用于确定容器中的物品的填充物位的雷达物位计系统的制作方法

本发明涉及雷达物位计系统以及将雷达物位计系统安装在容器处的方法。

背景技术：

雷达物位计(RLG)系统被广泛用于确定容纳在容器中的物品的填充物位。一般借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来进行雷达物位计量，其中，借助于非接触式测量时向容纳在容器中的物品辐射电磁信号，借助于接触式测量时通过用作波导的传输线探针将电磁信号朝向物品引导并将电磁信号引导至物品中。探针一般布置成从容器的顶部朝向底部竖向地延伸。

电磁发送信号由收发器产生并且朝向容器中的物品的表面传导，并且由发送信号在所述表面处反射而产生的电磁反射信号朝向收发器往回传导。

基于发送信号与反射信号之间的关系，可以确定距物品的表面的距离。

在与物品的处理、运送和储存有关的应用领域中以及例如在化学制品加工工业中普遍存在雷达物位计系统。

雷达物位计系统通常安装在容器的顶部处的所谓的管口上。(管口通常可以是这样的管：该管焊接至容器并且在管的上端处配装有允许附接诸如雷达物位计系统之类的装置的法兰或者配装有盲板法兰。管口的内径通常可以在0.1m与0.2m之间，并且通常的长度可以约为0.5m。)

为了防止管口影响非接触式填充物位测量，期望存在延伸至管口的下端的天线(如锥形天线或喇叭形天线)。

然而，管口并未被标准化，并且不同的容器会具有不同长度的管口，从而需要不同尺寸的天线。

到目前为止，该问题已通过制造定制天线——诸如通过将适当长度的延长管焊接至与雷达物位计系统一起供应的天线——而被解决。然而，这会是花费相当大成本且相当耗时的过程，该过程由于天线的壁和延长管的壁中的较薄材料而可能涉及相当难的缝焊。

另外，对于具有诸如各种传输线探针之类的其他类型的传导装置的雷达物位计系统而言，可能期望的是，这些雷达物位计系统有利于适应应当安装雷达物位计系统的容器。

技术实现要素：

鉴于上文，本发明的总体目的是提供一种改进的雷达物位计系统。具体地，将期望的是提供下述雷达物位计系统，该雷达物位计系统有利于适应应当安装雷达物位计系统的容器的性能和/或尺寸。

因此，根据本发明，提供了一种用于确定容器中的物品的填充物位的雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：收发器，该收发器用于产生、发送以及接收电磁信号；长形传导装置，该长形传导装置连接至收发器以用于使电磁发送信号沿传导装置的纵向方向朝向物品的表面传导以及用于使由于电磁发送信号在所述表面处的反射而产生的电磁反射信号朝向收发器返回；以及处理电路，该处理电路耦接至收发器以用于基于发送信号与反射信号之间的关系来确定填充物位，其中，传导装置包括：第一传导装置部分，该第一传导装置部分包括套箍部；以及第二传导装置部分，该第二传导装置部分包括插入第一传导装置部分的套箍部中并通过至少第一紧固装置与套箍部接合在一起的端部，其中，第一紧固装置包括：突部，该突部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的一者中；以及凹部，该凹部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的另一者中，突部由凹部接纳而与凹部相互作用以至少在纵向方向上防止第一传导装置部分与第二传导装置部分之间的相对运动。

“收发器”可以是能够发送以及接收电磁信号的一个功能单元，或者可以是包括单独的发送器单元和接收器单元的系统。

应当指出的是，处理电路可以设置成一个装置或者共同工作的若干装置。

电磁发送信号有利地可以是微波信号。例如，发送信号可以是调制在处于微波频率范围内的载波上的频率和/或振幅。

第一传导装置部分的套箍部可以布置在第一传导装置部分的敞开端部处。

“突部”是可以成角度或弯折的长形材料片。突部还可以被称为长形材料舌片。

此外，凹部可以是位于所述套箍部或所述端部中的盲孔或贯通孔。凹部有利地可以定形以及定尺寸成用于容置突部。例如，凹部的轮廓可以是突部的轮廓的成比例的(略微增大的)复制物。

在根据本发明的雷达物位计系统的实施方式中，传导装置可以是诸如锥形天线或喇叭形天线之类的辐射天线。这些实施方式例如提供了有利于在如下所述的容器处安装的雷达物位计系统：该容器具有从容器的顶部竖向地向上延伸的管状安装结构(通常被称为“管口”)。在简单地测量管口长度之后，可以在一组不同长度的天线延长部分中选择天线延长部分，或者可以基于测量结果将长的天线延长部分减短。此后可以将选定的或定制的天线延长部分附接至雷达物位计系统的原始天线，而无需焊接或特殊工具。这将有助于雷达物位计系统的安装，并且减少安装时间，这进而节省了安装费用并有利于安装规划。

在根据本发明的雷达物位计系统的其他实施方式中，传导装置可以是同轴传输线探针。这些实施方式例如提供了有利于递送和安装的雷达物位计系统。同轴传输线探针的外导体可以设置在这样的传导装置部分中：所述传导装置部分分别具有套箍部以及构造成由另一传导装置部分的套箍部接纳的端部。由此，同轴传输线探针可以部分地输送以及递送并且可以在现场容易地组装。就上述天线实施方式而言，可以提供不同长度的传导装置部分以及/或者可以在现场将一个或若干传导装置部分减短。

另外，本发明的这些实施方式将有利于雷达物位计系统的安装并且减少安装时间，这进而节省了安装费用并有利于安装规划。

根据本发明的各种实施方式，突部可以是第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的一者的一体的部分。

此外，突部可以沿着传导装置的外周延伸。

根据各种实施方式，本发明的雷达物位计系统还可以包括与第一紧固装置沿周向间隔开的第二紧固装置。这将有利于第一传导装置部分与第二传导装置部分之间的牢固的机械连接。

第二紧固装置有利地可以包括：突部，该突部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的一者中；凹部，该凹部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的另一者中，突部由凹部接纳而与凹部相互作用以至少在纵向方向上防止第一传导装置部分与第二传导装置部分之间的相对运动。

根据实施方式，第一紧固装置中所包括的突部可以沿着传导装置的外周沿第一外周方向延伸；并且第二紧固装置中所包括的突部可以沿着传导装置的外周沿与第一外周方向不同的第二外周方向延伸。

第一突部(以及对应的凹部)与第二突部(以及对应的凹部)的外周方向不同可以有助于传导装置部分的精确接合。此外，传导装置部分相对于彼此的旋转可以被阻止或者至少被限制。

根据各种实施方式，本发明的雷达物位计系统还可以包括第三紧固装置，该第三紧固装置包括：突部，该突部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的一者中；以及凹部，该凹部形成在第一传导装置部分的套箍部以及第二传导装置部分的端部中的另一者中，突部由凹部接纳而与凹部相互作用以至少在纵向方向上防止第一传导装置部分与第二传导装置部分之间的相对运动，其中，第三紧固装置中所包括的突部沿着传导装置的外周沿第一外周方向延伸。

第一紧固装置和第三紧固装置有利地可以沿外周间隔开，并且第一方向可以大致垂直于纵向方向。

为了使紧固装置对通过长形传导装置的信号传导的影响最小，第一紧固装置中所包括的突部以及第二紧固装置中所包括的突部中的每一者均可以形成在第二传导装置部分的端部中。

第二传导装置部分有利地可以布置在收发器与第二传导装置部分之间。

此外，在传导装置是天线的非接触式雷达物位计量的实施方式中，第二天线部分可以包括：第一部分，该第一部分具有随在纵向方向上距收发器的距离增大而增大的截面面积；以及第二部分，该第二部分具有沿着第二部分的纵向延伸部基本上恒定的截面面积，第一部分位于收发器与第二部分之间。因此，第二天线部分例如可以是具有筒状端部的锥形天线。

第一天线部分可以设置成天线延长部分，并且第一天线部分可以具有沿着第一天线部分的纵向延伸部基本上恒定的截面面积。然而，在第一天线部分的套箍部中，内截面面积可以局部地增大以允许套箍部接纳并容置第二天线部分的端部。因此，第一天线部分(具有环形截面)在套箍部处的内径可以略大于第二天线部分(具有圆形截面)的外径。除套箍部以外的第一天线部分的内径可以与第二天线部分在第二天线部分的端部处的内径大致相等。

总之，本发明总体上涉及一种用于确定容器中的物品的填充物位的雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：收发器；长形传导装置；以及处理电路，该处理电路耦接至收发器以用于确定填充物位。传导装置包括：第一传导装置部分，该第一传导装置部分包括套箍部；以及第二传导装置部分，该第二传导装置部分包括插入所述套箍部中并通过至少第一紧固装置与所述套箍部接合在一起的端部。第一紧固装置包括：突部，该突部形成在所述套箍部和所述端部中的一者中；以及凹部，该凹部形成在所述套箍部和所述端部中的另一者中。突部由凹部接纳而与凹部相互作用以至少在纵向方向上防止第一传导装置部分与第二传导装置部分之间的相对运动。

附图说明

现在将参照示出本发明的当前优选实施方式的附图对本发明的这些和其他方面进行更详细的描述，在附图中：

图1示意性地示出了包括根据本发明的第一示例实施方式的雷达物位计系统的物位测量系统；

图2是示意性地示出了图1中的雷达物位计系统的框图；

图3示意性地示出了图1中的雷达物位计系统，该雷达物位计系统具有位于管状安装结构内的呈延长天线形式的传导装置；

图4示意性地示出了根据本发明的第二示例实施方式的图1中的雷达物位计系统，该雷达物位计系统具有呈模块化的同轴传输线探针形式的传导装置；

图5a至图5c示意性地示出了两个传导装置部分之间的连接的第一示例构型；

图6a至图6c示意性地示出了两个传导装置部分之间的连接的第二示例构型；

图7是示意性地示出了安装方法的框图；以及

图8a至图8e是根据图7的方法的示意性图示。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参照具有无线通信能力的电池供电式雷达物位计系统对根据本发明的雷达物位计系统的不同实施方式进行论述。

应当指出的是，这决不限制本发明的范围，本发明同样包括例如回路供电的雷达物位计系统或者通过专用的电力线供电的雷达物位计系统。

图1示意性地示出了根据本发明的示例性的实施方式的包括容器装置17的物位测量系统1以及被示出为控制室的主系统10。

示例性容器装置17包括非接触类型的雷达物位计2以及具有管状安装结构13(通常被称为“管口”)的容器4，该管状安装结构13从容器4的顶部大致竖向地向上延伸。

雷达物位计2安装成用于测量容纳在容器4中的物品3的填充物位。雷达物位计系统2包括布置在容器4外部的测量电子单元6以及呈长形延长天线7形式的传导装置，该传导装置用于使电磁发送信号S_T沿天线7的纵向方向朝向物品3的表面11辐射以及用于使由于发送信号S_T在表面11处反射而产生的电磁反射信号S_R返回。

通过分析发送信号S_T和反射信号S_R，测量单元6可以确定参考位置(如容器的外部与内部之间的馈通部)与物品3的表面11之间的距离，由此可以推断出填充物位。

参照图2，图1中的雷达物位计系统2包括测量单元(MU)20、无线通信单元(WCU)21以及呈电池22形式的本地能量存储器。无线通信单元21有利地可以遵从WirelessHART(IEC 62591)。如图2中示意性地示出的，MU 20包括收发器23和测量处理器24。收发器23能够由测量处理器24控制成用于产生、发送以及接收具有限定频带宽度的频率——诸如24GHz至27GHz——的电磁信号。测量处理器24耦接至收发器23以用于基于发送信号S_T与反射信号S_R之间的关系来确定容器4中的填充物位。

如图2中示意性地示出的，测量单元20包括第一输出26、第二输出27和第一输入28。第一输出26通过第一专用分立线连接至无线通信单元21的第一输入30，第二输出27连接至无线通信单元21的第二输入31，并且第一输入28通过第二专用分立线连接至无线通信单元21的第一输出32。测量单元20的第二输出27以及无线通信单元21的第二输入31可以配置成根据串行或并行通信协议来处理双向数据通信以允许测量单元20与无线通信单元21之间的数据交换。美国专利申请no.13/537,513中对测量单元20与无线通信单元21之间的利用不同的输入/输出的通信进行了更详细的描述，该申请的全部内容通过参引并入本文。

无线且本地供电的构型的以上示例意在给予技术人员如何能够实施根据本发明的雷达物位计系统的各个方面和实施方式的详细示例。然而，应当指出的是，存在为雷达物位计系统供电以及连接雷达物位计系统的很多其他方式。这些其他方式对本领域普通技术人员而言能够广泛理解，并且这些其他方式可以在无需过多实验或过重负担的情况下实现。

图3是图1中的雷达物位计系统2的第一实施方式的顶部部分的示意性图示，该雷达物位计系统2具有位于管状安装结构13内的呈长形延长天线7形式的传导装置。

参照图3，延长天线7包括第一传导装置部分(在该第一实施方式的上下文中有时被称为第一天线部分或天线延长部)35和第二传导装置部分(在该第一实施方式的上下文中有时被称为第二天线部分或天线)36。第一天线部分35在其上端处包括套箍部38，并且第二天线部分36的下端插入第一天线部分35的套箍部38中。

第一天线部分35与第二天线部分36通过设置在第一天线部分35的套箍部38处的至少一个紧固装置40接合在一起，在第一天线部分35的套箍部38处，第一天线部分35与第二天线部分36之间存在交叠部。

在图3中，所述至少一个紧固装置40由简单的方框示意性地示出。为了提供雷达物位计系统2的天线延长部35至锥形天线36的牢固紧固，天线7可以设置有若干紧固装置，这些紧固装置可以在第一天线部分35的套箍部38与第二天线部分36的端部之间的交叠部中沿着天线7的外周周向地分布。

图4是图1中的雷达物位计系统2的第二实施方式的顶部部分的示意性图示，该雷达物位计系统2具有呈长形的同轴传输线探针37形式的传导装置。尽管图4中未明确示出，但应当理解的是，传输线探针37朝向容器4中的物品延伸并且延伸到该物品中、有利地几乎一直延伸至容器4的底部。同轴传输线探针37包括内导体39和外导体41。为了允许物品物位在内导体39和外导体41之间与在同轴传输线探针37外部相同，外导体41设置有孔43。

参照图4，长形的同轴传输线探针37的外导体41包括第一传导装置部分(在该第二实施方式的上下文中有时被称为第一外导体部分)35和第二传导装置部分(在该第二实施方式的上下文中有时被称为第二外导体部分)36。第一外导体部分35在其上端处包括套箍部38，并且第二外导体部分36的下端插入第一外导体部分35的套箍部38中。

第一外导体部分35与第二外导体部分36通过设置在第一外导体部分35的套箍部38处的至少一个紧固装置40接合在一起，在第一外导体部分35的套箍部38处，第一外导体部分35与第二外导体部分36之间存在交叠部。

在图4中，所述至少一个紧固装置40由简单的方框示意性地示出。为了提供雷达物位计系统2的第一外导体部分35与第二外导体部分36的牢固的相互连接，传导装置(天线7或传输线探针37)可以设置有若干紧固装置，这些紧固装置可以在第一传导装置部分35的套箍部38与第二传导装置部分36的端部之间的交叠部中沿着传导装置的外周周向地分布。

以下将参照图5a至图5c以及图6a至图6c对紧固装置40的两个不同示例构型进行描述。此后，将参照图7中的流程图以及图8a至图8e中的图示对在容器4处安装上述第一实施方式的雷达物位计系统2的示例方法进行描述。

图5a至图5c示意性地示出了图3和图4中的传导装置的第一示例构型。参照图5a至图5c，紧固装置40包括一体地形成在第一传导装置部分35中的突部42a至42b以及一体地形成在第二传导装置部分36中的凹部44a至44b。如图5b至图5c中示意性地示出的，第一传导装置部分35和第二传导装置部分36通过将每个突部42a至42b推入该突部42a至42b所对应的凹部44a至44b中使得突部42a至42b变形并与凹部44a至44b相互作用而接合在一起，以至少在纵向方向(沿着传导装置的对称轴线45)上防止第一传导装置部分35相对于第二传导装置部分36的相对运动。

图6a至图6c示意性地示出了图3和图4中的传导装置的第二示例构型。参照图6a至图6c，根据第二示例构型的传导装置包括四个紧固装置40a至40d，所述四个紧固装置40a至40d在第一传导装置部分35与第二传导装置部分36之间的交叠部处沿着传导装置的圆周分布。如图6a至图6c中所示，每个紧固装置40a至40d均包括一体地形成在第二传导装置部分36中的突部46a至46d以及一体地形成在第一传导装置部分35中的凹部47a至47d。第一紧固装置40a至第三紧固装置40c的突部46a至46c沿着第一外周方向——此处，该第一外周方向大致垂直于长形传导装置的纵向延伸部——延伸，并且第四紧固装置40d的突部46d沿着第二外周方向——此处，该第二外周方向大致平行于长形传导装置的纵向延伸部——延伸。

以下将参照图7中的流程图以及图3、图6a至图6c以及图8a至图8e中的示意性图示对在容器处安装具有长形延长天线的雷达物位计的方法进行描述。

在第一步骤S1中，提供雷达物位计系统2，该雷达物位计系统2包括测量电子单元6和锥形天线36。

在第二步骤S2中，对管状安装结构(管口)13的长度进行测量。

此后，在第三步骤S3中，提供天线延长部35，该天线延长部35的长度(纵向延伸部)与管状安装结构13的测量到的长度有关。天线延长部35的长度将取决于管状安装结构13的长度以及锥形天线36的长度，并且天线延长部35的长度应当选择成使得长形延长天线7延伸超过管状安装结构13的下端到达容器4中，如图3中示意性地示出的。

在第四步骤S4中，将锥形天线36的端部插入到天线延长部35的套箍部38中，如图8a中示意性地示出的。该插入可以通过移动锥形天线36和天线延长部35中的任一者或者同时移动锥形天线36和天线延长部35两者来进行。

在将锥形天线36的端部插入到天线延长部的套箍部38中之后，将水平突部46a至46c与水平凹部47a至47c对准以允许通过突部46a至46c的对应凹部47a至47c可以触及每个突部46a至46c(在步骤S5中)，如图8b中示意性地示出的。

参照图8c，在随后的步骤S6中，接着使水平突部46a至46c中的每个水平突部均变形(弯折)以使得该突部由该突部的对应凹部47a至47c接纳。在该步骤之后，锥形天线36与天线延长部35之间的沿纵向方向的相对运动被阻止。

为了完成天线延长部35至锥形天线36的附接，旋转天线延长部35以使竖向突部46d与竖向突部46d的竖向定向的对应凹部47d对准(在步骤S7中)，如图8d中所示，并且使竖向突部46d变形(弯折)以使得突部由其对应凹部47d接纳(在步骤S8中)，如图8e中所示。

最后，在步骤S9中，将具有延长天线7的雷达物位计系统2安装在管状安装结构13上。

本领域技术人员意识到，本发明决不限于上述优选实施方式。与此相反，在所附权利要求的范围内许多修改和变型是可能的。