CN108139467A - 检测导波雷达系统中的波导的末端处的液体材料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

装置（100）包括收发器（105），所述收发器（105）配置为生成信号（110）并且接收多个反射信号（130）以用于测量罐体（155）中的工艺流体（120）的液位（145）。装置还包括波导（115），所述波导（115）包括探针（185）和可浮部分（360）。所述探针配置为从收发器引导所述信号并且将所述多个反射信号引导到收发器。所述可浮部分配置为随探针的末端（125）处的工艺流体的液位而移动，并且当工艺流体的液位信号（220）处于表示探针末端的末端信号（235）范围内时，产生表示工艺流体的液位的辅助信号（255）。

Description

检测导波雷达系统中的波导的末端处的液体材料的装置和 方法

技术领域

本公开大体涉及导波雷达系统。更具体地，本公开涉及用以检测导波雷达系统中的波导的末端处的液体材料的装置。

背景技术

用于液位测量（level measurement）的精度和一致性对不同产业是很重要的。采取液位测量并将其用于针对用于库存和控制的工艺和存储罐体二者。流体液位的可靠测量和报告对于存储罐体的工艺效率和安全性通常是关键的。该罐体的底部或者测量范围的末端受到特别关注以便可靠地检测存储罐体中的产品的空缺或者近乎空缺。

对于采用飞行时间方法的非接触液位测量方法（诸如超声、雷达和激光），测量以由制造商限定的某种裕度近乎延伸到罐体的底部。即使那样，测量对于罐体的绝对底部通常是不可能或不可靠的。

发明内容

本公开提供了一种检测导波雷达系统中的波导的末端处的液体材料的经修改的波导设计。

在第一实施例中，装置包括收发器，所述收发器配置为生成信号并且接收多个反射信号以用于罐体中的工艺流体的液位的测量。装置还包括波导，所述波导包括探针和可浮部分。探针配置为从收发器引导信号并且将所述多个反射信号引导到收发器。可浮部分配置为随探针末端处的工艺流体的液位而移动，并且当工艺流体的液位信号处于表示探针末端的末端信号范围内时，产生表示工艺流体的液位的辅助信号。

在第二实施例中，波导包括探针和可浮部分。探针配置为从收发器引导信号并且将所述多个反射信号引导到收发器。可浮部分配置为随探针末端处的工艺流体的液位而移动，并且当工艺流体的液位信号处于表示探针末端的末端信号范围内时，产生表示工艺流体的液位的辅助信号。

在第三实施例中，方法包括沿探针从收发器生成信号以用于测量工艺流体的液位。方法还包括反射表示工艺流体的液位的辅助信号，所述辅助信号由所述信号反射离开探针末端的可浮部分而产生。方法还包括在收发器处接收辅助信号。

根据以下附图、描述和权利要求，其它技术特征对于本领域技术人员可以是显而易见的。

附图说明

为了更全面理解本公开，现在参照结合随附各图考虑的以下描述，其中：

图1图示了根据本公开的示例导波雷达（GWR）液位传感器；

图2A、2B和2C图示了根据本公开的已经在反射之后接收到的样本透射脉冲；

图3A、3B、3C、3D、3E和3F图示了根据本公开的尾重（end weight）的不同修改；以及

图4图示了根据本公开的用于检测导波雷达系统中的波导的末端处的工艺流体的示例方法。

具体实施方式

以下讨论的图1到4以及用来描述该专利文献中的本公开的原理的各种实施例仅作为说明的方式，并且不应当以任何方式理解为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解到，本公开的原理可以在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

在接触液位测量方法中（比如，导波雷达），沿探针执行测量。典型地，做出准确测量的能力在探针的末端处近乎结束。在具有低介电常数（DC）的液体材料的测量的情况下，来自探针的末端的信号反射（诸如电磁波反射）明显强于来自接近探针末端的介质的信号反射。换言之，当存储罐体中的液体几乎耗尽或者处于尾重范围内的液位下时，由于探针末端的较大反射，来自液体的较少反射更难以检测。该情况使得当液体的液位接近探针的末端时液位反射的可靠检测和追踪是困难的。对于低DC液体（诸如油类、燃料、液化气等）尤其如此。该液位处的测量也可能是不稳定的。

图1图示了根据本公开的示例导波雷达（GWR）液位传感器100。如图1中所示，液位传感器100利用收发器105来通过经修改的波导115发送透射脉冲110。探针185通过工艺流体贮藏器、罐体155、工艺流体腔室或者其它空间的内部空间160延伸到工艺流体120中（有时候在压力之下）。经修改的波导115包括探针185，所述探针185可以是柔性线、刚性杆或者同轴线缆。为了讨论方便，探针185将被描述为具有探针185的末端125处的尾重的柔性线。当探针是刚性杆或者同轴线缆时，二者都足够刚性，使得探针185的末端125可以解连或者附连到罐体155的底部165。探针185的末端125产生比具有低DC的液体的表面更强的反射信号。

当探针185是柔性线时，探针185由尾重抓紧，所述尾重帮助保持探针185为笔直和竖直的以用于增加液位测量的可靠性。透射脉冲110中的至少一些从工艺流体120的表面140反射并且作为反射脉冲130沿探针185行进回到收发器105。收发器105接收反射脉冲130，并且液位传感器100计算空间160中的工艺流体120的高度或流体液位145。例如，液位传感器100可以执行飞行时间或其它计算以便标识从收发器105到工艺流体120的液位145的距离150。液位传感器100可以以任何适合的方式使用所计算的工艺流体120的液位145，诸如通过在至少一个信令介质135之上向控制系统180或（一个或多个）其它目的地传达所计算的距离。尽管此处将信令介质135示出为有线连接，但是其它类型的信令介质（诸如无线连接）可以得到液位传感器100的支持。

工艺流体120的介电常数引起由透射脉冲110沿探针185看到的阻抗中的变化，这使得反射脉冲130沿探针185返回。当若干工艺流体具有不同介电常数并且形成工艺流体120内的多层时（诸如，当基于油类的流体、乳液或表面活性层以及水基流体存在时），可以采用液位传感器100来测量工艺流体120内的每一层的液位145。

尾重可以是经修改的波导115的部分或者附加工件。当决定尾重的形状和材料时，考虑到重力和浮力。尾重可以包括对工艺流体120的浮力起反应的不同配置以便在流体液位145接近尾重时加强表面140处的反射脉冲130。

引导线充当图1的示例中的探针185并且朝向罐体155的底部165而延伸到罐体155的内部160中（通常但未必是从罐体155的顶部）。由于探针185应当延伸到工艺流体120中，所以探针185可以足够远地延伸通过罐体155的内部160，使得其底端125接近罐体155的底表面165。当探针185是刚性杆或同轴线缆时，可浮部分可以安装在探针185的末端处，而不需要尾重。

工艺连接器170将经修改的波导115连接到收发器105。在该示例中，工艺连接器170安装在罐体155中的开口之上的隔板175上，尽管工艺连接器170可以以其它方式来使用或安装。收发器105通过信令介质135可通信地耦合到控制系统180。要指出，尽管描绘为简单的双绞导体，但是信令介质135可以表示任何适合的模拟或数字信令介质，包括有线和无线连接。如本领域技术人员将认识到，控制系统180可以向液位传感器100传达控制信号并且经由信令介质135从液位传感器100接收液位测量结果。

来自收发器105的透射脉冲110沿探针185行进到一位置处，在所述位置处，探针185穿过工艺流体120的顶表面140。反射脉冲130在工艺流体120的表面140处反射并且由收发器105接收。可以采用逻辑（实现在液位传感器100内、控制系统180处或者（一个或多个）其它位置处）以便确定工艺流体120的液位145。

尽管图1图示了GWR液位传感器100的一个示例，但是可以对图1做出各种改变。例如，GWR液位传感器100可以与其它类型的液位传感器或其它设备一起使用，其中需要或者期望至少一个电气连接。作为特定示例，GWR液位传感器100可以用于允许在罐体外部的收发器或其它电路与罐体内的天线之间的电气连接。而且，尽管图1示出了将柔性线用作探针185，但是可以使用其它类型的探针185。

图2A-2C图示了根据本公开的各种实施例的已经在反射之后接收到的样本透射脉冲。图2A-2C描绘了液位传感器200的底部部分连同对应于读取的深度而接收的信号205。在图2A-2C中示出的实施例可以与图1中的GWR液位传感器100相关联。附加地或者可替换地，在图2A-2C中示出的实施例可以与任何其它适合的传感器或系统关联。

图2A描绘了在尾重215上方的工艺流体的液位210。工艺流体的液位210从由收发器（诸如收发器105）接收的液位信号220来确定。因为工艺流体具有低介电常数，所以液位信号220的幅度225相比于尾重信号235的幅度230是微不足道的。图2B描绘了工艺流体的液位210，其中液位信号220处于尾重信号235范围内。在该情况下，液位信号220更难以确定，从而引起错误或者不稳定的液位读数。图2C描绘了经修改的尾重240。经修改的尾重240包括可滑动地耦合到尾重240的两个可浮臂245。可浮臂245的顶部部分250产生比液位信号大的辅助信号255。可浮臂245的顶部部分250布置为漂浮在工艺流体的表面上，使得辅助信号255可以用于确定工艺流体的液位210。

图3A-3F图示了根据本公开的尾重的不同修改。每一个经修改的尾重包括用于提供柔性线探针上的张力以用于保持探针竖直的加重（weighted）部分，以及配置为产生辅助信号的可浮部分，所述辅助信号表示工艺流体的液位。如图3A-3F中所示，经修改的尾重300、305、310、315、320、325包括允许至少一个信号的反射的各种组件，并且可以用作图1中的尾重。

图3A、3B和3C图示了具有耦合到主体340的柔性臂330的经修改的尾重300、305、310。经修改的尾重300、305、310包括具有两个柔性臂330的主体340，所述两个柔性臂330连接到漂浮物335，所述漂浮物335由具有高反射率的材料制成或者包含高反射率添入物（insert）。该添入物提供了用于电磁信号的高反射率，所述电磁信号用于通过导波雷达的测量。主体340是经修改的尾重300、305、310的加重部分，所述加重部分创建了探针中的张力以便增强液位读数的精度，并且漂浮物335是经修改的尾重300、305、310的可浮部分。

如图3A中所示，柔性臂330使用螺栓345耦合到经修改的尾重300的主体340。柔性臂330由于漂浮物335而保持在直立位置中，而工艺流体的液位350处于经修改的尾重300上方。当工艺流体的液位350跌至经修改的尾重300的顶部下方时，柔性臂330弯曲以便允许漂浮物335保持在工艺流体的表面处。漂浮物335中的高反射率添入物产生与工艺流体的液位350对应的辅助信号。

如图3B中所示，柔性臂330耦合到经修改的尾重305的主体340。漂浮物335与图3A中的漂浮物335不同地成形，包括顶部和侧部处的平坦表面。柔性臂330由于漂浮物335而保持在直立位置中，而工艺流体的液位350处于经修改的尾重305上方。当工艺流体的液位350跌至经修改的尾重305的顶部下方时，柔性臂330弯曲以便允许漂浮物335保持在工艺流体的表面处。高反射率添入物产生与工艺流体的液位350对应的辅助信号。

如图3C中所示，柔性臂330耦合到经修改的尾重310的主体340的顶部。漂浮物335保持在展开位置中，而工艺流体的液位350处于经修改的尾重310上方。当工艺流体液位350跌至经修改的尾重310的顶部下方时，柔性臂330由于漂浮物335而落至向下的位置中。当工艺流体的液位350落至经修改的尾重300的顶部下方时，柔性臂330弯曲以便允许漂浮物335保持在工艺流体的表面处。高反射率添入物产生与工艺流体的液位350对应的辅助信号。

图3D、3E和3F图示了具有连接到可浮部分360的加重部分355的经修改的尾重315、320、325。加重部分355在柔性线探针中创建张力，而可浮部分360通过创建辅助信号而增强工艺流体的表面处的反射信号。可浮部分360通过在工艺流体的液位达到探针的末端时变得更接近加重部分335而改变从探针的末端反射的信号。图3D图示了经修改的尾重315，所述经修改的尾重315具有通过线365连接到可浮部分360的加重部分355。图3E图示了经修改的尾重320，所述经修改的尾重320具有通过弹簧370连接到可浮部分360的加重部分355。图3F图示了经修改的尾重325，所述经修改的尾重325具有通过聚合物可折叠部（accordion）375连接到可浮部分360的加重部分355。

尽管图3A-3F图示了经修改的尾重的示例，但是可以对图3A-3F做出各种改变。例如，连接器内的不同组件的相对大小和形状仅是用于说明。对于没有使用尾重的其它探针（例如，同轴线缆或刚性杆），修改可以直接安装在探针的末端处。类似于柔性线探针，其它探针的修改可以包括可浮部分，所述可浮部分可以借助于柔性臂、滑动、弹簧移动、可折叠部或其它组件而关于探针的末端移动。

图4图示了根据本公开的用于检测导波雷达系统中的探针的末端处的工艺流体的示例方法400。为了解释方便，结合图1的液位传感器100以及图3的经修改的尾重300、305、310、315、320、325来描述方法400。然而，方法400可以牵涉到任何其它适合的组件或设备的使用。

在操作402中，收发器沿探针生成信号以用于测量工艺流体的液位。在操作404中，当来自工艺流体的表面处的信号的反射的液位信号处于末端信号范围内时，由所述信号反射离开尾重的可浮部分而产生辅助信号。在操作406中，收发器接收辅助信号。

尽管图4图示了用于检测导波雷达系统中的探针的末端处的工艺流体的方法400的一个示例，但是可以对图4做出各种改变。例如，在图4中示出的各种步骤可以重叠、并行发生、以不同次序发生或者发生任何次数。

在一些实施例中，在该专利文献中描述的各种功能通过计算机程序来实现或支持，所述计算机程序由计算机可读程序代码形成并且体现在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、硬盘驱动器、压缩盘（CD）、数字视频盘（DVD）或者任何其它类型的存储器。“非暂时性”计算机可读介质排除了输送暂时性电气或其它信号的有线、无线、光学或其它通信链路。非暂时性计算机可读介质包括数据可以永久地存储在其中的介质以及数据可以存储在其中并随后进行覆写的介质，诸如可再写光盘或者可擦除存储器设备。

可以有利的是阐述遍及该专利文献使用的某些词语和短语的定义。术语“传输”、“接收”和“传达”以及其派生词涵盖了直接和间接通信两者。术语“包括”和“包含”以及其派生词意味着包括但不限于。术语“或”是包括性的，意味着和/或。短语“与…相关联”以及其派生词可以意味着包括、包括在…内、与…互连、包含、包含在…内、连接到…或者与…连接、耦合到…或者与…耦合、与…可通信、与…协作、交错、并置、邻近于…、绑定到…或与…绑定、具有、具有…性质、具有到或与…的关系等等。当与项目列表一起使用时，短语“…中的至少一个”意味着可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能需要列表中的仅一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个”包括以下组合中的任一个：A，B，C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。

本申请中的描述不应当解读为暗示着任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围中的必要或关键要素。专利主题的范围仅由所允许的权利要求限定。此外，权利要求都不意图关于随附权利要求或权利要求要素中的任一个而援引35 U.S.C，除非在特定权利要求中明确地使用精确词语“用于…的装置”或者“用于…的步骤”，紧接着是标识功能的特定短语。在权利要求中诸如（但不限于）“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“组件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”之类的术语的使用要理解和意图为是指对于相关领域中的技术人员已知的结构，如通过权利要求本身的特征进一步修饰或加强，并且不意图援引35 U.S.C。

尽管本公开已经描述了某些实施例以及一般相关联的方法，但是这些实施例和方法的更改和更换对于本领域技术人员将显而易见。相应地，示例实施例的以上描述不限定或约束本公开。其它改变、替换和更改也是可能的，而没有脱离如由以下权利要求限定的本公开的精神和范围。

Claims (13)

1.一种装置（100），包括：

收发器（105），配置为生成信号（110）并且接收多个反射信号（130）以用于测量罐体（155）中的工艺流体（120）的液位（145）；

波导（115），包括：

探针（185），配置为从收发器引导所述信号并且将所述多个反射信号引导到收发器；以及

可浮部分（360），配置为随探针的末端（125）处的工艺流体的液位而移动，并且当工艺流体的液位信号（220）处于表示探针末端的末端信号（235）范围内时，产生表示工艺流体的液位的辅助信号（255）。

2.权利要求1所述的装置，其中所述可浮部分包括配置为产生辅助信号的高反射率材料。

3.权利要求1所述的装置，其中所述可浮部分包括一个或多个柔性臂（330）的末端处的一个或多个漂浮物（335）。

4.权利要求1所述的装置，其中所述可浮部分可滑动地耦合到探针末端的侧部。

5.权利要求1所述的装置，其中探针包括柔性线、刚性杆或同轴线缆。

6.权利要求5所述的装置，当探针为柔性线时，还包括加重部分（355）。

7.权利要求6所述的装置，其中所述加重部分和可浮部分通过弹簧（370）或聚合物可折叠部（375）中的一个而连接。

8.一种波导（115），包括：

探针（185），配置为从收发器（105）引导信号（110）并且将多个反射信号引导到收发器；以及

可浮部分（360），配置为随探针的末端（125）处的工艺流体（120）的液位（145）而移动，并且当工艺流体的液位信号（220）处于表示探针末端的末端信号（235）范围内时，产生表示工艺流体的液位的辅助信号（255）。

9.权利要求8所述的波导，其中所述可浮部分包括配置为产生辅助信号的高反射率材料。

10.权利要求8所述的波导，其中所述探针包括柔性线、刚性杆或同轴线缆。

11.一种方法，包括：

沿探针（185）从收发器（105）生成信号（110）以用于测量工艺流体（120）的液位（145）；

反射表示工艺流体的液位的辅助信号（255），所述辅助信号（255）由所述信号反射离开探针的末端（125）的可浮部分（360）而产生；以及

在收发器处接收辅助信号。

12.权利要求15所述的方法，其中所述可浮部分包括配置为产生辅助信号的高反射率材料。

13.权利要求15所述的方法，其中所述探针包括柔性线、刚性杆或同轴线缆。