專利名稱：用于監(jiān)視雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的工作監(jiān)視裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于監(jiān)視用于確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的裝置。本實用新型還涉及一種具有工作監(jiān)視功能的雷達(dá)液位計系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
雷達(dá)液位計系統(tǒng)廣泛用于測量罐中所含的產(chǎn)品的過程變量，如填充液位、溫度、壓力等。通常，借助于朝著罐中所含的產(chǎn)品輻射電磁信號的非接觸測量、或者借助于由擔(dān)當(dāng)波導(dǎo)的探針朝著產(chǎn)品中引導(dǎo)電磁信號的接觸測量(常常稱作導(dǎo)波雷達(dá)(GWIO)來執(zhí)行雷達(dá)液位計量。通常，從罐的頂部向底部豎直地布置探針。電磁信號隨后在產(chǎn)品表面處反射，反射信號被雷達(dá)液位計系統(tǒng)中包含的收發(fā)器或接收器接收。基于發(fā)射及反射信號，可確定距產(chǎn)品表面的距離。更具體地，通?；陔姶判盘柕陌l(fā)射與電磁信號在罐中的空氣與罐中所含的產(chǎn)品之間的分界面中的反射的接收之間的時間來確定距產(chǎn)品表面的距離。為了確定產(chǎn)品的實際填充液位，基于電磁信號的沿著探針的傳播速度以及上面提到的時間(所謂的飛行時間) 來確定從參考位置到表面的距離。在雷達(dá)液位計系統(tǒng)以及其它用于確定罐中產(chǎn)品的填充液位的系統(tǒng)的一些應(yīng)用中， 能夠穩(wěn)妥地告知填充液位是否已達(dá)到特定臨界液位(高或低)或者填充液位是否在正常填充液位范圍內(nèi)是重要的。例如，可能需要提供一種用于發(fā)出指明填充液位何時超過預(yù)設(shè)極限的信號從而安全地能夠防止過填充狀況的系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，以包括機械地連接到檢測器的浮動構(gòu)件的機械系統(tǒng)來實現(xiàn)產(chǎn)生報警的系統(tǒng)。US 5 649 450中公開了這樣的系統(tǒng)的例子。然而，這樣的機械系統(tǒng)是許多問題的起因。 例如，罐中的環(huán)境常常相對粗陋，使得可移動機械部件很可能隨時間的推移而發(fā)生故障。進(jìn)一步地，浮動構(gòu)件需要與流體相接觸，這是不利的，因為表面在使用中通常不安靜。因而，這些機械系統(tǒng)具有魯棒性、準(zhǔn)確性和可靠性的問題。為了解決與用于提供過填充報警信號的機械系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的以上問題，US 7 319 401提供了一種用于連續(xù)地確定填充液位、并且在確定填充液位超過指示高液位和/或過填充狀況的預(yù)設(shè)閾值的情況下產(chǎn)生報警信號的系統(tǒng)。然而，取決于應(yīng)用和規(guī)章和/或操作員內(nèi)部指南，罐應(yīng)用的操作員可能仍需要定期地執(zhí)行保證試驗以驗證過填充報警系統(tǒng)的工作。這樣的保證試驗可能要求操作員人工測量填充液位并將人工測得的填充液位值與根據(jù)US 7 319 401的系統(tǒng)所給出的填充液位值相比較。因此，雖然US 7 319 401中公開的系統(tǒng)提供了比先前的機械過填充報警系統(tǒng)顯著更高的可靠性，但是仍可能存在改進(jìn)的空間以便進(jìn)一步減少在過填充報警系統(tǒng)的保證試驗上花費的時間和努力。

實用新型內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述和其它缺點，本實用新型的總體目的是提供一種用于監(jiān)視雷達(dá)液位計系統(tǒng)的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)，并且使這種用于監(jiān)視雷達(dá)液位計系統(tǒng)的系統(tǒng)的保證試驗變得容易。根據(jù)本實用新型的第一方面，這些和其它目的是通過一種監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的方法來實現(xiàn)的，該方法包括以下步驟提供延伸到罐中所含的產(chǎn)品中的探針；沿著探針、在距罐的頂部處的參考位置第一距離處提供第一傳播特性不連續(xù)；生成并發(fā)射電磁信號；將被發(fā)射電磁信號沿著探針、朝著罐中所含的產(chǎn)品引導(dǎo)到罐中所含的產(chǎn)品中；接收包括多個回波的反射電磁信號，該多個回波由被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起，反射電磁信號包括由第一傳播特性不連續(xù)處的反射引起的第一參考回波以及由罐中所含的產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波；評估表現(xiàn)出與距參考位置的第一距離對應(yīng)的飛行時間的反射電磁信號的第一部分；基于該評估確定在反射電磁信號的第一部分中是否能檢測到第一參考回波；如果確定了在反射電磁信號的第一部分中能檢測到第一參考回波，則提供第一信號； 而如果確定了在反射電磁信號的第一部分中不能檢測到第一參考回波，則提供與第一信號不同的第二信號。應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本實用新型的方法決不局限于按任何特定順序執(zhí)行其步驟。罐可以是能夠包含產(chǎn)品的任何容器或器皿，并且可以是金屬的、或者部分或全部非金屬的、敞開的、半敞開的或者封閉的。在本申請的上下文中，“傳播特性不連續(xù)”應(yīng)當(dāng)理解為影響被發(fā)射電磁信號的傳播的任何特性的不連續(xù)。這樣的特性包括例如阻抗、介電常數(shù)、電導(dǎo)率等。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的，填充液位在正常使用期間波動的典型液位范圍是從罐總高度的約10%至約90%。此外，可以直接評估反射電磁信號的上述第一部分，或者可以基于反射信號和發(fā)射信號、或者與發(fā)射信號有關(guān)的參考信號來形成測量信號。另外，還可以評估使用反射電磁信號形成的測量信號和/或整個反射電磁信號。在雷達(dá)液位計系統(tǒng)中，從罐的頂部處的參考位置到罐中所含的產(chǎn)品的表面的距離是基于被表面反射的電磁信號的飛行時間以及產(chǎn)品表面上方罐之內(nèi)的傳播特性來確定的。 根據(jù)此距離，可確定填充液位。本實用新型基于如下認(rèn)識被罐之內(nèi)給定位置(或者在無干擾條件下通過雷達(dá)液位計系統(tǒng)自身的測量而確定的位置)處布置的傳播特性不連續(xù)反射的電磁信號的飛行時間將取決于傳播特性不連續(xù)(比如參考反射器)是否被產(chǎn)品覆蓋而變化。由于產(chǎn)品中的傳播速度低于產(chǎn)品表面上方的空氣中的傳播速度，所以與傳播特性不連續(xù)未被產(chǎn)品覆蓋時相比，傳播特性不連續(xù)被產(chǎn)品覆蓋時電磁信號去往傳播特性不連續(xù)(并返回)的飛行時間將更長。本實用新型的發(fā)明人已進(jìn)一步認(rèn)識到可使用此效應(yīng)來可靠地指示罐中的產(chǎn)品的表面在傳播特性不連續(xù)的位置的下方還是上方。通過驗證參考傳播特性不連續(xù)的位置，可驗證工作監(jiān)視裝置的測量能力究竟如何以及測量的質(zhì)量，這將使得罐操作員可以避免不必要的人工干預(yù)。第一信號將向操作員指明表面液位在第一傳播特性不連續(xù)的位置下方，第二信號將向操作員指明表面液位在第一傳播特性不連續(xù)處或上方。[0022]有利地，可連續(xù)地(S卩，以0. IHz或更高的范圍內(nèi)的重復(fù)頻率)執(zhí)行根據(jù)本實用新型的本方面的方法的步驟。這將允許對被布置成確定填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作以及罐中的狀況的連續(xù)監(jiān)視。評估步驟可以有利地包括以下步驟基于反射電磁信號的第一部分獲取候選信號特性集；以及將候選信號特性集與所存儲的指示第一參考回波的信號特性集相比較。由此，由于表現(xiàn)出處于相同液位并且具有與第一傳播特性不連續(xù)足夠相似的信號特性集的寄生反射極其不可能出現(xiàn)，所以可使得該檢測的選擇性在實踐上是防呆的。為了更進(jìn)一步降低此風(fēng)險，第一傳播特性不連續(xù)可以被有利地設(shè)計成導(dǎo)致容易區(qū)分的信號特性集，比如，相對于來自產(chǎn)品表面的反射的信號特性而言符號相反，或者具有正的和負(fù)的部分。根據(jù)各種實施例，根據(jù)本實用新型的方法可以有利地進(jìn)一步包括以下步驟識別表面回波；以及基于表面回波確定填充液位。在這些實施例中，在確定了第一參考回波可檢測的情況下提供的第一信號可以指示填充液位。由此，可連續(xù)地監(jiān)視填充液位以使得操作員可得到第一傳播特性不連續(xù)的位置與當(dāng)前填充液位之間留下的裕度的指示。如果第一信號指示填充液位，則操作員此外還將能夠驗證為了例如降低填充液位而采取的措施是有效的。在一些應(yīng)用中，比如在各種處理器皿和/或鍋爐中，罐中所含的產(chǎn)品的表面上方的蒸汽濃度等可能隨時間的推移而顯著變化。在這樣的條件下，即使當(dāng)?shù)谝粎⒖紓鞑ヌ匦圆贿B續(xù)在罐中所含的產(chǎn)品的表面上方時，與距罐的頂部處的參考位置的第一距離對應(yīng)的飛行時間也可能變化。為了在這樣的條件下實現(xiàn)第一參考傳播特性不連續(xù)的可靠檢測，根據(jù)本實用新型的方法可以進(jìn)一步包括以下步驟沿著探針、在距第一傳播特性不連續(xù)已知距離處提供第二傳播特性不連續(xù)；基于反射電磁信號確定第一傳播特性不連續(xù)與第二傳播特性不連續(xù)之間的電距離；以及基于已知距離和電距離確定與距罐的頂部處的參考位置的第一距離對應(yīng)的經(jīng)蒸汽補償?shù)娘w行時間，其中，評估表現(xiàn)出經(jīng)蒸汽補償?shù)娘w行時間的反射電磁信號的經(jīng)蒸汽補償?shù)牟糠?。根?jù)一個實施例，第一傳播特性不連續(xù)可以被布置成定義罐的正常填充液位范圍上方的過填充檢測區(qū)。由此，可以可靠地檢測潛在有害的過填充狀況。根據(jù)另一實施例，第一參考傳播特性不連續(xù)可以被布置成定義靠近罐底部的耗盡區(qū)。在各種應(yīng)用中，比如在加工工業(yè)中，不希望允許罐在無意中“干涸”，因為這可能導(dǎo)致對泵和/或其它設(shè)備的損壞。通過將第一參考傳播特性不連續(xù)布置成定義上述耗盡區(qū)，可以可靠地確定干涸狀況?？商孢x地，第一參考傳播特性不連續(xù)可以被布置成定義上述過填充檢測區(qū)，又一個傳播特性不連續(xù)可以被布置成定義上述耗盡區(qū)，以允許罐中的過填充狀況和耗盡狀況的同時監(jiān)視。根據(jù)本實用新型的第二方面，上述和其它目的是通過一種監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的方法來實現(xiàn)的，該方法包括以下步驟在距罐的頂部處的參考位置第一已知距離處提供第一傳播特性不連續(xù)； 生成并發(fā)射電磁信號；朝著罐中所含的產(chǎn)品傳播被發(fā)射電磁信號；接收包括多個回波的反射電磁信號，該多個回波由被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起，反射電磁信號包括由第一傳播特性不連續(xù)處的反射引起的第一參考回波以及由罐中所含的產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波；識別表面回波；基于表面回波確定填充液位；評估表現(xiàn)出與距參考位置的第一距離對應(yīng)的飛行時間的反射電磁信號的第一部分；基于該評估確定在反射電磁信號的第一部分中是否能檢測到第一參考回波；如果確定了在反射電磁信號的第一部分中能檢測到第一參考回波，則提供指示填充液位的第一信號；而如果確定了在反射電磁信號的第一部分中不能檢測到第一參考回波，則提供與第一信號不同的第二信號。本實用新型的此第二方面所獲得的效果以及實施例與上面針對本實用新型的第一方面所描述的效果以及實施例在很大程度上類似。根據(jù)本實用新型的第三方面，上述和其它目的是通過一種用于監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的工作監(jiān)視裝置來實現(xiàn)的，所述工作監(jiān)視裝置包括收發(fā)器，收發(fā)器用于生成、發(fā)射和接收電磁信號；探針， 探針連接到收發(fā)器并且被布置成將被發(fā)射電磁信號從收發(fā)器朝著罐之內(nèi)的產(chǎn)品引導(dǎo)到罐之內(nèi)的產(chǎn)品中、并返回由被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起的反射電磁信號，反射電磁信號包括由罐中所含的產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波；至少第一傳播特性不連續(xù)，該至少第一傳播特性不連續(xù)沿著探針被布置在距罐的頂部處的參考位置第一已知距離處，并且被配置成朝著收發(fā)器回反射被發(fā)射電磁信號的一部分以由此提供第一參考回波；信號評估器，信號評估器用于評估表現(xiàn)出與距參考位置的第一距離對應(yīng)的飛行時間的反射電磁信號的第一部分；確定器，確定器用于基于該評估確定在反射電磁信號的第一部分中是否能檢測到第一參考回波；以及信號發(fā)生器，信號發(fā)生器用于在確定了在反射電磁信號的第一部分中能檢測到第一參考回波的情況下提供第一信號；而在確定了在反射電磁信號的第一部分中不能檢測到第一參考回波的情況下提供與第一信號不同的第二信號?！笆瞻l(fā)器”可以是能夠發(fā)射和接收電磁信號的一個功能單元，或者可以是包括單獨的發(fā)射器和接收器單元的系統(tǒng)。信號評估器、確定器和信號發(fā)生器中的一個或多個可以以多個單獨的裝置提供或者在單個裝置中提供，并且可以通過硬件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)。在本申請的上下文中，“探針”是被設(shè)計用于引導(dǎo)電磁信號的波導(dǎo)?？梢允褂枚喾N類型的探針，例如單線(Goubau型)和雙線探針。探針可以基本上是剛性的或撓性的，并且探針可以由金屬(如不銹鋼)、塑料(如PTFE)或它們的組合制成。第一傳播特性不連續(xù)可以由沿著探針被布置在第一已知液位處的參考反射器提 {共。這樣的參考反射器可以以能夠反射沿著探針行進(jìn)的電磁信號的結(jié)構(gòu)來實施，并且可以借助于探針外部的結(jié)構(gòu)、探針中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者它們的組合來實現(xiàn)。此外，在多個參考反射器的情形中，不同的參考反射器可以以相同或不同的反射結(jié)構(gòu)來提供。參考反射器可以有利地包括上部，為被發(fā)射電磁信號提供向著較高阻抗的第一阻抗過渡；以及下部，為被發(fā)射電磁信號提供向著較低阻抗的第二阻抗過渡，上部和下部沿著探針分開一距離，該距離被選擇成使得被第一阻抗過渡反射的電磁信號和被第二阻抗過渡反射的電磁信號一起構(gòu)成具有正部分和負(fù)部分的合成反射電磁信號，從而使被參考反射器反射的接收電磁信號的鑒別變得容易。具有某一極性的被發(fā)射電磁信號(比如“正”脈沖)在向著較低阻抗的過渡處的反射將與該被發(fā)射電磁信號具有相同的極性，而向著較高阻抗的過渡處的反射將具有相反的極性。因此，被這種合適地間隔開的相反阻抗過渡反射的電磁信號將導(dǎo)致具有相反極性部分的合成電磁信號。這將使得這種信號與被產(chǎn)品表面反射的信號容易區(qū)分，因為表面通常提供單個被隔離的阻抗過渡(通常向著較低阻抗)。上部與下部之間的合適距離與脈沖時間有關(guān)，對于Ins脈沖，約100 mm的距離將得到容易區(qū)分的合成電磁信號。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在該示例性距離周圍存在一定范圍的距離也將達(dá)到相同目的。信號評估器可以有利地包括獲取單元，獲取單元用于基于反射電磁信號的第一部分獲取候選信號特性集；以及比較器，比較器用于將候選信號特性集與所存儲的指示第一參考回波的信號特性集相比較。根據(jù)本實用新型的工作監(jiān)視裝置可以有利地進(jìn)一步包括處理電路，處理電路用于識別表面回波、并基于反射電磁信號確定填充液位。此外，第一傳播特性不連續(xù)可以由使得罐的操作員能夠控制第一參考傳播特性不連續(xù)的位置的可移動參考反射器來提供。最后，根據(jù)本實用新型的第四方面，上述和其它目的是通過一種用于監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的工作監(jiān)視裝置來實現(xiàn)的，所述工作監(jiān)視裝置包括收發(fā)器，收發(fā)器用于生成、發(fā)射和接收電磁信號； 傳播裝置，傳播裝置連接到收發(fā)器并且被布置成將被發(fā)射電磁信號從收發(fā)器朝著罐之內(nèi)的產(chǎn)品引導(dǎo)到罐之內(nèi)的產(chǎn)品中、并返回由被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起的反射電磁信號，反射電磁信號包括由罐中所含的產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波；至少第一傳播特性不連續(xù)，該至少第一傳播特性不連續(xù)被布置在距罐的頂部處的參考位置第一已知距離處，并且被配置成朝著收發(fā)器回反射被發(fā)射電磁信號的一部分以由此提供第一參考回波；信號評估器，信號評估器用于評估表現(xiàn)出與距參考位置的第一距離對應(yīng)的飛行時間的反射電磁信號的第一部分；確定器，確定器用于基于該評估確定在反射電磁信號的第一部分中是否能檢測到第一參考回波；處理電路，處理電路用于識別表面回波、并基于反射電磁信號確定填充液位；以及信號發(fā)生器，信號發(fā)生器用于在確定了在反射電磁信號的第一部分中能檢測到第一參考回波的情況下提供指示填充液位的第一信號；而在確定了在反射電磁信號的第一部分中不能檢測到第一參考回波的情況下提供與第一信號不同的第二信號。傳播裝置可以包括天線，天線被布置成朝著罐中所含的產(chǎn)品輻射被發(fā)射電磁信號、并接收反射信號。在這樣的實施例中，在傳播裝置包括輻射天線的情況下，第一傳播特性不連續(xù)以及(在需要時)任何其它傳播特性不連續(xù)可以以安裝在罐之內(nèi)已知液位處的固定結(jié)構(gòu)的形式提供。分別與提供第一信號和第二信號有關(guān)，以下內(nèi)容是相關(guān)的。對于雷達(dá)液位計系統(tǒng)中的模擬輸出接口，可以以4mA至20mA之間的電流來傳達(dá)填充液位?？衫美?1. 75mA的報警電流(4至20mA范圍之外的電流)傳達(dá)報警狀況，比如高液位報警、低液位報警、一般報警、參考損耗報警、參考發(fā)現(xiàn)報警?？商孢x地，可通過將模擬輸出端的電流設(shè)置為與特定的預(yù)定義填充液位對應(yīng)的電流來傳達(dá)報警狀況或者在正常工作狀況之外的工作狀態(tài)。作為例子，可以以模擬輸出端的20mA來傳達(dá)高液位報警。在特定現(xiàn)場應(yīng)用中，這通常要求 20mA不包括在與正常工作狀況對應(yīng)的電流范圍內(nèi)。在許多現(xiàn)場應(yīng)用中，提供了數(shù)字通信鏈路。這將提供傳達(dá)目前工作狀況的多個指示的可能性。例如，可彼此獨立地傳達(dá)報警和所確定的填充液位。

現(xiàn)在，將參照示出了本實用新型的當(dāng)前優(yōu)選實施例的附圖來更詳細(xì)地描述本實用新型的這些和其它方面，其中圖Ia以安裝在示例罐中的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的形式示意性地圖示了根據(jù)本實用新型實施例的工作監(jiān)視裝置；圖Ib是圖Ia中的工作監(jiān)視裝置中包含的測量電子單元的示意性圖示；圖2a示意性地圖示了適合用在根據(jù)本實用新型的工作監(jiān)視裝置的實施例中的示例參考反射器；圖2b示意性地圖示了從圖2a中的參考反射器處的反射獲得的回波信號；圖3是示意性地圖示了根據(jù)本實用新型的方法的實施例的流程圖；以及圖4a_c示意性地圖示了在不同填充液位的情況下罐中的不同示例工作狀況、以及由工作監(jiān)視裝置獲得的示例回波輪廓。
具體實施方式
在本詳細(xì)描述中，主要關(guān)于利用了單線探針的脈沖式導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)液位計系統(tǒng)來討論根據(jù)本實用新型的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的各種實施例。應(yīng)當(dāng)注意，這決不限制本實用新型的范圍，其同樣可應(yīng)用于配備有各種其它類型的探針(比如兩引線探針、同軸探針等)的 GWR系統(tǒng)。此外，本實用新型的各方面還可應(yīng)用于非接觸型雷達(dá)液位計系統(tǒng)，其中，利用輻射天線(比如錐形天線或片狀天線)朝著罐中所含的產(chǎn)品傳播電磁信號。此外，主要涉及借助于測量發(fā)射脈沖與反射脈沖之間的時間來進(jìn)行填充液位確定。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，本實用新型的教導(dǎo)同樣可應(yīng)用于利用了用于通過例如頻率調(diào)制連續(xù)波(FMCW)測量來確定填充液位的相位信息的雷達(dá)液位計系統(tǒng)。當(dāng)使用在載波上調(diào)制的脈沖時，也可利用相位信息。圖Ia以雷達(dá)液位計系統(tǒng)1的形式示意性地圖示了根據(jù)本實用新型實施例的工作監(jiān)視裝置，其包括測量電子單元2以及附接有兩個參考反射器4a_b的探針3。在部分填充有待計量的產(chǎn)品6的罐5上提供雷達(dá)液位計系統(tǒng)1。第一 4a和第二 4b參考反射器擔(dān)當(dāng)分別布置在罐5中的已知液位ha和hb處的參考傳播特性不連續(xù)，如下面將進(jìn)一步更詳細(xì)討論的，每個參考反射器4a_b可以取決于參考反射器的配置而包括多于一個的參考傳播特性不連續(xù)。在圖Ia中，罐被示意性地圖示為包括靠近罐5的頂部的過填充檢測區(qū)9a、靠近罐5的底部的耗盡區(qū)％、以及過填充檢測區(qū)9a與耗盡區(qū)9b之間的正常工作區(qū)9c。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，正常工作的填充液位范圍可取決于應(yīng)用而變化，并且通常可以在罐5高度的約10% -90%。為了使操作員能夠改變過填充區(qū)和/或耗盡區(qū)的延伸范圍，可以將第一如和/或第二 4b參考反射器布置成沿著探針3可移動。當(dāng)在過填充檢測區(qū)9a中檢測到填充液位時，可以提供諸如報警信號的信號以使得可防止?jié)撛谖ｋU的過填充情況，而當(dāng)檢測到耗盡區(qū)9b中的填充液位時，提供指示其的信號以使得能夠防止罐被耗盡的情況(有時稱作“干涸”情況)可能是有利的。該后一情況在儲罐5(比如圖Ia中示意性地描繪的儲罐)中可能不是特別有害。然而，對于加工工業(yè)中的罐，如果允許罐被耗盡，則泵和/或其它設(shè)備可能被損壞。通過分析從表面7回行進(jìn)的反射信號SR，測量電子單元2可確定第一參考反射器 4a是否能在它的已知液位ha處或周圍被檢測到，并提供指示第一參考反射器如是否能在距已知液位ha的預(yù)定距離內(nèi)被檢測到的信號。另外，測量電子單元2可確定第二參考反射器4b是否能在它的已知液位hb處被檢測到，并提供指示其的信號。在圖Ia中所示的工作監(jiān)視裝置1的實施例中，它另外還擔(dān)當(dāng)用于確定罐中的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)。因而，測量電子單元2還確定產(chǎn)品6的表面7與參考位置 (如罐頂板)之間的距離，從而可推斷填充液位。應(yīng)當(dāng)注意，雖然本文中討論含有單個產(chǎn)品 6的罐5，但是也可通過類似的方式測量沿著探針距任何材料分界面的距離。如圖Ib中示意性地所示，電子單元2包括收發(fā)器10，收發(fā)器10用于發(fā)射和接收電磁信號；處理單元11，處理單元11連接到收發(fā)器10以便控制收發(fā)器10并且處理由收發(fā)器10接收到的信號以監(jiān)視參考反射器如-b并確定罐5中的產(chǎn)品6的填充液位。處理單元 11此外還可連接到外部通信線13以便經(jīng)由接口 12進(jìn)行模擬和/或數(shù)字通信。此外，雖然在圖Ib中未示出，但是雷達(dá)液位計系統(tǒng)1通?？蛇B接到外部電源，或者可以通過外部通信線13被供電。可替選地，雷達(dá)液位計系統(tǒng)1可以被配置成以無線方式通信。圖Ib中的處理單元11包括信號評估器15、確定器16和信號發(fā)生器17。信號評估器15評估反射電磁信號&的至少一部分，確定器16確定由第一如和/或第二 4b參考反射器提供的一個或多個傳播特性不連續(xù)是否能沿著探針3在它們的預(yù)期位置處被檢測到， 信號發(fā)生器17取決于來自確定器16的輸出而提供信號。圖加-b示意性地示出了第一示例參考反射器以及由所發(fā)射的電磁信號&在該參考反射器處的反射引起的回波信號。在圖加中，示出了在探針3的一部分上提供參考反射器30。根據(jù)當(dāng)前圖示的例子，以兩個半部31a和31b的形式提供參考反射器30，這兩個半部31a和31b借助于兩個夾持器34a-b夾持到探針3。參考反射器30具有長度為L。的基本上為圓柱形的部分32、以及朝著探針3平滑地傾斜并且每個都延伸了長度Le的第一和第二基本上為截頭圓錐體形狀的端部33a-b。通過提供圖加中的參考反射器30，探針3局部變厚并因此局部表現(xiàn)出較低阻抗。 沿著探針3向下行進(jìn)的電磁信號&因此將首先在代表第一傳播特性不連續(xù)的參考反射器 30的頂部處、然后在代表第二傳播特性不連續(xù)的參考反射器的底部處部分地反射。參考反射器的頂部處的反射是向著較低阻抗的過渡處的反射的結(jié)果，所得到的反射信號^因此將與進(jìn)入信號St符號相同。類似地，參考反射器的底部處的反射將導(dǎo)致與進(jìn)入信號St符號 /極性相反的反射信號SK2。圖2a中的參考反射器30的傾斜端部33a_b的目的是避免凸緣，罐5中的產(chǎn)品6 可在凸緣上累積并干擾測量。此外，參考反射器30的每個傾斜端部33a-b的長度應(yīng)當(dāng)顯著短于脈沖式系統(tǒng)的脈沖長度。例如，在Ins脈沖的情形中，脈沖長度約為150mm，且每個傾斜端部33a-b的長度Le應(yīng)當(dāng)小于約20mm。應(yīng)當(dāng)注意，傾斜端部33a_b可以具有相互不同的長度和/或形狀。選擇圖2a中的參考反射器30的直徑以使得進(jìn)入信號St的功率的約在參考反射器的每個端部處被反射。此外，有利地選擇參考反射器30的中央部分的長度L。以使得頂部和底部反射信號Ski和Sk2相組合以形成容易區(qū)分的波形。為了獲得合適的參考反射器信號并同時降低過度探針污染的風(fēng)險，在下面提供了圖2a中的參考反射器30的示例尺度，這些示例尺度理想地導(dǎo)致圖2b中示意性地示出的波形。脈沖式系統(tǒng)-脈沖長度tp Ins探針直徑d :6mm參考反射器直徑D :20mm圓柱形部分的長度L。:100-150mm傾斜部分的長度Le < 20mm由于沿著探針的阻抗變化，這些參數(shù)通常將導(dǎo)致約0.08的反射系數(shù)(Imm層的 PTFE將給出約0. 14的反射系數(shù))。由此，避免了沿著探針3發(fā)射的電磁信號的過度衰減， 同時獲得了由參考反射器處的反射引起的可區(qū)分的信號。如上所述，將存在兩個反射Ski和Sk2，它們在時間上分開并且極性相反。通過將反射信號Ski與Sk2之間的時間t。與脈沖長度tp相匹配，進(jìn)入的半周期將作為容易區(qū)分的全周期被反射。在由上面給出的參數(shù)表示的示例情形中，可以例如將圓柱形部分32的長度L。選擇為約IOOmm以得到被淹沒的參考反射器30的合成反射信號SK1+SK2的如圖2b中所示的全周期曲線形式(tp = Ins對應(yīng)于對微波輻射透明的液體中的約100mm)?？商孢x地，可以將長度L。選擇為約150mm以得到未被淹沒的參考反射器30的全周期曲線形式。顯然，可以選擇其它長度L。以便獲得容易區(qū)分的合成反射信號。上面已示范了脈沖式波導(dǎo)雷達(dá)GWR系統(tǒng)的參考反射器30的設(shè)計，其中，參考反射器30的長度L。以容易區(qū)分的反射信號被獲得這一方式與脈沖長度tp有關(guān)。對于FMCW(頻率調(diào)制連續(xù)波)型GWR系統(tǒng)，參考反射器30的長度L。應(yīng)當(dāng)代之以與FMCW型系統(tǒng)的掃頻特性的中心頻率有關(guān)。特別地，參考反射器30的長度L。應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于發(fā)射信號的中心頻率處的波長的四分之一。對于FMCW型系統(tǒng)，產(chǎn)品中的發(fā)射信號的波長(在透明產(chǎn)品的情形中) 是最相關(guān)的，因為可通過適當(dāng)?shù)剡x擇被淹沒的參考反射器30的尺度來使得它在實踐上不可見。作為調(diào)節(jié)參考反射器30的長度L。以實現(xiàn)被淹沒時的期望不可見性的替選方案，參考反射器可以以沿著探針隔開波長(FMCW掃頻的中心頻率處的波長)的四分之一的兩個單獨反射器來提供。[0087]現(xiàn)在將參照圖3中的流程圖描述根據(jù)本實用新型實施例的包括保證試驗的過填充檢測的方法。在第一步驟301中，至少基于與由第一如參考反射器提供的第一傳播特性不連續(xù)的已知液位ha對應(yīng)的反射電磁信號&的多個部分來獲取候選信號特性集。這種候選信號特性集可以例如包括峰值電壓、脈沖持續(xù)時間、脈沖形狀等中的一個或多個。隨后，在步驟302中，將所獲取的信號特性集(例如，在脈沖式GWR系統(tǒng)的情形中為回波輪廓)與所存儲的指示第一傳播特性不連續(xù)的信號特性集相比較。所存儲的信號特性集可以例如是閾值幅度，在此情形中，可以將基于反射電磁信號&確定的回波輪廓與這種閾值幅度相比較。在接下來的步驟303中，評估在步驟302中執(zhí)行的比較的結(jié)果以檢測由參考反射器如提供的第一傳播特性不連續(xù)，并在步驟304中提供指示評估結(jié)果的信號。基于在步驟304中提供的指示評估結(jié)果的信號，可以得出關(guān)于罐以及安裝在罐處的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作狀態(tài)的結(jié)論以確定其填充液位。另外，工作監(jiān)視系統(tǒng)可以進(jìn)一步確定罐中所含的產(chǎn)品的填充液位，這允許提取更多關(guān)于該系統(tǒng)的工作狀態(tài)的信息?，F(xiàn)在，將參照示意性地圖示了具有不同填充液位狀況的三個示例工作情形的圖 4a-c進(jìn)一步闡明這一點。在圖如中，圖示了罐5的填充液位7處于正常工作區(qū)9c中的情形。在圖如中可以看出，獲取了具有多個不同回波的回波輪廓30。特別地，圖如中所示的回波輪廓30具有第一 31和第二 32強的負(fù)回波。第一負(fù)回波31由圖Ia中的發(fā)射信號&在測量電子單元2 與探針3之間的分界面處的反射引起，而第二負(fù)回波32由探針3的端部處的反射引起。圖如中的回波輪廓30進(jìn)一步包括由發(fā)射信號&在罐5中的產(chǎn)品6的表面7處的反射引起的 (正)表面回波36、以及由發(fā)射信號&分別在第一如和第二 4b參考反射器處的反射引起的兩個額外回波37、38。應(yīng)當(dāng)注意，如上面結(jié)合圖加-b所述，參考反射器如-b的回波37、 38中的每一個是包括正部分和負(fù)部分的合成回波。基于對圖如中的回波輪廓30的評估，可檢測參考反射器如-b在它們的已知液位 ha、hb處的可能存在性，并且可確定填充液位7。評估回波輪廓的一種示例方式是使用用于確定應(yīng)當(dāng)指派哪個回波是表面回波36的正閾值電壓Vth,smf、以及用于確定應(yīng)當(dāng)指派哪些回波是來自參考反射器4a-b的回波37、38的負(fù)閾值電壓Vth,&。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知道，可以想到用于將回波輪廓中的回波指派給表面和/或參考結(jié)構(gòu)的多個其它準(zhǔn)則。在圖如中，分別示出了第一和第二傳播特性不連續(xù)的已知液位ha、hb，在圖如中可以看出，第一參考反射器如在它的已知液位&處被檢測到，而第二反射器4b不能在它的已知液位hb處被檢測到，這是因為產(chǎn)品6與產(chǎn)品6上方罐5中的空氣之間存在傳播速度的差異。此外，可以在位于第一參考反射器如的液位ha下方(并且位于第二參考反射器4b 的液位hb上方)的液位hs處檢測到表面7的液位(填充液位)。根據(jù)該組觀測結(jié)果-第一參考反射器如在它的已知液位1處被檢測到；[0102]-第二參考反射器4b不能在它的已知液位hb處被檢測到(而是處于似乎低于已知液位hb的測得的液位處)；并且-可以在第一參考反射器4a的已知液位下方的液位處識別出表面7，可以(至少)推斷出罐在正常工作模式，且工作監(jiān)視裝置1如所期望的那樣工作。 該組觀測結(jié)果可用作工作監(jiān)視裝置1的保證試驗，并且可以定期地或無規(guī)律地運行。根據(jù)一個實施例，可有利地連續(xù)地(比如以約IHz的測量頻率(每秒一次測量掃描))執(zhí)行這種相組合的狀態(tài)檢查和保證試驗。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4b，圖示了表面液位7 (填充液位)處于過填充檢測區(qū)9a內(nèi)的情形。 在此情形中獲取的回波輪廓40中，第一參考反射器4a不能在它的已知液位ha處被檢測到， 表面回波36指示第一參考反射器4a的已知液位ha上方的液位hs，再次地，第二反射器4b 不能在它的已知液位hb處被檢測到。在此情形中，可確定表面7處于過填充檢測區(qū)9a中，并且可輸出表面液位。工作監(jiān)視裝置1并非總是能識別出表面液位。例如，在罐5中可能存在困難的表面狀況，比如因罐的填充而導(dǎo)致的湍流等。在這樣的情況下，工作監(jiān)視裝置1可能能夠也可能不能在第一參考反射器4a的已知液位ha處檢測第一參考反射器4a。如果第一參考反射器4a能在它的已知液位ha處被檢測到，則可推斷出工作監(jiān)視裝置1是起作用的并且表面7不在過填充檢測區(qū)9a中。因此，可以允許罐5繼續(xù)工作。如果第一參考反射器4a不能在它的已知液位&處被檢測到，則可推斷出表面7處于第一參考反射器4a的已知液位ha處或上方。最后，在圖4c中，圖示了表面液位7 (填充液位)處于罐5的底部處的耗盡區(qū)9b內(nèi)的情形。在此情形中獲取的回波輪廓50中，第一參考反射器4a和第二參考反射器4b分別在它們的已知液位ha、hb處被檢測到，這意味著表面7必位于第二參考反射器4b下方(亦如圖4c中所示)。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”不排除其它元素或步驟，不定冠詞“一”不排除多個。 在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述特定的措施并非表明不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求1.一種用于監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定所述罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的工作監(jiān)視裝置，所述工作監(jiān)視裝置包括收發(fā)器，所述收發(fā)器用于生成、發(fā)射和接收電磁信號；以及探針，所述探針連接到所述收發(fā)器并且被布置成將被發(fā)射電磁信號從所述收發(fā)器朝著所述罐之內(nèi)的所述產(chǎn)品弓丨導(dǎo)到所述罐之內(nèi)的所述產(chǎn)品中、并返回由所述被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起的反射電磁信號，所述反射電磁信號包括由所述罐中所含的所述產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波，其特征在于，所述工作監(jiān)視裝置進(jìn)一步包括至少第一參考反射器，所述至少第一參考反射器沿著所述探針被布置在距所述罐的頂部處的參考位置第一已知距離處，并且被配置成朝著所述收發(fā)器回反射所述被發(fā)射電磁信號的一部分以由此提供第一參考回波；信號評估器，所述信號評估器用于評估表現(xiàn)出與距所述參考位置的所述第一距離對應(yīng)的飛行時間的所述反射電磁信號的第一部分；確定器，所述確定器用于基于所述評估確定在所述反射電磁信號的所述第一部分中是否能檢測到所述第一參考回波；以及信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器用于在確定了在所述反射電磁信號的所述第一部分中能檢測到所述第一參考回波的情況下提供第一信號；而在確定了在所述反射電磁信號的所述第一部分中不能檢測到所述第一參考回波的情況下提供與所述第一信號不同的第二信號。
2.如權(quán)利要求1所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述信號評估器包括獲取單元，所述獲取單元用于基于所述反射電磁信號的所述第一部分獲取候選信號特性集；以及比較器，所述比較器用于將所述候選信號特性集與所存儲的指示所述第一參考回波的信號特性集相比較。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述工作監(jiān)視裝置進(jìn)一步包括處理電路，所述處理電路用于識別所述表面回波、并基于所述反射電磁信號確定所述填充液位。
4.如權(quán)利要求3所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述第一信號指示所述填充液位。
5.如權(quán)利要求1或2所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述第一參考反射器是可移動參考反射器。
6.如權(quán)利要求1或2所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述第一參考反射器被布置成定義所述罐的正常填充液位范圍上方的過填充檢測區(qū)。
7.一種用于監(jiān)視被安裝在罐處并且被布置成確定所述罐中所含的產(chǎn)品的填充液位的雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作的工作監(jiān)視裝置，所述工作監(jiān)視裝置包括收發(fā)器，所述收發(fā)器用于生成、發(fā)射和接收電磁信號；以及傳播裝置，所述傳播裝置連接到所述收發(fā)器并且被布置成將被發(fā)射電磁信號從所述收發(fā)器朝著所述罐之內(nèi)的所述產(chǎn)品弓丨導(dǎo)到所述罐之內(nèi)的所述產(chǎn)品中、并返回由所述被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起的反射電磁信號，所述反射電磁信號包括由所述罐中所含的所述產(chǎn)品的表面處的反射引起的表面回波，其特征在于，所述工作監(jiān)視裝置進(jìn)一步包括至少第一參考反射器，所述至少第一參考反射器被布置在距所述罐的頂部處的參考位置第一已知距離處，并且被配置成朝著所述收發(fā)器回反射所述被發(fā)射電磁信號的一部分以由此提供第一參考回波；信號評估器，所述信號評估器用于評估表現(xiàn)出與距所述參考位置的所述第一距離對應(yīng)的飛行時間的所述反射電磁信號的第一部分；確定器，所述確定器用于基于所述評估確定在所述反射電磁信號的所述第一部分中是否能檢測到所述第一參考回波；處理電路，所述處理電路用于識別所述表面回波、并基于所述反射電磁信號確定所述填充液位；以及信號發(fā)生器，所述信號發(fā)生器用于在確定了在所述反射電磁信號的所述第一部分中能檢測到所述第一參考回波的情況下提供指示所述填充液位的第一信號；而在確定了在所述反射電磁信號的所述第一部分中不能檢測到所述第一參考回波的情況下提供與所述第一信號不同的第二信號。
8.如權(quán)利要求7所述的工作監(jiān)視裝置，其中，所述傳播裝置包括天線，所述天線被布置成朝著所述罐中所含的所述產(chǎn)品輻射所述被發(fā)射電磁信號、并接收所述反射信號。
專利摘要雷達(dá)液位計系統(tǒng)的工作監(jiān)視裝置和具有工作監(jiān)視功能的雷達(dá)液位計系統(tǒng)。工作監(jiān)視裝置包括收發(fā)器；探針，連接到收發(fā)器并且將被發(fā)射電磁信號從收發(fā)器朝著罐內(nèi)的產(chǎn)品引導(dǎo)到產(chǎn)品中、并返回由被發(fā)射電磁信號所遇到的傳播特性不連續(xù)處的反射引起的反射電磁信號，包括由產(chǎn)品表面處的反射引起的表面回波；至少第一傳播特性不連續(xù)，沿著探針布置在距罐頂?shù)膮⒖嘉恢玫谝痪嚯x處，并且朝著收發(fā)器回反射一部分被發(fā)射電磁信號以提供第一參考回波；信號評估器，評估表現(xiàn)出與第一距離對應(yīng)的飛行時間的反射電磁信號的第一部分；確定器，確定在該第一部分中能否檢測到第一參考回波；信號發(fā)生器，如果能則提供第一信號，如果否則提供與第一信號不同的第二信號。
文檔編號G01F23/284GK202304948SQ20112034398
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者托馬斯·文納貝里, 馬庫斯·格蘭 申請人:羅斯蒙特儲罐雷達(dá)股份公司