專利名稱：具有泄漏檢測的雷達物位計系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位的雷達物位計系統(tǒng)(radar level gauge system)，以及在雷達物位計系統(tǒng)中檢測流體泄漏的方法。
背景技術(shù)：
雷達物位計系統(tǒng)當(dāng)前正用在用于精確確定填充物位的多種應(yīng)用領(lǐng)域中。為了通過雷達物位計系統(tǒng)確定產(chǎn)品的填充物位，通常通過天線向產(chǎn)品表面發(fā)射和傳播電磁信號，在產(chǎn)品表面信號被反射。雷達物位計系統(tǒng)接收反射信號，通過將發(fā)射信號與接收信號相比較確定基準(zhǔn)位置與產(chǎn)品表面之間的距離。根據(jù)這個距離，可以確定填充物位。當(dāng)前在市場上銷售的大多數(shù)雷達物位計系統(tǒng)是根據(jù)脈沖的發(fā)射與它在產(chǎn)品表面上的反射的接收之間的時間差來確定到包含在儲罐中的產(chǎn)品的表面的距離的系統(tǒng)，或者根據(jù)發(fā)射的調(diào)頻信號與它在表面上的反射之間的相差來確定到表面的距離的系統(tǒng)。后一種類型的系統(tǒng)一般稱為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)型。還存在作為上述兩種類型的混合體的雷達物位計系統(tǒng)。在許多應(yīng)用中，尤其是當(dāng)儲罐中的產(chǎn)品是諸如液體或氣體的流體時，防止在雷達物位計系統(tǒng)處發(fā)生從儲罐內(nèi)部到儲罐外部的泄漏是重要的。為此，雷達物位計系統(tǒng)通常配有至少一個處理密封件。在雷達物位計系統(tǒng)的密封件失效的情況下，可能有害的流體將從儲罐泄漏到周圍大氣中。根據(jù)用于使與泄漏相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品危險性和/或損失最小化的一種手段，US 2006/0225499公開了一種包含主密封件、次密封件和保險密封件的密封系統(tǒng)。在主密封件和次密封件失效的情況下，使來自儲罐內(nèi)部的氣體以提供聽得見或有香味的通知的方式通過保險密封件從儲罐泄漏出去。盡管這種手段提供了從儲罐泄漏的指示，但看起來仍然有改進的空間，尤其是在從遠程位置檢測泄漏的能力和/或泄漏檢測的可靠性方面。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述及其它缺點，本發(fā)明的一般目的是提供一種改進的雷達物位計系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位的雷達物位計系統(tǒng)，所述雷達物位計系統(tǒng)包含收發(fā)器，用于生成、發(fā)射和接收電磁信號；天線，設(shè)置成將發(fā)射的電磁信號引向包含在儲罐中的產(chǎn)品的表面，并且使在發(fā)射的電磁信號遇到的阻抗轉(zhuǎn)變部分處的反射引起的反射電磁信號返回到所述收發(fā)器；空心波導(dǎo)，與所述收發(fā)器和所述天線連接以便在其間引導(dǎo)電磁信號；密封部件，設(shè)置成密封所述波導(dǎo)以防止流體從儲罐內(nèi)部流入所述波導(dǎo)中；以及處理電路，與所述收發(fā)器連接并配置成根據(jù)反射的電磁信號確定填充物位，其中，所述雷達物位計系統(tǒng)進一步包含泄漏指示部件，以所述密封部件處流體的泄漏引起的力作用在其上時使所述泄漏指示部件移動的方式可移動地設(shè)置在所述空心波導(dǎo)的內(nèi)部；并且以所述泄漏指示部件的移動使所述空心波導(dǎo)的至少一種微波傳播特性發(fā)生變化的方式配置所述空心波導(dǎo)。所述儲罐可以是能夠容納產(chǎn)品的任何容器或器皿，可以是金屬的，或部分或全部非金屬的，開口的，半開口的，或封閉的。在本申請的上下文中，術(shù)語“空心波導(dǎo)”應(yīng)該理解為包含被導(dǎo)電外殼圍住的電介質(zhì)的波導(dǎo)。在這樣的波導(dǎo)中，電磁波通過與導(dǎo)電外殼相互作用而被包含在其中。取決于空心波導(dǎo)的期望傳播特性，導(dǎo)電外殼可以是連續(xù)導(dǎo)電表面，或可以或多或少帶些孔隙。而且，空心波導(dǎo)可以具有諸如圓形或長方形的各種橫截面，并且在其不同區(qū)段上可以具有不同橫截此外，被導(dǎo)電外殼圍住的電介質(zhì)可以是任何適當(dāng)電介質(zhì)。為了允許泄漏指示部件移動，包含在根據(jù)本發(fā)明各種實施例的雷達物位計系統(tǒng)中的空心波導(dǎo)至少在泄漏指示部件附近可以有利地包含像空氣那樣的可變形或易于移動/漂移的電介質(zhì)。應(yīng)該注意到，所述收發(fā)器可以直接通過所述空心波導(dǎo)與所述天線連接，或經(jīng)由設(shè)置在所述收發(fā)器與所述空心波導(dǎo)之間的電纜或其它連接部件與所述天線連接。“流體”是受到任何力而改變其形狀并且往往流動或與容納它的任何腔體的輪廓一致的物質(zhì)。因此，術(shù)語“流體”包括例如氣體和液體。在本申請的上下文中，“微波傳播特性”應(yīng)該理解成包括通過空心波導(dǎo)的微波的任何傳播特性。這樣的微波傳播特性可以包括，例如，波導(dǎo)支持的模式的截止頻率、波導(dǎo)的反射和傳輸特性等。而且，應(yīng)該注意到，所述處理電路可以作為分立的物理部件、單個部件內(nèi)的分立硬件塊、或由一個或多個微處理器執(zhí)行的軟件的任何一種而被提供。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，S卩，可以通過將空心波導(dǎo)中泄漏處理流體的存在轉(zhuǎn)換成空心波導(dǎo)的至少一種微波傳播特性的可檢測變化來實現(xiàn)改進的泄漏檢測。本發(fā)明人進一步認(rèn)識到，可以通過以泄漏指示部件的移動引起空心波導(dǎo)的至少一種微波傳播特性的變化的方式將泄漏指示部件設(shè)置在空心波導(dǎo)的內(nèi)部，來將泄漏處理流體的存在轉(zhuǎn)換成至少一種微波傳播特性的變化。微波傳播特性的變化可以通過包含在雷達物位計系統(tǒng)中的處理電路來檢測，它可以提供指示發(fā)生泄漏的信號，從而使泄漏能夠得到迅速和/或遠程檢測。據(jù)此，能夠采取可以有效地使泄漏否則可能引起的產(chǎn)品的任何損害和/或損失最小化的行動。另外，由于不需要附加檢測器或其它感測裝備來檢測泄漏，所以根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)提供的泄漏檢測能力在成本上是劃算的。為了能夠可靠檢測泄漏，所述空心波導(dǎo)可以配置成在所述泄漏指示部件移動之后增強發(fā)射電磁信號在空心波導(dǎo)中的反射。這種增強的反射可以例如通過改變空心波導(dǎo)的截止頻率來實現(xiàn)。所述泄漏指示部件可以有利地包含可移動地設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中以便至少暫時密封所述空心波導(dǎo)的塞子(plug)。因此，所述塞子起“次密封件”的作用，使得在密封部件-“主密封件”失效的情況下，在所述空心波導(dǎo)中建立壓力。當(dāng)壓力足夠高時，作用在所述塞子上的力將使所述塞子相對于所述空心波導(dǎo)移動，導(dǎo)致微波傳播特性的期望變化。所述塞子的密封功能可以以各種方式實現(xiàn)，例如，利用諸如一個或幾個0形環(huán)、C 形環(huán)等的彈性部件將所述塞子設(shè)置在壓配合裝置中。而且，所述塞子可以設(shè)置成當(dāng)受到密封部件處的流體泄漏引起的力時，沿著所述空心波導(dǎo)的導(dǎo)波方向移動。在管狀空心波導(dǎo)的情況下，這意味著所述塞子可以設(shè)置成沿著所述空心波導(dǎo)的軸向移動。據(jù)此，可以相對容易和方便地實現(xiàn)所述空心波導(dǎo)的微波傳播特性的可檢測變化。為了提供當(dāng)不存在泄漏時的高傳輸率和當(dāng)由于密封部件處的泄漏使所述泄漏指示部件移動時微波傳播特性的可檢測變化的期望組合，所述空心波導(dǎo)可以局部適用于補償所述泄漏指示部件對所述空心波導(dǎo)的微波傳播特性的影響。當(dāng)以塞子的形式提供所述泄漏指示部件時，所述空心波導(dǎo)因此可以包含設(shè)置所述塞子的具有(導(dǎo)電外殼的)縮小的內(nèi)部橫截面的部分。為了便于生產(chǎn)所述空心波導(dǎo)，這個具有縮小的內(nèi)部橫截面的部分可以有利地通過設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中的至少部分導(dǎo)電的套筒部件來限定。根據(jù)一個實施例，所述塞子可以至少部分地由介電材料制成，所述介電材料具有與所述空心波導(dǎo)內(nèi)的相鄰介電材料的介電常數(shù)不同的介電常數(shù)。應(yīng)該注意到，在所述空心波導(dǎo)內(nèi)的相鄰介電材料是空氣的情況下，任何介電塞子都具有比空氣的介電常數(shù)高的介電常數(shù)。通過將至少部分介電的塞子放置在所述空心波導(dǎo)的具有局部縮小橫截面的部分中，可以補償所述塞子的較高介電常數(shù)，以便所述塞子對于所述波導(dǎo)引導(dǎo)的電磁信號來說實際上是不可見的。當(dāng)所述介電塞子離開所述空心波導(dǎo)的具有局部縮小橫截面的該部分時，可以實現(xiàn)所述空心波導(dǎo)的微波傳播特性的顯著變化，這就允許方便和可靠地檢測泄漏。根據(jù)另一個實施例，所述雷達物位計系統(tǒng)可以包含設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中的至少部分介電的間隔部件，該塞子可以是導(dǎo)電的；并且可以通過所述間隔部件與所述空心波導(dǎo)的壁隔開。使用此配置，可以實現(xiàn)與上面針對介電塞子的情況所述的類似性能。根據(jù)進一步實施例，所述塞子可以包括非旋轉(zhuǎn)對稱的導(dǎo)電部件，并且所述塞子可以被設(shè)置成當(dāng)受到由密封部件處的流體泄漏所導(dǎo)致的力時旋轉(zhuǎn)。這種非旋轉(zhuǎn)對稱的導(dǎo)電部件的旋轉(zhuǎn)將會導(dǎo)致空心波導(dǎo)的微波傳播特性的變化。非旋轉(zhuǎn)對稱的導(dǎo)電部件可以至少部分地嵌入到介電材料中。有益地是，所述塞子可以被設(shè)置在空心波導(dǎo)中以便當(dāng)受到由密封部件處的流體泄漏所導(dǎo)致的力時執(zhí)行螺旋運動，由此可以方便地把由泄漏流體所導(dǎo)致的力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)非對稱的導(dǎo)電部件的旋轉(zhuǎn)移動。在根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的其中泄漏指示部件包括塞子的各個實施例中， 所述塞子可以有利地在其至少一端包括阻抗匹配部分以便使當(dāng)不存在泄漏(從而沒有移動)時由于所述泄漏指示部件的存在所導(dǎo)致的傳輸損失最小化。有利地是，阻抗匹配部分與塞子的主體相比可以在橫切電磁信號傳播方向的方向上具有更小的延伸范圍。此外雷達物位計系統(tǒng)可以有利地被配置為允許在泄漏指示部件的給定移動之后泄漏流體通過，借此可以確?？梢跃S持通過空心波導(dǎo)的足夠傳輸以便允許在已經(jīng)檢測到泄漏之后確定物位。為了在不進一步移動泄漏指示部件的情況下提供泄漏流體的期望通道，所述泄漏指示部件、波導(dǎo)和在所述泄漏指示部件和所述波導(dǎo)之間設(shè)置的任何間隔部件可以具有沿著其至少一部分的切口(cut-out)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于檢測雷達物位計系統(tǒng)中的流體泄漏的方法，所述雷達物位計系統(tǒng)用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位，所述雷達物位計系統(tǒng)包括收發(fā)器、天線和用于連接所述天線和所述收發(fā)器的空心波導(dǎo)，所述空心波導(dǎo)具有可移動地設(shè)置在其中的泄漏指示部件，其中所述方法包括步驟使用所述收發(fā)器產(chǎn)生并發(fā)送電磁信號；通過所述空心波導(dǎo)向所述天線傳播所述發(fā)送的電磁信號；并且通過檢測由所述泄漏指示部件的移動所引起的、所述空心波導(dǎo)的至少一個微波傳播特性的變化來檢測通過所述空心波導(dǎo)的流體泄漏。本發(fā)明的此第二方面的進一步特征和效果很大程度上類似于上面關(guān)于本發(fā)明第一方面所描述的那些。


現(xiàn)在參考用于示出本發(fā)明示例性實施例的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些及其它方面，其中圖1示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的雷達物位計系統(tǒng)；圖2是在圖1的雷達物位計系統(tǒng)中包括的測量電子單元的示意圖；圖3是圖1中的雷達物位計系統(tǒng)的部分分解透視圖；圖如是用于在雷達物位計系統(tǒng)中安裝泄漏指示部件的示例性套件的示意圖；圖4b是采用具有用于允許泄漏流體通過的切口的塞子的形式的第一示例性泄漏指示部件的示意圖；圖如是采用具有用于允許泄漏流體通過的切口的塞子的形式的第二示例性泄漏指示部件的示意圖；圖fe示意地圖示了在根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的第一實施例中包括的空心波導(dǎo)的一部分和示例性信號頻譜的反射；圖恥示意地圖示了其中泄漏指示部件由于密封部件處的泄漏而已經(jīng)位移的圖fe 的系統(tǒng)以及產(chǎn)生的反射；圖6a示意地圖示了在根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的第二實施例中包括的空心波導(dǎo)的一部分和示例性信號頻譜的反射；圖6b示意地圖示了其中泄漏指示部件由于密封部件處的泄漏而已經(jīng)位移的圖6a 的系統(tǒng)以及產(chǎn)生的反射；圖7a示意地圖示了在根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的第三實施例中包括的空心波導(dǎo)的一部分，其中由于密封部件處的泄漏所產(chǎn)生的力導(dǎo)致泄漏指示部件的旋轉(zhuǎn)；圖7b示意地圖示了對于圖7a中泄漏指示部件的不同旋轉(zhuǎn)角度的示例性信號頻譜的反射；和圖8是示意地圖示根據(jù)本發(fā)明方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式在本說明書中，主要參考其中通過具有圓截面的充氣空心波導(dǎo)把要發(fā)送的電磁信號從收發(fā)器提供到天線的雷達物位計系統(tǒng)描述了本發(fā)明的實施例。應(yīng)當(dāng)注意，這絕非是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明同樣適用于具有另一橫截面(例如矩形)的空心波導(dǎo)，和/或具有至少部分地填有另一介電媒體的空心波導(dǎo)和/或具有用于發(fā)送/接收電磁信號的多于一個空心波導(dǎo)的雷達物位計系統(tǒng)。圖1示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的雷達物位計系統(tǒng)1，包括測量電子單元2和天線裝置3。雷達物位計系統(tǒng)1設(shè)置在儲罐5上，所述儲罐5部分地填有要計量的產(chǎn)品6。 通過分析由天線3向產(chǎn)品6的表面7輻射的發(fā)送信號&以及從表面7返回的回波信號&， 測量電子單元2可以確定參考位置和產(chǎn)品6的表面7之間的距離，借此可以推導(dǎo)出填充物位。應(yīng)當(dāng)注意，盡管這里討論了包含單個產(chǎn)品6的儲罐5，不過可以以類似的方式測量到存在于儲罐5中的任何材料界面的距離。如在圖2中示意地圖示，電子單元2包括用于發(fā)送和接收電磁信號的收發(fā)器10，和被連接到所述收發(fā)器10的處理單元11，所述處理單元11用于控制所述收發(fā)器并且處理由所述收發(fā)器接收的信號以便確定儲罐5中產(chǎn)品6的填充物位。此外，處理單元11可經(jīng)由接口 12連接到外部通信線13以用于模擬和/或數(shù)字通信。此外，盡管在圖2中并未示出，雷達物位計系統(tǒng)1 一般可連接到外部電源，或者可以通過外部通信線13來供電。或者，雷達物位計系統(tǒng)1可以被配置為無線通信。盡管在圖2中被示為獨立的塊，可以在同一電路板上設(shè)置收發(fā)器10、處理電路11 和接口 12中的幾個。參照圖3中的雷達物位計系統(tǒng)1的部分分解透視圖，電子單元2中的收發(fā)器(在圖3中不可見)經(jīng)由空心波導(dǎo)20連接到天線3。天線3這里被圖示為喇叭式天線。然而，也可以使用其它類型的天線，諸如固定或可移動的拋物線天線、錐形天線、傳輸線路或直管天線。可以由采用用于填充空心波導(dǎo)20 的至少一部分的介電材料形式的密封部件21來密封空心波導(dǎo)。此密封部件21充當(dāng)雷達物位計系統(tǒng)1的主密封件，用于防止流體從儲罐5的內(nèi)部通過空心波導(dǎo)20傳遞到其外部。此外，可以提供波導(dǎo)連接件22，用于在維持儲罐5密封的情況下使封閉的電子單元2能夠從天線3分離以及附著到所述天線3。對于雷達物位計系統(tǒng)1可以使用各種雷達原理。這些原理之一是脈沖延遲方法 (脈沖雷達方法)，另一原理是調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達方法。在FMCW雷達方法中，通過發(fā)送調(diào)頻信號并且在發(fā)送和接收的瞬間頻率之間產(chǎn)生差異來以間接方式確定延遲。另一方面， 脈沖雷達方法使用也被稱為脈沖串的短微波脈沖輻射，其中在發(fā)送和接收各個脈沖之間確定直接持續(xù)時間。所述系統(tǒng)可以使用脈沖或連續(xù)發(fā)射的輻射。在使用脈沖信號的情況下， 所述信號可以是長度大約為2ns或更少、頻率為MHz級并且平均功率水平在nW或μ W范圍內(nèi)的DC脈沖。作為選擇，可以在GHz頻率的載波上調(diào)制脈沖。在空心波導(dǎo)20內(nèi)，提供了套筒(sleeve)部件23，并且在套筒部件23中可移動地設(shè)置采用塞子形式的泄漏指示部件對。為了至少提供臨時密封，在套筒部件23和塞子M 之間設(shè)置0形環(huán)25。
在主密封件21泄漏的情況下，流體將通過主密封件21從而在由塞子對提供的次密封件處建立壓力。當(dāng)在次密封件處建立了足夠壓力時，塞子M將在空心波導(dǎo)20中被向上移動，直到泄漏流體可以通過次密封件從而通過空心波導(dǎo)20離開。當(dāng)塞子M在空心波導(dǎo)20中被向上移動時，波導(dǎo)20的傳播特性將改變，導(dǎo)致由收發(fā)器10接收的電磁信號的特性改變?？赡芷谕渲眯孤┲甘静考﨧和/或套筒部件23 (如果適用的話)和/或空心波導(dǎo)20以便當(dāng)主密封件21處不存在泄漏時使泄漏指示部件M的影響最小化。為此，可以實施各種阻抗匹配設(shè)計。例如，參照圖如，塞子M在其末端部分
與其主體四相比可以呈現(xiàn)減小的橫截面。作為選擇或者與之組合，套筒部件23可以在其末端部分呈現(xiàn)逐漸增加的橫向尺寸。應(yīng)當(dāng)注意，在本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的范圍內(nèi)，各種其它阻抗匹配設(shè)計也是可能并且良好的。例如，如在圖7a中示意地圖示，塞子M的末端部分^a-b的橫截面可以逐級減小，優(yōu)選采用所謂的λ/4區(qū)段。此外，可以使用具有適當(dāng)特性的材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)阻抗匹配。例如，可以在塞子M的末端部分提供導(dǎo)電部件以便實現(xiàn)期望的阻抗匹配。此外，再次參照圖3，常?？赡芟Ｍ词乖谥髅芊饧?1處泄漏之后也能夠繼續(xù)確定儲罐5中產(chǎn)品6的填充物位。因此，泄漏指示部件M和/或套筒部件23和/或空心波導(dǎo)20可以被配置為允許在泄漏指示部件M移動之后泄漏流體通過泄漏指示部件M，所述泄漏指示部件M的移動足夠小以便仍然允許通過空心波導(dǎo)20充分地傳輸電磁信號ST、&。圖4b_c示意地圖示了用于在塞子M的特定移動之后允許泄漏流體通過的兩種可能的設(shè)計。在圖4b的塞子M中，示出了第一切口 31，提供了用于在塞子M的特定位移之后通過0形環(huán)25的流體通道，并且在圖4c的塞子M中，示出了用于相同目的的另一切口 32。在下面，將利用使得能夠指示雷達物位計系統(tǒng)的主密封件M處的泄漏的不同設(shè)置來描述根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的多個示例性實施例。參照圖fe-b，將描述第一示例性實施例，其中直徑為8. Imm的圓形充氣空心波導(dǎo) 20裝備有具有減小橫截面的部分40。在本示例性的情況中，由例如通過壓配合被固定到空心波導(dǎo)20上的導(dǎo)電套筒23來實現(xiàn)該具有減小橫截面的部分。在具有減小橫截面的狹窄部分40，直徑是4. 8mm。如在圖fe中示意地圖示，在空心波導(dǎo)20的狹窄部分40提供了介電塞子M。在圖fe-b圖示的示例性實施例中，塞子M由具有介電常數(shù)ε,3.0的PPS(聚苯硫)制成。顯然，可以使用具有其它介電常數(shù)值的其它介電材料，然后可以相應(yīng)地調(diào)整各個組件的尺寸。當(dāng)在主密封件(未在圖fe-b中示出)處不存在泄漏時，如圖fe所示塞子對被置于波導(dǎo)20的狹窄部分40的中心。利用為此特定例子所選擇的材料和尺寸，微波信號通過波導(dǎo)20的傳輸可以如圖fe的圖所示進行。然而如果在主密封件處存在流體泄漏，那么將存在作用于塞子M上的力，并且塞子M將相對于波導(dǎo)20的狹窄部分40位移，如在圖恥中示意地圖示。在圖恥中，表明了塞子M向上位移2mm，并且如在圖中所見，已經(jīng)顯著地影響了微波信號的反射。對于2mm的位移來說，仍然可以得到足夠的傳輸從而允許確定儲罐的填充物位。進一步的位移提供了微波信號反射的更為顯著的變化，直到對于大約7mm或更多的位移來說在圖示的微波頻帶中存在完全反射。如上面結(jié)合圖4b_c所述，可以通過提供流動路徑以在塞子M位移之后使流體通過所述塞子M來控制塞子M的最大位移。參照圖6a_b，將描述第二示例性實施例，其中直徑為8. Imm的圓形充氣空心波導(dǎo) 20裝備有具有減小橫截面的部分40。在本示例性的情況中，由例如通過壓配合被固定到空心波導(dǎo)20上的導(dǎo)電套筒23來實現(xiàn)該具有減小橫截面的部分。在具有減小橫截面的狹窄部分40，直徑是4mm。在狹窄部分40，介電套筒部件42被固定地設(shè)置，并且金屬塞子M可移動地設(shè)置在介電套筒部件42中。金屬塞子的直徑是2. 5mm。在圖6a_b圖示的示例性實施例中，介電套筒42由PTFE(聚四氟乙烯)制成。顯然，可以使用其它介電材料，然后可以相應(yīng)地調(diào)整各個組件的尺寸。與上面結(jié)合圖fe-b描述的實施例類似，圖6a圖示了當(dāng)在主密封件21處不存在泄漏并且金屬塞子M位于介電套筒42的中心時的微波信號的傳輸，并且圖6b圖示了當(dāng)塞子 24已經(jīng)被位移Imm距離時的微波信號的傳輸。對于更大位移來說，反射增加以便對于4mm 或更多的位移幾乎是完全反射。在上面結(jié)合圖fe-b和圖6a_b描述的實施例中，通過塞子M在空心波導(dǎo)20中的位移來實現(xiàn)微波傳播特性的改變。參照圖7a_b，將描述進一步的實施例，其中使用不同的原理來實現(xiàn)信號傳播特性的期望的改變。在圖7a的示例性實施例中，空心波導(dǎo)20在其內(nèi)表面上裝備有螺旋槽絲錐50。如圖7a中所圖示，設(shè)置了泄漏指示部件M。在本圖示實施例中，以介電塞子的形式提供泄漏指示部件對，所述介電塞子中嵌入了金屬板52并且被導(dǎo)電套筒部件23圍繞。如在圖7a中所示，導(dǎo)電套筒部件23具有螺旋槽M，用于容納空心波導(dǎo)中的螺紋50。為了提供阻抗匹配， 塞子M具有末端部分^a-b，其與塞子M的主體四相比具有較小的橫截面。在圖7a的實施例中，末端部分基本上是圓柱形并且具有對應(yīng)于發(fā)送的電磁信號&的波長(在中心頻率)的四分之一的長度。為了至少提供臨時密封，可以在套筒部件23和空心波導(dǎo)20之間設(shè)置0形環(huán)25。如圖7a中示意地表明，由于由來自處理流體通過主密封件21 (在圖7a中不可見， 參見圖幻泄漏的壓力所引起的作用于其上的力所導(dǎo)致的泄漏指示部件M的位移將被轉(zhuǎn)換為在塞子M中嵌入的金屬板52的旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)能夠檢測主密封件21處的泄漏。例如通過提供發(fā)送的電磁信號St作為線性偏振的電磁波，金屬板52的角位置將影響電磁信號St 通過空心波導(dǎo)20的傳輸，如在圖7b中的圖中示意地表明。在產(chǎn)生圖7b的圖中表明的傳輸行為的雷達物位計系統(tǒng)1的示例性實施例中，空心波導(dǎo)是充氣的并且直徑為21mm。介電塞子M由PTFE制成并且直徑為15mm。參照圖7b，具有最低反射(最接近于圖7b中圖的底部)的第一曲線61對應(yīng)于其中不存在作用于泄漏指示部件M上的力并且金屬板52與發(fā)送的電磁信號&的E場的偏振面垂直定向的情況。在金屬板52的此位置中(這里被稱為具有0°旋轉(zhuǎn))，允許發(fā)送的電磁信號&通過空心波導(dǎo)20以用于常規(guī)的物位確定。來自圖7b中圖的底部的第二曲線62圖示了當(dāng)塞子M已經(jīng)被平移了 3mm時的情況，這在本圖示的示例性配置中導(dǎo)致嵌入的金屬板52旋轉(zhuǎn)30°。在泄漏指示部件M的此位置中，提供了清晰的泄漏指示同時允許繼續(xù)確定填充物位。塞子M的進一步位移導(dǎo)致嵌入金屬板52的進一步旋轉(zhuǎn)，這進而導(dǎo)致增加了發(fā)送電磁信號&的反射，這由圖7b中的剩余曲線63、64表明，所述曲線63、64分別對應(yīng)于金屬板52旋轉(zhuǎn)60°和90°?，F(xiàn)在已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明的雷達物位計系統(tǒng)的各個示例性實施例，下面將參考圖8中的示意流程圖描述本發(fā)明方法的實施例。參照圖8，在第一步驟100中，由包括在根據(jù)本發(fā)明各個實施例的雷達物位計系統(tǒng) 1的電子單元2中的收發(fā)器10產(chǎn)生并發(fā)送電磁信號&。在下面的步驟101中，通過包括在雷達物位計系統(tǒng)1中的空心波導(dǎo)20來傳播發(fā)送的電磁信號&?？招牟▽?dǎo)20裝備有泄漏指示部件對，該泄漏指示部件M被設(shè)置在其中以便當(dāng)力作用在上面時移動。以下述方式來配置所述波導(dǎo)20，S卩，泄漏指示部件的移動將導(dǎo)致波導(dǎo)20的至少一個微波傳播特性改變。通過空心波導(dǎo)20的處理流體的泄漏將導(dǎo)致泄漏指示部件M的移動，所述移動在下一步驟102中被檢測?？梢杂砂ㄔ诶走_物位計系統(tǒng)的電子單元2中的處理電路11來有利地執(zhí)行通過檢測波導(dǎo)20的微波傳播特性的改變以檢測泄漏。在最終步驟103中，提供用于表明檢測的泄漏的信號，以便進行適當(dāng)?shù)膭幼?。這種信號可以有利地由處理電路11提供。
權(quán)利要求
1.一種雷達物位計系統(tǒng)，用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位，所述雷達物位計系統(tǒng)包括收發(fā)器，用于產(chǎn)生、發(fā)送和接收電磁信號；天線，被設(shè)置成把發(fā)送的電磁信號引向包含在所述儲罐中的產(chǎn)品的表面，并且把由發(fā)送的電磁信號所遇到的阻抗轉(zhuǎn)變部分處的反射所產(chǎn)生的反射電磁信號返回到所述收發(fā)器；空心波導(dǎo)，用于連接所述收發(fā)器和所述天線以便在它們之間引導(dǎo)所述電磁信號；密封部件，被設(shè)置成密封所述波導(dǎo)以便防止流體從所述儲罐內(nèi)部進入所述波導(dǎo)；和處理電路，被連接到所述收發(fā)器并且被配置為根據(jù)所述反射的電磁信號來確定所述填充物位，其中所述雷達物位計系統(tǒng)進一步包括泄漏指示部件，該泄漏指示部件以下述方式可移動地設(shè)置在所述空心波導(dǎo)內(nèi)部，即，當(dāng)由所述密封部件處的流體泄漏所產(chǎn)生的力作用于該泄漏指示部件上時使該泄漏指示部件移動；并且以下述方式來配置所述空心波導(dǎo)，即，所述泄漏指示部件的移動導(dǎo)致空心波導(dǎo)的至少一個微波傳播特性改變。
2.如權(quán)利要求1所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述空心波導(dǎo)被配置為在所述泄漏指示部件移動之后增加所述發(fā)送的電磁信號在所述空心波導(dǎo)中的反射。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述泄漏指示部件包括可移動地設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中以便至少臨時密封所述空心波導(dǎo)的塞子。
4.如權(quán)利要求3所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述塞子被設(shè)置成當(dāng)受到由所述密封部件處的所述流體的泄漏所產(chǎn)生的所述力時在所述空心波導(dǎo)的波導(dǎo)方向上移動。
5.如權(quán)利要求3或4所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述空心波導(dǎo)包括具有減小的內(nèi)部橫截面的部分，并且所述塞子被設(shè)置在所述具有減小的橫截面的部分。
6.如權(quán)利要求5所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中由設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中的至少部分導(dǎo)電的套筒部件來定義所述具有減小的內(nèi)部橫截面的部分。
7.如權(quán)利要求3到6中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述塞子至少部分地由介電材料制成。
8.如權(quán)利要求3到6中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，包括設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中的至少部分介電的間隔部件。其中所述塞子是導(dǎo)電的；并且所述塞子借助所述間隔部件與所述空心波導(dǎo)的壁隔開。
9.如權(quán)利要求3到8中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述塞子包括非旋轉(zhuǎn)對稱的導(dǎo)電部件，所述塞子被設(shè)置成當(dāng)受到由所述密封部件處的流體泄漏產(chǎn)生的所述力時旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述非旋轉(zhuǎn)對稱的導(dǎo)電部件至少部分地嵌入介電材料中。
11.如權(quán)利要求3到10中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述塞子被設(shè)置在所述空心波導(dǎo)中，以便當(dāng)受到由所述密封部件處的所述流體的泄漏產(chǎn)生的所述力時執(zhí)行螺旋運動。
12.如權(quán)利要求3到11中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述塞子包括位于其至少一端的阻抗匹配部分。
13.如權(quán)利要求12所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述阻抗匹配部分與所述塞子的主體相比在橫切所述電磁信號的傳播方向的方向上具有較小的延伸范圍。
14.如權(quán)利要求1到13中任何一項所述的雷達物位計系統(tǒng)，被配置為在所述泄漏指示部件的給定移動之后允許流體通過。
15.如權(quán)利要求14所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述泄漏指示部件包括塞子，所述塞子沿著其至少一部分具有切口以便允許流體通過。
16.如權(quán)利要求14或15所述的雷達物位計系統(tǒng)，其中所述泄漏指示部件包括相對于間隔部件可移動地設(shè)置的塞子，所述間隔部件用于隔開所述塞子和所述空心波導(dǎo)的壁，其中所述塞子和所述間隔部件中的至少一個沿著其至少一部分具有切口以便允許流體通過。
17.一種用于檢測雷達物位計系統(tǒng)中的流體泄漏的方法，所述雷達物位計系統(tǒng)用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位，所述雷達物位計系統(tǒng)包括收發(fā)器、天線、和用于連接所述天線和所述收發(fā)器的空心波導(dǎo)，所述空心波導(dǎo)具有可移動地設(shè)置在其中的泄漏指示部件，其中所述方法包括步驟使用所述收發(fā)器產(chǎn)生和發(fā)送電磁信號；通過所述空心波導(dǎo)向所述天線傳播所述發(fā)送的電磁信號；并且通過檢測由所述泄漏指示部件的移動導(dǎo)致的所述空心波導(dǎo)的至少一個微波傳播特性的改變來檢測通過所述空心波導(dǎo)的流體泄漏。
全文摘要
一種雷達物位計系統(tǒng)，用于確定包含在儲罐中的產(chǎn)品的填充物位，包括收發(fā)器，用于產(chǎn)生、發(fā)送和接收電磁信號；天線，被配置成把發(fā)送的電磁信號引向包含在所述儲罐中的產(chǎn)品的表面，并且把由發(fā)送的電磁信號遇到的阻抗轉(zhuǎn)變部分處的反射所產(chǎn)生的反射電磁信號返回到所述收發(fā)器；和空心波導(dǎo)，用于連接所述收發(fā)器和所述天線以便在它們之間引導(dǎo)所述電磁信號。密封部件被設(shè)置成用于密封所述波導(dǎo)以便防止流體從所述儲罐內(nèi)部進入所述波導(dǎo)；并且所述雷達物位計系統(tǒng)進一步包括處理電路，被連接到所述收發(fā)器并且被配置為根據(jù)所述反射的電磁信號來確定所述填充物位。所述雷達物位計系統(tǒng)進一步包括泄漏指示部件，該泄漏指示部件以當(dāng)由所述密封部件處的流體的泄漏所產(chǎn)生的力作用于其上時使所述泄漏指示部件移動的方式可移動地設(shè)置在所述空心波導(dǎo)內(nèi)部；并且以所述泄漏指示部件的移動導(dǎo)致空心波導(dǎo)的至少一個微波傳播特性改變的方式來配置所述空心波導(dǎo)。
文檔編號G08B21/18GK102301211SQ201080005538
公開日2011年12月28日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
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