CN115398186A

CN115398186A - 具有球形传感器壳体的雷达传感器

Info

Publication number: CN115398186A
Application number: CN202080099882.5A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·劳恩
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2022-11-25
Also published as: US20230296422A1; EP4136414A1; WO2021209129A1

Abstract

本发明涉及具有传感器壳体的雷达传感器，所述传感器壳体至少部分为球形，所述传感器壳体可旋转地安装在安装装置中。例如，所述传感器壳体是球形的。

Description

具有球形传感器壳体的雷达传感器

技术领域

本发明涉及用于工业环境中的雷达传感器。特别地，本发明涉及具有可旋转安装的传感器壳体的雷达传感器、用于可旋转地安装该传感器的安装装置、该安装装置的用于安装传感器的用途、安装有安装装置的容器以及用于将传感器安装在容器上的方法。

背景技术

工业环境中的传感器可被配置为用于填充物位测量、极限物位检测、流量测量、压力测量、液位和流速测量以及温度测量。这类传感器可被设计为安装到容器的开口上或中。这些安装是通过凸缘安装或螺接安装的方式进行的。

在凸缘安装的情况下，传感器(例如，填充物位测量装置或极限物位传感器)具有板状凸缘，该板状凸缘以凸缘状的方式围绕装置的天线颈部，以便与容器开口区域中的相应的对接凸缘拧紧在一起。

在螺接安装的情况下，天线颈部本身配备有外螺纹，使得传感器可以通过外螺纹旋入到容器开口中的相应内螺纹中。

此外，还可以通过安装夹具、卡口锁或夹具支架将传感器安装在容器上。

发明内容

本发明的目的是提供一种将传感器安装到容器上的替代方式。

该目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的改进示例在从属权利要求和实施例的以下说明中给出。

本发明的第一方面涉及一种雷达传感器，该雷达传感器被配置为测量容器中的填充材料的填充物位或极限物位。雷达传感器包括传感器壳体、电子单元和天线单元。传感器壳体具有外轮廓，该外轮廓至少在传感器壳体的第一部分区域中具有球体分段的形状，该传感器壳体被配置为将雷达传感器可旋转地支撑在安装装置的相应的中空球体分段中。电子单元被配置为产生测量信号，且天线单元被配置为辐射测量信号并接收从填充材料表面反射的测量信号。电子单元和天线单元布置在壳体中。

例如，传感器壳体的外轮廓被设计成完全或几乎完全球形的。

根据一实施例，传感器壳体是完全封闭的。

根据一实施例，传感器壳体不是完全封闭的，并且例如可以仅设置在如下区域中，在该区域中，传感器壳体安装在中空球体分段中。因此，中空球体分段是关节套(Gelenkpfanne)。

例如，传感器壳体至少在天线单元的区域中由塑料制成，使得可以穿过传感器壳体辐射测量信号。因此，天线单元位于传感器壳体内并受其保护。传感器壳体可以完全由塑料制成，也可以部分由塑料制成。壳体的其它区域也可以由诸如金属之类的其它材料制成。

根据另一实施例，传感器壳体不能以非破坏性的方式打开。例如，传感器壳体是在注塑成型工艺中制造的，使得电子单元和天线单元例如被模制在内部。

根据一实施例，雷达传感器被设计为自给式雷达传感器(AuRa传感器)，其具有自己的例如电池形式的内部电源。

根据另一实施例，雷达传感器包括无线电接口，该无线电接口被配置为将由传感器检测或计算的雷达传感器数据无线地传输到诸如手机或服务器之类的外部接收器。

根据另一实施例，雷达传感器的重心低于球体分段的中心点，使得雷达传感器可以通过旋转到测量位置而借助于重力将自己对准成垂直于填充材料表面。特别地，可以在传感器的下部中设置配重物(例如，在传感器壳体内部延伸的金属环的形式)，以便通过重力自主地对准传感器。

根据另一实施例，传感器壳体的第二部分区域由透光材料制成，使得可以透过传感器壳体读取雷达传感器的显示器。

根据另一实施例，雷达传感器被设计为用于填充物位或极限物位的非接触式测量。

本发明的另一方面涉及一种包括中空球体或至少一个中空球体分段的安装装置，该中空球体分段被配置为可旋转地支撑上述和下述的雷达传感器。

根据一实施例，安装装置被设计为封闭的中空球体。该安装装置可以完全由塑料制成。

根据另一实施例，至少中空球体分段由不透明的塑料制成。

根据另一实施例，中空球体或安装装置至少部分地由透光材料制成，使得可以透过中空球体读取雷达传感器的显示器。

根据另一实施例，安装装置包括用于安装到容器的开口上的安装凸缘。安装装置可被一体地设计。

根据另一实施例，安装装置包括保持臂和/或用于安装保持臂的内螺纹。

根据另一实施例，安装装置包括锁定元件，该锁定元件被配置为将传感器固定在安装装置中。

根据另一实施例，安装装置包括对准元件，该对准元件被配置为在安装装置中将传感器对准。

传感器和支座可以被设计为使得传感器通过重力进行自对准，从而传感器总是竖直地向下辐射，或者垂直地辐射，而不管安装装置的朝向如何。

根据另一实施例，安装装置包括布置在安装装置中的传感器，该传感器可旋转地支撑在安装装置中。

因此可以说的是，安装装置是雷达传感器的壳体。因此，可以提供例如球形传感器，该传感器在内部包含对准机构，且在内部没有其它外壳。然而，当然也可以提供具有自身壳体的雷达传感器和额外的安装球体。

根据另一实施例，传感器是填充物位测量装置(例如，物位雷达装置)、极限物位传感器、压力传感器或流量传感器。

本发明的另一方面涉及上述和下述的安装装置的用于将传感器(例如，上述和下述的传感器)选择性地安装在容器的侧壁或容器的顶板上的用途。

本发明的另一方面涉及一种安装有上述和下述的安装装置的容器。

本发明的另一方面涉及一种用于将传感器安装到容器上的方法。首先，将传感器布置在完全封闭的安装装置中或至少部分封闭的安装装置中。然后，将安装装置安装到容器上或附近。同时或在此之后，将传感器对准。例如，传感器的对准通过重力进行，即，自主且无需用户辅助地进行。

雷达传感器可被设计为用于工业环境中的过程自动化。该雷达传感器可以用于农业，以监测移动饮用水容器或供给容器。

术语“工业环境中的过程自动化”可以理解为技术的一个子领域，其包含无人工参与的操作机器和设备的所有措施。过程自动化的一个目标是在诸如化学、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或矿业之类的领域中使工厂的各个部件的交互自动化。为此，可以使用大量的传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度、极端压力之类的特定要求。通常将这些传感器的测量值传送到控制室，在控制室中可以监测诸如物位、极限物位、流量、压力或密度之类的过程参数，并且可以手动或自动更改整个工厂的设置。

工业环境中的过程自动化的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使建筑物内或单个物流设备内的过程自动化。典型的应用是例如用于以下领域的物流自动化系统：机场的办理行李和货物托运处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或还有建筑物安全(访问控制)领域。先前列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与对象大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用借助于激光、LED、2D相机或3D相机的基于光学测量方法的传感器，这些传感器根据渡越时间原理(ToF：time of flight)检测距离。

工业环境中的过程自动化的另一子领域涉及工厂/制造自动化。在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业或一般包装行业之类的许多行业中，都可以见到这种应用示例。工厂自动化的目的是使通过机器、生产线和/或机器人执行的货物生产自动化，即，在没有人工参与的情况下运行。在此使用的传感器以及在检测对象的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。

下面将参考附图来说明本发明的其它实施例。附图中的图示是示意性的，并且未按比例绘制。如果在以下附图说明中使用了相同的附图标记，则它们表示相同或相似的元件。

附图说明

图1示出了根据第一实施例的测量构造。

图2示出了根据另一实施例的测量构造。

图3示出了根据一实施例的方法的流程图。

图4示出了在传感器支座(Sensorlagerung)的区域中具有安装装置的雷达传感器的剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据一实施例的测量构造。测量构造包括雷达传感器100，雷达传感器100安装在安装装置300中，使得雷达传感器可以在所有空间方向上旋转。例如，通过凸缘安装件(Flanschbefestigung)313将安装装置300安装在容器200的开口上。然而，也可以设置另一安装件，并且本发明不限于凸缘安装件。

重要的是，雷达传感器100可旋转地支撑在安装装置300的壳体中。

用于测量填充材料201的填充物位或极限物位的雷达传感器包括传感器壳体101、电子单元105和天线单元106。传感器壳体101可被设计为球体形，或者替代地包括具有球体分段形状的部分区域。在图1的实施例中，传感器壳体为由塑料制成的实心球体，并且包含电子单元105、天线单元106、能量存储器110和无线通信模块107。

也可以将无线通信模块107称为无线电接口。也可以设置显示器109，该显示器例如位于壳体顶部附近，使得可以透过壳体壁读取该显示器。为此，壳体的上部的第二部分区域108由诸如透明塑料之类的透光材料制成。由于球形电子单元100完全包含在外球体300内，因此可以节省部分区域108，并且电子器件可以开放地放置在外球体300内而无需额外的壳体。

壳体的下部区域(上面也称为“第一部分区域”102)也可以由塑料制成。然而，该部分区域不必是透光的；它对于由天线单元106朝向填充材料发射的雷达波束是可穿透的就足够了。在此，天线也不需要位于壳体内。天线已经受到外球体的保护并且可以露出，使得只需穿过外球体进行测量。换句话说，可以将内球体简化为布置在安装装置300的关节套中的球体分段。

雷达传感器100完全位于安装装置300内。因此，该装置可以具有两个部分，即安装装置300和单独的雷达传感器100。在另一实施例中，安装装置300构成雷达传感器100的壳体，因此也可将单元100称为没有自身壳体的球形或球体分段形电子单元。

安装装置300可以是中空球体或中空球体分段。类似于雷达传感器，安装装置300的壳体也可以由两种不同的材料制成：由下部区域中的可透过雷达波束的半球体或中空球体分段301以及上部区域中的中空球体分段302构成，这两个中空球体分段可拆卸地或不可拆卸地相互连接。上侧的中空球体分段302可以由与下侧的中空球体分段相同的材料制成，或者它可以由不同的材料制成，例如诸如透明塑料之类的透光材料。

可以设置有例如调节螺栓形式的锁定元件311，该锁定元件穿过安装装置300的壁拧入到连续的内螺纹中，以便夹紧传感器100。

还可以设置有对准元件312，通过该对准元件可以手动调节传感器100的朝向，例如穿过塑料壁磁性地调节。

传感器的重心可以处于天线单元106的区域内，至少总是低于球形雷达传感器100的中心点，使得安装后的“传感器球体”通过重力自动地调节自身，从而天线在期望的方向上进行测量(通常是垂直的；然而，也可以提供水平测量或其它方向上的测量)。

雷达传感器还可以具有用于检测传感器的当前朝向的倾斜传感器。这些数据可以有助于更精确地检测或计算物位。

因此，实现了雷达传感器100在容器200上的安装，从而可以在所有方向上旋转和枢转天线单元106。在这种情况下，该装置可以低成本地制造。

例如，安装装置300被设计为两部分式中空球体。雷达传感器100被设计成球形并因此可以容纳在中空球体壳体中，并且因而可以在所有方向上旋转和枢转。

例如，球形雷达传感器100可以通过中空球体的上半壳体进行固定。因此，作为电子器件的一部分的雷达天线可以枢转并固定在所有可能位置。在这种情况下，穿过由塑料制成的外壳体球体301、302进行测量。

安装装置可以放置在容器的具有小于球体直径的直径的任何圆孔中，并且可以例如用硅树脂带粘合。替代地，可以通过杆310(参见图2)或夹具装置将安装装置300安装到容器上，使得球形安装装置位于容器的外部。

如果上球体302由透明塑料制成，则可以透过壳体壁读取位于内部的显示器或发光指示器。替代地，可以将雷达传感器100仅插入到半球形壳体部分301中，以便可以容易地更换雷达传感器。

因此，提供了一种球形的装置壳体，该装置壳体包含具有天线的球形电子杯，使得天线可以在球形壳体中垂直地对准。

如图1所示，如果将雷达传感器100的中空球体状的安装装置300放置在容器开口上，则中空球体的下部突出到容器中。具有天线的电子器件(其也被设计为球体)位于该中空球体中。球体壳体的上部可以由透明塑料制成，使得可以看到内部存在的任何显示器。

为了与外部单元进行通信，尤其为了进行测量值传输或参数化，设置有例如使用蓝牙的无线电接口(无线模块)107。可以使用诸如蓄电池之类的能量存储器110，从而雷达传感器可以完全自给地操作。

如果容器中不期望有开口，则安装装置300也可以例如通过杆310安装在容器上，使得该安装装置“悬浮”在容器的上方(参见图2)。

图3示出了根据一实施例的方法的流程图。在步骤1中，将传感器100布置在完全或部分封闭的安装装置300中。在步骤2中，将安装装置安装到容器上，并且在步骤3中，将传感器对准，以使其在垂直于填充材料表面的方向上发射测量信号。对准可以通过重力自动完成。在步骤4中，锁定传感器，从而进行物位测量。

图4示出了在传感器支座的区域中具有安装装置的雷达传感器的剖视图。在此涉及上面已说明的实施例：安装装置表示“传感器壳体”，并且传感器的电子器件可移动地安装在安装装置的关节套中。

还应注意，“包括”或“具有”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。此外，应注意，已经参考其中一个上述实施例说明的特征和步骤也可以与上述其它示例性实施例的其它特征和步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被解释为限制性的。

Claims

1.一种雷达传感器(100)，其被配置为测量容器(200)中的填充材料(201)的填充物位或极限物位，所述雷达传感器包括：

传感器壳体(101)，其外轮廓至少在所述传感器壳体的第一部分区域(102)中具有球体分段的形状，所述传感器壳体被配置为将所述雷达传感器可旋转地支撑在安装装置(104)的相应的中空球体分段(301)中；

电子单元(105)，其被配置为产生测量信号；

天线单元(106)，其被配置为辐射所述测量信号并接收从填充材料表面反射的所述测量信号，

其中，所述电子单元和所述天线单元布置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的雷达传感器(100)，

其中，所述传感器壳体(101)的所述外轮廓是完全球形的。

3.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，

其中，所述传感器壳体(101)是完全封闭的。

4.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，

其中，所述传感器壳体(101)至少在所述天线单元(106)的区域中由塑料制成，使得能够穿过所述传感器壳体辐射所述测量信号。

5.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，

其中，所述传感器壳体(101)不能以非破坏性的方式打开。

6.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，其被设计成具有自身电源的自给式雷达传感器。

7.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，其还包括：

无线电接口(107)，其被配置为将雷达传感器数据无线传输到外部接收器。

8.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，

其中，所述雷达传感器的重心低于所述球体分段的中心点，使得所述雷达传感器通过重力将自身对准成垂直于所述填充材料表面。

9.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，

其中，所述传感器壳体(101)的第二部分区域(108)由透光材料制成，使得能够透过所述传感器壳体读取所述雷达传感器的显示器(109)。

10.根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)，其被配置为用于所述填充物位或所述极限物位的非接触式测量。

11.一种包括中空球体(301、302)或至少一个中空球体分段(301)的安装装置(300)，其被配置为可旋转地支撑根据前述任一项权利要求所述的雷达传感器(100)。

12.根据权利要求11所述的安装装置(300)，其被设计为封闭的中空球体。

13.根据权利要求11或12所述的安装装置(300)，其中，所述中空球体分段(301)由不透明塑料制成。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的安装装置(300)，其中，所述中空球体(301、302)至少部分地由透光材料制成，使得能够透过所述中空球体(301、302)读取所述雷达传感器(100)的显示器(109)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的安装装置(300)，其包括用于安装到容器的开口上的安装凸缘。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的安装装置(300)，其包括保持臂(310)或用于安装保持臂(310)的内螺纹。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的安装装置(300)，

其中，所述安装装置包括锁定元件(311)，所述锁定元件被配置为将所述传感器(100)固定在所述安装装置中。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的安装装置(300)，

其中，所述安装装置包括对准元件(312)，所述对准元件被配置为在所述安装装置中将所述传感器(100)对准。

19.根据权利要求11至18中任一项所述的安装装置(300)，其包括布置在所述安装装置中的传感器(100)。

20.根据权利要求19所述的安装装置(300)，其中，所述传感器(100)是填充物位测量装置、极限物位传感器、压力传感器或流量传感器。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的安装装置(300)的用于将传感器(100)选择性地安装到容器(200)的侧壁上或容器的顶板上的用途。

22.一种安装有根据权利要求11至20中任一项所述的安装装置(300)的容器(200)。

23.一种用于将传感器(100)安装到容器(200)上的方法，其包括以下步骤：

将所述传感器放置在完全封闭的安装装置(300)中；

将所述安装装置安装到所述容器上；

将所述传感器对准。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，通过重力进行所述传感器(100)的所述对准。