CN111551233A - 具有平凸透镜的雷达测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于填充物位监测和/或极限物位监测的雷达测量装置(100)，包括：雷达信号源(102)，其被构造为用于产生、发射和/或接收雷达信号；天线装置(104)，其被构造为用于使所述雷达信号对准；平凸透镜(106)，其具有尤其面对填充材料的平面，所述平凸透镜被构造为用于聚焦所对准的所述雷达信号，其中，所述平凸透镜(106)的所述平面(110)被设计为接触面(112)，以便在测量容器(108)中的所述填充材料的填充物位和/或极限物位期间放置在所述容器(108)上。

Description

具有平凸透镜的雷达测量装置
技术领域
本发明涉及用于填充物位监测和/或极限物位监测的雷达测量装置、用于安装雷达测量装置的方法和雷达测量组件。
背景技术
在过程自动化中使用各种雷达传感器来确定填充物位和/或极限物位。在一些应用中，可以使用雷达传感器穿过容器壁进行测量。这可以通过如下雷达传感器实现，该雷达传感器布置在距容器的定义距离处，以便确定容器中的填充物位或极限物位。此外，应将雷达传感器的天线与容器之间距离选择成使得容器位于天线的远场中。特别地，优点在于，在波穿透容器壁之前形成近似平面的波阵面(Wellenfront)。由于雷达传感器与容器壁之间的期望距离，所述布置可能占用较大的空间，从而尤其在空间灵敏应用(例如，移动容器)中会出现空间和/或布置问题。
发明内容
通过下述本发明的示例性实施例，可以有利地提供一种改进的雷达测量装置。
一个方面涉及一种用于填充物位监测和/或极限物位监测的雷达测量装置，该雷达测量装置具有被构造为产生、发射和/或接收雷达信号的雷达信号源。此外，雷达测量装置具有被构造为使雷达信号对准的天线装置。此外，雷达测量装置包括平凸透镜，平凸透镜具有尤其面对填充材料的平面，平凸透镜被构造为聚焦所对准的雷达信号。此外，平凸透镜的平面被设计为接触面，以便在测量容器中的填充材料的填充物位和/或极限物位时放置在容器上。
优点可在于，因为透镜可以直接布置在容器上并因此没有布置在距容器壁的预定距离处，所以雷达测量装置具有明显减小的延伸长度。由此，节省了可用于其它部件的安装空间。另外，由于雷达测量装置可以通过平凸透镜的平面直接通过连接部安装到容器上，因此可以明显更简单地安装雷达测量装置。特别地，粘合连接允许在无任何其它辅助的情况下将雷达测量装置固定在容器上。尽管在容器外壁上的直接安装会损害雷达测量装置的高频特性，但直接安装和直接接触的优点可胜过可能的缺点。
雷达信号源尤其是具有雷达信号发生器和雷达天线的半导体芯片。此外，雷达信号源也可以是能够产生、发射和/或接收雷达信号的替代实施例。另外，雷达信号源可以被构造为接收雷达信号，其中，雷达天线特别地被设计为既发射雷达信号又接收雷达信号。
此外，雷达测量装置可包括天线装置，天线装置被构造为使雷达信号对准，从而可以显著改善反射特性和旁瓣抑制。此外，天线装置可以直接固定到雷达信号源并可以在天线装置的另一侧容纳平凸透镜。天线装置可以被设计为既使发射的雷达信号对准又使接收的雷达信号对准。
此外，雷达测量装置可以包括具有可面对填充材料的平面的平凸透镜。此外，平凸透镜可以被构造为聚焦所对准的雷达信号。除了平面之外，平凸透镜还可以具有凸面。在此，透镜的凸面可以向内突出到天线装置中。此外，平凸透镜可以具有被构造为至少部分地放置在容器上的平面。特别地，平凸透镜的平面可以被设计为固定到容器上，从而平凸透镜将整个雷达测量装置保持在容器上。在此，平凸透镜可通过将平凸透镜的平面平放在容器上而在平凸透镜和容器之间形成接触面。平凸透镜的平面也可以具有轻微的曲率，使得当平凸透镜和容器的横截面为圆形时，在平凸透镜和容器之间产生连续的接触面。替代地，雷达测量装置可以被构造为在平凸透镜的平面处至少部分地放置在容器上并在平凸透镜与容器之间形成接触面。同样地，雷达测量装置可布置在容器的外侧和内侧。替代地，雷达测量装置也可以布置在管道或旁路等上和/或中。
根据一示例性实施例，平凸透镜可通过力锁定连接(kraftschlüssigen)、形状锁定连接(formschlüssigen)和/或材料接合连接(stoffschlüssigen)安装在容器上，从而将雷达测量装置固定在容器上，其中，材料接合连接特别是粘合连接。天线装置可以是平面天线、具有喇叭天线的平面天线和/或喇叭天线。在一示例性实施例中，雷达测量装置可以使用双面胶带或类似的粘合剂固定在容器上。例如，平凸透镜可通过螺栓连接或压接安装到容器上。同样地，平凸透镜也可以通过卡口连接形状锁定地布置在容器上。此外，平凸透镜可以通过诸如超声波焊接或摩擦焊接等材料接合连接安装在容器上。所述示例性实施例的优点在于，雷达测量装置可以通过材料接合连接快速且简单地与容器接触，从而减少了安装时间并因此降低了成本。
根据一示例性实施例，平凸透镜可以由与容器的至少一部分相同的材料制成，特别是由塑料复合材料。例如，平凸透镜和容器都可以由高密度聚乙烯(HDPE)制成。同样地，也可以考虑具有与HDPE近似的介电常数的替代塑料。此外，塑料复合材料还可具有诸如短玻璃纤维或碳纤维等增强元素。此外，容器可以完全和/或部分地由塑料复合材料制成。有利地，容器的一部分可以由与平凸透镜相同的材料制成，使得所述两个部件在平凸透镜的接触面和容器的接触面上由相同的材料制成。所述布置的优点在于，由于存在的小的阻抗不连续性，因此通过调整两个部件的介电常数，可以改善反射特性和旁瓣抑制。
根据一示例性实施例，天线装置可以具有喇叭天线，其中，平凸透镜的凸面的直径可以具有对应于喇叭天线的最大内直径。此外，透镜的凸面可以特别是被构造为旋转对称。此外，平凸透镜的凸面可以向内突出到喇叭天线内，使得凸面的圆周对应于喇叭天线的最大内直径。此外，天线装置也可以通过喇叭天线形成。这对于雷达信号的聚焦特别有帮助，因为使用了喇叭天线和/或平凸透镜的整个可用表面，因此雷达信号可以均匀地聚焦。
根据一示例性实施例，平凸透镜的凸面的表面积与平凸透镜的平面的表面积之间的比值可以在0.5和5之间。凸面和/或平面的表面积可以是以mm2和/或cm2为单位的面积。因此，凸面的表面积的数值可以与平凸透镜的平面的表面积成比例。在此，该比值可以在0.5和5之间。凸面的表面积与平面的表面积之间的比值特别可以描述凸面的曲率。凸面和平面之间的比值可以优选在0.8和3之间，特别优选在0.9和2之间。当比值在0.9和2之间时，可以令人惊讶地发现，反射特性和旁瓣抑制得到了显著改善。
根据一示例性实施例，雷达测量装置可以包括壳体，其中，天线装置和/或雷达信号源布置在壳体中。另外，壳体可以具有至少一个底面，该底面至少部分地通过和/或能够通过平凸透镜形成。另外，底面可以至少部分地放置在容器上。换句话说，雷达测量装置可以具有壳体，天线装置和/或雷达信号源可以布置在壳体中，并且壳体可以安装在容器上。壳体的底面通过平凸透镜形成，使得平凸透镜的平面可以抵靠在容器上。所述示例性实施例可具有的优点在于，壳体可以直接布置在容器上，因此不需要其它辅助装置。此外，由于平凸透镜既聚焦雷达信号又将雷达测量装置的所有部件固定在容器上，因此可以进行功能集成。
根据一示例性实施例，平凸透镜可以由与壳体的其余部分相同的材料制成。换句话说，壳体和平凸透镜可以由诸如塑料复合材料等相同材料制成，使得所述两个部件可以例如通过诸如超声波焊接等焊接方法彼此连接。替代地，雷达测量装置的部件也可以通过多部件注塑成型方法一体地制造。所述示例性实施例可以具有的优点在于，通过将材料彼此协调，整体上缩短或简化了接合工序和/或安装，并因此产生了节省成本的效果。此外，一体式形式也可以有助于雷达测量装置的紧密性。
根据一示例性实施例，透镜肩部可以至少部分地环绕平凸透镜的凸面。另外，透镜肩部可以被构造为与平凸透镜的平面平行，其中，该透镜肩部形成底面的至少一部分。换句话说，还包含凸面的平凸透镜的侧部还可以额外具有被构造为平行于平面的透镜肩部。透镜肩部也可以形成壳体底面的一部分，使得平凸镜片与容器之间的接触面积增大。该示例性实施例可以具有的优点在于，在天线装置没有覆盖壳体的整个底面的情况下，透镜肩部可以完全形成壳体的底面。
根据一示例性实施例，壳体可以填充有填充物质，特别是填充有浇注物质，其中，该填充物质可以被设计为用于保护天线装置和/或雷达信号源免受潮气影响。换句话说，在安装天线装置和/或信号雷达源之后，壳体可以完全填充有诸如泡沫或凝胶等填充物质，从而保护壳体内的所有部件免受潮气影响。所述示例性实施例可具有的优点在于，雷达测量装置也可以在诸如强天气条件等较高要求的环境中使用。例如，用于雷达测量装置的填充物质或浇注物质需要防爆许可。
根据一示例性实施例，雷达测量装置可以具有被设计为用于向雷达测量装置永久提供能量的能量存储器。能量存储器优选为锂离子电池或类似的能量存储器，该能量存储器也优选为可以被感应充电。能量储能器也可以布置在壳体中。该示例性实施例的优点在于，雷达测量装置也可以自主地操作，从而不依赖外部电源。
根据一示例性实施例，通过形状锁定连接、力锁定连接和/或材料接合连接，天线装置可以连接到或能够连接到平凸透镜。在一示例性实施例中，平凸透镜可以通过粘合连接固定到天线装置。替代地，也可以使用螺栓连接、卡口连接或诸如螺栓连接等力锁定连接。该示例性实施例的优点在于，仅在安装平凸透镜时，透镜和天线装置才彼此连接，使得例如平凸透镜可以形成壳体的底面。
根据一示例性实施例，天线装置和平凸透镜之间的形状锁定连接、力锁定连接和/或材料接合连接可以具有密封件，该密封件被构造为使得没有污染物和/或湿气可以渗透到天线装置和/或雷达信号源中。密封件既可以设置在天线装置的外侧，也可以设置在天线装置的内侧。此外，平凸透镜可以具有其中可布置密封件的凹部，从而当平凸透镜安装在天线装置上时在天线装置和平凸透镜之间形成密封。密封件可以为O形环或类似密封件。该示例性实施例的优点在于，改进了平凸透镜与天线装置之间的连接的紧密性，从而保护天线装置的内侧和平凸透镜免受污染和/或潮气的影响，从而可以确保延长雷达测量装置的使用寿命。
根据一示例性实施例，天线装置和平凸透镜可以设计为旋转对称。此外，天线装置和平凸透镜可以分别旋转对称。替代地，天线装置和平凸透镜也可以设计为彼此旋转对称。天线装置和平凸透镜的旋转对称的设计的优点在于，可以简化平凸透镜在天线装置上的安装。
另一个方面涉及一种用于安装特别是如上文和下文所述的雷达测量装置的方法。该方法可以包括以下步骤，在该步骤中，可以在雷达测量装置的透镜的平面与容器之间特别是通过粘合剂形成连接。换句话说，将雷达测量装置的透镜的平面直接安装到容器上。在一示例性实施例中，可以通过粘合剂或自粘胶带在透镜和容器之间形成连接。替代地，也可以通过超声波焊接方法在透镜和容器之间形成连接。该示例性实施例的优点在于，通过直接接触，可以节省安装时间，并且雷达测量装置还可以定位在难以通过辅助装置接近的位置。
另一方面涉及一种具有如以上和以下所述的雷达测量装置的雷达测量组件。另外，雷达测量组件可以具有被设计为容纳介质的容器。此外，雷达测量装置可以至少部分地放置在容器上并形成接触面。此外，容器在接触面上可不具有凹部和/或容纳机构。换句话说，雷达测量装置可以安装在容器上，其中，该安装在雷达测量装置和容器之间形成接触面，其中，在容器的接触面上不具有凹部或容纳机构。可以具有的优点在于，不必为了安装雷达测量装置而修改容器，从而可以减少安装时间以及安装工作量。
此外，雷达测量组件可以具有雷达测量装置和容器，所述雷达测量装置和容器在它们的接触面上至少部分地具有基本相同的介电常数。在此，基本相同的介电常数是指相对于雷达测量装置(特别是平凸透镜)的介电常数具有+/-100％的偏差的介电常数。该示例性实施例的优点在于，出现尽可能小的阻抗不连续性，从而改善了反射特性和/或旁瓣抑制。
如上文和下文所述的雷达测量装置的特征和元件可以是如上文和下文所述的方法的特征、元件和步骤，反之亦然。
下面将参考附图说明本发明的示例性实施例。
附图说明
图1示出了根据一示例性实施例的平凸透镜的示意性截面。
图2示出了根据一示例性实施例的平凸透镜的示意性截面。
图3示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置的示意性截面。
图4示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置的示意性截面。
图5示出了根据一示例性实施例的雷达测量组件的示意性截面。
图6示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置的示意性截面。
图7示出了说明用于安装根据示例性实施例的雷达测量装置的方法的步骤的流程图。
附图仅是示意性的，并且没有按比例绘制。在附图中，相同的、等同的或相似的元件可以设置为相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据一示例性实施例的平凸透镜106。平凸透镜106具有平面110和与平面相对的凸面114。此外，平面110可以固定在容器108上。凸面114可以固定到天线装置104。
图2示出了根据一示例性实施例的平凸透镜106。平凸透镜106具有平面110和凸面114。另外，平凸透镜106具有透镜肩部124，透镜肩部124围绕凸面114延伸。此外，透镜肩部124可形成用于将雷达测量装置100固定在容器108上的表面。
图3示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置100。雷达测量装置100具有上面布置有天线装置104的雷达信号源102。平凸透镜106布置在天线装置104上。平凸透镜106具有平面110和凸面114。凸面114向内突出到天线装置104中。另外，雷达测量装置100具有壳体120。壳体120具有由平凸透镜106的平面110形成的底面122。此外，平凸透镜106的平面110具有透镜肩部124，透镜肩部124同样形成底面122的一部分。
图4示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置100。雷达测量装置100具有上面布置有天线装置104的雷达信号源102。平凸透镜106安装到天线装置104上。平凸透镜具有凸面114，该凸面的直径与天线装置104的最大内直径118相同。此外，雷达测量装置100安装在容器108上，其中，平凸透镜106平放在容器108上。特别地，平凸透镜106和容器108之间的连接可以通过粘合连接来建立。
图5示出了雷达测量组件200，该雷达测量组件具有雷达测量装置100和用于容纳介质130的容器108。雷达测量装置100通过平凸透镜106布置在容器108上。平凸透镜106是雷达测量装置100的壳体120的一部分。此外，雷达测量装置100具有上面布置有天线装置104的雷达信号源102。此外，雷达测量装置具有用于向雷达测量装置100提供能量的能量存储器126，该能量存储器126也布置在雷达测量装置100的壳体120中。
图6示出了根据一示例性实施例的雷达测量装置100。雷达测量装置100具有平凸透镜106，该平凸透镜106被设计为安装在密封件128上，该密封件128固定在天线装置104上。另外，雷达测量装置100具有雷达信号源102。密封件128优选地固定在平凸透镜106和天线装置104之间，使得没有湿气或污染物进入天线装置104。另外，雷达测量装置100通过平凸透镜106布置在容器108上。
图7示出了说明根据一示例性实施例的用于安装雷达测量装置100的方法步骤的流程图。除非另做说明，否则雷达测量装置100具有与图1至图6的雷达测量装置相同的元件和特征。
在步骤S1中，在雷达测量装置100的透镜的平面110和容器108之间形成连接。该连接特别是可以通过粘合剂或者通过材料接合连接、形状锁定连接和/或力锁定连接来建立。
另外，应当指出，“包含”和“具有”不排除其他元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。此外，还应当指出，参照上述示例性实施例中的一者说明的特征也可以与其他上述示例性实施例的其他特征组合应用。权利要求中的附图标记不应被看作限制。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月11日提交的欧洲专利申请19 156 513.4的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

Claims (15)

1.一种用于填充物位监测和/或极限物位监测的雷达测量装置(100)，包括：
雷达信号源(102)，其被构造为用于产生、发射和/或接收雷达信号；
天线装置(104)，其被构造为用于使所述雷达信号对准；
平凸透镜(106)，其具有尤其面对填充材料的平面，所述平凸透镜被构造为用于聚焦所对准的所述雷达信号，
其中，所述平凸透镜(106)的所述平面(110)被设计为接触面(112)，以便在测量容器(108)中的所述填充材料的填充物位和/或极限物位期间放置在所述容器(108)上。
2.根据权利要求1所述的雷达测量装置，其中，所述平凸透镜(106)能够通过力锁定连接、形状锁定连接和/或材料接合连接安装在所述容器(108)上，使得所述雷达测量装置(100)固定在所述容器(108)上，所述材料接合连接尤其是粘合连接。
3.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置，其中，所述平凸透镜(106)由与所述容器(108)的至少一部分相同的材料制成，所述相同的材料尤其是塑料复合材料。
4.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置，
其中，所述天线装置(104)具有喇叭天线，
其中，所述平凸透镜(106)的凸面(114)的直径(116)对应于所述喇叭天线的最大内直径(118)。
5.根据权利要求4所述的雷达测量装置，其中，所述平凸透镜(106)的所述凸面(114)与所述平凸透镜(106)的所述平面(110)的表面积比值在0.5和5之间。
6.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置，
其中，所述雷达测量装置(100)包括壳体(120)，
其中，所述天线装置(104)和/或所述雷达信号源(102)布置在所述壳体(120)中，
其中，所述壳体(120)具有至少一个底面(122)，
其中，所述底面(122)至少部分地由所述平凸透镜(106)形成。
7.根据权利要求6所述的雷达测量装置，其中，所述平凸透镜(106)由与所述壳体的其余部分相同的材料制成。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的雷达测量装置，
其中，透镜肩部(124)至少部分地环绕所述平凸透镜(106)的所述凸面(114)，
其中，所述透镜肩部(124)被构造为平行于所述平凸透镜(106)的所述平面(110)，并且
其中，所述透镜肩部(124)形成所述底面(122)的至少一部分。
9.根据权利要求6所述的雷达测量装置，其中，所述壳体(120)填充有填充物质，所述填充物质被设计为用于保护所述天线装置(104)和/或所述雷达信号源(102)免受潮气影响。
10.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置，其中，所述雷达测量装置(100)具有能量存储器(126)，所述能量存储器被设计为用于向所述雷达测量装置(100)永久地提供能量。
11.根据前述任一项权利要求所述的雷达测量装置，其中，通过形状锁定连接、力锁定连接和/或材料接合连接，所述天线装置(104)连接到和/或能够连接到所述平凸透镜(106)。
12.根据权利要求11所述的雷达测量装置，其中，所述天线装置(104)与所述平凸透镜(106)之间的所述形状锁定连接、力锁定连接和/或材料接合连接具有密封件(128)，所述密封件被构造为使得没有污染物和/或湿气能够渗透到所述天线装置(104)和/或所述雷达信号源(102)中。
13.一种用于安装尤其根据权利要求1至12中任一项所述的雷达测量装置的方法，包括以下步骤(S1)：
尤其通过粘合剂，在所述雷达测量装置的透镜的平面与容器之间形成连接。
14.一种雷达测量组件，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的雷达测量装置；
容器(108)，其被构造为用于容纳介质(130)，
其中，所述雷达测量装置(100)至少部分地放置在所述容器(108)上，并形成接触面(112)，
其中，所述容器(108)在所述接触面(112)上不具有凹部和/或容纳机构。
15.根据权利要求14所述的雷达测量组件，其中，所述雷达测量装置(100)和所述容器(108)在所述接触面(112)上至少部分地具有基本相同的介电常数。
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