CN105318936B - 单导体探头雷达物位计系统以及罐布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雷达物位计系统以及罐布置。所述雷达物位计系统包括：单导体探头，其朝向罐中的物品延伸穿过管状安装结构并进入到罐中的物品中；屏蔽结构，其与单导体探头径向间隔开并且在安装结构内部沿所述探头的顶部部分延伸并通过所述安装结构的下端；以及处理电路，其连接至收发器以确定罐中的物品的填充物位。所述屏蔽结构至少部分地包围所述单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入。所述屏蔽结构在管状安装结构内部呈现大于180°的围绕所述单导体探头的总包围弧角，以及呈现随着与所述安装结构的下端的距离增加而减小的、围绕单导体探头的总包围弧角。

Description

单导体探头雷达物位计系统以及罐布置
技术领域
本发明涉及包括单导体探头的雷达物位计系统以及罐布置，该罐布置包括具有管状安装结构的罐和附接至该管状安装结构的雷达物位计系统，使得单导体探头穿过该管状安装结构。
背景技术
雷达物位计(RLG)系统广泛用于确定罐中容纳的物品的填充物位。雷达物位计量通常借助于非接触式测量或者借助于通常被称为导波雷达(GWR)的接触式测量来执行，在非接触式测量中朝向罐中容纳的物品辐射电磁信号，在接触式测量中通过充当波导装置的传输线探头引导电磁信号朝向物品并将其导入物品中。探头通常被布置成从罐的顶部朝向罐的底部竖直延伸。
电磁发射信号由收发器生成并通过探头朝向罐中物品的表面进行传播，并且由于在所述表面处对发射信号的反射而产生的电磁反射信号被反向传播朝向收发器。
可以基于发射信号和反射信号确定与物品的表面的距离。
通常，发射信号不仅在由罐内空气与物品表面之间的界面构成的阻抗过渡处反射，而且还在发射信号遇到的若干个其它阻抗过渡处反射。在GWR系统的情况下，一个这样的阻抗过渡通常发生在收发器与探头之间的连接处。通常，收发器位于罐的外部，并且经由穿过罐的壁(通常为顶部)的馈孔(feed-through)连接至探头。
这样的馈孔通常由同轴线构成，所述同轴线具有作为其内部导体的探头、作为其外部导体的罐壁或附接至罐的连接件以及设置在内部导体与外部导体之间的介电构件。
由于对于在机械上充分强壮的内部导体与实际的外部导体直径的组合需要，远高于约50Ω的馈孔阻抗几乎是不可行的。因此，由于馈孔的结构，馈电装置的阻抗通常与典型的同轴线缆的阻抗相似，也就是约50Ω。
雷达物位计系统通常安装在从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构上。这样的安装结构(通常被称为“管嘴”)可以为焊接至罐并且在其上端装备有法兰以使得能够附接仪器(诸如雷达物位计系统或盲板法兰)的管道。管状安装结构的内径通常可以在0.1m与0.2m之间，并且通常长度可以为大约0.5m。在包括管状安装结构(管嘴)的罐布置中，通常在安装结构的上端处将探头机械地连接至罐，并且探头在进入罐本身之前穿过安装结构、通过安装结构的下端。在安装结构的上端，可以通过穿过罐边界的馈孔将探头电连接至雷达物位计系统的收发器。
对于有时也称为古搏探头(Goubau probe)的单导体探头，已经发现由探头引导的电磁信号的传播受到管状安装结构影响，尤其在管状安装结构相对窄且高的情况下。
管状安装结构内部的单导体探头不具有表面波导装置的特性，而是取决于管状安装结构的尺寸实际上如同具有信号传播特性的同轴传输线。特别地，管状安装结构内部的传输线的阻抗可以为150Ω的量级并且可以随安装变化。因此，将在馈孔与管状安装结构内部之间的界面处存在第一阻抗级，并且在管状安装结构的下端处存在第二阻抗级。
管状安装结构的下端处的相对大的阻抗级(约150Ω至约370Ω)可能干扰接近管状安装结构的下端的填充物位的测量。事实上，由于以上提及的阻抗级所产生的不匹配回波可能比来自油表面的回波更强。另外，在馈孔处的阻抗过渡与在管状安装结构的下端处的阻抗过渡之间的多次反射可能导致额外的回波信号，该回波信号可能干扰远低于管状安装结构的下端处的填充物位测量。
根据US6690320，通过在管状安装结构内部设置同轴线缆延伸件直至探头离开管状安装结构之后为止，以使得具有同轴延伸件的探头与收发器和探头之间的馈线具有相同的阻抗(约50Ω)，来解决由管状安装结构的端部处的反射所引起的问题。使用这样的配置，实际上在管状安装结构内部不存在单导体探头，而单导体探头开始于管状安装结构的下端以下同轴延伸件结束处。结果，将仅存在一个大的阻抗级，但由于该阻抗级位于管状安装结构的下端以下，所以罐顶部的不能执行可靠的填充物位测量的区域(所谓的死区)将开始于同轴延伸件的端部(在管状安装结构以下)，并且将仍然是有意义的。此外，存在因同轴延伸件的端部处的强反射导致的严重的信号损失，这限制了最大可测量距离。一些信号还将找到其直到管状安装结构(管嘴)中的路径，并且进一步干扰回波情况。
为了改进上述情况，EP2490040公开了一种包括单导体探头和被提供给探头并沿探头的一部分延伸的阻抗匹配配置的雷达物位计系统。阻抗匹配布置具有径向延伸，该径向延伸可以为恒定的或者随着管状安装结构内部的第一变化率而改变，并且随着与具有第二负变化率的管状安装结构的下端的距离的增加而改变。阻抗匹配布置(介电套管)降低阻抗并且局部减小由于在管状安装结构内发射的电磁信号所产生的电磁场的径向延伸，于是提供从管状安装结构内的阻抗到罐本身中的探头的阻抗的阻抗的逐渐改变，该探头在管状安装结构的下端以下。
尽管根据EP2490040的方案提供了在确定接近罐顶部的填充物位时的改进，并且使得能够测量管状安装结构(管嘴)的至少下部中的填充物位，但是期望提供管嘴中较高填充物位的改进的测量。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的总体目的是提供改进的雷达物位计系统和罐布置，特别是使用延伸穿过罐的顶部处的管状安装结构的单导体探头来提供管状安装结构内部的填充物位的改进的测量。
根据本发明的第一方面，通过用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统来实现这些和其它目的，该罐具有从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，该雷达物位计系统包括：收发器，其布置在所述罐的外部以生成、发射以及接收电磁信号；单导体探头，其布置在所述罐的内部并且经由布置在所述安装结构的上端处的馈孔电连接至收发器，所述单导体探头朝向罐中的物品基本上竖直地延伸穿过所述安装结构、通过所述安装结构的下端并进入到罐中的物品中，以用于朝向物品的表面引导来自所述收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向所述收发器返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；导电屏蔽结构，其与所述单导体探头径向间隔开并且在所述安装结构内部沿所述单导体探头的顶部部分延伸并通过所述安装结构的下端；以及处理电路，其连接至所述收发器以基于所述发射信号和所述表面反射信号来确定填充物位，其中所述屏蔽结构至少部分地包围所述单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入，从而使得能够测量与所述探头的顶部部分对应的填充物位，所述屏蔽结构包括在所述安装结构内部沿所述单导体探头延伸的第一部分以及在所述安装结构的下端以下沿所述单导体探头延伸的第二部分；其中所述屏蔽结构在与所述单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现了如下角：在所述第一部分中呈现大于180°的、围绕所述单导体探头的总包围弧角；以及在第二部分中呈现随着与所述安装结构的下端的距离增加而减小的、围绕所述单导体探头的总包围弧角。
根据本发明的第二方面，通过罐布置来实现以上提及的目的和其它目的，该罐布置包括：罐，其具有从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，该罐容纳待计量的物品；以及雷达物位计系统，其用于确定罐中容纳的物品的填充物位，该雷达物位计系统包括：收发器，其布置在罐的外部用于生成、发射以及接收电磁信号；单导体探头，其布置在罐的内部并且经由布置在安装结构的上端处的馈孔电连接至收发器，该单导体探头朝向罐中的物品基本上竖直延伸穿过安装结构、通过安装结构的下端并进入到罐中的物品中，以用于朝向物品的表面引导来自收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向收发器返回由于发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；导电屏蔽结构，其与单导体探头径向间隔开并且在安装结构内部沿单导体探头的顶部部分延伸并通过安装结构的下端；以及处理电路，其连接至收发器以用于基于发射信号和表面反射信号来确定填充物位，其中屏蔽结构至少部分地包围单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入，从而使得能够测量与探头的顶部部分对应的填充物位，屏蔽结构包括在安装结构内部沿单导体探头延伸的第一部分以及在安装结构的下端以下沿单导体探头延伸的第二部分；其中屏蔽结构在与单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现如下角：在第一部分中呈现大于180°的、围绕单导体探头的总包围弧角；以及在第二部分中呈现随着与安装结构下端的距离增加而减小的、围绕单导体探头的总包围弧角。
屏蔽结构沿径向方向敞开以允许物品进入，使得物品充分接近单导体探头，从而即使当物品的表面比屏蔽结构的下端高时表面处的阻抗过渡导致可测的回波信号。例如，单导体探头与屏蔽结构的内壁之间的空间可以为基本上空的，或者可以部分地填充有介电质，只要物品可以充分接近单导体探头即可。
罐可以为能够容纳物品的任何容器或者器皿。
“收发器”可以为能够发射和接收电磁信号的一个功能单元，或者可以为包括独立的发射器单元和接收器单元的系统。
单导体探头可以为基本上刚性或柔性的，并可以由金属(例如不锈钢)制成。
当雷达物位计系统被布置成使得探头通过罐的管状安装结构(管嘴)时，探头将在管状安装结构内部的罐内以及在管状安装结构以下但管状安装结构内部，从探头到管状安装结构的壁(导电)的距离将比探头与管状安装结构的下端以下的罐壁之间的距离短得多。
本发明是基于如下认识的：可以通过在单导体探头与管状安装结构的内壁之间提供导电屏蔽结构来基本上去除在管状安装结构下端处的阻抗过渡并且使得能够进行管状安装结构内部的测量，其中屏蔽结构被配置使得径向敞开以允许物品进入并且呈现通过管嘴的下端的、围绕所述单导体探头的大于180°的总包围弧角。这将减小管状安装结构内部围绕单导体探头的电场的径向延伸，并且仍然使得能够测量甚至管状安装结构内部的填充物位。为了还实现在屏蔽结构的下端处充分小的阻抗过渡，本发明人已经意识到屏蔽结构的径向开口应当在管状安装结构的下端以下随着与管状安装结构的下端的距离增加而增加。换句话说，在管状安装结构以下，围绕单导体探头的总包围弧角应当随着与安装结构的下端的距离增加而减小。这提供了减小的因反射的信号损失并且因此提供了增加的测量范围。
当包围弧角随着与管状安装结构的下端的距离增加而减小时，探头导体屏蔽结构装置将接近双导体传输线探头，并且在屏蔽结构的下端以下，在该双导体传输线探头与单导体传输线探头之间将存在突变的阻抗过渡(从约250Ω到约370Ω)。然而，该阻抗过渡具有已知的幅度并且发生在沿单导体探头的已知位置处，这使得以软件处理该阻抗过渡的影响是可行的。由于管状安装结构的尺寸通常在不同装置之间变化并且可能难以可靠地表征和补偿，所以将发生在已知位置处并且具有已知特性的剩余的阻抗过渡与管状安装结构的下端处的阻抗过渡具有重要的差别。因此，本发明人的另一个重要的见解是，尽管大量的阻抗过渡仍然存在，但是使用软件来减轻所述阻抗过渡的影响而无需基于雷达物位计系统的安装或操作的过度的工作量是可行的。
因此，可以基本上去除管状安装结构的影响，并且同时使得能够确定更接近罐的顶部处的填充物位。
此外，这可以通过提供相对鲁棒并可靠的屏蔽结构来实现。预期根据本发明的实施方式的屏蔽结构将相对地易于安装，甚至作为现有雷达物位计装置的附加物。
在管状安装结构的下端以下单导体探头屏蔽结构布置的阻抗增加越多，则屏蔽结构的下端处的阻抗级的影响将越小，并且以软件处理由于屏蔽结构的下端处的阻抗级所产生的剩余的回波信号将越容易。
根据本发明的各种实施方式，屏蔽结构可以从而被配置使得在屏蔽结构的第二部分中，总包围弧角从至少180°减小至小于20°。如果总包围弧角减小至大约5°至10°，则在屏蔽结构的下端处的阻抗将更接近自由空间(屏蔽结构的下端以下)中的单导体探头的阻抗。例如，对于具有32mm的内径的管状屏蔽结构和具有4mm的直径的探头，约7°的总包围弧角将导致约350Ω的阻抗，这非常接近约370Ω的自由空间传播阻抗。可以使用软件容易地来补偿这样的小阻抗级。
此外，为了确保从管状安装结构内部的阻抗到屏蔽结构的下端处的阻抗的平滑阻抗过渡，特别地当单导体探头屏蔽结构布置接近双导体传输线时，以上提及的屏蔽结构的第二部分可以沿单导体探头有利地延伸至少下述距离，该距离与雷达物位计系统的距离分辨率对应。雷达物位计系统的距离分辨率与发射信号的带宽成反比，并且对于1GHz的带宽为大约15cm。
这将提供用于发射信号穿过空气以及穿过油(其可以被假设为具有约2.25的相对介电常数)来传播的平滑阻抗过渡，该平滑阻抗过渡对在屏蔽结构被至少部分地浸没在罐中的物品(例如油)中的情况下来提供可靠的测量是重要的。
为了在以上提及的屏蔽结构的第二部分中提供期望的平滑阻抗过渡，围绕单导体探头的总包围弧角可以在第二部分中有利地连续减小。特别是当屏蔽结构至少部分地被罐中的物品覆盖时，以及当物品的表面在屏蔽结构的下端以下时，这样的结构可以提供平滑的阻抗过渡。
在实施方式中，从安装结构的下端到屏蔽结构的下端，围绕单导体探头的总包围弧角可以连续地减小。
为了更进一步减小屏蔽结构的下端处的阻抗级，屏蔽结构的最接近屏蔽结构的下端的部分可以呈现与单导体探头的逐渐增加的径向距离。例如，可以通过从例如16mm到例如50mm来逐渐增加距离，将阻抗逐渐增加至约370Ω，从而几乎消除了屏蔽结构的下端处的阻抗级(impedance step)。
为了充分减小管状安装结构对由管状安装结构内部的发射信号经历的阻抗的影响，在第一部分中从安装结构的上端到安装结构体的下端，围绕单导体探头的总包围弧角可以有利地大于180°。
有利的是可以更进一步减小管状安装结构内部的电场的延伸。为此，在第一部分中，围绕单导体探头的总包围弧角可以大于270°。
根据各种实施方式，此外，屏蔽结构可以至少在以上提及的第一部分中为基本上管状的。例如，可以从管开始并去除材料以制成如上所述的在屏蔽结构的第二部分中变宽的纵向缝来制造屏蔽结构。
可替代地，屏蔽结构可以通过将适当形状的金属板的块进行弯曲来形成，或者可以提供屏蔽结构作为一种俯仰角。
为使得容易地插入到罐上的大多数现有的管状安装结构(管嘴)中，屏蔽结构的最大横向尺寸可以有利地小于5cm。
根据本发明的各种实施方式，雷达物位计系统还可以包括布置在单导体探头与屏蔽结构的内表面之间的、用于防止单导体探头与屏蔽结构之间不需要的接触的至少一个介电间隔物。可以将至少一个介电间隔物附接至单导体探头，该单导体探头可以包括柔性金属丝、基本上刚性的杆或者其组合。此外，可以对该至少一个间隔物穿孔，或不然设置该至少一个间隔物的形状以使物品的通道通过介电间隔物。
有利地，可以将介电间隔物配置成提供基本上相互抵消以提供来自间隔物的非常小的总反射的第一反射和第二反射。
例如，介电间隔物可以具有沿单导体探头的、发射信号的中心波长的约一半的延伸。可替代地，间隔物可以包括第一间隔物部件和第二间隔物部件，它们沿单导体探头间隔开发射信号的中心波长的约四分之一。为了进一步减小全反射，间隔物可以包括另外的间隔物部件，其中每个间隔物部件与相邻的间隔物部件间隔开发射信号的中心波长的约四分之一。
根据本发明的实施方式，单导体探头与屏蔽结构的内表面之间的径向距离可以沿屏蔽结构的长度基本上恒定。这可以极大地便利雷达物位计系统的现场安装或者为现有安装添加屏蔽结构。此外，可以改进屏蔽结构的可制造性。
为了减小以上还提及的从馈孔到单导体探头屏蔽结构装置的过渡处的第一阻抗级，根据本发明实施方式的雷达物位计系统该可以有利地还包括邻近馈孔设置在屏蔽结构与单导体探头之间的阻抗匹配布置。
因此，可以实现在馈孔的阻抗(例如约50Ω)与单导体探头屏蔽结构装置(例如约250Ω)之间的平滑阻抗过渡。这将减小潜在干扰(多次反射)的发生并且减小信号损失，这转而提供了增加的测量范围。
在本发明的实施方式中，可以将阻抗匹配布置构造成使得单导体探头与阻抗匹配布置之间的径向距离随着沿探头与馈孔的距离增加而增加。
如以上还提及的，根据本发明的实施方式，屏蔽结构的下端处的阻抗过渡具有已知的幅度并且发生在沿单导体探头的已知位置处，这使得以软件处理该阻抗过渡的影响是可行的。
因此，包括在根据本发明的实施方式的雷达物位计系统中的处理电路可以有利地包括信号处理电路，该信号处理电路用于基于发射信号和反射信号来形成回波信号，并且用于去除由于在屏蔽结构的下端处对发射信号的反射而产生的回波。
此外，根据本发明的各种实施方式的雷达物位计系统可以有利地包括在罐布置内，该罐布置还包括具有从罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构的罐。
罐容纳待计量的物品并且雷达物位计系统附接至管状安装结构，使得收发器布置在罐外部并且使得单导体探头朝向物品延伸穿过管状安装结构并进入到物品中。
综上所述，本发明因此涉及一种雷达物位计系统，该雷达物位计系统包括：单导体探头，其朝向罐中的物品延伸穿过管状安装结构并进入到罐中的物品中；屏蔽结构，其与单导体探头径向间隔开并且在安装结构内部沿探头的顶部部分延伸并通过安装结构的下端；以及处理电路，其至收发器以用于确定罐中的物品的填充物位。屏蔽结构至少部分地包围单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许物品进入。屏蔽结构呈现如下角：在管状安装结构内部呈现大于180°的围绕单导体探头的总包围弧角；以及呈现随着与安装结构的下端的距离增加而减小的、围绕单导体探头的总包围弧角。
附图说明
现在将参照示出本发明的当前的优选实施方式的附图来更详细地描述本发明的这些方面和其它方面，在附图中：
图1a示意性地示出了根据本发明的一种实施方式的包括雷达物位计系统的示例性罐布置；
图1b是包括在图1a中的雷达物位计系统中的、包括示意性馈孔的测量电子单元的示意图；
图2是包括在图1b中的雷达物位计系统中的、延伸穿过罐的管状安装结构并由导电屏蔽结构部分围绕的单导体探头的顶部部分的示意性的以及部分敞开的侧视图；
图3a至图3d是沿图2中的单导体探头屏蔽结构布置的单导体探头位于不同位置处的示意性横截面视图；
图4a示意性地示出了在不对屏蔽结构的下端处的阻抗级进行校正的情况下使用图2中的雷达物位计系统获得的示例性回波曲线；
图4b示意性地示出了在对屏蔽结构的下端处的阻抗级进行校正的情况下使用图2中的雷达物位计系统获得的示例性回波曲线；
图5a至图5b示意性地示出了图2中的单导体探头屏蔽结构布置的第一替选结构；以及
图6a至图6b示意性地示出了图2中的单导体探头屏蔽结构布置的第二替选结构。
具体实施方式
图1示意性地示出了包括根据本发明的一种示例实施方式的罐布置11以及示出为控制室的主机系统10的物位测量系统1。
罐布置11包括GWR(导波雷达)型雷达物位计2和罐4，罐4具有从罐4的顶部基本上竖直延伸的管状安装结构13(通常被称为“管嘴”)。
雷达物位计2被安装用以测量罐4中容纳的物品3的填充物位。雷达物位计2包括测量单元6和具有单导体探头7的形式的传播装置，单导体探头7自测量单元6延伸、穿过管状安装结构13而朝向并进入物品3中。在图1的示例实施方式中，单导体探头7为在其端部附接有砝码8以保持该线笔直并竖直的线探头。
通过对由探头7朝向物品3的表面11引导的发射信号ST和从表面11行进返回的反射信号SR进行分析，测量单元6可以确定参考位置(诸如罐外部与罐内部之间的馈孔)与物品3的表面11之间的距离，从而可以导出填充物位。应当注意的是，尽管在本文中讨论了容纳单一物品3的罐4，但可以以类似的方式测量沿探头与任何材料界面的距离。
如图1b示意性示出的，测量单元6包括收发器(TX/RX)20、处理电路(μP)21、通信接口22以及用于与控制室10进行无线通信的通信天线23。
收发器20被配置成生成、发射以及接收电磁信号，处理电路21连接至收发器20并且被配置成基于发射信号ST和作为发射信号在物品3的表面11处的反射的反射信号SR来确定物品3的填充物位L。通信接口22连接至处理电路21并且被配置成使得能够经由通信天线23与主机系统10进行通信。在图1a至图1b的示例实施方式中，雷达物位计2与主机系统10之间的通信被表示为无线通信。可替代地，例如可以通过基于模拟和/或数字线的通信信道进行通信。例如，通信信道可以为双线制4-20mA回路并且可以通过在该双线制4-20mA回路上提供与填充物位对应的特定电流来传送填充物位。还可以使用HART协议通过这样的4-20mA回路来发送数字数据。
此外，尽管在图1b中未示出，但雷达物位计2通常能够连接至外部电源，或者可以通过通信线供电。
在图1b中还示意性地示出了导电屏蔽结构30，该导电屏蔽结构30与单导体探头7径向间隔开，并且沿单导体探头的在管状安装结构13内部的顶部部分从管状安装结构13的上端处的馈孔15延伸并通过管状安装结构13的下端16。
如图1b示意性示出的，屏蔽结构30至少部分地包围单导体探头7的顶部部分，并且沿径向方向敞开以使得能够测量高于屏蔽结构的下端31的填充物位(诸如管状安装结构13内部的填充物位)。
如以下将参照图2进一步更详细地描述的，屏蔽结构30包括在管状安装结构13内部沿单导体探头7延伸的第一部分33，以及在管状安装结构13的下端16以下沿单导体探头7延伸的第二部分34。
在第一部分33中，屏蔽结构30包围单导体探头7达至少50％(至少180°的总包围弧角)，这极大减小了管状安装结构13的下端16处的阻抗级。
在第二部分34中，随着与管状安装结构13的下端16的距离的增加，屏蔽结构30包围单导体探头7越来越少。换句话说，总包围弧角减小。这提供了从管状安装结构13内部的阻抗到屏蔽结构30的下端31处的双线传输线的阻抗的平滑过渡。
图2是包括在图1b中的雷达物位计系统中的、延伸穿过罐4的管状安装结构13并由导电屏蔽结构30部分地围绕的单导体探头7的顶部部分的示意性的以及部分切开的侧视图。
在图2的示例配置中，屏蔽结构30被提供为具有基本上圆形横截面并具有沿屏蔽结构的长度延伸的缝36的钢管。
在屏蔽结构30的、延伸穿过管状安装结构13并可选地通过管状安装结构13的下端16的第一部分33中，在与探头7垂直的平面中的屏蔽结构的横截面可以是基本上恒定的。
在屏蔽结构30的、在管状安装结构13的下端16以下沿探头7延伸的第二部分34中，缝36随着与管状安装结构13的下端16的距离的增加而逐渐变大。根据屏蔽结构30的实际构造，有利的是在管状安装结构13的下端16上方、在管状安装结构13的下端16处或者在管状安装结构13的下端16下方开始逐渐减小总包围弧角。在管状安装结构13的下端16上方开始逐渐减小总包围弧角的优点为可以减小屏蔽结构的总长度。
雷达物位计系统2还包括布置在屏蔽结构30与探头7之间并且邻近馈孔15的阻抗匹配布置38。图2中的阻抗匹配布置38的目的是实现从馈孔的阻抗(约50Ω)到在阻抗匹配布置38以下的探头屏蔽结构布置的阻抗(约140Ω)的平滑过渡。为此，阻抗匹配布置38可以为导电的(例如金属的)，并且被构造成使得探头7与阻抗匹配布置38之间的径向距离随着沿探头7与馈孔15的距离的增加而增加。期望以四分之三或更大的波长步长来步进式地增加探头7与阻抗匹配布置38之间的距离，以提供从馈孔阻抗到探头屏蔽结构布置阻抗的充分平滑的过渡。
如图2示意性示出的，阻抗匹配布置38可以有利地包括用于将阻抗匹配布置38附接在馈孔15处的上部部分39。
为了防止探头7与屏蔽结构30之间的不需要的接触，探头7可以设置有至少一个间隔物40a-b，间隔物40a-b例如可以由聚四氟乙烯(PTFE)或合适的陶瓷材料制成。在图2中，间隔物包括沿探头间隔与发射信号的中心波长的四分之一对应的距离的第一间隔部件40a和第二间隔部件40b。
为了实现屏蔽结构30的第二部分34中的期望的平滑阻抗过渡，总包围弧角的逐渐减小(缝36的宽度逐渐增加)可以沿至少与雷达物位计系统2的距离分辨率对应的距离而有利地发生。
如本领域的普通技术人员所公知的，距离分辨率与发射信号的带宽成反比。对于1GHz的带宽，距离分辨率为约15cm至20cm。相应地，总包围弧角的逐渐减小于是应当优选地沿至少15cm至20cm的距离而发生。
在针对示例实施方式的近似按比例绘制的图2中，探头7的直径为约4mm，以及屏蔽结构30的外径为约40mm。在其它实施方式中，屏蔽结构30的外径可以更小(诸如小于约25.4mm(1英寸))，以允许插入贮存装置或处理罐的几乎所有的现有安装孔。
现在将参照图3a至图3d来描述屏蔽结构30在沿图2中示意性示出的探头的不同位置A至D处的示例性横截面。
图3a示意性地示出了图2中的探头屏蔽结构布置沿与探头7的延伸垂直的平面中的线A-A'的横截面。如图3a示意性示出的，总包围弧角θA为约300°，这导致了约140Ω的阻抗。
如以上参照图2所述的，阻抗匹配布置38提供了从馈孔15中的约50Ω到管状安装结构13内部的约140Ω的平滑阻抗过渡。
在屏蔽结构30的第二部分34中，总包围弧角从约300°连续减小至约10°或者更小。
图3b示意性地示出了图2中的探头屏蔽结构布置沿与探头7的延伸垂直的平面中的线B-B'的横截面。如图3b示意性示出的，总包围弧角θB为约250°，这导致了约150Ω的阻抗。
图3c示意性示出了图2中的探头屏蔽结构布置沿与探头7的延伸垂直的平面中的线C-C'的横截面。如图3c示意性示出的，总包围弧角θC为约180°，这导致了约160Ω的阻抗。
图3d示意性地示出了图2中的探头屏蔽结构布置沿与探头7的延伸垂直的平面中的线D-D'的横截面。如图3d示意性示出的，总包围弧角θD为约10°，这导致了约350Ω的阻抗。
如以上还提及的，在屏蔽结构30的下端31处存在剩余的阻抗级。由于单导体探头7在自由空间(屏蔽结构30的下端31以下)中的阻抗为约370Ω，所以该阻抗级将导致可能与典型的油回波具有相同的数量级的不匹配的反射。
然而，由于屏蔽结构30的下端31处的不匹配回波的幅度和位置对于雷达物位计系统的提供者是公知的并且完全与特定的安装无关，所以可以使用软件从回波曲线去除不匹配回波。
上述示意性地示出在图4a至图4b中，图4a至图4b为不利用软件(图4a)和利用软件(图4b)来去除由于发射信号在屏蔽结构30的下端31处的阻抗级处反射而产生的回波的回波曲线的示例图示。
首先参照图4a，回波曲线45包括：第一回波46，其由于管状安装结构13的下端16处的小的剩余阻抗级而产生；第二回波47，其由于以上提及的屏蔽结构30的下端31处的阻抗级而产生；以及第三回波48，其由于罐4中的物品3的表面11处的反射而产生。根据图4a明显的是，在物品3的表面11接近屏蔽结构的下端31的情况下，第二回波47可能使得难以准确地确定填充物位。
现在转到图4b，修改后的回波曲线50包括：第一回波51，其处于与图4a中的原始回波曲线45的第一回波46相同的位置；以及表面回波52，其对应于图4a中的表面回波48。然而，在修改后的回波曲线50中，在沿探头7与屏蔽结构30的下端31对应的位置处基本上不存在回波。
到目前为止，已经参照以下屏蔽结构描述了根据本发明的实施方式的雷达物位计系统和罐布置，该屏蔽结构为具有纵向延伸的缝的管道的形式，该缝随着与管状安装结构13的下端16的距离的增加而变宽。
应当注意的是，屏蔽结构的若干种替选配置是可行的。在图5a至图5b以及图6a至图6b中示意性地示出了两个这样的替选配置。
首先参照图5a至图5b，屏蔽结构30被设置成具有导电结构的形式，该导电结构具有基本上纵向延伸的、相对于彼此形成角度(一种俯仰角)的第一平面表面55和第二平面表面56。在图5a至图5b的示例实施方式中，第一表面55和第二表面56之间的角度为约90°，并且探头7被布置成使得总包围弧角θ为约250°。
转向图6a至图6b，屏蔽结构30被设置成具有导电管道的形式，该导电管道在屏蔽结构30的第一部分33中被孔58a至58b(在图6a中通过附图标记表示了仅一个孔)穿孔，并且在屏蔽结构30的第二部分34中从具有扩展缝的一侧敞开。
如图6b示意性示出的，总包围弧角θtot在此将为在穿孔形成的孔58a至58b的位置处的第一包围弧角θ1与第二包围弧角θ2之和。
本领域的技术人员认识到本发明绝非限制于上述优选的实施方式。相反，可以进行在所附权利要求的范围之内的许多修改和变化。此外，应当理解，本发明的各种实施方式并不限于使用特定的雷达物位计量技术，例如使用脉冲式发射信号与否。

Claims (19)

1.一种用于确定罐中的物品的填充物位的雷达物位计系统，所述罐具有从所述罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，所述雷达物位计系统包括：
收发器，其布置在所述罐的外部用以生成、发射以及接收电磁信号；
单导体探头，其布置在所述罐的内部并且经由布置在所述安装结构的上端处的馈孔电连接至所述收发器，所述单导体探头朝向所述罐中的物品基本上竖直地延伸穿过所述安装结构、通过所述安装结构的下端并进入到所述罐中的物品中，以用于朝向所述物品的表面引导来自所述收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向所述收发器返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；
导电屏蔽结构，其与所述单导体探头径向间隔开，并且在所述安装结构内部沿所述单导体探头的顶部部分延伸并通过所述安装结构的下端；以及
处理电路，其连接至所述收发器，以基于所述发射信号和所述表面反射信号来确定所述填充物位，
其中，所述屏蔽结构至少部分地包围所述单导体探头的顶部部分，并且沿径向方向敞开以允许所述物品进入，从而使得能够测量与所述探头的顶部部分对应的填充物位，
所述屏蔽结构包括在所述安装结构内部沿所述单导体探头延伸的第一部分以及在所述安装结构的下端以下沿所述单导体探头延伸的第二部分，
其中，所述屏蔽结构在与所述单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现如下角：
在所述第一部分中呈现大于180°的、围绕所述单导体探头的总包围弧角；以及
在所述第二部分中呈现随着与所述安装结构的下端的距离增加而减小的、围绕所述单导体探头的总包围弧角。
2.根据权利要求1所述的雷达物位计系统，其中，在所述第二部分中，所述总包围弧角从至少180°减小至小于20°。
3.根据权利要求2所述的雷达物位计系统，其中，所述第二部分沿所述单导体探头延伸至少如下距离：所述距离与所述雷达物位计系统的距离分辨率对应。
4.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，在所述第二部分中，围绕所述单导体探头的所述总包围弧角连续地减小。
5.根据权利要求4所述的雷达物位计系统，其中，围绕所述单导体探头的所述总包围弧角从所述安装结构的下端到所述屏蔽结构的下端连续地减小。
6.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，在所述第一部分中从所述安装结构的上端到所述安装结构的下端，围绕所述单导体探头的所述总包围弧角大于180°。
7.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，在所述第一部分中，围绕所述单导体探头的所述总包围弧角大于270°。
8.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述屏蔽结构至少在所述第一部分中基本上为管状的。
9.根据权利要求8所述的雷达物位计系统，其中，所述屏蔽结构包括纵向延伸的缝，所述缝在所述第二部分中呈现增大的开口。
10.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述屏蔽结构的最大横向尺寸小于5cm。
11.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述雷达物位计系统还包括至少一个间隔物，所述至少一个间隔物布置在所述单导体探头与所述屏蔽结构的内表面之间以防止所述单导体探头与所述屏蔽结构之间的不需要的接触。
12.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述单导体探头与所述屏蔽结构的内表面之间的径向距离沿所述屏蔽结构的长度基本上恒定。
13.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述雷达物位计系统还包括邻近所述馈孔设置在所述屏蔽结构与所述单导体探头之间的阻抗匹配布置。
14.根据权利要求13所述的雷达物位计系统，其中，所述阻抗匹配布置被构造成使得所述单导体探头与所述阻抗匹配布置之间的径向距离随着沿所述探头与所述馈孔的距离的增加而增加。
15.根据权利要求14所述的雷达物位计系统，其中，所述径向距离步进式地增加，每一级的沿所述单导体探头的长度呈现出所述单导体探头与所述阻抗匹配布置之间的基本上恒定的、至少近似地与所述发射信号的中心波长的四分之一对应的径向距离。
16.根据权利要求14所述的雷达物位计系统，其中，所述阻抗匹配布置包括布置为与所述屏蔽结构的内表面邻接的导电部件。
17.根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统，其中，所述处理电路包括信号处理电路，所述信号处理电路用于基于所述发射信号和所述反射信号来形成回波信号以及去除由于所述发射信号在所述屏蔽结构的下端处的反射而产生的回波。
18.一种罐布置，包括：
罐，所述罐具有从所述罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，所述罐容纳待计量的物品；以及
附接至所述管状安装结构的、根据权利要求1或2所述的雷达物位计系统。
19.一种罐布置，包括：
罐，所述罐具有从所述罐的顶部基本上竖直向上延伸的管状安装结构，所述罐容纳待计量的物品；以及
雷达物位计系统，用于确定所述罐中容纳的物品的填充物位，所述雷达物位计系统包括：
收发器，其布置在所述罐的外部用以生成、发射以及接收电磁信号；
单导体探头，其布置在所述罐的内部并且经由布置在所述安装结构的上端处的馈孔电连接至所述收发器，所述单导体探头朝向所述罐中的物品基本上竖直地延伸穿过所述安装结构、通过所述安装结构的下端并进入到所述罐中的物品中，以用于朝向所述物品的表面引导来自所述收发器的电磁发射信号穿过罐的空气，并且用于朝向所述收发器返回由于所述发射信号在所述表面处的反射而产生的电磁表面反射信号；
导电屏蔽结构，其与所述单导体探头径向间隔开，并且在所述安装结构内部沿所述单导体探头的顶部部分延伸并通过所述安装结构的下端；以及
处理电路，其连接至所述收发器以基于所述发射信号和所述表面反射信号来确定所述填充物位，
其中，所述屏蔽结构至少部分地包围所述单导体探头的顶部部分并且沿径向方向敞开以允许所述物品进入，从而使得能够测量与所述探头的顶部部分对应的填充物位，
所述屏蔽结构包括在所述安装结构内部沿所述单导体探头延伸的第一部分以及在所述安装结构的下端以下沿所述单导体探头延伸的第二部分，
其中，所述屏蔽结构在与所述单导体探头的延伸垂直的横截面中呈现如下角：
在所述第一部分中呈现大于180°的、围绕所述单导体探头的总包围弧角；以及
在所述第二部分中呈现随着与所述安装结构的下端的距离的增加而减小的、围绕所述单导体探头的总包围弧角。
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