CN106461448B

CN106461448B - 用于罐中的gwr测量的馈通器

Info

Publication number: CN106461448B
Application number: CN201580016899.9A
Authority: CN
Inventors: I.乔治斯库; C.科比亚努; S.J.希思; M.K.Y.休斯; F.M.哈兰
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: CN106461448A; US9476753B2; EP3123126B1; EP3123126A1; WO2015148161A1; EP3123126A4; CA2943090C; CA2943090A1; US20150276460A1

Abstract

一种用于将所接收的过程连接装置（2）耦合到储罐（罐40）的同轴馈通装置（馈通器100），其包含内部电导体（探头）（10），外部电导体（20）；以及介电套管，所述介电套管设置在所述探头和所述外部电导体之间。所述介电套管经配置以提供上部同轴传输线路段（上部CTL段）（100a），所述上部同轴传输线路段提供大体上50欧姆的阻抗；以及下部同轴传输线路段（下部CTL段）（110b），所述下部同轴传输线路段包含一个或多个子段（100b₁和100b₂，100b'或100b''），所述子段具有与所述大体上50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

Description

用于罐中的GWR测量的馈通器

技术领域

所揭示的实施例涉及用于储罐中的产品的导波雷达（GWR）水平面测量的馈通器。

背景技术

将较大储罐（也被称为容器）（下文称为“罐”）用于存储各种产品是一种标准做法，所述产品包含饮料和石油产品等液体，以及粉末等固体产品。常规地，此类储罐通常由非不锈钢板制成，且在石油制品的情况下，所述罐通常由焊接在一起的从1/4英寸（0.63 cm）到1/2英寸（1.27 cm）厚度的钢板制成。常规储罐的尺寸通常在数百英尺（100英尺=30.5米）高度和数百英尺直径的范围内。

当其它感测方法可能难以提供可靠的和/或准确的信息时，例如基于GWR的接触电磁检测和感测可以用于确定目标的存在或标记（目标分类或形状）、材料的表面的水平面或距材料的表面的距离。例如，在石油和天然气行业中，不准确或不可靠的水平面测量可能导致罐水平面量测应用的盈利/收入的较大损失。在直径为40到80米的储罐中的水平面测量的1毫米（mm）的误差可对应于若干立方米的体积误差。因为原油价格通常为至少$70每桶（1桶=42美制加仑或159升），所以1 mm的误差可引起参与贸易和石油输送的一方或多方的数千美元的损失。还已知的是，对于由GWR水平面系统提供准确的测量来说，产品水平面和/或位于罐顶部下方超过约50 m距离处的具有不同介电常数的两种产品之间的界面的测量是一项挑战。

在已知的GWR系统布置中，沿着传播路径来自电子设备区块（包含处理器、用于发射的数模转换器（DAC）和用于接收的模数转换器（ADC）以及收发器）的微波分量（其产生微波信号）通过包含联接到收发器的50欧姆同轴电缆而沿着引导探头发射到待测量的产品表面/界面，其中所述同轴电缆联接到整体基本上50欧姆的同轴馈通器。馈通器具有其外部导体“套管”，所述套管焊接到在具有孔口的120到180欧姆金属圆柱形罐喷嘴上的凸缘（阻抗取决于探头直径和喷嘴直径），或经由罐孔口螺纹连接罐的顶部表面中的孔口。罐内的探头电连接并机械连接到馈通装置的中心导体，且其长度取决于应用需要。自由空间中的探头的阻抗是约370欧姆。

发明内容

提供此发明内容是为了以简化形式介绍一组简要的所揭示概念，所述概念在下文在包含所提供的附图的具体实施方式中进一步描述。此发明内容并不意图限制所主张的主题的范围。

所揭示的实施例认识到，在具有喷嘴的储罐或容器（下文称为“罐”）（所述储罐或容器使用常规喷嘴过程连接装置（process connection），其包含焊接到在罐的喷嘴周围的凸缘的同轴馈通装置（下文通常称为“馈通器（feed-through）”））的情况下，在馈通器的约50欧姆（Ω）的输出与喷嘴输入（通常为120到80 Ω）之间，以及从喷嘴的输出到罐内部的自由空间中的内部金属探头（370 Ω）之间存在阻抗不匹配。在用于无喷嘴罐的常规馈通器（其可直接地螺纹连接于罐的顶部表面而不需要凸缘）的情况下，阻抗不匹配更加严重，因为阻抗从50 Ω突然地特定变化到370 Ω（自由空间中的金属探头阻抗）。在通常包括聚合物或聚合物复合材料（下文称为“聚合物基的”）非金属罐的情况下，阻抗不匹配情况是类似的，即，从50 Ω到370 Ω的突然变化，且微波和过程密封组件的组合件要复杂得多，因为馈通器螺纹连接于附接到非金属罐的顶部的防漏金属联接装置。

两种过程连接装置（焊接到罐喷嘴的凸缘的馈通器或螺纹连接于罐的顶部表面的馈通器）的此类阻抗不匹配在发射和接收期间在沿着喷嘴和罐的顶部的信号传播期间产生微波功率损耗。除这些基于阻抗不匹配的微波功率损耗外，还存在由于从特定于在馈通器的同轴传输线路上的波传播的横向电磁波模式（TEM）模式到特定于沿着金属探头的表面波传播的横磁（TM）模式的模式转换而导致的微波功率损耗。最后，在沿着金属探头的波传播期间，存在微波功率损耗，其中取决于探头设计、其表面改性、其欧姆电阻以及探头与周围金属表面之间的相对距离，损耗值通常在0.1到0.4 dB/m的范围内。

所揭示的实施例包含用于将过程连接装置联接到喷嘴或联接到储罐的顶部表面的同轴馈通器，其包含内部电导体（探头）、外部电导体，以及介电套管，所述介电套管设置在探头与外部电导体之间，使得馈通器充当同轴传输线路（CTL）。此CTL的介电套管通常具有沿着探头方向约0.8λ到1.2λ的总电长度，其中λ是与询问信号的带宽（通常≥1 GHz，例如对于0.5 ns的脉冲为约2 GHz，且对于0.15 ns的脉冲宽度为约6 GHz）相关联的中心长度，如通过由GWR仪器使用的时域反射测量原理描述。

沿着探头方向，介电套管可以划分成两个区域：上部介电套管（靠近50 Ω同轴电缆），所述上部介电套管用于形成馈通器的上部CTL部分，所述上部CTL部分具有大体上等于50 Ω的阻抗）；以及下部介电套管，所述下部介电套管用于形成馈通器的下部CTL部分。如本文中所使用，“大体上等于50 Ω”定义为50 Ω±20%，定义为50 Ω±10%以及一些实施例。馈通器的此下部CTL部分具有子部分，所述子部分具有与上部CTL段的大体上50 Ω的阻抗段相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗。

所揭示的同轴馈通器使馈通器与罐的喷嘴之间或馈通器与罐的顶部表面之间的阻抗不匹配最小化，这提供上述微波功率损耗的大大减少，从而通常提供5 dB或更多的微波损耗减少（在下文的实例部分中描述）。通过所揭示的馈通器提供的微波功率损耗的大大减少实现更加精确的水平面测量和在靠近罐的顶部表面处的水平面测量的减少的死区。此外，通过所揭示的馈通器提供的微波功率损耗的减少还使得能够将水平面检测范围延伸超出由已知馈通器提供的范围。

附图说明

图1A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有多个台阶式介电区，所述台阶式介电区将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到示出为同轴电缆的传输线路连接器。

图1B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有线性渐变的介电质，所述线性渐变的介电质将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有金属凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到传输线路连接器（示出为同轴电缆）。

图2示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有不同的介电材料，所述介电材料将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有凸缘的储罐的顶部表面，所述电子设备区块联接到示出为同轴电缆的传输线路连接器。

图3A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有图1A、图1B或图2中示出的介电套管布置，其中馈通器经由罐孔口螺纹连接至罐的顶部表面中的孔口。

图3B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器的GWR系统的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段，其具有图1A、图1B或图2中示出的介电套管布置，其中馈通器具有其外部导体“套管”，所述套管焊接到具有孔口的金属喷嘴上的凸缘。

图4A示出经由金属凸缘连接到非金属罐的顶部表面的控制馈通的COMSOLMultiphysics（COMSOL）模拟结果。

图4B是显示与具有图4A中示出的数据的控制馈通相比所揭示的馈通器的提高的效率的COMSOL模拟结果，所述所揭示的馈通器具有经由金属凸缘连接到非金属罐的双台阶式介电质。

图4C是显示与具有图4A中示出的数据的控制馈通相比所揭示的馈通器的提高的效率的COMSOL模拟结果，所述所揭示的馈通器具有经由金属凸缘连接到非金属罐的渐变介电质。

具体实施方式

参考附图描述所揭示的实施例，其中相同的参考标号在整个附图中用于指示相似或等效的元件。附图并未按比例绘制，且附图仅提供用于说明某些所揭示的方面。下文参考用于说明的实例应用来描述若干所揭示的方面。应理解，阐述众多具体细节、关系以及方法以提供对所揭示的实施例的全面理解。

然而，所属领域的技术人员应容易地认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者用其它方法实践本文中所揭示的主题。在其它情况下，未详细示出众所周知的结构或操作以避免混淆某些方面。本发明并不受限于所说明的动作或事件的排序，因为一些动作可以不同次序进行和/或与其它动作或事件同时进行。此外，并非所有所说明的动作或事件都需要用来实施根据本文中所揭示的实施例的方法。

所揭示的实施例包含同轴馈通器，所述同轴馈通器包含下部介电套管部分，所述下部介电套管部分使馈通器与具有喷嘴的罐的喷嘴之间或馈通器与无喷嘴罐的罐顶部之间的阻抗不匹配最小化。图1A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器100的GWR系统120，所述同轴馈通器具有上部CTL段100a，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段100b，其具有多个台阶式厚度的介电区，所述介电区包含介电质106和介电质107，所述介电质将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有金属凸缘4的储罐40的顶部表面40a，所述电子设备区块包括联接到收发器1的处理器80，所述收发器1联接到示出为同轴电缆2的传输线路连接器。

馈通器100包含内部电导体（探头）10和具有突出肩部20a的外部电导体20（例如，不锈钢）。探头10具有突出金属延伸区10a。馈通器100的外部电导体20示出为通过焊接材料31焊接到凸缘4的顶部。凸缘示出为通过紧固件41（例如，不锈钢螺栓）固定且密封到罐40的顶部表面40a，并固定且密封到通常包括金属的止动套管42。在此实施例中，用于下部CTL段的常规管状圆柱形介电区被多台阶式介电区替代，所述多台阶式介电区示出为包含介电质106和介电质107的双台阶式厚度介电质106、107。馈通器100的底侧示出为焊接到凸缘4。罐40可以包括金属（例如，金属或金属合金）罐或非金属罐，例如混凝土或聚合物基的罐。

设置在探头10与上部CTL段100a（其如上文所提及提供大体上50欧姆的阻抗）中的外部电导体20之间的介电套管从上到下包括介电质102，其例如包括通过介电O形环101（例如包括VITON等氟橡胶）密封的聚醚醚酮（PEEK）；接着是气隙103；接着是介电环104，其例如包括ULTEM等聚醚酰亚胺；接着是介电质105，其例如包括聚四氟乙烯（PTFE）。介电环104被配置为支撑探头10的重量的承重环，所述探头的重量取决于其长度可以为约6到8 kg。

馈通器100与常规馈通器一样配置，使得罐40的内部的环境不发生泄漏。防止泄漏是图1A中示出密封介电套管的外侧和内侧的O形环的原因，所述O形环包含O形环101（密封介电套管的外侧）以及未标号的其它O形环。下部CTL段100b中的介电套管从上到下包括在子段100b₁中的介电质106，其下是在子段100b₂中的介电质107。下部CTL段100b的至少一部分提供与上部CTL段100a的大体50 Ω的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗，所述大体50 Ω的阻抗可以与由贯穿其整个长度的常规馈通器提供的基本上50 Ω的阻抗相当。

下部CTL段100b的电长度为在至少1 GHz的操作的中心频率处大体0.4λ到0.6λ。上部CTL段100a的电长度为在至少1 GHz的操作的中心频率处大体0.4λ到0.6λ，使得馈通器100通常在操作的中心频率处具有0.8λ到1.2λ的电长度。

具有双台阶式厚度介电质106、107的同轴馈通器100在馈通器的传输线路朝向罐40的顶部表面40a移动时产生所述传输线路的阻抗的增加，其中介电质106和107的电长度示出为约等于且可以各自等于约¼λ。例如，通过减小如图1A中示出的外部电导体20的厚度，可以增加介电质106和107的介电材料的直径，例如包括PTFE。应注意，馈通器设计中的外部电导体20的厚度通常应考虑与金属套管当暴露于最大温度和压力下时的机械阻力有关的机械方面。

作为实例，对于探头10的典型的几何形状，以及双台阶式厚度介电质106、107的介电质厚度的上述变化，对此类型的同轴传输线路的阻抗计算已经示出：对于子段100b₁中的介电质106，可以获得从50 Ω到约65 Ω±10% Ω的增加，而子段100b₂的阻抗可以为约80Ω±10% Ω。

对于常规馈通器，从50 Ω沿着下部CTL段100b中的馈通到约80 Ω的馈通器阻抗的增加导致会大大减少从馈通器100的输出到罐的喷嘴的输入或到无喷嘴罐的顶部的反射信号，这取决于过程连接装置的类型。已经发现，从下部CTL段100b的上部子段100b₁中的常规的50 Ω到约65 Ω±10%接着到下部子段100b₂中的约80 Ω±10%的馈通器阻抗的增加改进馈通器与喷嘴之间（通常为120到180 Ω的阻抗），或（对于螺纹连接的过程连接装置的情况）馈通器与罐的顶部之间（对于自由空间中的探头10约370 Ω）的阻抗调适。下文关于图4B描述的COMSOL模拟显示与常规控制馈通相比，此双台阶式同轴馈通器的大大提高的效率。

类似地，在另一实施例中，用图1B中示出的线性渐变介电厚度（或下文描述的图2中示出的非线性渐变介电区）来替换图1A中示出的所揭示的双台阶式厚度介电质106、107，馈通器阻抗可以沿着下部CTL段中的馈通从常规地50 Ω增加至类似于由图1A中示出的下部CTL段100b提供的阻抗的更高阻抗值。线性渐变介电质提供下部CTL段的阻抗的逐渐（对数）增加，以为连接到喷嘴的馈通器或螺纹连接于罐（为金属罐或非金属罐）的顶部的馈通器提供增强的阻抗匹配。

图1B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器150的GWR系统170，所述同轴馈通器具有上部CTL段100a，其提供如图1A中布置的大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段100b’，其具有线性渐变介电质106'，所述介电质将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有金属凸缘4的储罐40的顶部表面40a，所述电子设备区块包括联接到收发器1的处理器80，所述收发器联接到示出为同轴电缆2的传输线路连接器。线性渐变介电质106'还改进了馈通器150的输出到如图2中示出的罐40的顶部表面40a的阻抗匹配，或到具有喷嘴的罐的喷嘴（见下文描述的图3）的阻抗匹配。线性渐变介电质106'可以在其与阻抗对数增加的上部CTL段100a的界面处提供约50 Ω阻抗，使得在线性渐变介电质106'的底部处，所述阻抗比上部CTL段100a中的50 Ω阻抗高≥40%，例如终止于约80 Ω±10%。

在其它实施例中，并非通过沿着下部CTL段中的径向方向改变共用介电材料的介电厚度来实现如1A（具有台阶式介电厚度的下部CTL段100b）和图1B（具有对数增加的厚度的下部CTL段100b'）中示出的所需阻抗分布，而是使用不同的介电材料来实现类似地所揭示阻抗结果。图2示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器200的GWR系统220的描绘，所述同轴馈通器具有上部CTL段100a，其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段100b''，其具有相应地在上部子段100b₁'中和在下部子段100b₂'中的不同的介电材料106''和107''，所述介电材料将包括电子设备区块的GWR过程连接装置连接到在其上具有凸缘4的储罐40的顶部表面，所述电子设备区块联接到示出为同轴电缆的传输线路连接器。

在图2中示出的GWR系统220实施例中，CTL馈通器使用具有不同介电常数的不同介电材料来提供朝向罐40的阻抗增加。在馈通器200的下部CTL段100b''中具有不同介电常数的不同介电材料提供从介电质105（在上部CTL段100a的下部部分）到介电质106''增加，以及从介电质106''到介电质107''增加的阻抗，而不必改变外部金属套管20的内部轮廓（其可以如图所示始终保持圆柱形）。例如，在一个具体实施例中，介电质105可以是30%玻璃增强的ULTEM（介电常数=3.7），介电质106''可以是标准ULTEM（介电常数=3.1），且介电质107''可以是PTFE（介电常数为2）。还可以将空气用于介电质107''，其中空气的介电常数基本上为1。空气的介电常数可以由于压力增加而增加至大体上超过1，罐中的蒸气或氨水等产品一般皆是如此。此外，在一些实施例中，沿着径向方向的介电厚度是非恒定的（例如，台阶式介电厚度或对数变换的介电厚度），或在下部CTL段中使用不同的介电材料。

图3A示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器100（图1A中示出）、馈通器150（图1B中示出）或馈通器200（图2中示出）的GWR系统300的描绘，所述馈通器具有上部CTL段（见图1A、图1B或图2中的上部CTL段100a），其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段（见图1A中的下部CTL段100b、图1B中的下部CTL段100b'或图2中的下部CTL段100b''），其提供比上部CTL段中的50 Ω阻抗高≥40%的阻抗。馈通器100、150或200螺纹连接金属罐40'的顶部表面40a'中的孔口51。罐40'可以是金属或非金属（例如，聚合物基的）罐。然而，在非金属罐的情况下，馈通器100、150或200螺纹连接密封到罐孔口的金属板（此处未示出）。

图3B示出根据示例性实施例的包含示例性同轴馈通器100（图1A中示出）或馈通器150（图1B中示出）或馈通器200（图2中示出）的GWR系统350的描绘，所述馈通器具有上部CTL段（见图1A、图1B或图2中的上部CTL段100a），其提供大体上50 Ω的阻抗；以及下部CTL段（见图1A中的下部CTL段100b或图1B中的下部CTL段100b'或图2中的下部CTL段100b''），其提供比上部CTL段中的50 Ω阻抗高≥40%的阻抗。馈通器100或200具有其外部导体，所述导体通过焊接材料31焊接到在罐340的顶部表面340a上方的金属圆柱形罐喷嘴340b上的凸缘4。喷嘴340b具有约120到180 Ω的阻抗（阻抗取决于探头10的直径和喷嘴340b的直径）且具有孔口。在此实施例中，罐340可以是金属或金属合金或非金属罐。

作为实例，下文描述在到金属凸缘（例如图1A、图1B、图2或图3B中示出的凸缘4）的馈通连接的情况下的一系列馈通组合件。

1. 提供或准备外部金属导体20（例如，包括不锈钢（SSt））以作为馈通器的具有突出肩部20a的初始组件。

2. 将外部金属导体20焊接到凸缘4。此步骤仅适用于连接到凸缘的馈通器的情况。

3. 通过将介电环104从顶侧向上滑至外部金属导体20的突出肩部20a（所述介电环将停在所述突出肩部），插入所述介电环，其例如包括聚醚酰亚胺（PEI），所述聚醚酰亚胺是无定形的琥珀色至透明热塑性塑料，其特性类似于相关的塑料PEEK，市售为外部金属导体20中的ULTEM环。

4. 通过从顶侧滑动探头10来将其插入到馈通器中。探头10具有加宽部分，所述加宽部分将被介电环104阻挡。

5. 将在馈通器的顶部中的例如包括PEEK环的O形环101（包含图1A、1B和2中示出的O形环）向上插入到探头10的金属延伸部10a，其中所述O形环将停止，且因此界定围绕探头10的金属延伸部10a的空气腔室103。

6. 将介电质106、107（图1A中示出的双台阶式厚度介电质106、107）或例如包括VITON O形环的106'（图1B中示出的渐变介电质），或106''和107'' （图2中示出的不同介电材料）插入在底侧上的馈通器中（根据图1A或1B）。

7. 将止动套管42添加在凸缘4的底侧上，且例如通过图1A、1B和2中示出的紧固件41（例如，螺栓）将其固定在此处。

所揭示的馈通器可以用在罐的GWR系统的广泛范围的过程连接装置上，从而提供与贯穿馈通器的长度的常规50 Ω馈通器相比在阻抗匹配上的较大改进。

实例

通过以下具体实例进一步说明所揭示的实施例，所述特定实例绝不应被解释为限制本发明的范围或内容。

下文描述特定于时域反射测量的COMSOL模拟结果数据，其中对于馈通器的不同几何结构，示出根据所揭示的实施例的具有1.8 V的峰值的初始询问脉冲和0.5 ns的半极大处全宽度（FWHM），以及来自馈通器的末端（凸缘位置）和位于与信号源（产生上述电压峰值）相距1 m处的金属目标（理想的电导体）的回波（脉冲）的实例，所述回波是寄生回波。在上述这两个回波之间，可能存在其它寄生回波，所述其它寄生回波源自于来自馈通器的末端和金属目标的多个反射。模拟结果比较从所揭示的馈通器获得的电压回波与从控制馈通获得的电压回波，所揭示的馈通器具有介电布置，与上部CTL段中的阻抗相比，所述介电布置升高下部CTL段中的阻抗；所述控制馈通具有在上部CTL段和下部CTL段两者中的常规管状圆柱形介电套管，所述介电套管始终提供基本上50 Ω的阻抗。此处，示出用COMSOL获得的模拟结果，所述COMSOL是用于模拟各种基于物理的问题的市售多用途软件平台。然而，还可以使用其它建模和模拟工具。

图4A中示出的COMSOL模拟结果是针对经由150 mm直径的金属凸缘连接的控制馈通，所述金属凸缘密封到非金属罐的顶部表面中的孔口。询问脉冲（具有等于0.5 ns的脉冲宽度）的振幅示出为1.8 V。反射自此控制馈通的馈通器末端（凸缘）的回波信号的振幅示出为具有1.114 V的振幅。此寄生回波具有较高的信号振幅值，所述信号振幅值以较高信噪比（SNR）减小沿着可以用于水平面/界面测量的探头传播的信号功率。由于在凸缘位置处的寄生信号反射，信号衰减的幅度计算为：

Atten₁=20 * log (1.8/1.114)=4.16 dB。

特意地，忽略在衰减表达式中使用的负号。Atten₁是馈通器的阻抗（约50 Ω）与罐的顶部的阻抗（自由空间中的探头10的阻抗等于370 Ω）之间的阻抗不匹配的结果。反射自位于距凸缘1 m处的金属目标（建模为理想电导体）的（回波）信号的振幅示出为具有-0.465V的振幅。由于在金属目标处的信号反射，信号衰减计算为：

Atten₂=20 * log (1.8/0.465)=11.75 dB。

图4B中示出的COMSOL模拟结果通过数值COMSOL计算显示所揭示的馈通器与控制馈通相比提高的效率，所揭示的馈通器具有经由150 mm金属凸缘连接到非金属罐的双台阶式介电质（见图1A），所述控制馈通具有图4A中示出的数据。询问脉冲（脉冲宽度等于0.5ns）的振幅同样示出为1.8 V。反射自凸缘的（回波）信号的振幅示出为0.61 V。可以观察到，由于在凸缘位置处的馈通器的输出（约80 Ω±10%）与由所揭示的具有双台阶式介电质的馈通器提供的在罐的顶部处的自由空间中的探头阻抗（370 Ω）之间的较好阻抗匹配，所计算的来自凸缘的寄生反射信号的振幅已经从1.114 V减小至0.61 V。来自馈通器的末端（凸缘位置）的较低振幅寄生回波为“Atten1”提供较高值：

Atten₁=20 * log (1.8/0.61)=9.4 dB。此增加的Atten1的值是相对于具有其在图4A中示出的性能的控制馈通的5.24 dB的改进。

反射自位于距凸缘1 m处的金属目标（建模为理想电导体）的（回波）信号的振幅示出为具有-1.0 V的振幅。由于在金属目标处的信号反射，此信号衰减计算为：

Atten₂=20 * log (1.8/1)=5.1 dB。由于反射可用信号（在分母上）的增加的值，相对于目标信号计算Atten₂的较低值，这使得可用信号更容易与背景噪声区分开，因此提供改进的设计。因此，反射自位于距信号源1 m处的目标的可用信号幅度相对于具有其在图4A中示出的性能的控制馈通改进了6.65 dB。

图4C中示出的COMSOL模拟结果显示所揭示的馈通器相对于控制馈通提高的效率，所揭示的馈通器具有渐变介电质（见图2），所述渐变介电质经由150 mm金属凸缘连接到非金属罐的顶部表面。反射自具有连接到非金属罐的渐变介电质的馈通器的凸缘的（回波）信号的振幅示出为具有0.733 V的振幅。在此情况下，所计算的衰减为：

Atten₁=20 * log (1.8/0.733)=7.8 dB。

此结果显示相对于具有其在图4A中示出的性能的控制馈通的3.64 dB的改进。

反射自位于距凸缘1 m处的金属目标（建模为理想电导体）的（回波）信号的振幅示出为-0.93 V的振幅。由于在金属目标处的信号反射，信号衰减计算为：

Atten₂=20 * log (1.8/0.93)=5.73 dB。这意味着反射自位于距信号源1 m处的目标的可用信号相对于控制馈通改进了约6.02 dB。

经上文已经描述了各种所揭示的实施例，但应理解，这些实施例仅作为实例而非限制呈现。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以根据本发明对本文中所揭示的主题做出许多改变。另外，尽管已经关于若干实施方案中的仅一个揭示特定特征，但如任何给定或特定应用可能需要或对任何给定或特定应用可能有利，此特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征组合。

Claims

1.一种用于将所接收的过程连接装置联接到储罐的同轴的馈通装置，其包括：

内部电导体；

外部电导体（20）；以及

介电套管，其设置在所述内部电导体和所述外部电导体之间；

其中所述介电套管经配置使得为所述馈通装置提供上部同轴传输线路段（100a）和下部同轴传输线路段（100b），所述上部同轴传输线路段提供50欧姆的阻抗；所述下部同轴传输线路段包括一个或多个子段（100b₁和100b₂或100b'），所述子段具有与所述50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗；以及

其中所述外部电导体（20）包括在所述上部同轴传输线路段（100a）的底部处的突出肩部（20a）。

2.根据权利要求1所述的馈通装置，其中所述介电套管具有贯穿所述下部同轴传输线路段的共用介电材料。

3.根据权利要求2所述的馈通装置，其中所述一个或多个子段包括至少第一子段和第二子段，所述第一子段和第二子段在所述共用介电材料的厚度上具有至少百分之二十（20%）的差值。

4.根据权利要求2所述的馈通装置，其中所述下部同轴传输线路段中的所述介电套管为所述共用介电材料提供线性渐变的厚度，所述共用介电材料的厚度从所述下部同轴传输线路段的顶部线性增加到所述下部同轴传输线路段的底部。

5.根据权利要求1所述的馈通装置，其中所述馈通装置具有沿着其整个长度的恒定横截面积。

6.根据权利要求1所述的馈通装置，其中所述介电套管在所述下部同轴传输线路段中具有两种或多于两种不同的介电材料。

7.一种导波雷达（GWR）系统（120），其包括：

电子设备区块，其包括联接到收发器（1）的处理器（80），所述收发器联接到提供过程连接装置的传输线路连接器（2），其通过同轴的馈通装置联接到储罐；

所述馈通装置包括：

内部电导体；

外部电导体（20）；以及

其中所述介电套管经配置使得为所述馈通装置提供上部同轴传输线路段（100a）和下部同轴传输线路段（100b），所述上部同轴传输线路段提供50欧姆的阻抗；所述下部同轴传输线路段包括一个或多个子段（100b₁和100b₂，100b'或100b''），所述子段具有与所述50欧姆的阻抗相比高出至少百分之四十（40%）的阻抗；以及

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述介电套管具有贯穿所述下部同轴传输线路段的共用介电材料。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述介电套管具有贯穿所述下部同轴传输线路段的共用介电材料，所述一个或多个子段包括至少第一子段和第二子段，所述第一子段和第二子段在所述共用介电材料的厚度上具有至少百分之二十（20%）的差值。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述下部同轴传输线路段中的所述介电套管为所述共用介电材料提供线性渐变的厚度，所述共用介电材料的厚度从所述下部同轴传输线路段的顶部线性增加到所述下部同轴传输线路段的底部。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述馈通装置具有沿着其整个长度的恒定横截面积。

12.根据权利要求7所述的系统，其中所述介电套管在所述下部同轴传输线路段（100b）中具有两种或多于两种不同的介电材料。