具有探针保持元件的导波雷达物位计量的制作方法

文档序号:8410468阅读:538来源:国知局
具有探针保持元件的导波雷达物位计量的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用电磁波来确定距容纳在罐中的物品的表面的距离的物位计系统。
【背景技术】
[0002]微波物位计或雷达物位计(RLG)系统广泛应用于确定容纳在罐中的物品的填充物位。雷达物位计量可以例如通过非接触测量来执行,从而朝向容纳在罐中的物品辐射电磁信号。
[0003]所发射的电磁信号在物品的表面处被反射,并且通过包括在雷达物位计系统中的接收器或收发器来接收反射信号。可以基于发射信号和反射信号来确定距物品的表面的距离。例如可以基于接收到的反射信号的飞行时间(time of flight)来确定距离。
[0004]在用于液态石油物品的填充物位监测和密闭输送控制的海洋应用中使用雷达物位计系统。例如,主要包括甲烷和乙烷的天然气通常在被布置成保持低于该物品的沸点的温度的大冷却罐中以液体形式在低温下进行运输。也被称为液化石油气(LPG)的重烃(例如丁烷和丙烷)可以在被配置成经受得住通常施加于液化LPG的高压的基本上呈球形的压力罐中以液体形式进行运输。
[0005]由于液化天然器(LNG)和LPG的相对低的反射率,由自由辐射天线发射的信号可能导致太小而无法检测的反射信号。这可能会例如在从收发器到物品的距离太大的情况下或在物品的表面被干扰使得信号当在表面处反射时被分散(scatter)的情况下发生。
[0006]为了在大罐中以及在困难的测量条件下同样便利雷达物位计测量,已知使用所谓的静止管道(still pipe),其中在大罐处,天线与表面之间的距离可能相当大,典型地为数十米的量级。
[0007]例如W02007/049966公开了在用于测量LNG的物位的雷达物位计中使用静止管道。该静止管道与罐中的物品流体连通,并且可以通过确定在静止管道内的物品的物位来确定填充物位。通过在静止管道内发射信号,所发射的电磁信号的能量在管内集中至表面的一小部分。因此,降低了信号功率的损失,并且便利了在更长距离上以及更困难的测量条件下的测量。
[0008]另外,在海洋应用中,大浪状态会引起罐中的液体的移动,而这又导致对位于罐中的结构施加相当大的机械力。因此,布置在罐中的静止管道需要能够经受得住相当大的力的支承结构。
[0009]此外,静止管道需要大量材料,这使得静止管道昂贵,并且将静止管道安装在大罐中可能比较复杂。

【发明内容】

[0010]鉴于现有技术中的以上提及的缺点和其他缺点,本发明的总体目的是提供一种改进的导波雷达物位计系统,并且特别地提供一种用于罐中的流体的填充物位确定的导波雷达物位计系统。
[0011 ] 根据本发明的第一方面,这些目的和其他目的通过用于确定容纳在罐中的物品的填充物位的导波雷达物位计系统来实现,所述物位计系统包括:罐,具有内壁、顶部和底部;收发器,用于发射电磁发射信号以及接收在所述物品的表面处反射的反射电磁信号;表面波导,包括单导体传输线探针,所述表面波导连接至收发器、被布置成竖直延伸到罐中并且被配置成朝向所述表面导引电磁发射信号并将反射电磁信号导引回到收发器;处理电路,连接至收发器并且被配置成基于所接收的反射电磁信号确定填充物位;以及多个保持元件,被布置成位于关于罐的内部的固定位置中并沿所述探针间隔开,其中,每个保持元件限定所述探针,并被配置成允许所述探针相对于保持元件在竖直方向上移动以及限制所述探针相对于保持元件在水平方向上移动。
[0012]“收发器”可以是能够发射和接收电磁信号的一种功能单元,或者可以是包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。
[0013]罐可以是能够容纳物品的任何容器或器皿,并且可以是金属的或者部分或完全非金属的。
[0014]本发明基于如下理解:通过使用机械保持元件来使探针对准,可以将使用线针(wire probe)的导波雷达物位计系统有利地用于确定罐中的流体物品的填充物位,并且特别地用于确定海船上的罐中的液化天然气(LNG)或石油天然气(LPG)的填充物位。在不同类型的罐(3米至10米高,基本上无液体的移动)中,线(wire)可以从罐顶部延伸至底部而不需要支承。在有时具有大的液体移动的LNG船上的深罐(MO米)中,线必须机械支承在若干个点上。
[0015]相应地,本发明基于对附接至支撑结构并沿探针的长度间隔开的多个机械保持元件的使用。将探针布置成被保持元件所限定,使得允许探针在竖直方向上的移动而限制在水平方向上的移动。因此,如果线针遭受例如来自罐内的液体移动的具有水平力分量的外部机械力,则该力被沿探针的长度而分布的保持元件中的一个或更多个所承受,从而降低了机械力变得如此之大以至于线针损坏的风险。
[0016]由于LNG和LPG典型地在低温下以液体形式进行运输,例如甲烷典型地在其大约-162°C的沸点下进行运输,所以空罐和填充罐之间的温差可以高达200°C。因此,对于具有数十米的量级的长度的探针,当罐被填充和被倒空时可能产生相当大的热膨胀和热收缩。例如,在45米高的罐中,可能产生探针的5cm至1cm的热膨胀。因此,必须允许探针关于保持元件的特定量的竖直移动。另外,可能会期望能够简单地改变探针,而这一点在保持元件没有被机械地附接至探针时是可能的。
[0017]本发明的另外的优点是通过不使用静止管道而大幅度降低了雷达物位计系统中使用的材料量。
[0018]此外,使用具有单导体传输线探针的导波雷达(GWR)系统代替包括静止管道的自由辐射系统使得能够使用不同的信号传送方案,诸如例如调频连续波(FMCW)系统。
[0019]根据本发明的一个实施例,多个保持元件中的至少一个可以有利地附接至与探针基本上平行延伸的支承结构。根据本发明的雷达物位计系统中的支承结构不须经受与静止管道的支承结构等量的力,从而使得能够降低使用的材料量或者以其他方式简化支承结构的设计。
[0020]另外,这样的支承结构可以例如为附接至罐的顶部并且从罐的顶部基本上竖直延伸的支承塔。用于容置物品(例如LNG或LPG)的罐通常与连接至罐的顶部的支承塔在一起。在这样的情况下,支承塔可以容纳用于监测罐的状态的各种传感器。如果存在这样的支承塔,则有利的是将保持元件直接附接至该塔,使得不需要另外的支承结构。
[0021 ] 根据本发明的一个实施例,保持元件可以有利地包括电绝缘材料。为了避免探针在与保持元件物理接触时电气短路,保持元件有利地为电流绝缘的,或至少与可以安装保持元件的导电支承结构电流绝缘。
[0022]在本发明的一个实施例中,探针可以有利地为柔性线针。例如在容置液体物品(例如LNG)的大罐中使用GWR系统的柔性线针。另外,使用柔性线针允许保持元件的不同有利配置,而这些配置在使用刚性探针的情况下可能是无法实现的。此外,柔性线针可以更容易地经受得住作用在探针上的力。可以例如以实芯线或绞线的形式来提供柔性线针,并且探针可以由金属(例如不锈钢)制成。
[0023]根据本发明的一个实施例,每个保持元件可以有利地包括关于探针而竖直间隔开的至少第一电绝缘接触部分和第二电绝缘接触部分,其中每个接触部分被配置成在沿探针的接触位置处与探针接触,并且其中,相邻接触位置之间的距离约等于发射信号的波长的四分之一。由于期望将探针保持在关于保持元件的基本上固定的水平位置中以使得探针可以作用于保持元件的力被维持在最小,所以保持元件可以被布置为使得保持元件的部分与探针接触。因此,电绝缘接触部分被布置成从不同方向接触探针,使得防止探针移动。然而,与探针接触的对象、甚至是绝缘对象也将会导致沿探针传播的信号的特定反射。源自保持元件的反射可能使得更难以识别表面回波(即来自罐中的物品的表面的回波),而需要该回波来用于确定罐中的填充物位。在最坏情况的场景下,当要确定罐中的物品的填充物位时,这样的干扰回波(spur1us echo)可引起错误读数。因此,为了保持良好的测量精度,保持元件必须被设计成不干扰填充物位测量,即,来自保持元件的回波必须比来自罐中的物品的液面的回波弱得多。
[0024]然而,通过将第一电绝缘部分与第二电绝缘部分布置成彼此相距与沿探针传播的信号的波长的四分之一相对应的竖直距离,来自第一接触部分和第二接触部分的回波将被叠加,并且通过负干涉(negative interference)或相消干涉(destructiveinterference)而被有效地抑制。在本文中相消干涉是指下述现象:两个周期波(一个发生了相移)被叠加,以使得形成具有比原始信号中的每个信号低的幅度的所产生的信号。
[0025]相应地,通过保持元件的接触部分的上述布置,可以降低来自保持元件的所产生的回波信号的幅度。信号的波长例如基于信号的中心频率来确定。
当前第1页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1