CN102047082A - 确定雷达物位计系统的干扰回波分布的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定包含在储罐中的产品的填充物位的方法，所述方法包含：生成和发射电磁信号；向包含在储罐中的产品的表面传播发射的电磁信号；接收在发射电磁信号所遇到的阻抗转变处的反射所引起的回波信号，包括在所述产品的表面处的反射所引起的表面回波信号；使用发射电磁信号在基准阻抗转变处的反射所引起的基准回波信号来确定基准阻抗转变处的位置；根据基准阻抗转变处的确定位置和基准阻抗转变处的已知位置来确定位于表面上方的更新物位；使用发射信号在位于更新物位上方的至少一个阻抗转变处的反射所引起的至少一个回波信号来确定干扰回波分布；以及根据接收的回波信号和干扰回波分布来确定填充物位。

Description

确定雷达物位计系统的干扰回波分布的方法

技术领域

本发明涉及确定雷达物位计系统的干扰回波分布的方法，以及使用这样的干扰回波分布来确定包含在储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统和方法。

背景技术

雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定包含在储罐中的产品的填充物位。雷达物位计量一般通过向包含在储罐中的产品辐射电磁信号的非接触式测量，或通过经由作为波导的探针将电磁信号引导到产品中的常常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来进行。探针一般被安排成从储罐的顶部垂直延伸到储罐的底部。也可以将探针安排在测量管，即所谓的测量室中，该测量管连接到储罐的外壁并与储罐的内部流体连通。

发射的电磁信号在产品的表面被反射，并且反射信号被包含在雷达物位计系统中的接收器或收发器接收。根据发射信号和反射信号，可以确定到产品表面的距离。

更具体地说，到产品表面的距离一般根据电磁信号的发射与在储罐中的气氛与包含在其中的产品之间的界面反射的电磁信号的接收之间的时间来确定。为了确定产品的实际填充物位，根据上述时间(所谓的飞行时间)和电磁信号的传播速度来确定从基准位置到表面的距离。

当前在市场上销售的大多数雷达物位计系统是根据脉冲的发射和在产品表面反射的脉冲的接收之间的时间差来确定到包含在储罐中的产品的表面的距离的所谓脉冲式雷达物位计系统，或根据发射的调频信号和在表面处反射的信号之间的相位差来确定到表面的距离的系统。后一种类型的系统一般被称为FMCW(调频连续波)型系统。

在任何情况下，传播的电磁信号通常不仅在由气氛与表面之间的界面构成的阻抗转变处被反射，而且在信号遇到的几个其它阻抗转变处被反射。这样的阻抗转变可能例如源自储罐中的固定结构，或在GWR系统的情况下，源自随着储罐内产品的填充物位发生变化而可能附着在探针上的产品残留。

因此，存在系统试图根据错误的反射信号来确定填充物位的风险。当储罐内的产品具有与储罐内的气氛相似的信号传播特性时，情况尤其这样。这导致小的阻抗转变，于是导致相对较弱的回波信号。产生相对较弱回波信号的产品的例子是液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、油类产品、诸如塑料小球或颗粒的固体等。

降低这样的错误确定填充物位的风险的一种方式是在空罐时进行基准填充物位测量。这样的基准填充物位测量的典型结果是干扰回波分布，在所述干扰回波分布中，代表可能出现在储罐中的干扰的回波是可见的。这种干扰回波分布可以用于修正在正常测量条件下获得的回波分布。例如，对于脉冲式RLG系统，可以从在正常测量条件下获得的回波分布中减去至少一部分干扰回波分布。

然而，储罐中的条件一般以下列方式随时间变化：现有干扰发生移动和/或增加了新的干扰回波源，例如，在GWR测量的情况下附着在探针上的诸如油的材料的块。

当储罐未空时，这样的可变条件可以通过在正常测量条件下确定干扰回波分布而被考虑。然而，由于产品表面上方的气氛中的相对稳定传播特性，只能在包含在储罐中的产品的表面的上方可靠地确定这样的干扰回波分布。

US 6 078 280公开了确定包含在储罐中的产品的表面上方的干扰回波分布的方法，它涉及自动确定定义新获取的回波分布的哪个部分用于更新以前存储的干扰回波分布的转变点。按照US 6 078 280，这个转变点是根据表面回波信号确定的。

然而，在某些条件下，可能难以确定表面回波信号，这可能导致当使用在US 6 078 280中公开的方法时，表面回波信号被包括在干扰回波分布中，从而可能导致不正确的填充物位确定。

发明内容

鉴于现有技术的上述及其它缺点，本发明的一般目的是提供一种改进的雷达物位计系统及方法，尤其是能够更可靠地确定填充物位的雷达物位计系统及方法。

按照本发明的第一方面，这些及其它目的通过一种确定包含在储罐中的产品的填充物位的方法来实现，所述方法包含：生成和发射电磁信号；向包含在储罐中的产品的表面传播发射的电磁信号；接收由所述发射电磁信号所遇到的阻抗转变处的反射引起的回波信号，所述回波信号包括由所述产品表面处的反射引起的表面回波信号；使用由所述发射电磁信号在基准阻抗转变处的反射引起的基准回波信号，来确定基准阻抗转变处的位置；根据基准阻抗转变处的确定位置和基准阻抗转变处的已知位置，来确定位于表面上方的更新物位；使用由所述发射信号在位于更新物位上方的至少一个阻抗转变处的反射引起的至少一个回波信号，来确定干扰回波分布；以及根据接收回波信号和干扰回波分布来确定填充物位。

应当注意到，按照本发明各个方面的方法没有一种局限于以任何特定次序执行这些步骤。而且，一些步骤可以在一个时间点上执行，而其它步骤可以在另一个时间点上执行。

所述储罐可以是能够容纳产品的任何容器或器皿，可以是金属的，部分或完全非金属的，开口的，半开口的或封闭的。而且，包含在储罐中的产品的填充物位可以通过使用让发射的电磁信号向储罐内的产品传播的信号传播设备来直接确定，或通过使用布置在所谓测量室内的传播设备来间接确定，所述测量室位于储罐的外部，但以下列方式与储罐的内部流体连通，即测量室中的物位对应于储罐内的物位。

所谓“包含在储罐中的产品的信号传播特性”在本申请的背景下，至少应当被理解为发射的信号在产品中以不同于产品表面上方的储罐气氛中的传播速度传播的特性。

本发明基于可以通过如下步骤来实现干扰回波分布的更可靠确定的认识，即以极高的可靠度确定位于包含在储罐中的产品的表面上方但仍接近所述表面的更新物位，然后使用由发射信号在位于这个更新物位上方的阻抗转变处的反射引起的回波信号来确定干扰回波分布。

本发明人进一步认识到，能够使用基准阻抗转变处的已知位置和使用接收的回波信号确定的位置之间的差，以所希望的极高可靠度来确定这样的更新物位。

按照本发明的实施例，另外可以使用有关包含在储罐中的产品的信号传播特性的知识。

所确定的更新物位等效于所获取的回波分布中作为新的干扰回波分布(作为部分新干扰回波分布)的一部分回波分布与未包括在干扰回波分布中的一部分回波分布之间的转变点。

干扰回波分布的用途是便于识别由发射电磁信号在由包含在储罐中的产品的表面构成的阻抗转变处的反射引起的表面回波信号。通过使用确定的干扰回波分布来修正获取的回波分布，可以从获取的回波分布中除去可能被错误地取作表面回波信号的任何干扰回波信号，从而能够提高填充物位确定的可靠性。

此外，正如上面在背景技术部分所提到的那样，按照本发明的方法和系统尤其可用在储罐内的产品具有与储罐中的气氛相似的信号传播特性的状况下。

如果表面回波信号被用于确定上述更新物位，则表面回波信号的错误分类可能导致更新物位的错误选择，事实上这可能导致将振幅与表面回波信号相当的一个或多个干扰回波信号引入修正的回波分布中。更新物位的这种错误确定甚至可能导致表面回波信号被除去，这使填充物位的正确确定变得几乎不可能。

按照本发明的实施例，这种风险通过使用基于传播速度差的更新物位确定，而不是依赖于安全地确定表面回波信号的能力来消除。

然后，能够以下列方式来确定用于确定干扰回波分布的转变点，即保证表面回波信号不包括在干扰回波分布中。

按照一个实施例，可以使用诸如喇叭天线或贴片天线的辐射天线向产品传播发射的电磁信号，并且基准阻抗转变处可以由位于储罐中的产品的表面下方的固定结构(诸如储罐的底部)构成。

按照另一个实施例，发射的电磁信号可以沿着延伸到包含在储罐中的产品内的探针传播。

在本申请的背景下，“探针”是为引导电磁信号而设计的波导。可以使用几种类型的探针，例如，单线探针或双线探针。所述探针可以是几乎刚性的或柔性的，可以由诸如不锈钢的金属、诸如PTFE(聚四氟乙烯)的塑料、或两者的组合制成。

基准阻抗转变处可以位于包含在储罐中的产品的表面上方或下方。当根据位于表面上方的基准阻抗转变处来确定更新物位时，如果以下列方式沿着探针配备多个基准阻抗转变处，即第一组基准阻抗转变处位于所述表面上方，而第二组基准阻抗转变处位于所述表面下方，则尤其有利。在那种情况下，可以通过分析基准阻抗转变处之间的确定电距离(尤其通过将确定电距离与已知距离相比较)来确定更新物位，从而可以推断某个基准阻抗转变处是否位于表面上方，以及另外，第一组中的哪个基准阻抗转变处与表面最接近。然后，这个基准阻抗转变处的位置可以构成更新物位。可替代地，能够根据分别到最后一个未被淹没的基准阻抗转变处和第一个被淹没的基准阻抗转变处的电距离和已知距离以及包含在储罐中的产品的信号传播特性，来更精确地确定更新物位。

在用于确定更新物位的基准阻抗转变处位于包含在储罐中的产品的表面下方的情况下，基准阻抗转变处可以是，例如，探针的被淹没端，或配备在探针上的被淹没基准反射器。

这样的基准反射器以及如上所述位于产品表面上方的任何基准反射器可被实现成能够反射沿着探针行进的电磁信号的结构，并且可以通过探针外部的结构、探针中的内部结构或它们的组合来实现。而且，可以将不同基准反射器配备成相同或不同的反射结构。

基准阻抗转变处的位置是“已知的”意味着以前已经通过某种适当测量技术确定了所述位置。例如，可能已经根据各自基准反射器所反射的接收电磁信号确定了所述位置，但是是在受控条件下，譬如，在生产雷达物位计系统期间，或在系统已安装好但探针是干净的和储罐是空的时候。

在用于确定更新物位的基准阻抗转变处位于表面下方的情况下，至少需要产品的传播特性-尤其是相对介电常数的大概知识。这样的知识可以，例如，通过包含在储罐中的产品的成分的知识，结合诸如产品温度的环境数据而获得。然后可以从已知表格中查到所述介电常数。可替代地，可以根据使用表面回波信号确定的到产品表面的距离、到基准阻抗转变处的电距离、和到基准阻抗转变处的已知物理距离，来确定相对介电常数。产品的相对介电常数的这种确定可以在能够没有任何严重模糊地确定表面回波信号的状况下适当地进行，诸如当储罐中的产品量在一段时间内保持不变时，和/或当表面回波信号的振幅大于预定阈值时。

可替代地，能够使用位于产品表面下方的相互之间距离已知的两个基准阻抗转变处，来确定包含在储罐中的产品的相对介电常数。

而且，确定的干扰回波分布可被用于与以前确定的干扰回波分布相结合，来修正在填充物位确定期间获取的回波分布。例如，可以使用随后确定的干扰回波分布来更新初始干扰回波分布。可以在空罐的时候，例如，在雷达物位计系统安装好之后，但在产品被填充到储罐中之前，确定所述初始干扰回波分布。

此外，确定储罐中的产品的填充物位的方法可以进一步包含如下步骤：使用接收的回波信号来形成测量回波分布；组合测量回波分布和干扰回波分布来形成组合回波分布；使用组合回波分布来识别表面回波信号；以及根据识别的表面回波信号来确定填充物位。

按照本发明的第二方面，上述及其它目的通过一种用于确定包含在储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统来实现，所述雷达物位计系统包含：收发器，用于生成、发射和接收电磁信号；传播设备，与所述收发器电连接并被安排成向产品的表面传播发射的电磁信号，并且将由所述发射电磁信号所遇到的阻抗转变处的反射引起的回波信号返回所述收发器；配备在储罐中的已知位置上的基准阻抗转变处；以及处理电路，用于使用由所述发射电磁信号在所述基准阻抗转变处的反射引起的基准回波信号来确定所述基准阻抗转变处的位置，根据所述基准阻抗转变处的确定位置和所述基准阻抗转变处的已知位置来确定位于表面上方的更新物位，使用由所述发射信号在位于更新物位上方的至少一个阻抗转变处的反射引起的至少一个回波信号来确定干扰回波分布，以及根据接收的回波信号和干扰回波分布来确定填充物位。

所述“收发器”可以是能够发射和接收电磁信号的一个功能单元，也可以是包含分立发射器和接收器单元的系统。

按照一个实施例，所述传播设备可以是安排成延伸到包含在储罐中的产品中，以便将发射的电磁信号引向产品的表面，并将回波信号引回到所述收发器的探针。

此外，所述基准阻抗转变处可以配备在包含在储罐中的产品的表面下方。

而且，包含在按照本发明的雷达物位计系统中的所述处理电路可以有利地配置成使用接收的回波信号来形成测量回波分布；组合测量回波分布和干扰回波分布以形成组合回波分布；使用组合回波分布来识别表面回波信号；以及根据识别的表面回波信号来确定填充物位。

应当注意到，包含在所述处理电路中的部件的任何一个或几个可以配备成分立物理组件、单个组件内的分立硬件块、或由一个或多个微处理器执行的软件的任何一种。

如上所述，所述基准阻抗转变处可以，例如，被配备成探针的被淹没端，或沿着探针安排在已知位置的基准反射器。

为了便于区分这样的基准反射器所反射的电磁信号与产品表面所反射的电磁信号，所述基准反射器可以有利地包含为发射电磁信号提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；和为发射电磁信号提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，所述上部和下部沿着探针相隔选择的距离，使得所述第一阻抗转变所反射的电磁信号和所述第二阻抗转变所反射的电磁信号一起形成具有正部和负部的复合反射电磁信号，从而便于区分所述基准反射器所反射的基准回波信号。

具有某种极性的发射电磁信号(诸如“正”脉冲)在到较低阻抗的转变元件处的反射信号将具有与发射电磁信号相同的极性，而在到较高阻抗的转变元件处的反射信号将具有相反极性。这样适当隔开的相反阻抗转变处所反射的电磁信号最后将导致具有相反极性部分的复合电磁信号。这使得这种信号能够容易地与产品表面所反射的信号区分开，因为所述表面通常提供单个孤立的阻抗转变(通常到较低阻抗)。

上部与下部之间的适当距离与脉冲时间有关，对于1ns脉冲，大约100mm的距离将产生能够容易区分的复合电磁信号。然而，应当明白，存在用于相同目的在这个示范性距离左右的距离范围。

本发明的第二方面的进一步实施例以及通过本发明的这个第二方面达到的效果很大程度上类似于上面针对本发明的第一方面所述的那些。

附图说明

现在参照示出本发明当前优选实施例的附图对本发明的这些及其它方面作更详细描述，在附图中：

图1a示意性地例示了安装在一个示范性储罐中的按照本发明实施例的雷达物位计系统；

图1b是包含在图1a的雷达物位计系统中的测量电子单元的示意性例示；

图2a示意性地例示了从安装在空罐中的探针获得的初始干扰回波分布；

图2b示意性地例示了包括表面回波信号的示范性获取回波分布；

图2c示意性地例示了使用图2a的初始干扰回波分布修正后的图2b的回波分布；

图3示意性地例示了产品残留物附着在上面的图1a的系统的探针的一部分；

图4a示出了使用图3中的受污染探针获取的示范性回波分布；

图4b示出了使用图2a的初始干扰回波分布修正后的图4a的回波分布；

图4c示出了使用包括图4a中的获取回波分布在转变点以上的部分的干扰回波分布修正后的图4a的回波分布；

图5a示意性地例示了适合用在本发明的雷达物位计系统中的示范性基准反射器；

图5b示意性地例示了从图5a中的基准反射器的反射获得的回波信号；

图6a-c示意性地例示了用在按照本发明实施例的雷达物位计系统的各种实施例中的各种示范性基准反射器；

图7是示意性例示干扰回波分布确定的流程图；以及

图8是示意性例示确定包含在储罐中的产品的填充物位的方法的流程图。

具体实施方式

在当前的详细描述中，主要针对利用单线探针的脉冲式导波雷达(GWR)物位计系统讨论按照本发明的雷达物位计系统的各种实施例。应当注意到，这决不会限制本发明的范围，本发明可同样应用于配有像双线探针、同轴探针那样的各种其它类型探针的GWR系统。

此外，本发明也可应用于非接触式雷达物位计系统，其中使用像锥形天线或贴片天线那样的辐射天线向包含在储罐中的产品传播电磁信号。

而且，主要涉及通过测量发射脉冲与反射脉冲之间的时间来进行填充物位的确定。然而，对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，本发明的教导可同样应用于通过，例如，调频连续波(FMCW)测量，将相位信息用于确定填充物位的雷达物位计系统。

当使用调制在载波上的脉冲时，也可以利用相位信息。

图1a示意性地例示了包含测量电子单元2和探针3的按照本发明实施例的雷达物位计系统1。将雷达物位计系统1设置在部分填充有待计量产品6的储罐5上。通过分析被探针3引向产品6的表面7的发射信号S_T和从表面7传回来的回波信号S_R，测量电子单元2能够确定基准位置与产品6的表面7之间的距离，从而可以推算出填充物位。应当注意到，尽管本文讨论包含单种产品6的储罐5，但能够以相似方式测量沿着探针到任何材料界面的距离。

如图1b所示意性例示，电子单元2包含发射和接收电磁信号的收发器10、和处理单元11，处理单元11与收发器10连接，用于控制收发器并处理收发器接收的信号，以确定储罐5中产品6的填充物位。而且，处理单元11可经由接口12与用于模拟和/或数字通信的外部通信线13连接。此外，尽管在图1b中未示出，但雷达物位计系统1通常可与外部电源连接，或可以通过外部通信线13供电。可替代地，可以将雷达物位计系统1配置成进行无线通信。

现在参照图2a-c，讨论在不同条件下返回到收发器10的信号所引起的不同回波分布。

显示在图2a中的示范性回波分布20由安装在空罐5中的探针3引起。从图2a中可以看出，回波分布20具有第一(21)和第二(22)负强回波。第一负回波21由发射信号S_T在图1a中测量电子单元2与探针3之间的界面处的反射引起，而第二负回波22由探针3端部的反射引起。

在图2b中，示出了另一个示范性回波分布25，它包含由发射信号S_T在储罐5中的产品6的表面7处的反射引起的另外的回波26。从图2b中可明显看出，获取的回波分布包括许多干扰回波信号，在当前示范性情况下，这些干扰回波信号具有显著低于表面回波信号的振幅。然而，在表面回波信号特别弱，例如，待计量产品具有与储罐中的气氛的相对介电常数接近的相对介电常数，或存在特别强的干扰回波信号的情况下，存在将干扰回波信号分类为表面回波信号并获得不正确的填充物位确定的风险。

为了防止这样的不正确填充物位确定，使用图2a的初始干扰回波分布来修正图2b的获取的回波分布是有用的。这样的修正，在这种情况下，从图2b的回波分布中减去图2a的回波分布的结果显示在图2c中。

参照图2c，可以看到这样的回波分布28，其中表面回波信号26是回波分布28中基准回波信号21之后的第一个回波信号。显然，使用修正回波分布28有助于填充物位的确定。

只要沿着探针的干扰状况与获取初始干扰回波分布时几乎相同，图2c的修正回波分布28就有可能非常有用。随着储罐5内的条件发生变化，由于，例如，探针污染，可能加进来新的干扰回波信号。正如下面进一步所述的那样，这样的探针污染可能由，例如，产品残留物堆积在探针3上引起。

想要更新初始干扰回波分布的另一个原因是，由于测量电子设备中像温度漂移那样的变化，雷达物位计系统所确定的回波分布可能随时间而变化。由于接近收发器的基准回波信号21的觉察的位置和/或形状变化，所以这尤其可能干扰所谓“近区”(当储罐几乎充满时)中的填充物位确定。当作为相对较强回波信号的基准回波信号21发生变化时，使用初始干扰回波分布将不再可能完全消除这种基准回波信号21。

在图3中，示出了包含被淹没部分30和未被淹没部分31的一段探针3。从图3中可以看出，存在分别在产品6的表面7的上方和下方附着在探针3上的两个“块”35和36(块可能是产品6的集中堆积)。

取决于这样的块35、36的特性，它们可能返回与产品6的表面7所返回的表面回波信号相似的回波信号。

图4a示出了使用显示在图3中的受污染探针3获取的示范性回波分布40。将回波分布40与使用未污染探针获取的图2b的相应回波分布25相比较，显而易见，除了基准回波信号21、22和表面回波信号26之外，还有另外的回波信号41、42加入回波分布25中。在这些另外的回波信号当中，在产品的表面7上方的回波信号41由发射电磁信号在表面7上方的“块”35处的反射引起，而在表面7下方的回波信号42由表面7下方的“块”36处的反射引起。

在例示在图4a中的示范性情况下，显然，至少在表面7上方的回波信号41具有数量级与表面回波信号26相同的振幅，并且存在将这个回波信号41错误地分类为表面回波信号从而导致不正确的填充物位确定的风险。

图4b示出了从图4a的获取回波分布40中减去图2a的初始干扰回波分布20而形成的修正回波分布45。因为在确定初始干扰回波分布20时在探针3上不存在“块”35、36，所以未从获取回波分布中除去“块”35、36处的反射所引起的干扰回波信号，仍然存在不正确的填充物位确定的风险。

为了改善这种状况，可以在雷达物位计系统工作期间更新初始干扰回波分布20。

图4c示出了已经通过更新后的干扰回波分布修正的回波分布47，所述更新后的干扰回波分布是使用图4a中的回波分布40中在转变点45左侧的部分44来取代图2a的初始干扰回波分布20的相应部分而形成的，部分44对应于位于更新物位上方并因此位于储罐5中的产品6的表面7上方的探针3部分。

显然，修正后的回波分布47有助于填充物位的正确确定。

更新初始干扰回波分布20的重要方面是确定等效于图4a中的转变点45的更新物位。如果更新物位在表面7的上方太远，可能无法从获取的回波分布中除去相关干扰回波信号，而如果更新物位在表面的下方，则表面回波信号将被补偿，显而易见，这可能导致奇怪和不想要的结果。

因此，更新物位(转变点45)的可靠确定是重要的问题，这个问题通过本发明的实施例，利用有关基准阻抗转变处的位置(等效于从接近收发器的基准位置到基准阻抗转变处的距离)和储罐中的产品的介电常数的知识来解决。从而，可以使用如下关系来确定从基准位置到表面的距离：

$D_{\mathrm{surf}}=\frac{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}{D}_{\mathrm{ref},\mathrm{known}}-D_{\mathrm{ref},\mathrm{elec}}}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}-1},$ 其中，

D_surf是到表面的距离；

D_ref，known是到产品表面下方的基准阻抗转变处的已知物理距离；

D_ref，elec是使用基准回波信号确定的到基准阻抗转变处的“电”距离；以及

ε_r是储罐中的产品的相对介电常数。

这里已经假定储罐5中的气氛的相对介电常数是1。在不能假定的情况下，如果产品以及产品表面上方的气氛的相对介电常数都是已知的，则本领域的普通技术人员仍然可以直截了当地计算表面物位。

应当明白，上面提到的每个距离都是相对于收发器附近的基准位置(诸如收发器与探针之间的连接处的阻抗转变段、储罐顶部、隆起封条、连接法兰)确定的。

作为确定更新填充物位并因此确定干扰回波分布的基准阻抗转变处，可以使用像，例如，探针3的被淹没端那样的处于已知位置的任何适当阻抗转变处。可替代地，可以使用专用基准反射器。在下文中，将参照图5a-b和图6a-c描述示范性基准反射器的配置。

图5a-b示意性地例示了第一示范性基准反射器和从这个基准反射器获得的可区分回波信号。

在图5a中，基准反射器50被显示成配备在探针3的一部分上。按照当前例示的例子，基准反射器50以两半51a和51b的形式配备，两半51a和51b通过两个夹具54a-b夹住探针3。基准反射器50具有长度L_c的基本圆柱部分、和平滑地向探针3倾斜并且每一个延伸L_e长度的第一和第二基本截锥形端部。

通过配备图5a中的基准反射器50，探针3变成局部较粗，因此局部呈现较低阻抗。因此，沿着探针3向下行进的电磁信号S_T首先在基准反射器50的顶部被部分反射，然后在基准反射器50的底部被部分反射。在基准反射器顶部上的反射是到较低阻抗的转变处的反射的结果，因此所得的反射信号S_R1具有与进入信号S_T相同的符号。类似地，在基准反射器底部的反射将导致反射信号S_R2具有与进入信号S_T相反的符号/极性。

图5a中的基准反射器50的倾斜端部的用途是避免形成储罐5中的产品6能够在其上堆积并干扰测量的突起。而且，基准反射器50的每个倾斜端部的长度L_e应当比脉冲式系统的脉冲宽度短得多。例如，在1ns脉冲的情况下，脉冲宽度是大约150mm，每个倾斜端部的长度L_e应当小于大约20mm。应当注意到，倾斜端部可以具有相互不同的长度和/或形状。

选择图5a中的基准反射器50的直径，使得基准反射器的每个端部反射进入信号S_T的功率的大约1％。

此外，有利地选择基准反射器的中间部分的长度L_c，使得顶部和底部反射信号S_R1和S_R2组合形成可容易区分的波形。

为了取得适当基准反射器信号，同时降低探针被过度污染的风险，图5a中的基准反射器50的示范性尺寸按如下设置，理论上导致示意性地显示在图5b中的波形。

脉冲式系统-脉冲宽度t_p：1ns；

探针直径d：6mm；

基准反射器直径D：20mm；

圆柱部分的长度L_c：100-150mm；以及

倾斜部分的长度L_e：＜20mm。

由于沿着探针的阻抗变化，这些参数通常导致大约0.08的反射系数(1mm PTFE层将给出大约0.14的反射系数)。从而，在实现由基准反射器的反射引起的可区分信号的同时，避免了沿着探针发射的电磁信号的过度衰减。

正如上面讨论的那样，存在在时间上隔开并具有相反极性的两个反射信号S_R1和S_R2。通过使反射信号S_R1和S_R2之间的时间t_c与脉冲宽度t_p匹配，输入半周期将被反射成可容易区分的全周期。

在上面给出的参数所代表的示范性情况下，对于被淹没基准反射器50，以及对于复合反射信号S_R1+S_R2，圆柱部分52的长度L_c可选择成，例如，大约100mm，以产生如图5b所表示的全周期波形(在对微波辐射透明的液体中，t_p＝1ns对应于大约100mm)。可替代地，对于未被淹没基准反射器50，长度L_c可以选择成大约150mm，以产生全周期波形。显然，为了取得可容易区分的复合反射信号，也可以选择其它长度L_c。

在上文中，已经示范了脉冲式导波雷达GWR系统的基准反射器50的设计，其中基准反射器50的长度L_c以实现可容易区分的反射信号的方式与脉冲宽度t_p有关。

上面参照图5a描述了适用的基准反射器的示范性实施例。由于由金属制成和没有台阶或边缘，这种基准反射器实施例是耐用的，不易堆积过量产品污物。然而，其它设计和材料选择也是可以的，这可能优先取决于具体应用。下面参照图6a-c描述和讨论大量可替代实施例。

按照示意性地例示在图6a中的第一可替代实施例，基准反射器60可以以绝缘体的形式配备，该绝缘体具有与图5a中的基准反射器基本相同的形状。这种绝缘基准反射器60可以由，例如，PTFE或另一种适用绝缘材料或这些材料的组合制成。计算表明，图6a中的基准反射器60的中间部分的直径D_d可以小于图5a中的金属套管基准反射器50的情况。为了取得相应功能，对于6mm的探针直径，绝缘基准反射器60的直径D_d可以是大约9-12mm。而且，可以将绝缘体配备成附着在探针3上的一体部分，以避免储罐5中的产品可能渗入的空隙。例如，可以将绝缘体模制在探针3周围，或者，可以将绝缘体配备成分立部分，然后将其溶化并允许在沿着探针3的需要位置处硬化。

按照示意性地例示在图6b中的第二可替代实施例，基准反射器65可以以金属板66的形式配备，金属板66通过固件67a-7贴在探针上。这样的金属板66使探针从电的意义上来讲局部较厚。也就是说，探针3的阻抗在板66所在的位置较低。例如，具有宽度W＝2D_c的钢板在电学上对应于图5a中具有直径D_c的套管型基准反射器50。图6b中的基准反射器65制造和贴起来较简单，但对储罐中的产品的污染更敏感。

在图6c中，示意性地例示了基准反射器的第三可替代实施例68，据此将金属板69贴在双线探针3上。

现在参照图7中的示意性流程图，描述用于确定干扰回波分布的按照本发明的方法的一个实施例。

在第一步骤701中，由收发器10发射电磁信号S_T，并由探针3引向包含在储罐5中的产品6。发射的电磁信号S_T在沿着探针3所遇到的阻抗不连续处被反射，这些阻抗不连续处之一是产品6的表面7。发射电磁信号S_T的反射信号随后在步骤702中被收发器10接收作为回波信号S_R。

根据发射电磁信号S_T的发射与回波信号S_R的接收之间的时间，能够确定从收发器10附近的基准位置到各阻抗转变处的各自距离。该距离根据反射信号的飞行时间以及信号的传播速度来确定。传播速度取决于信号在其中传播的媒体的材料特性，并且按照如下关系来确定：

$v_{\mathrm{prop}}=\frac{v_0}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}},$

其中，

ν₀是在真空中电磁信号沿着探针的传播速度；以及

ε_r是产品的相对介电常数。

由于电磁信号沿着探针的传播速度取决于信号在其中传播的媒体，所以使用接收回波信号确定的到阻抗转变处的距离将取决于阻抗转变处是位于产品6的表面7的上方还是下方-如果阻抗转变处位于表面7的下方，则表现为比实际更远离收发器。这种效果可以用于获取产品的表面7沿着探针的位置的可靠指示，这又可以用于提供用于确定干扰回波分布的极可靠转变点。

因此，在步骤703中，使用发射电磁信号在基准阻抗转变处的反射所引起的基准回波信号，来确定诸如探针3的被淹没端或被淹没基准反射器的基准阻抗转变处的“电”位置。

随后，在步骤704中，根据储罐5中的产品6的信号传播特性、基准阻抗转变处的已知位置、以及在步骤703中确定的基准阻抗转变处的“电”位置，将探针3的一部分分类为位于表面7的上方。

最后，在步骤705中，根据位于沿着在步骤704中被分类为位于产品6的表面7上方的探针的一部分的阻抗转变处所反射的回波信号，来确定干扰回波分布。上面的步骤703到705由包含在图1中的雷达物位计系统的测量电子单元2中的微处理器11执行。

正如参照图8所描述的那样，这种干扰回波分布可以有利地用在确定包含在储罐5中的产品6的填充物位的方法中。

在第一步骤801中，由收发器10沿着探针3发射电磁信号。正如上面结合步骤701和702所说明的那样，在沿着探针3的阻抗转变处部分反射所述发射的电磁信号S_T，使得回波信号沿着探针3返回到在步骤802中接收它们的收发器。

在下一个步骤803中，使用接收的回波信号来形成测量回波分布，然后在步骤804中将这个测量回波分布与干扰回波分布组合以形成组合回波分布。此后，在步骤805中，通过分析组合回波分布，例如，通过使用预定振幅阈值来识别表面回波，最后，在步骤806中，根据表面回波来确定包含在储罐5中的产品6的填充物位。上面的步骤803到806由包含在图1中的雷达物位计系统的测量电子单元2中的微处理器11执行。

本领域的普通技术人员应当认识到，本发明决不会局限于上述的优选实施例。例如，雷达物位计系统可以是非接触式的，然后，基准阻抗转变处可以由，例如，储罐的底部构成。此外，基准阻抗转变处可以位于包含在储罐中的产品的表面的上方。

Claims (18)

1.一种确定包含在储罐中的产品的填充物位的方法，所述方法包含：

生成和发射电磁信号；

向包含在储罐中的产品的表面传播所述发射电磁信号；

接收由所述发射电磁信号所遇到的阻抗转变处的反射引起的回波信号，所述回波信号包括由所述产品的表面处的反射引起的表面回波信号；

使用所述发射电磁信号在基准阻抗转变处的反射所引起的基准回波信号，来确定所述基准阻抗转变处的位置；

根据基准阻抗转变处的确定位置和基准阻抗转变处的已知位置，来确定位于所述表面上方的更新物位；

使用所述发射信号在位于所述更新物位上方的至少一个阻抗转变处的反射所引起的至少一个所述回波信号，来确定干扰回波分布；以及

根据所述接收的回波信号和所述干扰回波分布来确定所述填充物位。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，还根据包含在储罐中的产品的信号传播特性来确定所述更新物位。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，使用辐射天线向所述产品传播所述发射电磁信号，以及所述基准阻抗转变处由诸如储罐底部的位于储罐中的产品的所述表面下方的固定结构构成。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述发射电磁信号沿着延伸到包含在储罐中的所述产品内的探针传播。

5.按照权利要求4所述的方法，其中，所述基准阻抗转变处位于产品的所述表面的下方。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，所述基准阻抗转变处是所述探针的端部。

7.按照权利要求4或5所述的方法，其中，所述基准阻抗转变处是沿着所述探针配备在已知位置上的基准反射器。

8.按照权利要求2到7的任何一项所述的方法，进一步包含根据所述表面回波信号、所述基准回波信号、和基准阻抗转变处的所述已知位置，来确定所述传播特性。

9.按照权利要求1到8的任何一项所述的方法，进一步包含：使用所述确定的干扰回波分布来更新以前存储的干扰回波分布。

10.按照权利要求1到9的任何一项所述的方法，其中，确定所述填充物位包含：

使用接收的回波信号来形成测量回波分布；

组合所述测量回波分布和所述干扰回波分布以形成组合回波分布；

使用所述组合回波分布来识别所述表面回波信号；以及

根据所述识别的表面回波信号来确定所述填充物位。

11.一种用于确定包含在储罐中的产品的填充物位的雷达物位计系统，包含：

收发器，用于生成、发射和接收电磁信号；

传播设备，与所述收发器电连接并安排成向产品的表面传播发射的电磁信号，并且使在发射电磁信号所遇到的阻抗转变处的反射所引起的回波信号返回到所述收发器；

配备在储罐中的已知位置上的基准阻抗转变处；以及

处理电路，用于：

使用所述发射电磁信号在所述基准阻抗转变处的反射所引起的基准回波信号，来确定所述基准阻抗转变处的位置；

根据基准阻抗转变处的所述确定位置和基准阻抗转变处的已知位置，来确定位于所述表面上方的更新物位；

使用所述发射信号在位于所述更新物位上方的至少一个阻抗转变处的反射所引起的至少一个所述回波信号，来确定干扰回波分布；以及

根据所述接收的回波信号和所述干扰回波分布来确定所述填充物位。

12.按照权利要求11所述的雷达物位计系统，其中，所述处理电路被进一步配置成：

使用接收的回波信号来形成测量回波分布；

组合所述测量回波分布和所述干扰回波分布以形成组合回波分布；

使用所述组合回波分布来识别所述表面回波信号；以及

根据所述识别表面回波信号来确定所述填充物位。

13.按照权利要求11或12所述的雷达物位计系统，其中，所述基准阻抗转变处配备在包含在储罐中的产品的所述表面的下方。

14.按照权利要求11到13的任何一项所述的雷达物位计系统，其中，所述传播设备是安排成延伸到包含在储罐中的所述产品内以便将所述发射电磁信号引向产品的表面，并将所述回波信号引回到所述收发器的探针。

15.按照权利要求14所述的雷达物位计系统，其中，所述基准阻抗转变处是所述探针的端部。

16.按照权利要求14所述的雷达物位计系统，其中，所述基准阻抗转变处是沿着所述探针配备在已知位置上的基准反射器。

17.按照权利要求16所述的雷达物位计系统，其中，所述基准反射器具有为所述发射电磁信号提供到较高阻抗的第一阻抗转变处的上部；和为所述发射电磁信号提供到较低阻抗的第二阻抗转变处的下部。

18.按照权利要求17所述的雷达物位计系统，其中，所述基准反射器的上部和下部沿着探针相隔一段距离，所述距离被选择成使得所述第一阻抗转变处所反射的电磁信号和所述第二阻抗转变处所反射的电磁信号一起形成具有正部和负部的复合反射电磁信号。

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