CN111525274A

CN111525274A - 天线装置

Info

Publication number: CN111525274A
Application number: CN202010079449.7A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·舒尔特海斯
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2020-08-11
Also published as: EP3691026A1; US11482770B2; HUE054958T2; EP3691026B1; US20200251805A1

Abstract

一种用于厂站自动化，尤其用于填充物位监测或极限物位监测的传感器用天线装置(100)，包括：主辐射器(102)，其被配置成用于发射雷达信号；第一透镜(104)，其用于聚焦所述雷达信号；至少一个第二透镜(106)，其用于优化所聚焦的所述雷达信号，其中，所述第二透镜(106)布置成与所述第一透镜(104)和所述主辐射器(102)间隔开，以使所述主辐射器(102)和所述第一透镜(104)从所述第二透镜(106)热解耦、电解耦或中间解耦。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及用于厂站自动化，尤其用于填充物位监测或极限物位监测的天线装置以及用于厂站自动化的雷达测量装置。

背景技术

在过程自动化，特别是在填充物位测量技术和极限物位测量技术以及压力测量技术中，经常使用天线装置，所述天线装置用于确定容器中的填充物位或极限物位。然而，电子部件通常不能承受升高的过程温度下的热应力。甚至在其中非常高的压力作用于天线装置的透镜的高压力应用中，例如，雷达传感器中的塑料透镜通常不能承受作用于它们的压力。

发明内容

利用以下描述的实施例，可以有利地提供一种改进的天线装置。

一个方面涉及一种用于厂站自动化，尤其用于填充物位监测和/或极限物位监测的传感器用天线装置，该天线装置包括主辐射器。主辐射器可被配置成用于产生、发射和/或接收雷达信号。另外，天线装置还包括用于聚焦雷达信号的第一透镜。此外，天线装置还包括用于优化所聚焦的雷达信号的第二透镜。第二透镜布置成与第一透镜和/或主辐射器间隔开。由此，将第二透镜相对于第一透镜和/或主辐射器热解耦、电解耦和/或中间解耦(medialen Entkopplung)。

该装置可具有的优点在于，由于第二透镜布置在容器上并且由高强度材料制成，所以主辐射器和第一透镜不必具有高耐热性。因此，来自容器或来自位于第二透镜和第一透镜之间的监测对象的热流可以被阻断，使得第一透镜和主辐射器不必由高耐热材料制成。此外，该装置可具有的优点在于，通过两个介电透镜的排列，可以更好地使主辐射器的微波对准，并且可以实现更长的焦距。另外，该装置可具有的优点在于，可以实现过程侧透镜(第二透镜)的最佳照射。

换句话说，天线装置可以划分为处理侧和评估侧，其中，处理侧包括第二透镜并能够承受高温和/或高压。主辐射器和/或第一透镜可以布置在天线装置的评估侧，这两个部件不必承受高温和/或高压。可以选择第一透镜和第二透镜之间的距离，使得第一透镜和第二透镜彼此热解耦、电解耦和/或中间解耦。取决于第一透镜和第二透镜之间的距离，可以选择第一透镜和第二透镜的焦距，使得可以实现两个透镜的最佳照射。这尤其可以用于确保实现尽可能小的开度角，并且可以显著减少雷达信号的旁瓣。在聚焦雷达信号时，在这种情况下，由主辐射器发射的雷达信号可以被第一透镜拾取或收集，并对准在第二透镜上，从而能够实现第二透镜的最佳照射。在通过第二透镜优化雷达信号时，由第一透镜投射到第二透镜上的雷达信号可以以能够实现第二透镜的期望焦距的方式对准。这可以形成的优点在于，可以实现非常长的焦距，这可以在非常大的容器(例如，利用天线阵列测量的筒仓)中尤其有利。该优化也可以是雷达信号的额外优化。雷达信号的额外聚焦可以改善雷达信号。传感器尤其可以是适于检测填充物位和/或极限物位的雷达传感器。

根据示例性实施例，天线装置在第一透镜和第二透镜之间可以具有高频阻尼器，该高频阻尼器可以是例如用于安装透镜的壳体壁或者是单独部件。高频阻尼器可以被配置为用于抑制雷达信号的旁瓣。换句话说，可以是在第一透镜和第二透镜之间，特别是在它们的一侧布置高频阻尼器，例如高频吸收材料，高频吸收材料例如是具有碳纤维填充物的PEEK或具有吸收材料填充物的PPS，以便抑制雷达信号的旁瓣，从而改善和/或减少雷达系统的所谓的振铃效应(Klingeln)。可替代地，自粘垫也可以用作高频阻尼器，例如填充铁氧体的硅酮或其他高频吸收器。该实施方案的优点在于，可以通过高频阻尼器的布置进一步抑制旁瓣，并从而显著提高雷达信号的质量。

根据示例性实施例，高频阻尼器可以布置在第一透镜和第二透镜之间的边缘区域中，使得高频阻尼器将第一透镜和/或主辐射器与第二透镜热解耦、电解耦和/或中间解耦。高频阻尼器可以特别地布置成使得其在第一透镜和第二透镜之间不形成热桥等。由此可以实现第一透镜与第二透镜的解耦。替代地或额外地，高频阻尼器仅可以安装到天线装置的边缘。例如，高频阻尼器只能设置在第一透镜和/或第二透镜的边缘上，例如设置在天线装置的壳体壁上。替代地，高频阻尼器布置成使得其也将第一透镜和/或第二透镜彼此电解耦，因为高频阻尼器被设计和/或布置为使得它不传导任何电流。这种布置的优点在于，通过高频阻尼器，可以在第一透镜和第二透镜之间和/或第二透镜和主辐射器之间不出现热流。另一个优点在于，可以在第二透镜与第一透镜和/或主辐射器之间实现无电势连接。因此，可以不仅将第一透镜与第二透镜热解耦并由此实现高抗性材料的节省，而且还提高了雷达信号的质量。

根据示例性实施例，天线装置包括壳体，其中，主辐射器布置在壳体中。另外，壳体可以被设计为使得其容纳和/或形成第一透镜。换句话说，天线装置包括壳体，主辐射器布置在该壳体中，其中，第一透镜定位在壳体的侧壁中并且/或者壳体的侧壁形成第一透镜。在示例性实施例中，壳体可由塑料复合材料制成，其中，壳体的一部分形成第一透镜。其优点在于，可以进行功能性集成，由此可以降低成本。替代地，第一透镜也可以作为插入件注入到壳体中。壳体的优点在于，主辐射器免受污染和湿气的影响，从而可以确保高质量的雷达信号。

根据示例性实施例，壳体可以具有开口，第一透镜布置和/或能够布置在开口中。此外，外壳可以被配置成用于容纳其他组件。换句话说，壳体可以是在侧壁上具有开口的电子杯，第一透镜布置在开口中。主辐射器和其它电子部件可以布置在电子杯中。该实施例的优点在于，可以使用诸如电子杯等标准部件，从而能够产生节省成本的效果，并且在组装中能够实现简化处理。

根据示例性实施例，主辐射器和第一透镜可以一体地制成。换句话说，主辐射器连接到第一透镜，使得它们可以被视为一个部件。该实施例的优点可在于，由于将两个单独的部件彼此集成而需要更少的安装空间，并且可以更容易地接触主辐射器。

根据示例性实施例，主辐射器和第一透镜可通过塑料复合材料连接。例如，主辐射器和第一透镜可以被设计为插入件，以定位在用于这两个部件的插入成型的模具中。此外，主辐射器可通过塑料复合材料连接到第一透镜。换句话说，主辐射器和第一透镜通过多部件注射成型工艺被制造成一个部件。另外，芯片可以利用塑料复合材料模制而成。例如，主辐射器和第一透镜作为插入件插入塑料注射模具中，并通过塑料复合材料彼此连接。这可以具有明显缩短组装时间的优点，因为可以通过集成制造生产节省一个组装步骤。另外，可以产生的优点在于，通过塑料复合材料使主辐射器和第一透镜的至少一部分免受污染和/或湿气的影响。

根据示例性实施例，塑料复合材料可以比第一透镜具有更低的介电常数。这种布置在发射高频雷达信号的主辐射器的情况下特别有利。

根据示例性实施例，第二透镜可以比第一透镜具有更大的焦距。换句话说，第一透镜用于将雷达信号引导到第二透镜上，并且第二透镜用于将雷达信号引导到示例性测量容器中，从而可以确定示例性容器中的填充物位或极限物位。这种布置的优点可在于，通过第二透镜的更大的焦距，使用天线装置能够更好地测量尤其具有长延伸长度的示例性容器。

根据示例性实施例，天线装置可以具有第三透镜。第三透镜可以布置在第一透镜和第二透镜之间。另外，第三透镜被配置为特别是通过散焦来增加第一透镜和第二透镜之间的距离。换句话说，天线装置可以具有三个透镜，其中，第一透镜可以直接布置在主辐射器上，并且第二透镜可以直接布置在测量容器或类似物上。第三透镜可以布置在第一透镜和第二透镜之间。这此外尤其提供了可以通过小开口进行辐射的可能性，因为可以使用第三透镜来校正第一透镜的可能的过度聚焦。尽管具有大的开度角，但三个透镜的组合仍使主辐射体具有长的焦距，因为借助第三透镜，可以将由第一透镜聚焦的微波最佳地引导到第二透镜上。因此，可通过第三透镜改变整个天线装置的焦距。另外，也可以在第一和第二透镜之间布置多个透镜。此外，大量镜头可以部分散焦且部分聚焦地作用于雷达信号。大量透镜的优点在于，可以跨越第一透镜和第二透镜之间较大的距离。

根据示例性实施例，天线装置可以具有隔离体，该隔离体布置和/或能够布置在第一透镜和第二透镜之间。另外，隔离体可以被配置为用于将主辐射器和/或第一透镜与第二透镜热解耦、电解耦和/或中间解耦。隔离体可以由特别是不改变雷达信号的朝向的材料制成。隔离体的布置可以是有利的，使得可以将第一透镜安装得更靠近第二透镜，这在某些情况下可以对雷达信号的质量产生积极影响。此外，借助隔离体，可以专门地消散来自第二透镜的热辐射，使得第一透镜和主辐射器承受较少应力。

根据示例性实施例，隔离体可以由气体、固体、液体和/或流体形成。在示例性实施例中，隔离体可以由诸如PA66、PBT和/或PEEK等导热塑料形成。这种布置的优点可在于，可以经由隔离体迅速散热，使得第一透镜和/或主辐射承受较少热应力。可替代地，也可以想到由气体制成的隔离体，其借助空气流或特定选择的气体来减少第一透镜和第二透镜之间的热流。

根据示例性实施例，第二透镜可被配置成承受超过100℃的温度。例如，第二透镜可以由诸如PA66、PTFE或PEEK等可具有增强的耐热性的塑料制成。替代地，第二透镜可以由玻璃或玻璃复合材料制成，该玻璃或玻璃复合材料被设计成承受超过100°的温度，尤其是超过150-200℃的温度。

根据示例性实施例，第一透镜的横截面和/或直径与第二透镜的横截面和/或直径可以具有1:1和1:5之间的比例。换句话说，第二透镜可以大于第一透镜。令人惊奇得发现，在1:2和1:4之间的比例下，旁瓣抑制可以处于最佳值，使得可以实现有效聚焦的雷达信号。在示例性实施例中，第一透镜的直径可以在2mm和10mm之间。第二透镜的直径可以在10mm和50mm之间。

根据示例性实施例，第一透镜和第二透镜之间的距离与第一透镜的横截面或直径可以具有1和10之间的比例。在示例性实施例中，第一透镜的横截面是3mm，并且第一透镜和第二透镜之间的距离可以是9mm。令人惊讶得发现，在第一透镜和第二透镜之间的距离和第一透镜的横截面在2和6之间的比例的情况下，第二透镜的照射可以最优，从而可以形成有效聚焦的雷达信号。

根据示例性实施例，第三透镜可以与第二透镜热解耦、电解耦和/或中间解耦。第三透镜可以由与第一透镜相同的材料制成，从而也可以节省耐热材料。

根据示例性实施例，第一透镜和/或第二透镜可以是旋转对称的。第一透镜和第二透镜可以特别地相对于如下轴线旋转对称地形成，该轴线对应于第一透镜与第二透镜的同轴性。替代地，第一透镜也可以相对于第一透镜的纵向延伸轴线旋转对称。特别地，第二透镜可以相对于第二透镜的纵向延伸轴线旋转对称。优点在于，旋转对称性简化了透镜的组装，因为可以例如通过抓握臂更容易地拾取它们。

另一个方面涉及一种用于厂站自动化，特别是用于填充物位监测和/或极限物位监测的雷达测量装置，该雷达测量装置包括容器和天线装置。容器可以被配置为容纳介质。天线装置可以是如上文和下文描述的天线装置。此外，天线装置可被配置成用于确定容器中的介质的填充物位和/或极限物位。在示例性实施例中，容器包括从中确定填充物位或极限物位的高温介质。借助于天线布置以及天线装置的第一透镜和第二透镜的热解耦，可以显著减少使用的高耐热材料的量，这是因为第一透镜和/或主辐射不必承受介质的高温。

根据示例性实施例，容器和天线装置的至少一部分可以彼此热解耦、电解耦和/或中间解耦。该实施例的优点可在于，通过热解耦、电解耦和/或中间解耦，显著增加天线装置的使用可能性。可替代地，天线布置可以布置在一个容器、多个容器和/或管道或旁路上。

另一方面涉及一种用于确定极限物位和/或填充物位的方法，包括以下步骤：

-通过主辐射器发射雷达信号，

-通过第一透镜聚焦雷达信号，

-通过第二透镜优化雷达信号，

其中，第一透镜和第二透镜彼此热解耦、电解耦和/或中间解耦。

换句话说，用于确定填充物位和/或极限物位的方法包括将雷达信号发送到第一透镜上，第一透镜聚焦雷达镜信号。聚焦可以是将雷达信号与第二透镜的对准，其中，聚焦的目的在于第二透镜的最佳照射。在优化雷达信号的过程步骤中，通过第二透镜使雷达信号指向目标焦距的方式来优化已被引导在第二个镜头上的雷达信号，以便使用目标焦距确定填充物位和/或极限物位。

如上和如下所述的天线装置的特征和元件可以是如上和如上所述的方法的特征、元件和步骤，反之亦然。

另一个方面涉及一种程序元件，该程序元件当被尤其具有天线装置的传感器执行时指示所述传感器执行如上和如下所述的方法。

该传感器例如是物位雷达传感器或更一般地是雷达测量装置。

另一方面涉及一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有如上和如下所述的程序元件。

下文将参考附图描述示例性实施例。

附图说明

图1示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图2示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图3示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图4示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图5示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图6示出了根据示例性实施例的示意性结构。

图7示出了根据示例性实施例的天线装置的示意性结构。

图8示出了根据示例性实施例的雷达测量装置。

图9示出了流程图，该流程图说明了根据示例性实施例的用于确定极限物位或填充物位的方法的步骤。

这些图仅是示意性的，并且没有按比例绘制。在附图中，相同、等同或相似的元件可以设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了天线装置100的示意性结构，天线装置100包括主辐射器102、第一透镜104和第二透镜106。第一透镜104可以布置成与第二透镜106相距一定距离110。在这种情况下，主辐射器102可以发射雷达信号，该雷达信号可以被第一透镜104聚焦，从而第二透镜106可以被第一透镜104最佳地照射。第二透镜106可以优化聚焦雷达信号，以便发射用于确定填充物位和/或极限物位的目标焦距。在优化所聚焦的雷达信号时，还可以对雷达信号进行聚焦，以便可以实现雷达信号的更好聚焦。特别地，第二透镜可以被设计为进一步对聚焦的雷达信号进行聚焦。

图2示出了天线装置100的示意性结构，天线装置100包括主辐射器102、第一透镜104和第二透镜106。第一透镜104和第二透镜106可间隔开一定距离110。可以在第一透镜104和第二透镜106之间和/或在透镜之间的空间的外边缘区域中设置有高频阻尼器112。高频阻尼器112可以布置在天线装置100的外壁上。高频阻尼器112可以用于旁瓣抑制。

图3示出了天线装置100的示意性结构，天线装置100包括主辐射器102、第一透镜104和第二透镜106。在第一透镜104和第二透镜106之间可以设置有隔离体108，其中，隔离体108可被配置成用于阻断第二透镜106和第一透镜104之间的热流或减小热流。此外，天线组件100可以包括如下主辐射器102，该主辐射器102包括用于发送和/或接收雷达信号的天线114。天线114可以设置在电路板116上。

图4示出了天线装置100的示意性结构。天线装置100可以具有壳体118，壳体118容纳和/或形成第一透镜。另外，主辐射器102可以布置在壳体118中。主辐射器102可以包括用于发送和/或接收雷达信号的天线以及上面安装有天线114的电路板。在这种情况下，壳体118被配置成保护主辐射器，特别是天线114免受污染和/或湿气影响。

图5示出了具有壳体118的天线装置100的示意性结构，壳体118可被设计为电子杯(Elektronikbecher)。电子杯可以具有开口120，第一透镜104布置在开口120中。此外，天线阵列100可以具有第二透镜106。第二透镜106可以用于更好地聚焦雷达信号。特别地，主辐射器可以设置在壳体或电子杯内。另外，在壳体118或电子杯内可以布置有其它电子元件，例如能量存储器。

图6示出了天线装置的示意性结构，其中，主辐射器102和第一透镜可以由一个部件制造。主辐射器102和第一透镜104可以通过塑料复合材料122彼此连接。塑料复合材料122可以覆盖天线114。特别地，具有第一透镜104的主辐射器的单体形式可以通过多部件注射成型工艺来制造。此外，天线阵列100可以包括第二透镜106，第二透镜106被配置为与第一透镜104间隔开。

图7示出了天线装置100的示意性实施例，其中，天线装置可以包括主辐射器102、第一透镜104、第二透镜106和第三透镜124。在这种情况下，第一透镜和第二透镜可以以定义距离110彼此间隔开。特别地，由于第三透镜124使雷达信号散焦，因此第三透镜124可以被配置为使得第一透镜104和第二透镜106之间的距离110可以增加。因此，通过使用第三透镜124，可以实现第二透镜106的最佳照射。

图8示出了示意性雷达测量装置，该雷达测量装置包括容器126，第二透镜106布置在容器126上。另外，雷达测量装置可以包括主辐射器102和第一透镜104，它们与容器和/或第二透镜间隔开。雷达测量装置200可以被设计成使得在容器126中存储介质，该介质具有升高的温度。

图9示出了流程图，该流程图说明了根据本发明示例性实施例的用于确定极限物位或填充物位的方法的步骤。除非另有说明，否则该方法可以具有与之前和之后的描述相同的元件和特征。

图9中的用于说明方法的步骤的流程图示出了发送步骤S1、聚焦步骤S2和优化步骤S3。发射步骤S1可以通过主辐射器发送或发射雷达信号。聚焦步骤S2可以特别是利用第一透镜104聚焦所发射的雷达信号。聚焦可以用于使雷达信号与第二透镜106对准，从而照射第二透镜106。优化步骤S3可以将雷达信号引导到焦点，特别是也进一步聚焦。可以通过第二透镜106进行优化。另外，第一透镜104和第二透镜106可以彼此热解耦、电解耦或中间解耦，从而可以节省高抗性材料并且可以增加针对主辐射器的热兼容性。

另外，应当指出，“包含”和“具有”不排除其他要素，并且不定冠词“一”和/或“一个”不排除多个。还应该指出，已经参考上述示例性实施例之一描述的特征也可以与其他上述示例性实施例的其他特征结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。

Claims

1.一种用于厂站自动化，尤其用于填充物位监测或极限物位监测的传感器用天线装置(100)，包括：

主辐射器(102)，其被配置成用于发射雷达信号；

第一透镜(104)，其用于聚焦所述雷达信号；

至少一个第二透镜(106)，其用于优化所聚焦的所述雷达信号，

其中，所述第二透镜(106)布置成与所述第一透镜(104)和所述主辐射器(102)间隔开，以使所述主辐射器(102)和所述第一透镜(104)相对于所述第二透镜(106)热解耦、电解耦或中间解耦。

2.根据权利要求1所述的天线装置，

其中，所述天线装置(100)在所述第一透镜(104)和所述第二透镜(106)之间包括高频阻尼器(112)，

其中，所述高频阻尼器(112)被配置成用于抑制所述雷达信号的旁瓣。

3.根据权利要求2所述的天线装置，

其中，所述高频阻尼器(112)布置在所述第一透镜(104)和所述第二透镜(106)之间的边缘区域中，使得所述高频阻尼器(112)将所述第一透镜(104)和所述主辐射器(102)相对于所述第二透镜(106)热解耦、电解耦或中间解耦。

4.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述天线装置(100)包括壳体(118)，

其中，所述主辐射器(102)布置在所述壳体(118)中，

其中，所述壳体(118)容纳或形成所述第一透镜(104)。

5.根据权利要求4所述的天线装置，

其中，所述壳体(118)包括开口(120)，所述第一透镜(104)布置在所述开口中，

其中，所述壳体(118)被配置成用于容纳其它部件。

6.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述主辐射器(102)和所述第一透镜(104)被一体地制成。

7.根据权利要求6所述的天线装置，

其中，所述主辐射器(102)和所述第一透镜(104)通过塑料复合材料(122)彼此连接。

8.根据权利要求7所述的天线装置，

其中，所述塑料复合材料的介电常数低于所述第一透镜的介电常数。

9.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述第二透镜(106)的焦距大于所述第二透镜(104)的焦距。

10.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述天线装置(100)包括第三透镜(124)，

其中，所述第三透镜(124)布置在所述第一透镜(104)和所述第二透镜(106)之间，

其中，所述第三透镜(124)被配置成用于尤其通过散焦来增加所述第一透镜(104)和所述第二透镜(106)之间的距离(110)。

11.根据权利要求10所述的天线装置，

其中，所述第三透镜与所述第二透镜热解耦、电解耦和/或中间解耦。

12.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述第一透镜和所述第二透镜被设计为旋转对称。

13.根据前述任一项权利要求所述的天线装置，

其中，所述第二透镜(106)被配置成承受高于100℃的温度。

14.一种用于厂站自动化，尤其用于填充物位监测或极限物位监测的雷达测量装置(200)，包括：

容器(126)，其被配置成用于容纳介质；

根据权利要求1至13中任一项所述的天线装置(100)，

其中，所述天线装置(100)被配置成用于确定所述容器中的所述介质的填充物位或极限物位。

15.一种用于确定极限物位或填充物位的方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过主辐射器发射雷达信号；

步骤S2：通过第一透镜聚焦所述雷达信号；

步骤S3：通过第二透镜优化所述雷达信号，

其中，所述第一透镜和所述第二透镜彼此热解耦、电解耦或中间解耦。