[实用新型]料位计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用电磁波的多通道雷达料位计，其中电磁波由导波探针引导至料箱中以测定到料箱中的产品的表面的距离。

背景技术

雷达料位计量(RLG)是一种日益重要的用于料箱、容器等内的料位计量的方法。雷达料位计通常包括收发器电路和处理电路，处理电路连接至适于允许电磁信号传播到料箱中的传播装置。这种系统的示例由同一申请人公开在US 7 106 247中。

信号传播装置可以是定向天线。然而，在一些应用中，利用天线来提供自由传播的信号的雷达料位计并不合适，因此使用波导结构来对波进行引导。基于传播机理，在现有技术中已知三种不同类型的导波结构。

第一种类型的波导是中空的(例如，具有适当横截面的管道)，其具有半个波长或者更大的横截面，从这种意义上讲，该波导是“厚”的，该横截面有可能通过电介质充填而减小。在这种波导中的电磁场通常具有沿传播方向的至少一个场分量。当用于雷达料位应用中时，这种类型的波导被称为“静管(still pipe)”，并且其必须进行穿孔，以使内侧具有与外侧相同的料位。

第二种类型的波导结构是具有两个或更多个导体的传输线，例如双线(twin line)或同轴线。传输线波导的直径远小于所传输的波的波长，并且一个典型特征是电磁场为横向或TEM型(横向电磁场)。具有两根不锈钢线和稀疏介电分离(sparse dielectric separations)的双线是一个实用的示例。对于使用1GHz以下(波长为300mm以上)的信号的实际料位测量应用，通常使用直径(或最大横向尺寸)为3-20mm的传输线。过小的直径将增加电阻损耗，并且可能引起材料堵塞和机械强度方面的问题。

最后，第三种类型的波导结构是表面波导(SWGs)，例如具有或不具有介电涂层的单线传输线或管。与波长相比，表面波导可以非常薄(1GHz以下使用的普通SWG直径为4-8mm)，但是其沿传播方向还具有场并且在SWG外部也具有场。相比于TEM型的传输线探针，由于与布线相距较远处存有场，表面波导需要更多的自由空间。在单一金属线的情况下，诸如不锈钢的不良电导体是适当的。使用单线探针用于料位测量是非常实用且可靠的，并且与例如由同一类型的导体制成的双线相比，其每米的衰减更低。

因此，第二类型和第三类型波导结构的直径都远小于所传输的波的波长。在雷达料位计量应用中，这种波导通常被称为“探针”，并且该检测原理有时被称为导波雷达(GWR)。现今最常见的类型使用无载波的短脉冲(约1ns)，并且占据大致0.1～1GHz的频率范围。

由于安全限制、环境法规和要求等，往往需要对容器中的介质的表面水平进行多次测量，其中，这些测量彼此完全分开并且在功能上彼此独立。例如，在用于罐式汽车的装载容器的雷达料位测量系统中，需要在功能上独立于料位测量系统的至少一个警报功能(例如，溢出警报)。

功能独立性不仅要求分开的单元，而且意味着一个系统中的故障不会导致其他系统降级或不运行。这种独立性可以通过确保没有共同的电路和布线来实现，即，确保不同的测量系统之间必须不存在任何电接触。实现这点的一个方法是仅安装至少两个完全独立的料位计。

然而，近年来，用于雷达料位计的机械安装的成本比用于料位计中的电子器件的成本增长的更快。因此，使两个或更多个电子单元使用相同的信号传播装置(诸如天线)是具有成本效率且有利的，只要共用的零件可以被认为具有很高的可靠性。这种系统在市场上已经显示出是成功的，特别是由于各种安全法规往往要求在关键功能上的冗余。当一些零件(如天线或静管)由两个料位计共享时，必须实现用以在两个料位计之间保持充分的电隔离的设计。如果故障料位计产生异常信号或呈现异常的阻抗，则电路应当实现为用以使正常的料位计与可能会使另一单元降级到超出其规格范围之外的干扰隔离。

例如由US 6,414,625、US 6,765,524、和US 2013/0009803所述的现有技术通常涉及如下系统，即，在该系统中，多个料位计共享一个共用的信号传播装置，并且提供两种或三种不同的功能，例如，料位计量和高位报警。在料位计的信号侧，通常由两个线路(所谓的总线)一起提供的电源和信号接口可以由料位计共享，或者两者可以分开设置(后一种情况往往被称为“分立隔离”(galvanically separated)安装形式)。在标准总线的情况下，连接被指定为使得在一个单元中的任意错误不会干涉另一个单元的连接。用于其他单元之间的总线连接的类型测试程序确保了不可能发生这样的故障。