)部的介電襯底(8)上并且包括一個將高頻能量通過該管外壁(7)輸送給至少一個補丁元件(2)的能量輸送裝置，其特征在于所述輻射元件組合在該空心體(1)的管內(nèi)壁(5)中并且通過彎曲的面與該空心體(1)的彎曲的縱向壁相適配，其中，該補丁元件(2，3)構(gòu)造成矩形的并且以其縱向側(cè)(14)橫向于空心體縱向方向來設(shè)置，并且與進行饋入的第一補丁元件(2)對置地在該管內(nèi)壁(5)中還設(shè)置有至少一個另外的類似的第二補丁元件(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的天線裝置，其特征在于該第一補丁元件(2) 和該第二補丁元件(3)構(gòu)成一個天線對，該天線對設(shè)置在該介電襯 底(8)下面該管狀的空心體(1)的管外壁(7)的凹部中，其中， 該天線對(2， 3)相對于該空心體(1)的金屬的管外壁(7)電絕緣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的天線裝置，其特征在于該天線對這樣 設(shè)置在該空心體(1)的管內(nèi)壁(5)的凹部中并且這樣與該管內(nèi)壁(5) 的圓形面相適配，使得通過該天線對的橫截面保持不變。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項的天線裝置，其特征在于該天線對 由一個平的能導電的面構(gòu)成，該面的縱向棱邊(14)這樣確定尺寸， 使得在該管狀的空心體(1)中一個波能在其基模(TE 模)或更高 的模態(tài)中傳播，其中，該補丁元件(2， 3)的寬度(W)比該補丁元 件的長度(L)短并且在此情況下這樣確定尺寸，使得在該補丁元件 的橫向棱邊(15)上波不可傳播但用于射束形成。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項的天線裝置，其特征在于 一個天線 對的補丁元件(2， 3)相對于在該管狀的空心體(1)的縱向方向上 延伸的中間平面(6)對稱地設(shè)置。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項的天線裝置，其特征在于用于輸入 耦合或輸出耦合高頻能量的該補丁元件(2， 3)與一個同軸線連接端(9)、波導連接端或帶狀導體連接端(19)電連接，所述同軸線連接 端、波導連接端或帶狀導體連接端通過該管外壁(7)饋入或輸出耦 合高頻能量。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項的天線裝置，其特征在于該管狀的 空心體(1)構(gòu)造成聯(lián)接器式的中間件(4), 一個天線對的補丁元件(2， 3)組合在該中間件的管內(nèi)壁(5)中，其中，該中間件(4)可 安裝在一個具有保持相同的內(nèi)橫截面的傳導的波導中或輸送管(O 中。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中一項的天線裝置，其特征在于所述高頻 能量可通過一個同軸線連接端(9)的內(nèi)導體(11)或通過一個帶狀導 體連接端(19)的耦合孔(18)或耦合縫槽在中間輸入耦合或輸出耦 合到第一補丁元件(2)中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項的天線裝置，其特征在于所述高 頻能量可相對于第一補丁元件(2)的橫向中心線(12)偏心地通過 一個同軸線連接端(9)的內(nèi)導體(11)或通過一個帶狀導體連接端(19) 的管外壁(7)中的耦合孔(18)或耦合縫槽輸入耦合或輸出耦合到 該第一補丁元件中，其中，與補丁元件中心的偏差這樣來確定，使得 在能傳播的模態(tài)中在很大程度上僅在該管狀體(1)的所設(shè)置的一個 縱向方向上進行定向的微波傳播。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的天線裝置，其特征在于與該第一補丁元件 (2)的偏心的輸入耦合點或輸出耦合點對置地在該第二補丁元件(3)上同樣設(shè)置有一個或多個偏心地設(shè)置的適配元件(16)或其它用于該 管外壁(7)的饋入元件，這些饋入元件用于在該管狀的空心體(1) 中定向傳播波。
11. 用于借助于根據(jù)權(quán)利要求1至10中一項的至少兩個天線裝置 來測量質(zhì)量流量的裝置，其特征在于所述兩個天線裝置在一個輸送 管區(qū)段(1)中軸向上間隔開地設(shè)置并且形成一個測量段，其中，能 傳播的微波借助于至少一個天線裝置輸入耦合到該管狀的空心體(1 ) 中并且在該測量段的端部上通過至少一個第二天線裝置再輸出耦合， 并且通過一個分析處理裝置在該測量段上相對于所設(shè)置的參考值求 得輸入耦合的微波幅值的衰減和/或微波的相移，這些參考值表示輸送 介質(zhì)中微粒流的密度值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的用于測量質(zhì)量流量的裝置，其特征在于 相應地為了微波的輸入耦合和輸出耦合各設(shè)置有至少兩個天線對(2，3)，其中， 一個進行輸入耦合的天線對相對于另一個進行輸入耦合的 天線對錯位90°地設(shè)置在該管內(nèi)壁(5)的圓周上并且與相應地也錯 位90°的進行輸出耦合的天線對形成一個平行的測量段。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12的用于測量質(zhì)量流量的裝置，其特征在 于借助于一個流量測量裝置測定微粒流的流速并且由此通過該分析 處理裝置借助于測量段內(nèi)部的流量密度計算出作為輸送強度和/或輸 送量的質(zhì)量流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線裝置，用于將電磁高頻波、尤其是微波輸入耦合或輸出耦合到一個管狀的空心體(1)中。該天線裝置具有至少一個扁平的補丁元件(2，3)作為輻射元件，所述補丁元件安置在該空心體(1)的管外壁部分(7)內(nèi)部的介電襯底(8)上。該天線裝置的特征在于所述輻射元件組合在該空心體(1)的管內(nèi)壁(5)中并且通過彎曲的面與該空心體(1)的彎曲的縱向壁相適配。在此，所述補丁元件(2，3)構(gòu)造成矩形的并且以其縱向側(cè)(14)橫向于空心體縱向方向來設(shè)置，其中，與進行饋入的第一補丁元件(2)對置地在該管內(nèi)壁(5)中還組合有至少一個另外的類似的第二補丁元件(3)。由輸入管區(qū)段中至少兩個這樣的彼此軸向間隔開地設(shè)置的天線裝置構(gòu)成一個用于測量質(zhì)量流量的裝置。在此，由輸送介質(zhì)中的微粒流密度和微粒流的流速計算表示輸送強度或輸送量的質(zhì)量流量。
文檔編號G01F1/76GK101103256SQ200580040413
公開日2008年1月9日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者A·佩尼爾施克, B·阿倫貝里, R·雅各比 申請人:申克公司