KR100724682B1 - Bottom reflector for a radar-based level gauge - Google Patents

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Abstract

탱크의 꼭대기로부터 액체의 표면을 향한 마이크로파 신호의 전송, 상기 액체의 표면에 대하여 반사된 마이크로파 신호의 수신, 그리고 상기 전송 및 수신된 마이크로파 신호의 전파 시간으로부터 상기 탱크 내 저장된 액체의 수위를 계산하는 방법에 의하여 상기 탱크(12) 내에 저장된 액체의 수위(71)를 측정하는 레이더에 기초한 수위 측정기(11)를 위한 바닥 반사기(15)에 있어서, 상기 바닥 반사기(15)는 상기 탱크의 바닥에 가깝도록 설치되고, 상기 액체의 수위가 반사 구조보다 높은 경우 상기 마이크로파 신호의 제1 반사계수 및 상기 액체의 수위가 반사 구조보다 낮은 경우 상기 마이크로파 신호의 제2 반사계수를 가지고, 상기 제1 반사계수가 상기 제2 반사계수보다 낮은 반사 구조(23~24; 25; 23, 26; 27; 29; 32; 33; 32, 35; 36; 37; 41, 42; 43,44; 51~52; 55~56; 61,72)로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.A method of calculating the level of liquid stored in the tank from the transmission of a microwave signal from the top of the tank toward the surface of the liquid, the reception of the microwave signal reflected against the surface of the liquid, and the propagation time of the transmitted and received microwave signal In the bottom reflector 15 for a radar based level meter 11 which measures the level 71 of liquid stored in the tank 12 by means of which the bottom reflector 15 is close to the bottom of the tank. And the first reflection coefficient of the microwave signal when the liquid level is higher than the reflective structure and the second reflection coefficient of the microwave signal when the liquid level is lower than the reflective structure, wherein the first reflection coefficient is Reflective structure lower than the second reflection coefficient (23 to 24; 25; 23, 26; 27; 29; 32; 33; 32, 35; 36; 37; 41, 42; 43,44; 51 to 52; 55 to 56 ; 61,72) Floor reflector, characterized in that made.

수위 측정기, 레이더, 바닥 반사기, 공진 구조, 편파 튜닝 구조, 흡수 구조 Water Level Meters, Radar, Floor Reflectors, Resonant Structures, Polarization Tuning Structures, Absorption Structures

Description

레이더에 기초한 수위 측정기용 바닥 반사기{Bottom reflector for a radar-based level gauge}Bottom reflector for a radar-based level gauge

본 발명은 일반적으로 수위 측정에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 레이더에 기초한 수위 측정기용 바닥 반사기에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to water level measurements, and more particularly to floor reflectors for radar based water level meters.

레이더에 기초한 방법들은 다양한 탱크에서 수위 측정을 위하여 몇 년 전부터 널리 사용되었다. 그러한 수위 측정에서 탱크의 꼭대기로부터 탱크에 저장된 액체 표면까지의 거리는 액체 표면을 향하여 마이크로파를 전송, 액체 표면으로부터 반사된 마이크로파를 수신, 그리고 전송 및 반사된 마이크로파의 전파 시간으로부터 탱크 내의 액체의 수위를 계산하는 방법에 의하여 측정되었다.Radar-based methods have been widely used for several years to measure water levels in various tanks. In such a level measurement, the distance from the top of the tank to the liquid surface stored in the tank transmits microwaves toward the liquid surface, receives the microwaves reflected from the liquid surface, and calculates the liquid level in the tank from the propagation time of the transmitted and reflected microwaves. It was measured by the method.

레이더에 기초한 수위 측정의 본질적인 한계는 많은 액체들이 마이크로파가 사용되기 위하여 적어도 어느 정도 투명해야 하며, 낮은 액체 수위를 측정할 때 탱크의 바닥으로부터 반사된 마이크로파와 액체 표면으로부터 반사된 마이크로파가 간섭을 일으킬 수도 있다는 것이다. 즉, 이러한 거리 결정 방법은 액체 표면으로부터 반사된 마이크로파로부터 탱크 바닥으로부터 반사된 마이크로파를 구별해 내기에는 불충분할 수 있다는 것이다. 따라서 탱크 바닥으로부터 마이크로파는 낮은 액체 수위에서의 측정을 방해하는 경향이 있다. 이 형태의 레이더 수위 측정에 의하 면 이러한 문제는 수십 센티미터 아래의 수위에서 발생할 수 있다. 이것은 평평한 바닥을 가지고 거의 투명하지 않은 석유 물질과 같은 액체들을 포함하는 탱크에서 특히 일반적인 문제이다.The inherent limitation of radar-based water level measurement is that many liquids must be at least somewhat transparent in order for microwaves to be used, and when measuring low liquid levels, microwaves reflected from the bottom of the tank and microwaves reflected from the liquid surface may interfere. Is there. In other words, this distance determination method may be insufficient to distinguish microwaves reflected from the tank bottom from those reflected from the liquid surface. Thus, microwaves from the bottom of the tank tend to interfere with measurements at low liquid levels. With this type of radar level measurement, this problem can occur at levels below tens of centimeters. This is a particularly common problem in tanks that have flat bottoms and contain liquids such as petroleum materials that are almost transparent.

몇몇 탱크에서는 바닥이 경사져 있을 수 있다. 이러한 탱크들에서 레이더 반향을 방해하는 전형적인 문제들은 없다. 그러나 한편 탱크가 비어있는 경우 레이더 빔이 수위 측정의 수신기로부터 편향됨으로써 탱크의 바닥으로부터 반사된 마이크로파가 수신되지 않는다. 만약 탱크가 비어있다면, 그러한 상태를 확인하기 위하여 바닥으로부터 상당히 강한 레이더 반향을 가지는 것이 바람직하다. 다른 경우 평평한 바닥에도 불구하고 모호한 레이더 반향을 발생시키거나 레이더 반향을 전혀 발생시키지 않도록 하는 알려지지 않는 침전물 층이 탱크의 바닥에 존재할 수 있다In some tanks the bottom may be inclined. There are no typical problems that interfere with radar echo in these tanks. However, on the other hand, if the tank is empty, the radar beam is deflected from the receiver of the water level measurement so that no microwaves reflected from the bottom of the tank are received. If the tank is empty, it is desirable to have a fairly strong radar echo from the bottom to confirm that condition. In other cases, there may be an unknown layer of sediment at the bottom of the tank that, in spite of the flat bottom, either creates an ambiguous radar echo or no radar echo at all.

빈 탱크에서 바닥 레이더 반향이 수신되지 않는 문제는 탱크 바닥에 용접된 간단한 반사 구조를 가지는 것에 의해 해결될 수 있다. 그러나 그러한 반사 구조는 탱크 내 액체가 적어도 일부 마이크로파를 통과시킨다면, 반사 구조 약간 위의 액체 수위에서 간섭을 일으킬 것이다.The problem of not receiving bottom radar echo in an empty tank can be solved by having a simple reflective structure welded to the bottom of the tank. However, such reflective structures will cause interference at the liquid level slightly above the reflective structure if the liquid in the tank passes at least some microwaves.

본 발명의 일 목적은 탱크 내 액체의 수위를 측정하기 위한 레이더에 기초한 수위 측정을 위한 바닥 반사기를 제공하기 위한 것으로, 낮은 액체 수위에서 수우 측정을 위하여 측정기를 사용하는 경우 탱크의 바닥으로부터 반사되는 마이크로파로부터의 간섭을 감소시킨 뿐만 아니라, 탱크가 비어 있는 경우에도 충분한 마이크로파의 반사를 제공할 수 있는 바닥 반사기를 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a bottom reflector for radar-based water level measurement for measuring the level of liquid in a tank, the microwave being reflected from the bottom of the tank when the meter is used for measuring water at low liquid level In addition to reducing interference from, it is to provide a bottom reflector that can provide sufficient microwave reflection even when the tank is empty.

이러한 관점에서 본 발명의 구체적인 목적은 수위가 파이프를 통하여 측정되거나 그렇지 않은 경우에 사용되기에 적합한 바닥 반사기를 제공하기 위한 것이다.In this respect, a specific object of the present invention is to provide a bottom reflector suitable for use where the water level is measured through a pipe or otherwise.

본 발명의 다른 목적은 레이더에 기초한 수위 측정이 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치, 파동 레이더 장치, 또는 어떤 다른 형태의 거리 측정 레이더에 관계없이 사용되기에 적합한 바닥 반사기를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a bottom reflector suitable for use in which radar-based water level measurement is used regardless of frequency modulated continuous wave (FMCW) radar devices, wave radar devices, or any other form of ranging radar.

본 발명의 또 다른 목적은 간단하고, 신뢰성이 높고, 효율적이고, 정확하고, 정밀하고, 설치 및 측정이 용이한, 낮은 가격의 바닥 반사기를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a low cost bottom reflector that is simple, reliable, efficient, accurate, precise, and easy to install and measure.

이러한 목적은 첨부된 특허 청구항에서 청구된 바닥 반사기에 의해 달성된다.This object is achieved by the bottom reflector claimed in the appended patent claims.

발명자는 탱크가 비어 있거나 단지 매우 낮은 수위의 액체만이 탱크에 존재할 경우 마이크로파 신호의 반사를 위하여 탱크 내 미리 결정된 높이에서 탑재될 수 있는, 바람직하게는 탱크의 바닥에 근접한, 바닥 반사기를 제공하는 것에 의하여, 그리고 액체의 수위가 반사 구조보다 높은 경우 마이크로파 신호의 제1 반사계수와 액체의 수위가 반사 구조보다 낮은 경우 마이크로파 신호의 제2 반사계수로 구성되고, 상기 제1 반사계수가 상기 제2 반사계수보다 충분히 작은 경우에 상술한 목적들이 달성될 수 있다는 것을 발견했다.The inventors are concerned with providing a bottom reflector, preferably close to the bottom of the tank, which can be mounted at a predetermined height in the tank for reflection of microwave signals if the tank is empty or only very low levels of liquid are present in the tank. And a first reflection coefficient of the microwave signal when the liquid level is higher than the reflective structure and a second reflection coefficient of the microwave signal when the liquid level is lower than the reflective structure, wherein the first reflection coefficient is the second reflection It has been found that the above objects can be achieved if it is smaller than the coefficient.

바람직하게는, 상기 액체는 예를 들면, 원유, 액체 석유 가스(LPG), 액체 천연 가스(LNG), 다른 액체 탄화수소, 또는 적어도 일부 마이크로파를 통과시키는 액체와 같은 기름 물질이다. 상기 물질은 전형적으로 1.6~3 범위의 유전율을 가지고 있고, 이에 반하여 수위 위의 대기는 그것의 성분 및 압력에 의하여 전형적으로 1~1.03 범위의 유전율을 가진다.Preferably, the liquid is an oily substance such as, for example, crude oil, liquid petroleum gas (LPG), liquid natural gas (LNG), other liquid hydrocarbons, or a liquid that passes at least some microwaves. The material typically has a dielectric constant in the range of 1.6 to 3, whereas the atmosphere above the water level typically has a dielectric constant in the range of 1 to 1.03 by its composition and pressure.

좀 더 바람직하게는, 액체의 수위가 상기 반사 구조보다 높은 경우 상기 반사 구조로부터 반사된 마이크로파 신호가 액체의 수위로부터 반사된 마이크로파 신호에 비하여 약하고, 더 바람직하게는 매우 약하다.More preferably, when the liquid level is higher than the reflective structure, the microwave signal reflected from the reflective structure is weak compared to the microwave signal reflected from the liquid level, and more preferably very weak.

액체의 수위가 상기 반사구조보다 낮은 경우 상기 반사구조로부터 반사된 마이크로파 신호는 바람직하게는 액체 수위로부터 반사된 마이크로파 신호와 비슷하거나 약간 강하다.When the liquid level is lower than the reflecting structure, the microwave signal reflected from the reflecting structure is preferably similar or slightly stronger than the microwave signal reflected from the liquid level.

다양한 반사 구조들이 액체와 그 위 대기의 유전율의 차이에 근거한 적절한 기능성을 얻기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 반사 구조들은 본 발명의 상세한 설명한 설명에서 구체적으로 설명되고 바람직한 실시예들-차단 격자, 쌍극자와 같은 공진 구조, 유전체 반사기, 편파 회전 구조, 전송 및 반사된 마이크로파 신호를 안내하기 위한 작은 간격 구부릴 수 있는 마이크로파 안내 구조 및 마이크로파의 자유 공간 전파가 사용되는 경우 특히 적용가능한 구조-이 서로 다른 그룹들로 그룹화될 수 있다.Various reflective structures can be used to achieve proper functionality based on the difference in permittivity of the liquid and the atmosphere thereon. Such reflective structures are specifically described in the detailed description of the present invention and are preferred embodiments-blocking gratings, resonant structures such as dipoles, dielectric reflectors, polarization rotating structures, small gaps for guiding transmitted and reflected microwave signals. Particularly applicable structures-where microwave guide structures and free space propagation of microwaves are used-can be grouped into different groups.

상기 편파 회전 구조 그룹에 관하여는 수위 안내에 사용되는 마이크로파 신호가 특정한 편파 상태를 가진다는 것과 제1 및 제2 반사계수가 그 특정한 편파 상태에서 주어지는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 액체 내 반사에서 선형적으로 편파된 마이크로파 신호의 편파 회전의 효과는 그것의 특정 편파 상태에서 마이크로파 신호의 반사계수를 감소시키는 것과 동일하다.With respect to the group of polarization rotating structures, it can be understood that the microwave signal used for level guidance has a specific polarization state and that the first and second reflection coefficients are given in that specific polarization state. Thus, the effect of polarization rotation of a linearly polarized microwave signal in reflection in liquid is equivalent to reducing the reflection coefficient of the microwave signal in its particular polarization state.

본 발명의 주요 장점은 수위 측정이 탱크의 바닥으로부터 반사된 마이크로파로부터의 어떤 간섭없이 수행될 수 있다는 것이다. 탱크가 비어 있는 경우 또는 거의 비어 있는 경우 즉, 바닥 반사기의 반사 구조가 측정될 액체의 수위 위로 노출된 경우, 바닥 반사기로부터 별개의 반사가 획득되고, 이것은 빈 탱크나 낮은 액체 수위의 지표이다.The main advantage of the present invention is that the water level measurement can be performed without any interference from the microwaves reflected from the bottom of the tank. When the tank is empty or almost empty, i.e. when the reflective structure of the bottom reflector is exposed above the level of liquid to be measured, a separate reflection is obtained from the bottom reflector, which is an indication of an empty tank or a low liquid level.

상기 레이더에 기초한 수위 측정기는 본 발명의 목적을 위하여 큰 컨테이너 뿐 아니라 예를 들면, 반응기, 원심 분리기, 믹서, 파종기, 그레이더, 열처리 용광로 및 식품 화학, 조제 화학, 생화학, 유전 화학, 석유 화학에서 사용되는 비슷한 장치들과 같은 프로세싱 장치를 포함하는 탱크들 내 수위를 측정하기 위하여 사용된다.The radar-based water level meter is used for the purpose of the present invention as well as in large containers, for example, in reactors, centrifuges, mixers, planters, graders, heat treatment furnaces and food chemistry, preparation chemistry, biochemistry, oilfield chemistry, petrochemical It is used to measure the water level in tanks containing processing devices such as similar devices.

본 발명의 다른 특징 및 그것의 장점은 여기서 후술할 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명 및 첨부된 도 1~7로부터 명백해질 것이며, 이것은 단지 설명을 위한 수단으로 주어진 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention and the accompanying Figures 1-7, which are given by way of illustration only and are not intended to limit the invention. no.

도 1은 본 발명의 일반적인 원리에 따른 바닥 반사기를 포함하는 레이더에 기초한 수위 측정기의 개략적인 측면도이다.1 is a schematic side view of a radar based level meter including a bottom reflector in accordance with the general principles of the present invention.

도 2a~e는 본 발명의 첫 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기들의 평면도(도 2a~b), 측단면도(도 2c~e)이다.2A-E are plan views (FIGS. 2A-B) and side cross-sectional views (FIGS. 2C-E) of bottom reflectors according to a first preferred embodiment group of the present invention.

도 2f는 본 발명의 첫 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기에 의한 전송 및 반사된 마이크로파 신호의 크기와 주파수의 상관관계를 나타낸 개략도 이다.Figure 2f is a schematic diagram showing the correlation between the magnitude and the frequency of the transmitted and reflected microwave signal by the bottom reflector according to the first preferred embodiment group of the present invention.

도 3a~e는 본 발명의 두 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기의 개략적인 측면도(도 3a), 사시도(도 3b), 평면도(3c~e)이다.3A-E are schematic side views (FIG. 3A), a perspective view (FIG. 3B), and top views 3C-E of a bottom reflector according to a second preferred embodiment group of the invention.

도 3f는 본 발명의 두 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기에 의하여 전송 및 반사된 마이크로파 신호의 크기와 주파수의 상관관계를 나타낸 개략도이다.3F is a schematic diagram showing the correlation between the magnitude and the frequency of the microwave signal transmitted and reflected by the bottom reflector according to the second preferred embodiment group of the present invention.

도 4a~b는 본 발명의 세 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기의 개략적인 사시도(도 4a) 및 측면도(도 4b)이다.4A-B are schematic perspective views (FIG. 4A) and side views (FIG. 4B) of a bottom reflector according to a third preferred embodiment group of the invention.

도 4c는 본 발명의 세 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기에 의한 전송 및 반사된 마이크로파 신호의 크기와 주파수의 상관관계를 나타낸 개략도이다.4C is a schematic diagram showing the correlation between the magnitude and the frequency of the transmitted and reflected microwave signal by the bottom reflector according to the third preferred embodiment group of the present invention.

도 5a~c는 본 발명의 네 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기의 개략적인 평면도(도 5a) 및 측단면도(도 5b)이다.5A-C are schematic top (FIG. 5A) and side cross-sectional views (FIG. 5B) of a bottom reflector according to a fourth preferred embodiment group of the invention.

도 6은 본 발명의 다섯 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기의 개략적인 측단면도이다.6 is a schematic side cross-sectional view of a bottom reflector according to a fifth group of preferred embodiments of the present invention.

도 7은 본 발명의 여섯 번째 바람직한 실시예 그룹에 따른 바닥 반사기의 개력적인 사시도이다.7 is a schematic perspective view of a bottom reflector in accordance with a sixth preferred embodiment group of the invention.

레이더에 기초한 수위 측정을 위한 장치를 측면에서 개략적으로 도시한 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 상기 장치는 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치, 파동 레이더 장치 또는 어떤 다른 형태의 거리 측정 레이더일 수 있다. A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which schematically illustrates a device for radar-based water level measurement. The device may be a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar device, a wave radar device or any other form of ranging radar.

많은 주파수들이 레이더 수위 측정을 위하여 사용될 수 있지만 5.8, 10 및 25㎓에 가까운 대역이 널리 사용된다. 거품이나 오염이 빈번하게 발생하는 탱크에서 상기 주파수 중 가장 낮은 주파수에서 마이크로파 신호가 그러한 오염에 가장 덜 민감하기 때문에 이 주파수가 가장 일반적으로 사용된다.Many frequencies can be used for radar level measurements, but bands close to 5.8, 10 and 25 GHz are widely used. This frequency is most commonly used because the microwave signal is least sensitive to such contamination at the lowest of these frequencies in tanks where foaming or contamination occurs frequently.

도 1에서 11로 나타낸 레이더에 기초한 수위 측정기는 측정될 수위의 액체로 채워진 탱크 또는 컨테이너(12) 지붕의 개구부 위에 설치된다. 바람직하게는 상기 액체는 예를 들면, 원유, 액체 석유 가스(LPG), 액체 천연 가스(LNG), 다른 액체 탄화수소 또는 적어도 일부 마이크로파를 투과시키는 액체와 같은 기름 물질이다. 그러한 물질은 전형적으로 1.6~3 범위의 유전율을 가지는 반면, 수위 위의 대기는 그것의 가스 성분과 압력에 의존하여 전형적으로 1~1.03 범위의 유전율을 가진다.The radar-based level gauge shown in FIG. 1 to 11 is installed above the opening of the roof of the tank or container 12 filled with liquid at the level to be measured. Preferably the liquid is an oily material such as, for example, crude oil, liquid petroleum gas (LPG), liquid natural gas (LNG), other liquid hydrocarbons or a liquid that permeates at least some microwaves. Such materials typically have a dielectric constant in the range of 1.6 to 3, while the atmosphere above the water level typically has a dielectric constant in the range of 1 to 1.03, depending on its gas composition and pressure.

레이더에 기초한 수위 측정기(11)는 탱크(12) 내 액체의 표면을 향하여 마이크로파 신호를 전송하고, 탱크(12) 내 액체 표면에 대하여 반사된 마이크로파 신호를 수신한다. 게다가, 레이더에 기초한 수위 측정기(11)는 전송 및 반사된 마이크로파 신호의 전파 시간으로부터 탱크(12) 내에 액체 수의를 계산하기 위한 신호 처리 장치(도시되지 않음)를 구비하거나 그것과 연결되어 있다. 전형적으로, 주로 수직파이프(13)가 전송 및 반사된 마이크로파 신호를 안내하기 위하여 제공된다. 이 파이프(13)은 지지부(14)에 의하여 탱크(12)에 부착되고, 가능한 밀도 층에 관계없이 같은 액체 수위를 획득하기 위하여 그것의 내부 및 외부에 관통된다. 그러나, 수위 측정기는 자유 공간 전파 모드에서 동작할 수 있으며, 이 경우 상기 파이프(13)는 불필요할 수 있다.The radar based water level meter 11 transmits a microwave signal towards the surface of the liquid in the tank 12 and receives the microwave signal reflected against the surface of the liquid in the tank 12. In addition, the radar-based water level meter 11 is provided with or connected to a signal processing device (not shown) for calculating the number of liquids in the tank 12 from the propagation time of the transmitted and reflected microwave signal. Typically, a vertical pipe 13 is provided primarily to guide the transmitted and reflected microwave signal. This pipe 13 is attached to the tank 12 by a support 14 and penetrates inside and outside thereof to obtain the same liquid level, regardless of the density layer possible. However, the level gauge may operate in a free space propagation mode, in which case the pipe 13 may be unnecessary.

바닥 반사기(15)는 탱크(12) 내에 액체가 존재하지 않을 경우 마이크로파 신호의 반사를 위하여 탱크(12)의 바닥 근처에 제공된다. 만약 도 1의 13과 같은 파이프가 전파 안내를 위하여 사용된다면, 바닥 반사기(15)는 전형적으로 파이프의 하단부에 설치된다. 선택적으로, 바닥 반사기는 탱크의 바닥에 설치될 수 있다.The bottom reflector 15 is provided near the bottom of the tank 12 for the reflection of the microwave signal in the absence of liquid in the tank 12. If a pipe such as 13 of FIG. 1 is used for propagation guidance, the bottom reflector 15 is typically installed at the bottom of the pipe. Optionally, the bottom reflector can be installed at the bottom of the tank.

본 발명에 따르면, 바닥 반사기(15)는 액체 수위가 반사 구조보다 높은 경우 마이크로파 신호를 위한 제1 반사계수 및 액체 수위가 반사 구조보다 낮은 경우 마이크로파 신호를 위한 제2 반사계수를 가지고, 제1 반사계수가 제2 반사계수에 비하여 충분히 낮은 반사 구조(도 1에 도시되지 않음)로 구성된다.According to the present invention, the bottom reflector 15 has a first reflection coefficient for the microwave signal when the liquid level is higher than the reflection structure and a second reflection coefficient for the microwave signal when the liquid level is lower than the reflection structure. The coefficient is composed of a reflective structure (not shown in FIG. 1) which is sufficiently low compared to the second reflection coefficient.

그러한 설비에 의하여 바닥으로부터 반사된 마이크로파의 간섭 없이 적절한 동작이 보장될 수 있다. 이것을 탱크(12) 내에 낮은 액체 수위를 측정하는 경우 특히 중요하다. 액체의 수위가 바닥 반사기(15)의 반사 구조 아래로 떨어진 경우 낮은 수위가 지시되는 것에 의하여 상당히 강한 반사가 획득된다.Such a facility can ensure proper operation without interference of microwaves reflected from the floor. This is particularly important when measuring low liquid levels in the tank 12. When the liquid level falls below the reflecting structure of the bottom reflector 15, a fairly strong reflection is obtained by indicating a low level.

제1 및 제2 반사계수는 편리하게는 소위 편파 내(in-polarization) 반사계수라는 것을 주지하여야 한다. 편파 내 반사계수는 특정 편파 상태에서 입사 마이크로파 신호(즉, 그것의 크기)와 바닥 반사기의 표면에서의 반사에 의한 마이크로파 신호(즉, 그것의 크기)의 비율로 의미되며, 특정 편파 상태는 유체 표면에서의 반사에 따르 마이크로파 신호의 편파에 의하여 주어진다. 따라서, 입사 마이크로파 신호의 직선편파가 주어지면, 유체 표면에 의하여 반사될 때 선형적으로 편파된 마 이크로파 신호는 그것의 편파 상태가 변하지 않기 때문에 특정 편파는 직선편파 상태이다. 왼손 순환 편파된 입사 마이크로파 신호가 주어지면, 마이크로파 신호가 유체의 표면에 의하여 반사됨에 따라 전기장의 회전은 반대로 되기 때문에 특정 편파는 오른손 순환 편파이다. It should be noted that the first and second reflection coefficients are conveniently the so-called in-polarization reflection coefficients. In-polar reflection coefficient is defined as the ratio of the incident microwave signal (i.e. its magnitude) to the microwave signal (i.e. its magnitude) by reflection at the surface of the bottom reflector in a particular polarization state, where a particular polarization state is It is given by the polarization of the microwave signal according to its reflection in. Thus, given a linear polarization of the incident microwave signal, a particular polarization is a linear polarization state because the linearly polarized microwave signal when reflected by the fluid surface does not change its polarization state. Given a left hand circularly polarized incident microwave signal, the specific polarization is right hand circular polarization because the rotation of the electric field is reversed as the microwave signal is reflected by the surface of the fluid.

바람직하게는, 액체의 수위가 상기 반사 구조보다 높은 경우, 상기 반사 구조로부터 반사된 마이크로파 신호가 액체의 수위로부터 반사된 마이크로파 신호에 비하여 약하며, 더 바람직하게는 매우 약하다. 액체의 수위가 상기 반사구조보다 낮은 경우, 상기 반사구조로부터 반사된 마이크로파 신호는 바람직하게는 액체 수위로부터 반사된 마이크로파 신호와 비슷하거나 약간 강하다. 너무 강한 반사는 피해야 한다.Preferably, when the liquid level is higher than the reflective structure, the microwave signal reflected from the reflective structure is weak compared to the microwave signal reflected from the liquid level, and more preferably very weak. If the liquid level is lower than the reflecting structure, the microwave signal reflected from the reflecting structure is preferably similar or slightly stronger than the microwave signal reflected from the liquid level. Too strong reflections should be avoided.

바람직하게는, 제1 반사계수는 0보다 높고 0.2보다 낮으며, 더 바람직하게는 0.1보다 낮으며, 좀 더 바람직하게는 0.05보다 낮다. 제2 반사계수는 바람직하게는 0.1보다 높고 1보다 낮으며, 더 바람직하게는 0.2보다 높고 1보다 낮다. 더하여, 제2 반사계수는 바람직하게는 0보다 높고 0.5보다 낮으며, 더 바람직하게는 0.4보다 낮고, 가장 바람직하게는 0.3보다 낮다.Preferably, the first reflection coefficient is higher than 0 and lower than 0.2, more preferably lower than 0.1, and more preferably lower than 0.05. The second reflection coefficient is preferably higher than 0.1 and lower than 1, more preferably higher than 0.2 and lower than 1. In addition, the second reflection coefficient is preferably higher than zero and lower than 0.5, more preferably lower than 0.4 and most preferably lower than 0.3.

대부분의 경우, 기울어진 판, 원뿔형의 표면, 레이더 흡수 물질 조각 등의 구조(16)에 의하여 탱크(12)의 바닥으로부터 반사에 따른 반사 마이크로파 신호는 편향되거나 흡수되는 것이 바람직하다.In most cases, it is desirable that the reflected microwave signal upon reflection from the bottom of the tank 12 be deflected or absorbed by structures 16 such as inclined plates, conical surfaces, pieces of radar absorbent material, and the like.

이하에서는 본 발명에 따른 바닥 반사기의 다양한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the bottom reflector according to the present invention will be described in detail.

바람직한 desirable 실시예Example

도 2a~e는 도파관 차단 주파수 이론에 근거한 다양한 바닥 반사기를 도시하고 있다. 각각의 바닥 반사기는 격자 구조가 액체의 수위보다 위에 있는 경우 마이크로파 신호가 전송되는 것을 방지하고, 대신 마이크로파 신호가 반사되게 하기 위하여 λ/2(여기서 λ는 마이크로파 신호의 진공 파장이다)보다 약간 작은 격자 간격을 가진 격자 구조이다. 액체 수위가 격자 구조보다 높아짐에 따라 액체의 더 높은 유전 상수 때문에 마이크로파 신호의 파장은 감소한다. 따라서 격자는 마이크로파 신호에 대하여 더 넓은 것처럼 보이고 마이크로파 신호는 격자 구조를 통과할 수 있다.2A-E illustrate various bottom reflectors based on waveguide cutoff frequency theory. Each bottom reflector prevents the microwave signal from being transmitted when the grating structure is above the liquid level, and instead gratings slightly smaller than λ / 2 (where λ is the vacuum wavelength of the microwave signal) in order to reflect the microwave signal It is a grid structure with a thickness. As the liquid level rises above the lattice structure, the wavelength of the microwave signal decreases because of the higher dielectric constant of the liquid. Thus the grating appears wider for the microwave signal and the microwave signal can pass through the grating structure.

도 2a에서는 파이프(13) 내부에 배치된 격자 구조로 이루어진 바닥 반사기가 도시된다. 이 경우 파이프(13)는 화살표(22)에 의하여 지시되는 것처럼 마이크로파가 H11 모드로 주로 전기장의 방향을 따라 전파하는 것을 지지하기 위하여 배치된다. 격자 구조는 액체 수위가 격자 구조 아래에 있는 경우 전파를 차단하기 위하여 λ/2보다 조금 작은 간격을 가진 다수개의 도전성 있는 금속 리본(23)으로 구성된다.In FIG. 2A a bottom reflector is shown which has a lattice structure arranged inside the pipe 13. In this case the pipe 13 is arranged to support the propagation of microwaves mainly in the direction of the electric field in the H 11 mode as indicated by the arrow 22. The lattice structure consists of a plurality of conductive metal ribbons 23 with a spacing slightly smaller than λ / 2 to block propagation when the liquid level is below the lattice structure.

예를 들면 10㎓에서 그 간격은 14㎜일 수 있고 그 리본(23)은 28㎜의 높이를 가질 수 있으며, 이것은 리본에 의해 형성된 도파관에서 λm/2의 거리에 대응하며, 여기서 λm은 파이프(13)에서 액체 내(즉, 액체 수위가 격자 구조보다 아래 있는 경우) 마이크로파 신호의 파장이다. λm/2의 리본 높이는 표준 레이더 레이돔(radome) 처럼 정해진 주파수 대역 내에서의 반사 없이 전파되도록 한다. λm은 파이프(13) 내의 지역 파장으로 사용될 수 있고 본 상세한 설명의 서로 다른 문맥에서 서로 다른 것으로 인식될 수 있다.For example at 10 ms the spacing may be 14 mm and the ribbon 23 may have a height of 28 mm, which corresponds to a distance of λ m / 2 in the waveguide formed by the ribbon, where λ m is The wavelength of the microwave signal in the liquid in pipe 13 (ie, when the liquid level is below the lattice structure). A ribbon height of λ m / 2 allows propagation without reflection within a defined frequency band, as is standard radar radome. λ m may be used as the local wavelength in the pipe 13 and may be recognized as different in different contexts of the present description.

금속 또는 다소의 유전물질로 만들어진 지지부(24)는 격자 구조를 지지하기 위하여 사용된다. 도 2a는 직선 리본으로 된 격자 구조를 도시하고 있으나, 도파관 모드 H11의 전기장 형태에 적합하도록 구부러질 수도 있다. 게다가, 격자 구조는 다른 도파관 전파 모드에 적합하도록 변형될 수 있다.A support 24 made of metal or some dielectric material is used to support the lattice structure. FIG. 2A shows a lattice structure of straight ribbons, but may be bent to suit the shape of the electric field of waveguide mode H 11 . In addition, the grating structure can be modified to suit other waveguide propagation modes.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 바닥 반사기는 그물 격자 구조로 이루어질 수 있다. 또 다른 변경은 전송 및 반사를 감소시키고 사용 대역폭을 확장할 수 있도록 리본의 일부를 감쇠 물질로 구성되게 할 수 있다는 것이다.In one embodiment, the bottom reflector of the present invention may be of a net lattice structure. Another change is that parts of the ribbon can be made of attenuating material to reduce transmission and reflection and to extend the bandwidth used.

다른 실시예에 있어서, 도 2b에 도시된 것처럼, 파이프(13) 내에 동심원상으로 배열된 다수의 원형 도전 스트립(strip)을 포함하는 격자 구조는 H01 전파 모드에 상응하는 동작을 획득하기 위하여 사용된다. H01 도파관 모드의 전기장 방향(22)은 완전히 둘러싸여 있으며, 다수의 중심이 같이 짧은 원통형 파이프들이나 링들(25)이 상기 전기장 방향(22)에 평행하도록 배열된다. 10㎓의 예를 참고하면, H01 모드의 원통형 도파관 형태에 따라 변경된 링들 사이의 간격은 약 14㎜이고 그 높이는 약 28㎜이다. 실제 구현에서는 유전 물질이나 금속물질의 지지소자(미도시)가 포함된다. H11 및 H01 경우와 비슷하게 다른 도파관 모드의 구조도 가능하다.In another embodiment, a grating structure comprising a plurality of circular conductive strips arranged concentrically in pipe 13 is used to obtain an operation corresponding to H 01 propagation mode, as shown in FIG. 2B. do. The electric field direction 22 of the H 01 waveguide mode is completely enclosed and arranged such that a plurality of centrally short cylindrical pipes or rings 25 are parallel to the electric field direction 22. Referring to the example of 10 ms, the spacing between the rings changed according to the cylindrical waveguide shape of the H 01 mode is about 14 mm and the height is about 28 mm. In practical implementations, support elements (not shown) of dielectric or metal materials are included. Similar waveguide mode structures are possible, similar to the H 11 and H 01 cases.

예를 들면, E01 모드에서 마이크로파 신호를 위하여 리본은 방사상으로 배열될 수 있다.For example, the ribbon may be arranged radially for the microwave signal in E 01 mode.

도 2c에는 측단면도로 바닥 반사기의 일부가 되시되어 있다. 상기 실시예는 도 2a의 실시예와 유사하다-직선 리본(23)이 표시된다. 그러나, 상기 실시예는 리본(23)과 평행한 수평으로 배열된 핀(26)으로 구성되는 반사 방지 구조가 더 제공된다. 상기 핀(26)은 리본의 상측 및 하측에 그것으로부터 약 λ/4 정도에 위치된다. 레이더 레이돔에 대응되는 설명과 유사하게 주파수 및 액체 유전 상수의 사용 범위를 증가시키는 유사한 기능을 획득하기 위한 다수의 선택이 있으며, 이것은 당업자에게 자명한 사항이다.Figure 2c shows a part of the bottom reflector in a side sectional view. This embodiment is similar to the embodiment of FIG. 2A-a straight ribbon 23 is shown. However, this embodiment is further provided with an antireflective structure consisting of pins 26 arranged horizontally in parallel with the ribbon 23. The pins 26 are located about and lambda / 4 from above and below the ribbon. Similar to the descriptions corresponding to radar radome, there are a number of choices to achieve similar functions that increase the range of use of frequency and liquid dielectric constants, which is obvious to those skilled in the art.

탱크 바닥에서의 반사가 파이프(13)에 다시 결합될 수 있다는 것과 액체 표면으로부터의 반사를 간섭하는 것을 방지하기 위하여 -만약 탱크 바닥이 평평하거나 평평한 것에 가깝다면- 액체에 잠긴 경우 바닥 반사기의 투명도에 따라 측정되어야할 측정치들이 반대 방향으로 나타날 수 있다. 다양한 대안(代案)들이 가능하다: 바닥 반사기를 통하여 전송되는 마이크로파는 편향되거나 흡수될 수 있다.To prevent reflections at the tank bottom from recombining to the pipe 13 and interfering with reflections from the liquid surface-if the tank bottom is flat or close to flat-the opacity of the bottom reflector when submerged in liquid The measurements to be measured may appear in the opposite direction. Various alternatives are possible: the microwaves transmitted through the bottom reflector can be deflected or absorbed.

도 2d에는 파이프에서 바닥 반사기(15) 아래 설치된 45°금속 반사기(27)가 도시된다. 상기 반사기는 지지 구조(28)의 수단에 의하여 파이프(13)나 탱크(도시되지 않음)의 바닥에 부착된다. 2d shows a 45 ° metal reflector 27 installed below the bottom reflector 15 in the pipe. The reflector is attached to the bottom of the pipe 13 or tank (not shown) by means of the support structure 28.

탱크의 형태에 의존하여 비슷한 편향 반사기(이하 편향기라고 함)가 본 발명의 모든 바닥 반사기 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 그 각은 45°와 매우 다를 수 있고, 매우 다른 형태의 방해물들이 레이더 파가 다시 파이프(13)로 들어오는 것을 방지하도록 그것을 흩어지게 하기 위하여 사용될 수 있다.Depending on the shape of the tank, a similar deflector (hereinafter referred to as deflector) may be used with all bottom reflector embodiments of the present invention. The angle can be very different from 45 ° and very different types of obstructions can be used to disperse the radar wave to prevent it from entering the pipe 13 again.

바닥이나 파이프에 부착되는 원뿔 부품이 다른 유용한 편향기의 실시예이다. 그러한 부품은 도 1에서 참조 번호 16에 의하여 표시된다.Cone parts that are attached to the floor or pipe are embodiments of other useful deflectors. Such a part is indicated by reference numeral 16 in FIG. 1.

도 2e에는 바닥에서의 낮은 반사를 위하여 파이프(13) 내의 바닥 반사기(15)아래 탱크 바닥에 배열된, 예를 들어 테프론(PTFE)으로 채워진 탄소 계열 물질과 같은, 감쇠 물질의 적절한 형태의 소자(29)가 도시된다. 상기 소자(29)는 설명을 위하여 대시(-)선에 의하여 도시되고 있으나 실제 형태는 도시된 것과 같은 박스형과는 매우 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 소자는 표준 무반향 흡수장치와 같은 형태일 수 있다.FIG. 2E shows an appropriately shaped element of damping material, such as a carbon-based material filled with Teflon (PTFE), for example, arranged at the bottom of the tank under the bottom reflector 15 in the pipe 13 for low reflection at the bottom. 29 is shown. The element 29 is shown by dashed lines for illustrative purposes, but the actual shape may be very different from the box shape as shown. For example, the device may be in the form of a standard anechoic absorber.

도 2e는 파이프(13) 내에 설치된 바닥 반사기(15)를 도시하고 있으나, 상기 바닥 반사기는 대안으로 편향 또는 흡수 소자(29)와 일체화될 수 있다. 상기 바닥 반사기 설계는 파이프(13)의 하부로부터보다 오히려 탱크의 바닥으로부터 실질적인 반사를 줄 것이다. 여기에 설명된 바닥 반사기의 일부는 매우 작고(하나 또는 두 개의 λ/2 쌍극 안테나), 분명하게 아주 간단하고 직접적이다.2E shows a bottom reflector 15 installed in the pipe 13, the bottom reflector may alternatively be integrated with a deflection or absorbing element 29. The bottom reflector design will give substantial reflections from the bottom of the tank rather than from the bottom of the pipe 13. Some of the bottom reflectors described here are very small (one or two λ / 2 dipole antennas), obviously very simple and direct.

도 2f는 건조 및 잠긴 상태에서, 즉 액체의 수위가 바닥 반사기의 반사 구조보다 낮은 경우와 높은 경우, 다른 주파수와 다른 유전 상수(1.7 및 2.5)의 액체에 따른 반사를 보여주는 반사도이다. 또한 그 전송은 건조 상태에서 도시된다.FIG. 2F is a reflectivity showing reflection with liquid at different frequencies and different dielectric constants (1.7 and 2.5) in the dry and submerged state, ie when the liquid level is lower and higher than the reflective structure of the bottom reflector. The transmission is also shown in the dry state.

실선은 상기 격자가 공기 중에 있는 경우 차단 상태 때문에 거의 전반사를 보여주고 대시(dash)선 및 점선은 λ/2 격자를 통과하여 대응되는 전송을 보여준 다. 상기 점선은 유전 상수 값의 사용 범위 내에서 가장 낮은 유전 상수에서의 작은 반사를 보여주고 대시선은 가장 높은 유전 상수에 대응되는 반사를 보여준다. 범위 중간의 유전상수에서 반사는 더 낮다. 게다가, 9.5~10.5㎓의 높은 주파수 범위보다 위에서 반사는 완전히 일정하다.The solid line shows almost total reflection due to the blocking state when the grating is in air and the dashed and dashed lines show the corresponding transmission through the λ / 2 grating. The dashed line shows the small reflection at the lowest dielectric constant within the range of use of the dielectric constant value and the dashed line shows the reflection corresponding to the highest dielectric constant. The reflection is lower at the dielectric constant in the middle of the range. In addition, the reflections above the high frequency range of 9.5-10.5 kHz are completely constant.

도 3a~3e는 공진 구조 이론에 기초한 다양한 바닥 반사기를 도시한다. 각 바닥 반사기는 예를 들면 탱크가 비어있는 경우 반사를 구별하기 위하여 건조 상태에서 공진되도록 튜닝된 복수의 2극 안테나를 포함하는 공진 구조로 이루어진다. 공진 구조가 액체에 잠김에 따라 2극 안테나는 공진에서 이탈하고 반사는 상당히 감소한다.3A-3E show various bottom reflectors based on resonant structural theory. Each bottom reflector consists of a resonant structure comprising a plurality of dipole antennas tuned to resonate in a dry state, for example, to distinguish reflections when the tank is empty. As the resonant structure is submerged in liquid, the dipoles deviate from resonance and the reflection decreases considerably.

도 3a에는 2층으로 적층된 2극 안테나(32)로 이루어진 바닥 반사기가 도시된다. 상기 두 2극 안테나(32)는 둘러싼 매개물의 유전 상수가 1에 가까운 경우(즉, 공기나 가스인 경우) 최대 반사가 일어나도록 튜닝된다. 반면 그들 사이의 수직 거리는 2.1의 유전 상수를 가진 전형적인 액체에서 파장의 사분의 일(λm/4)에 가깝도록 선택된다. 이러한 설계의 제한은 도 3f의 도표에서 도시된 것처럼 레이더 파(31)의 바람직한 반사 상태를 제공할 것이다. 2극 안테나(32)는 금속 또는 유전물질로 이루어진 수직 지지핀(33)에 부착된다. 만약 수직 지지핀(33)이 금속이라면 완성된 구조(32, 33)는 (도 3a에서 표시된 것처럼) 동일한 조각 판에 찍혀 나올 수 있다. 상기 구조(32, 33)는 바닥 위 또는 바닥과 접한 소정의 지지대(34)에 부착된다. 상기 2극 안테나 길이는 전형적으로 10㎓에서 14~15㎜보다 약간 짧다.3A shows a bottom reflector consisting of two pole antennas 32 stacked in two layers. The two dipole antennas 32 are tuned for maximum reflection when the dielectric constant of the surrounding medium is close to one (i.e., air or gas). While the vertical distance between them is chosen to be close to one quarter of the wavelength (λ m / 4) in a typical liquid with a dielectric constant of 2.1. This design limitation will provide the desired reflection state of the radar wave 31 as shown in the diagram of FIG. 3F. The dipole antenna 32 is attached to a vertical support pin 33 made of metal or dielectric material. If the vertical support pin 33 is metal, the finished structures 32, 33 can be stamped out on the same piece of plate (as indicated in FIG. 3A). The structures 32, 33 are attached to a predetermined support 34 on or in contact with the floor. The dipole antenna length is typically slightly shorter than 14-15 mm at 10 Hz.

도 3b에는 편파 독립 기능을 달성하기 위한 이중 교차 2극 안테나(32, 35) 소자를 포함하는 바닥 반사기가 도시된다. 도 3a에 표시된 2극 안테나(32) 외에 같은 길이의 두 개의 교차 2극 안테나(35)가 제공된다. 상기 교차 2극 안테나는 바람직하게는 연결되지 않으며 도 3b는 유전체 핀(33)에 설치된 것을 나타낸다.3B shows a bottom reflector comprising dual cross dipole antennas 32, 35 elements to achieve polarization independent function. In addition to the dipole antenna 32 shown in Fig. 3a, two cross dipole antennas 35 of the same length are provided. The cross dipole antenna is preferably not connected and FIG. 3B shows that it is installed in the dielectric pin 33.

도 3c를 참조하면, 도 3a 또는 도 3b의 실시예와 같은 반사 구조는 파이프(13)의 중간에 설치된다. H11 모드에서 공진 반사기는 도파관 파이프(32)의 중간에 설치될 수 있다. 만약 편파가 잘 알려져 있다면 단-편파 모델(32)이 사용될 수 있으며, 선택적 2극 안테나(35)는 편파와 독립된 반사기를 만들기 위하여 부가될 수 있다.Referring to FIG. 3C, a reflective structure such as the embodiment of FIG. 3A or 3B is installed in the middle of the pipe 13. In the H 11 mode, the resonant reflector may be installed in the middle of the waveguide pipe 32. If the polarization is well known, the short-polarization model 32 may be used, and an optional dipole antenna 35 may be added to make the reflector independent of polarization.

다수의 도파관 모드에서 횡단 전기장은 중간 부분에서 낮다. 이러한 경우는 도 3a에 도시된 것과 같은 전형적인 다수의 공진 구조의 사용에 의하여 극복될 수 있다. 도 3d에는 파이프(13)에서 그러한 실시예가 도시된다. 마이크로파 신호의 모드 전기장 패턴에 따라 위치한 두 개 내지 네 개의 공진 구조에 따라, 모드 특정 반사가 달성될 수 있다. 도 3d의 실시예는 특별히 H01 전파 모드에서 마이크로파 신호를 사용하는데 적합하다.In many waveguide modes the transverse electric field is low in the middle. This case can be overcome by the use of a number of typical resonant structures such as shown in FIG. 3A. 3d shows such an embodiment in a pipe 13. Depending on the two to four resonant structures located in accordance with the mode electric field pattern of the microwave signal, mode specific reflection can be achieved. The embodiment of FIG. 3D is particularly suitable for using microwave signals in the H 01 propagation mode.

H01 모드에서 공진 구조를 획득하는 다른 방법은 도 3e에 배치된 것과 같이 파이프(13)의 중간에 링(37)을 위치시키는 것이다. 상기 링(37)은 건조 상태에서 원주가 한 파장(또는 파장의 정수배) 길이인 경우에 공진한다. 이러한 공진은 젖은 상태 아래서 변경된다. 두 개 또는 그 이상의 링이 도 3a~b에서의 2극 안테나처럼 적층될 수 있다. H01 모드를 가진 파이프 중간의 작은 전기장 때문에, 반사는 도 3d에 도시된 실시예에 의해 획득되는 것보다 훨씬 작으며, 이것은 소정의 몇몇 액체 가스들과 같이 낮은 반사를 가진 액체에 매우 유용하게 사용될 수 있다.Another way to obtain a resonant structure in H 01 mode is to place the ring 37 in the middle of the pipe 13 as arranged in FIG. 3E. The ring 37 resonates when the circumference is one wavelength (or integer multiple of the wavelength) in the dry state. This resonance changes under wet conditions. Two or more rings may be stacked like the dipole antenna in FIGS. 3A-B. H 01 Because of the small electric field in the middle of the pipe with mode, the reflection is much smaller than that obtained by the embodiment shown in FIG. 3D, which can be very useful for liquids with low reflections, such as some liquid gases. .

이 실시예는 또한 H01가 아닌 다른 모드에서 마이크로파의 전파에도 유용하다. H11모드에서의 마이크로파에서, 이러한 링의 형태는 예를 들어 반사 편파과 독립적이게 만들 수 있고 선택적으로 교차 2극 안테나 형태로 사용될 수 있다.This embodiment is also useful for propagation of microwaves in modes other than H 01 . In microwaves in H 11 mode, the shape of this ring can be made independent of reflected polarization, for example, and can optionally be used in the form of a cross dipole antenna.

도 3f는 전형적인 액체(이 경우 ε=2.1)에 잠겼을 때 λm/4에 대응되는 거리에 수직 적층된 두 개의 2극 안테나로 구성된 2극 안테나 구조의 반사를 보여준다. 상기 2극 안테나의 길이는 2극 안테나가 건조한 경우(즉, λ/2보다 약간 짧을 때) 거의 최대 반사에 대응한다. 전형적인 대역에서 잠긴 상태에서의 반사는 적어도 공기중(또는 가스로 둘러싸인 경우)에서보다 20dB 약해진다. 이러한 형태는 (건조 조건 아래) 가장 강한 반사와 비교되며, 금속 표면에서의 반사는 전형적으로 10~20dB이다. 잠김 조건 아래서 반사의 감소는 2극 안테나의 비동조 및 수직 공간이 두 개의 2극 안테나를 서로 상쇄하도록 하는 것의 결과이다. 따라서, 이 2극 안테나 조합은 건조 상태에서 오일 표면과 유사한 반사를 제공하고 잠긴 상태에서는 상당히 낮은 반사를 제공한다. 뿐만 아니라 두 개의 2극 안테나는 잠긴 상태에서 레이더 반향의 좀더 넓은 대역 억제를 위하여 적층될 수 있고, 2극 안테나 외의 다른 공진 구조가 사용될 수 있다.Figure 3f shows the reflection of a dipole antenna structure consisting of two dipole antennas stacked vertically at a distance corresponding to λ m / 4 when immersed in a typical liquid (ε = 2.1 in this case). The length of the dipole antenna corresponds to near maximum reflection when the dipole antenna is dry (i.e. slightly shorter than [lambda] / 2). In a typical band, the submerged reflection is at least 20 dB weaker than in air (or surrounded by gas). This form is compared to the strongest reflection (under drying conditions), and the reflection on the metal surface is typically 10-20 dB. The reduction in reflection under the locked condition is the result of the untuned and vertical space of the dipole antennas to cancel the two dipole antennas from each other. Thus, this dipole antenna combination provides a reflection similar to the oil surface in the dry state and considerably lower reflection in the locked state. In addition, two dipole antennas can be stacked for more wideband suppression of radar echo in the locked state, and other resonant structures other than the dipole antenna can be used.

도 4a~b는 유전체 레이더 레이돔과 관계된 이론에 근거한 다양한 바닥 반사 기를 도시한다.4A-B show various bottom reflectors based on the theory relating to dielectric radar radome.

도 4a를 참조하면 유전체 판(41)이 도시되고, 상기 판(41)은 다수의 홀(42)을, (전형적인 레이돔과 대조적으로) 바람직하게는 관통 홀을 갖는다. 상기 판(41) 및 상기 판의 부피와 비교한 상기 홀의 부피는 반사를 최소화하기 위하여 상기 판(41)이 액체 표면 아래에 있는 경우 λm/2의 유효 두께를 갖도록 선택된다. 여기서 λm은 상기 판의 홀이 액체로 채워진 경우 유전체에서 마이크로파 신호의 파장을 의미한다. 건조 상태에서 상기 판(41)의 유효 유전상수는 변경되고 마이크로파 신호에 의하여 실험된 그것의 유효 두께도 변경된다. 따라서, 더 이상 반파장 상태가 유지될 수 없음에 따라 반사는 증가된다. Referring to FIG. 4A, a dielectric plate 41 is shown, which has a plurality of holes 42, preferably in contrast to the typical radome. The volume of the hole compared to the plate 41 and the volume of the plate is chosen to have an effective thickness of λ m / 2 when the plate 41 is below the liquid surface to minimize reflection. Where λ m is the wavelength of the microwave signal in the dielectric when the holes in the plate are filled with liquid. In the dry state the effective dielectric constant of the plate 41 is changed and its effective thickness tested by the microwave signal is also changed. Thus, the reflection increases as the half-wave state can no longer be maintained.

유사한 불균일 행동을 달성하기 위한 또 다른 적절한 배치는 수평 배치된 유전체 막대나 핀으로 만들어진 판이다. Another suitable arrangement for achieving similar heterogeneous behavior is a plate made of horizontally placed dielectric bars or pins.

여전히 평면에 의존한 다른 반사 구조로, 그것의 하측면에 작은 유전체 소자(44)가 설치된 두꺼운 판(43)이 도 4b에 도시되어 있다. 상기 평평한 상측은 전통적인 기계적인 수단에 의한 정확한 기준 측정을 용이하게 한다.With another reflective structure still dependent on the plane, a thick plate 43 with a small dielectric element 44 on its lower side is shown in FIG. 4B. The flat top facilitates accurate reference measurements by traditional mechanical means.

도 4c는 기준 주파수 범위에서 부분적으로 유전체 판이 형성된 경우, 즉, 도 4a에 도시된 판의 반사 도표이다. 이 예에서 상기 유전체 판은 50%가 관통된 PTFE 판이다. 즉, 부피의 절반은 PTFE이고 절반은 비어있는 것이다. 건조 상태에서 평균 유전 상수는 PTFE 와 공기(가스)의 유전 상수의 평균이고 잠긴 상태에서 평균 유전 상수는 PTFE와 액체의 유전 상수의 평균이다. 잠긴 상태에서는 반사가 상당히 감소 한 밴드의 중간에서 그 두께가 λm/2에 매우 가까우나 건조 상태에서는 소정의 반사가 기대되는데 이는 유효 전기적 두께가 λm/2에서 상당히 벗어남에 의하여 달성된다.FIG. 4C is a reflection plot of the plate shown in FIG. 4A when the dielectric plate is partially formed in the reference frequency range. In this example the dielectric plate is a 50% perforated PTFE plate. That is, half of the volume is PTFE and half is empty. In the dry state, the average dielectric constant is the average of the PTFE and air (gas) dielectric constants and in the locked state the average dielectric constant is the average of the PTFE and liquid dielectric constants. In the locked state the thickness is very close to λ m / 2 in the middle of the band where the reflection is considerably reduced, but in the dry state a certain reflection is expected, which is achieved by the effective electrical thickness being significantly deviated from λ m / 2.

도 4a~c를 참조하여 설명된 모든 경우에 있어서, 액체로 채워지는 빈 공간의 정확한 형태는 특별히 중요하지는 않다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 유전 물질의 일부는 (PTFE로 이루어진 탄소계열과 같은) 반사와 전송을 모두 약화시키는 감쇠 물질로 이루어질 수 있다.In all cases described with reference to FIGS. 4A-C, the precise form of the void filled with liquid is not particularly important. As will be apparent to those skilled in the art, some of the dielectric material may be composed of attenuating materials that attenuate both reflection and transmission (such as carbon series of PTFE).

도 5a~c는 편파 튜닝 이론에 기초한 다양한 바닥 반사기를 도시한다.5A-C show various bottom reflectors based on polarization tuning theory.

도 5a~b에는 안테나 공학에서 트위스트(twist) 반사기로 알려진 반사기가 도시된다. 여기에 참조된 본문 인용은 안테나 설계 안내서 제1판 및 제2판, 에이.더블유.루지 외 저, 피터 페레그리너스 사, 1986, 페이지 184~185와 안테나 공학 안내서 제 3판, 알.씨. 존슨 저, 맥그로우-힐 사, 1993, 페이지 17~28 -17~29이다. 5A-B show reflectors known as twist reflectors in antenna engineering. The text citations referenced herein are the first and second editions of the Antenna Design Guide, A. Double U. Rouge et al., Peter Peregrinus, 1986, pages 184–185, and the Antenna Engineering Guide, Third Edition, R.C. Johnson, McGraw-Hill, 1993, pages 17-28-17-29.

트위스트 구조(51)는 다수 개의 직선의 평행한 골(52)과 도체 물질로 이루어져 있다. 바람직하게는 그것은 다수 개의 골을 주조할 수 있는 금속판이다. 상기 골은 액체가 반사기(51)의 골(52) 위에 있는 경우 약 λm/4의 높이와 λm/4~λm/2의 간격을 가질 수 있다. 반사기(51)는 파이프(13)의 하단부에 위치할 수 있고, 이러한 배치에서 얇은 골(52)은 H11 도파관 서 전파하는 입사 마이크로파 신호의 평균 전기장(53)으로부터 45°방향으로 있다. The twist structure 51 is composed of a plurality of straight parallel valleys 52 and a conductor material. Preferably it is a metal plate capable of casting a plurality of valleys. The valleys may have a height of approximately λ m / 4 and an interval of λ m / 4 to λ m / 2 when the liquid is above the valleys 52 of the reflector 51. The reflector 51 may be located at the lower end of the pipe 13, in which the thin valleys 52 are 45 ° from the average electric field 53 of the incident microwave signal propagating in the H 11 waveguide.

트위스트 기능을 이해하기 위하여 입사 전기장은 전기장 선(53)에 대하여 -45° 및 +45°방향의 두 전기장의 중첩으로 이해될 수 있다. 이들 전기장 중 하나는 골(52)과 평행하고 골(52) 꼭대기로부터 반사될 것이며, 다른 편파는 골에 의하여 거의 영향을 받지 않으나, 골(52) 사이에 노출됨에 따라 반사 구조로부터 반사될 것이다. λm/4의 골(52) 높이 때문에 2×90°=180°의 상대적인 위상변화가 유도될 것이며, 결과적으로 입사 마이크로파의 전기장(53)에 대하여 반사 마이크로파의 전기장(54)은 90° 비틀릴 것이다. 이러한 행동은 안테나 공학에서 표준 트위스트 반사기의 기능과 유사하다. 그러나, 미세한 차이는 골 사이 공간을 채운 물질의 유전 상수가 그것이 액체인지 공기 또는 가스인지에 따라 달라진다는 것이다. 일단 탱크가 비어있다면 트위스트 기능은 오직 부분적으로만 발생하고 반사기(51)로부터 반사를 얻는 것이 가능해 질 것이다.To understand the twist function, the incident electric field can be understood as the superposition of two electric fields in the -45 ° and + 45 ° directions with respect to the electric field line 53. One of these electric fields will be parallel to the valleys 52 and reflected from the top of the valleys 52, while the other polarization is hardly affected by the valleys, but will be reflected from the reflective structure as they are exposed between the valleys 52. Because of the height of the valley 52 of λ m / 4, a relative phase change of 2 × 90 ° = 180 ° will be induced, resulting in 90 ° twisting of the reflected microwave electric field 54 with respect to the electric field 53 of the incident microwave. will be. This behavior is similar to that of standard twist reflectors in antenna engineering. The slight difference, however, is that the dielectric constant of the material that fills the spaces between the bones depends on whether it is a liquid, air or gas. Once the tank is empty the twist function will only partially occur and it will be possible to obtain reflection from the reflector 51.

본 실시예의 중요한 특징은 반사기가 매우 얇다는 것이고, 탱크의 바닥과 매우 가깝게 배치되어 바닥에 근접하여 수행되는 수위 측정을 가능하게 할 것이라는 점이다.An important feature of this embodiment is that the reflector is very thin and will be placed very close to the bottom of the tank to allow the water level measurement to be performed close to the bottom.

좀 더 복잡한 구조가 다른 주파수 및 다른 유전 상수의 액체에서 더 넓은 허용 범위를 가능하게 할 것임은 당업자에게 자명한 사항이다. It will be apparent to those skilled in the art that more complex structures will allow wider tolerances in liquids of different frequencies and different dielectric constants.

상술한 실시예의 수위 측정에서 사용된 마이크로파 신호가 특정 편파 상태를 가지고 있다는 것과 앞서 설명되고 후술할 특허청구범위에 개시된 것과 같이 제1 및 제2 반사계수가 상기 특정 편파 상태에서 주어진다는 것 또한 당업자에게 자명한 사항이다. 따라서 액체 내 반사에서 선형적으로 편파된 마이크로파 신호의 편파 의 회전 효과는 그것의 특정 편파 상태에서 마이크로파 신호의 반사계수를 감소시키는 것과 같다.It is also known to those skilled in the art that the microwave signal used in the water level measurement of the above-described embodiments has a specific polarization state, and that the first and second reflection coefficients are given in the specific polarization state as described above and disclosed in the claims below. It is obvious. Thus, the rotational effect of the polarization of the linearly polarized microwave signal in reflection in liquid is equivalent to reducing the reflection coefficient of the microwave signal in its specific polarization state.

편파 회전 이론은 도 5c에 도시된 바와 같이 반사 마이크로파의 전파 모드를 다른 것으로 변화시키는데 유용하다. 상기 트위스트 구조는 나선 구조에 의하여 구현될 수 있으며, 이것은 반사 마이크로파의 전파 모드를 H01로부터 E01로 변화시키고 케이.오.에드버슨(K.O.Edvarsson)에 의하여 출원된 미국특허 제4,641,139에 개시되어 있다.The polarization rotation theory is useful for changing the propagation mode of the reflected microwave to another as shown in FIG. 5C. The twist structure can be implemented by a spiral structure, which is disclosed in U.S. Patent No. 4,641,139, which changes the propagation mode of the reflected microwave from H 01 to E 01 and is filed by KOEvarvarsson.

유사한 기능이 전도성 물질 또는 감쇠 물질로 만들어진 판(56) 위에 다수개의 적절하게 위치된 안테나(56)에 의하여 달성될 수 있다. 이러한 배열은 도 3d에 도시된 배열과 유사하나, 여기에는 판(56)이 존재하고 더 많고 다른 방향의 안테나들(55)이 있다. 게다가, 도 5c에서 상기 안테나들(55)은 단층이며 적층되지 않는다.Similar functionality may be achieved by a number of suitably positioned antennas 56 on the plate 56 made of conductive or damping material. This arrangement is similar to the arrangement shown in FIG. 3D, but there is a plate 56 and more and other antennas 55 in the other direction. In addition, the antennas 55 in FIG. 5C are monolayer and not stacked.

상기 안테나는 바닥 판(55)의 반사와 유사한 반사를 발생시키나 다른 편파와 위상을 발생시키는 주파수 감지 표면을 형성한다. 만약 입사 마이크로파가 파이프(13) 내에서 H01 모드로 전파된다면, 반사기가 액체에 잠기고 적절하게 설계되었다면, 반사 마이크로파는 E01 모드로 주로 전파될 것이다. 알려진 주파수 감지 표면과는 대조적으로 이것은 반사기가 건조 상태에 있는 경우 비동조되고, 많은 양의 반사 마이크로파가 H01 모드로 전파될 것이다.The antenna forms a frequency sensing surface that generates a reflection similar to that of the bottom plate 55 but generates other polarizations and phases. If the incident microwave propagates in the H 01 mode in the pipe 13, the reflected microwave will propagate mainly in the E 01 mode if the reflector is submerged in liquid and properly designed. In contrast to the known frequency sensitive surface which is non-synchronized, a large amount of reflected microwaves H 01 when the reflector is in dry condition Will propagate in mode.

따라서, 도 5c의 반사기의 적절한 설계는 반사기가 액체에 잠긴 경우 입사 도파관 모드에서 매우 적은 반사를, 그리고 반사기가 공기 중 또는 가스 중에 있는 경우 입사 도파관 모드에서 상당히 강한 반사를 제공한다.Thus, the proper design of the reflector of FIG. 5C provides very little reflection in the incident waveguide mode when the reflector is submerged in liquid and considerably strong reflection in the incident waveguide mode when the reflector is in air or gas.

바닥 판의 물질에 의존하여, 입사 도파관 모드에서 반사는 매우 강할 수도 있고, 즉 완전 반사(만약 판(55)가 금속이라면), 또는 오일 표면으로부터의 반사와 유사할 수 있다(만약 판(55)가 적절한 감쇠 물질이라면). 당업자에게 자명한 바와 같이 감쇠 물질은 건조 상태에서 반사를 조절할 수 있는 임의의 편파 튜닝 구조에 포함될 수 있다.Depending on the material of the bottom plate, the reflection in the incident waveguide mode may be very strong, i.e., full reflection (if plate 55 is metal), or similar to reflection from the oil surface (if plate 55). Is a suitable damping material). As will be apparent to those skilled in the art, the attenuation material can be included in any polarization tuning structure that can control reflection in the dry state.

도 6은 파이프의 단면을 점차 감소시키는 이론에 기초한 바닥 반사기를 도시한다. 파이프(13) 아래 탱크 바닥으로부터 레이더 반향을 감소시키거나 제거하기 위하여 파이프 직경을 점점 작게 하고, 레이더 파를 파이프(13)로부터 멀어지게 하기 위하여 작은 공간에서 구부러질 수 있는 장치가 사용된다. 일 실시예에서, 탱크의 바닥(60)에 근접하여 설치되기에 적합한 물질(즉, 강철)만이 사용되고, 깔때기 모양을 바탕으로 단-모드 도파관의 지름에 가깝게 지름을 감소시킨다. 그러한 도파관(62)은 마이크로파를 도파관부(64)를 통하여 멀어지게 하기 위하여 바닥(60) 위에 가까운 곳에 90°구부러짐을 가지고 용이하게 제공될 수 있다.6 shows a bottom reflector based on the theory of gradually reducing the cross section of the pipe. In order to reduce or eliminate radar reverberation from the bottom of the tank under pipe 13, a device is used which can be bent in small spaces to reduce the pipe diameter and move the radar wave away from the pipe 13. In one embodiment, only materials suitable for installation in close proximity to the bottom 60 of the tank (ie, steel) are used and the diameter is reduced close to the diameter of the short-mode waveguide based on the funnel shape. Such waveguide 62 may be easily provided with a 90 ° bend near the bottom 60 to divert the microwaves through the waveguide portion 64.

상기 도파관부(64)는 도파관이 잘 알려진 특성의 액체(탄화수소 범위를 포함)로 채워진 경우 만큼 낮은 반사를 발생하도록 용이하게 설계될 수 있다. 탱크 바닥(60) 및 파이프(13)의 끝단으로부터의 거리는 매우 짧게 형성될 수 있다. 깔때기(61) 및 도파관은 탱크 바닥(60) 또는 파이프(13)에 부착될 수 있다.The waveguide portion 64 can be easily designed to produce reflections as low as the waveguide is filled with a liquid (including hydrocarbon range) of well known properties. The distance from the tank bottom 60 and the end of the pipe 13 can be made very short. Funnel 61 and waveguide may be attached to tank bottom 60 or pipe 13.

만약 도파관(62)이 그것이 액체에 잠긴 경우 일 모드로의 전파를 제한하기 위하여 좁다면, 상기 전파는 건조 상태에서 차단될 것이고 빈 탱크는 깔때기(61) 바닥에서 반사를 가지게 된다.If waveguide 62 is narrow to limit propagation to one mode when it is submerged in liquid, the propagation will be blocked in the dry state and the empty tank will have reflection at the bottom of funnel 61.

선택적으로 깔때기(61)는 원뿔형의 도전성 또는 저항성 구조로 그것의 꼭대기가 파이프 내에서 위를 행하도록, 바람직하게는 적어도 하나의 파이프 직경이 파이프의 하단에 있도록(도시되지 않음) 탱크의 바닥에 설치된다. 파이프의 하단과 원뿔형 구조의 겉면 사이에 형성된 공간은 원뿔형 구조 위의 파이프로부터 파이프와 원뿔형 구조물에 의해 형성된 동축 도파관까지 부드러운 변화를 얻는 것이 필요하다. 마이크로파는 파이프의 하단 밖으로 전파됨에 따라 파이프로부터 멀어지게 편향된다. 형성된 동축 도파관에는 감쇠 물질이 제공될 수 있다. 적절한 공진 구조(예를 들면, 동축 도파관에서 반파장 슬롯과 같은)에 의하여 바닥 반사기는 액체에 잠긴 경우에는 매우 작은 반사를 가지고, 건조 상태에서는 매우 강한 반사를 가지고 형성될 수 있다.Optionally, the funnel 61 is a conical conductive or resistive structure, installed at the bottom of the tank such that its top is up in the pipe, preferably with at least one pipe diameter at the bottom of the pipe (not shown). do. The space formed between the bottom of the pipe and the face of the conical structure needs to obtain a smooth change from the pipe on the conical structure to the coaxial waveguide formed by the pipe and the conical structure. Microwaves deflect away from the pipe as it propagates out of the bottom of the pipe. The coaxial waveguide formed may be provided with an attenuation material. By means of suitable resonant structures (such as half-wave slots in coaxial waveguides) the bottom reflector can be formed with very small reflections when submerged in liquid and very strong reflections in a dry state.

마지막으로, 도 7은 마이크로파의 자유 공간 전파가 사용되는 경우, 즉 마이크로파를 안내하기 위한 파이프가 없는 경우 적용가능한 바닥 반사기를 도시한다. 레이더 수위 측정기(11)는 액체 표면(71)으로부터 반사를 수신할 수 있도록 수직에 가까운 안테나 빔(76)의 주 방향(77)을 가지고 탱크(12)의 꼭대기에 설치된다. 상기 점선(76)은 안테나 빔의 폭을 가리킨다. 액체 표면(71)이 바닥(75)에 가까운 경우 간섭 문제가 일반적이며, 만약 물이 거의 바닥(75)에 가깝다면 유사한 문제가 발생한다. 물 수위는 초기에 인식할 수 없고, 바닥보다 더 강한 레이더 반향이 발생할 수 있다.Finally, FIG. 7 shows a bottom reflector applicable when free space propagation of microwaves is used, ie without a pipe for guiding the microwaves. The radar level meter 11 is installed on top of the tank 12 with the main direction 77 of the antenna beam 76 close to vertical so as to receive reflections from the liquid surface 71. The dotted line 76 indicates the width of the antenna beam. Interference problems are common when the liquid surface 71 is close to the bottom 75 and a similar problem occurs if water is near the bottom 75. The water level is initially unrecognizable, and stronger radar reverberation may occur than the bottom.

본 발명이 이 경우에 적용될 때, 바닥 반사기(72)는 지지소자(73) 위에 바닥에 가깝게 설치된다. 상기 바닥 반사기(72)는 도 2a와 유사할 수 있으나, 훨씬 더 커야 한다. π×[제곱루트(hλ)]2/4에 근접한 영역에서 반사가 발생함에 따라, 바닥 반사기는 적어도 활동 반사 영역의 주요부분을 포함하는 영역을 가져야 한다. 여기서 h는 수위 측정기(11)부터 바닥 반사기(72)까지의 거리이다. 게다가, 바닥 반사기(72)가 도 2a와 같은 구조를 가지는 경우 그곳엔 물이나 침전물 축적되지 않는 장점이 있다. When the present invention is applied in this case, the bottom reflector 72 is installed close to the floor above the support element 73. The bottom reflector 72 may be similar to FIG. 2A but should be much larger. As the π × [square root (hλ)] 2/4 is generated in the reflection region close to, the bottom reflector should have an area including at least a major portion of the active reflection area. Where h is the distance from the level gauge 11 to the bottom reflector 72. In addition, when the bottom reflector 72 has a structure as shown in FIG. 2A, there is an advantage in that no water or precipitate accumulates therein.

본 발명의 구체적인 실시예에서 바닥 반사기(72)는 더 작은 크기를 가질 수 있다. 만약 바닥 반사기(72)를 통한 전송의 위상 변화를 제어할 수 있다면 결과적으로 바닥 반사기(72)를 통과하는 바닥 또는 물 반사의 일부가 바닥 반사기(72) 밖의 반사의 일부를 상쇄할 것이다. 이러한 설비에 의하여 바닥 반사기로부터의 반사뿐 아니라 바닥 또는 물 표면으로부터의 반사도 작아질 것이다. 지지핀(73)은 예상되는 수위를 고려하여 가능한 낮아야 한다.In a specific embodiment of the invention the bottom reflector 72 may have a smaller size. If it is possible to control the phase change of the transmission through the bottom reflector 72, the result is that some of the bottom or water reflections passing through the bottom reflector 72 will cancel some of the reflections outside the bottom reflector 72. This arrangement will reduce reflections from the bottom or water surface as well as reflections from the bottom reflector. The support pin 73 should be as low as possible in view of the expected water level.

도 2~5를 참조하여 설명한 것과 같은 바닥 반사 이론이 파이프에 의한 안내 없이 마이크로파를 전송 및 수신하기 위해 배열된 바닥 반사기에도 유용하다는 것은 당업자에게 자명한 사항이다.It will be apparent to those skilled in the art that the bottom reflection theory as described with reference to FIGS. 2-5 is also useful for floor reflectors arranged to transmit and receive microwaves without guidance by a pipe.

Claims (44)

탱크의 꼭대기로부터 액체의 표면을 향한 마이크로파 신호의 전송, 상기 액체의 표면에서 반사된 마이크로파 신호의 수신, 그리고 상기 전송 및 수신된 마이크로파 신호의 전파 시간으로부터 상기 탱크 내 저장된 액체의 수위를 계산에 의하여 상기 탱크(12) 내에 저장된 액체의 수위(71)를 측정하는 레이더에 기초한 수위 측정기(11)를 위한 바닥 반사기(15)에 있어서,By calculating the level of liquid stored in the tank from the transmission of the microwave signal from the top of the tank towards the surface of the liquid, the reception of the microwave signal reflected off the surface of the liquid, and the propagation time of the transmitted and received microwave signal; In the bottom reflector 15 for a radar based water level meter 11 which measures the water level 71 of the liquid stored in the tank 12, 상기 바닥 반사기(15)는 상기 탱크 내의 특정 높이에 액체가 존재하지 않는 경우 마이크로파 신호의 반사를 위하여 상기 탱크 내에 상기 특정 높이에 설치될 수 있으며, The bottom reflector 15 may be installed at the specific height in the tank to reflect the microwave signal when there is no liquid at the specific height in the tank, 상기 바닥 반사기(15)는 상기 액체의 수위가 반사 구조보다 높은 경우 상기 마이크로파 신호의 제1 반사계수 및 상기 액체의 수위가 반사 구조보다 낮은 경우 상기 마이크로파 신호의 제2 반사계수를 가지고, 상기 제1 반사계수가 상기 제2 반사계수보다 낮은 반사 구조(23~24; 25; 23, 26; 27; 29; 32; 33; 32, 35; 36; 37; 41, 42; 43,44; 51~52; 55~56; 61,72)로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector 15 has a first reflection coefficient of the microwave signal when the level of the liquid is higher than the reflection structure and a second reflection coefficient of the microwave signal when the level of the liquid is lower than the reflection structure. Reflective structures lower than the second reflection coefficient (23 to 24; 25; 23, 26; 27; 29; 32; 33; 32, 35; 36; 37; 41, 42; 43, 44; 51 to 52) 55 ~ 56; 61,72) floor reflector, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 신호의 반사 구조에 의한 제1 반사계수가 상기 마이크로파 신호의 액체에 의한 제2 반사계수보다 작은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector of claim 1, wherein a first reflection coefficient due to the reflection structure of the microwave signal is smaller than a second reflection coefficient due to the liquid of the microwave signal. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파 신호의 반사 구조에 의한 제2 반사계수가 상기 마이크로파 신호의 액체에 의한 제1 반사계수와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector according to claim 1 or 2, wherein the second reflection coefficient due to the reflection structure of the microwave signal is equal to or larger than the first reflection coefficient due to the liquid of the microwave signal. 제1항에 있어서, 상기 액체는 1.6~3 범위의 유전상수를 가지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector of claim 1, wherein the liquid has a dielectric constant in the range of 1.6-3. 제1항에 있어서, 상기 액체는 원유, 액체 석유 가스(LPG), 액체 천연 가스(LNG), 다른 액체 탄화수소류, 또는 적어도 일부 마이크로파를 통과시키는 액체로 구성된 그룹의 액체인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector of claim 1, wherein the liquid is a group of liquids consisting of crude oil, liquid petroleum gas (LPG), liquid natural gas (LNG), other liquid hydrocarbons, or a liquid that passes at least some microwaves. . 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 특정 편파 상태를 가지고, 상기 제1 및 제2 반사계수는 상기 특정 편파 상태에서 마이크로파 신호에 주어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector of claim 1, wherein the microwave signal has a specific polarization state and the first and second reflection coefficients are given to the microwave signal in the specific polarization state. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 소정 주파수 범위 안에 있는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the microwave signal is within a predetermined frequency range. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사계수는 0보다 높고 0.2보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the first reflection coefficient is greater than zero and less than 0.2. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사계수는 0.1보다 높고 1보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein said second reflection coefficient is greater than 0.1 and less than one. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사계수는 0보다 높고 0.5보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the second reflection coefficient is greater than zero and less than 0.5. 제1항에 있어서, 상기 반사 구조는 수동 수위 측정에 사용하기 위하여 수동으로 설치되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the reflecting structure is manually installed for use in manual water level measurement. 제1항에 있어서, 상기 수위 측정기는 전송 및 반사되는 마이크로파 신호를 안내하기 위한 실질적으로 수직인 관(13)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.A floor reflector as claimed in claim 1, wherein the level gauge consists of a substantially vertical tube (13) for guiding the transmitted and reflected microwave signal. 제12항에 있어서, 상기 바닥 반사기(15)는 상기 실질적으로 수직인 관(13)의 하단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The bottom reflector according to claim 12, wherein the bottom reflector (15) is installed at the lower end of the substantially vertical tube (13). 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 특정 편파 모드를 가지고, 상기 제1 및 제2 반사계수는 상기 특정 편파 모드에서 마이크로파 신호에 주어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.14. The bottom reflector of claim 12 or 13, wherein the microwave signal has a specific polarization mode and the first and second reflection coefficients are given to the microwave signal in the specific polarization mode. 제12항에 있어서, 상기 반사 구조는 차단 격자(23~24; 25; 26; 27; 29)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The bottom reflector of claim 12, wherein said reflective structure is a blocking grating (23-24; 25; 26; 27; 29). 제15항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 H11 모드로 전파되며, 상기 차단 격자는 상기 마이크로파 신호의 전기장과 평행하게 배치된 다수의 평형 스트립(23)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.16. The bottom reflector of claim 15, wherein said microwave signal propagates in H 11 mode and said blocking grating consists of a plurality of balanced strips (23) arranged parallel to the electric field of said microwave signal. 제15항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 H01 모드로 전파되며, 상기 차단 격자는 상기 마이크로파 신호의 전기장과 평행하게 배치된 다수의 동축 원형 스트립(25)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.16. The bottom reflector of claim 15, wherein said microwave signal propagates in H 01 mode and said blocking grating consists of a plurality of coaxial circular strips (25) arranged parallel to the electric field of said microwave signal. 제1항에 있어서, 상기 반사 구조 아래 배치된 다른 반사 구조(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The bottom reflector of claim 1, further comprising another reflecting structure (27) disposed below said reflecting structure. 제1항에 있어서, 상기 반사 구조 아래 배치된 흡수 구조(29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.A bottom reflector according to claim 1, further comprising an absorbing structure (29) disposed below said reflecting structure. 제12항에 있어서, 상기 반사 구조는 공진 구조이며, 상기 공진 구조는 2극 안테나(32, 33, 32, 35, 36, 37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The bottom reflector of claim 12, wherein the reflective structure is a resonant structure, the resonant structure comprising a dipole antenna (32, 33, 32, 35, 36, 37). 제20항에 있어서, 상기 공진 구조는 적층된 2극 안테나(32)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.21. A bottom reflector as claimed in claim 20, wherein said resonant structure is a stacked bipolar antenna (32). 제20항에 있어서, 상기 반사 구조는 이중 교차 2극 안테나(32, 35)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.21. A bottom reflector as claimed in claim 20, wherein said reflective structure consists of a double cross dipole antenna (32, 35). 제20항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 H11 모드로 전파되고, 상기 공진 구조는 상기 실질적으로 수직인 관(13)의 중심축에 배치된 단일 2극 안테나 소자(32,35)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.21. The method of claim 20, wherein the microwave signal is propagated in H 11 mode and the resonant structure is a single dipole antenna element (32, 35) disposed in the central axis of the substantially vertical tube (13). Floor reflector. 제20항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 H01 모드로 전파되고, 상기 공진 구조는 상기 실질적으로 수직인 관(13) 내에 중심축으로부터 이격되어 둘러싸도록 배치된 다수 개의 2극 안테나 소자(36)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.21. The microwave signal according to claim 20, wherein the microwave signal is propagated in H 01 mode, and the resonant structure is a plurality of two-pole antenna elements 36 arranged to be spaced apart from a central axis in the substantially vertical tube 13. Floor reflector, characterized in that. 제20항에 있어서, 상기 마이크로파 신호는 H01 모드로 전파되고, 상기 공진 구조는 상기 실질적으로 수직인 관(13)의 중심축과 일치하는 대칭축을 가진 링(37)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.21. The bottom reflector according to claim 20, wherein said microwave signal propagates in H 01 mode and said resonant structure is a ring (37) having an axis of symmetry coinciding with the central axis of said substantially vertical tube (13). . 제12항에 있어서, 상기 반사 구조는 유전체 반사기(41, 42; 43, 44)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The bottom reflector of claim 12, wherein the reflecting structure is a dielectric reflector (41, 42; 43, 44). 제26항에 있어서, 상기 유전체 반사기는 관통된 판(41, 42)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.27. The bottom reflector of claim 26, wherein the dielectric reflector is a through plate (41, 42). 제26항에 있어서, 상기 유전체 반사기는 아래쪽을 향한 작은 유전체 소자들(44)이 형성된 수평으로 배열된 판(43)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.27. The bottom reflector of claim 26, wherein the dielectric reflector is comprised of horizontally arranged plates (43) formed with small dielectric elements (44) facing downwards. 제12항에 있어서, 상기 반사 구조는 편파 튜닝 구조(51~52; 55~56)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The bottom reflector of claim 12 wherein the reflecting structure is a polarization tuning structure (51-52; 55-56). 제29항에 있어서, 상기 편파 튜닝 구조는 골(52)을 포함하는 트위스트 반사기 구조(51)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.30. The bottom reflector of claim 29, wherein the polarization tuning structure is a twist reflector structure (51) comprising a valley (52). 제29항에 있어서, 상기 편파 튜닝 구조는 반사기(55) 및 다수 개의 다른 지향의 안테나(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.30. The bottom reflector of claim 29, wherein the polarization tuning structure includes a reflector (55) and a plurality of differently directed antennas (56). 제12항에 있어서, 상기 반사 구조는 상기 실질적으로 수직인 관(13) 내에 배치되고 상기 전송 및 수신되는 마이크로파 신호가 상기 실질적으로 수직인 관(13)의 내부에서 멀어지도록 안내되는 마이크로파 안내 구조인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.13. The reflecting structure of claim 12, wherein the reflecting structure is a microwave guiding structure disposed within the substantially vertical tube (13) and guided so that the transmitted and received microwave signal is away from the interior of the substantially vertical tube (13). Floor reflector, characterized in that. 제32항에 있어서, 상기 마이크로파 안내 구조는 깔때기(61)인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.33. The bottom reflector of claim 32, wherein said microwave guide structure is a funnel (61). 제1항에 있어서, 상기 수위 측정기는 마이크로파 신호의 자유 공간 전파를 위하여 설치되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1, wherein the level gauge is installed for free space propagation of microwave signals. 제34항에 있어서, 상기 반사 구조는 차단 격자, 공진 구조, 쌍극자를 포함하는 공진 구조, 유전체 반사기 또는 편파 회전 구조인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.35. The bottom reflector of claim 34, wherein said reflective structure is a blocking grating, a resonant structure, a resonant structure comprising a dipole, a dielectric reflector or a polarization rotating structure. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 반사 구조(72)는 적어도 상기 레이더에 기초한 수위 측정기 아래서 π×[제곱루트(hλ)]2/4의 영역을 포함하며, h는 상기 레이더에 기초한 수위 측정기로부터 상기 바닥 반사기까지의 거리이고 λ는 상기 마이크로파 신호의 파장인 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.Of claim 34 or claim 35, wherein the reflective structure 72 includes at least under the level gauge based on the radar π × [square root (hλ)] region 2/4, h is the water level based on the radar A distance from a meter to the bottom reflector and λ is the wavelength of the microwave signal. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 바닥 반사기(72)의 영역은 바닥 반사기의 높이에서 상기 마이크로파 신호의 영역보다 작으며; 액체의 수위가 상기 바닥 반사기보다 높은 경우 바닥 반사기(72)를 통하여 전송되는 마이크로파 신호의 위상 변화를 제어하여 상기 바닥 반사기(72) 외부의 탱크 바닥으로부터 반사된 마이크로파 신호의 일부와 상기 바닥 반사기(72)를 통과한 후 탱크의 바닥으로부터 반사된 마이크로파 신호의 일부가 서로 상쇄되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.36. The method of claim 34 or 35, wherein the area of the bottom reflector 72 is smaller than the area of the microwave signal at the height of the bottom reflector; When the level of the liquid is higher than the bottom reflector, the phase change of the microwave signal transmitted through the bottom reflector 72 is controlled to control the portion of the microwave signal reflected from the tank bottom outside the bottom reflector 72 and the bottom reflector 72. Bottom reflector characterized in that part of the microwave signals reflected from the bottom of the tank cancel each other after passing through). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 바닥 반사기는 상기 탱크의 바닥에 가깝게 설치되는 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.And the bottom reflector is installed close to the bottom of the tank. 제1항의 바닥 반사기(15)로 이루어진 레이더에 기초한 수위 측정기(11) 시스템.A radar based water level meter (11) system comprising the bottom reflector (15) of claim 1. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사계수는 0보다 높고 0.1보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the first reflection coefficient is greater than zero and less than 0.1. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사계수는 0보다 높고 0.05보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the first reflection coefficient is greater than zero and less than 0.05. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사계수는 0.2보다 높고 1보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein said second reflection coefficient is greater than 0.2 and less than one. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사계수는 0보다 높고 0.4보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein said second reflection coefficient is greater than zero and less than 0.4. 제1항에 있어서, 상기 제2 반사계수는 0보다 높고 0.3보다 낮은 것을 특징으로 하는 바닥 반사기.The floor reflector of claim 1 wherein the second reflection coefficient is greater than zero and less than 0.3.
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