CN1719207A - 雷达料位计的料位测定天线装置 - Google Patents

雷达料位计的料位测定天线装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种料位计的料位测定天线装置，包括一轴向延伸的波导管(5)，在其后面可连接或连接一用于产生和分析处理电磁波的装置(4)，还包括一在波导管前面的天线、特别是抛物面天线(1－3)以及一波适配器，用以在装置的两导波的部件之间传输一这样的波以便匹配两部件之间的波过渡，其中波适配器沿轴向方向具有一通孔。按另一种或特别优选组合的实施方案，本发明涉及一种料位测定天线装置，其包括一轴向延伸的波导管、一天线、一用于将波导管固定在一容器壁上的固定装置和一用以通进介质的管道系统，其中管道系统(20－24)构成用于将冷却剂输给天线的发热的部件(2、3)。

Description

雷达料位计的料位测定天线装置
技术领域
本发明涉及一种雷达料位计的料位测定天线装置，其具有权利要求1的前序部分的特征。
背景技术
为了料位测定，由EP 1058341A1已知一种装置，包括一波导管用以传输微波和一在波导管的前面的端部的天线。该装置包括一单体的构件，其具有一相对于前面的向一松疏物料的方向发射波的端部放大的直径。虽然具有较小直径的波导管是单模式的，但具有较大直径的天线部分是可多模式的。在从波导管到天线体的过渡区域内在其空腔内插入一作为波适配器型式的横截面匹配器。将横截面匹配器的尺寸确定成使其由可多模式的天线可以不发生或在不重要的程度上高于基模的模式，其经由波导管被导回一包括求值电子系统的壳体。横截面匹配器作为实心体由一介电质的实心体构成。该横截面匹配器向前面的方向尖锐地延伸而伸进天线体的空间。横截面匹配器向波导管的方向或尖锐地延伸而伸进波导管或作为具有一平面的过渡壁的整体伸进波导管。
这种装置使微波或雷达波能够从一包括适当的电子系统的壳体经由通常一同轴插头和一耦合装置以及波导管传向实际的天线。作为天线可使用喇叭天线、抛物面天线和鞭状天线。波导管的前面的部分在这里同时构成为固定元件用以将总装置固定于一容器壁中。在容器中这样固定，即，使天线伸进容器中，以便向填充物料的方向发射微波或雷达波并接收从物料表面反射的波，以便将其导回壳体中的电子系统，从而可确定容器的料位。
由DE 197 03 346 A1已知一种抛物面天线用以测定容器中的料位。为了组装或拆卸，抛物面天线的主体由各个天线元件构成，它们可向装置的纵轴线那边回转，亦即是可折叠的。借此将抛物面天线在折叠的状态下可通过一相应的孔通进容器壁中。在该装置中一单体的、横截面不变的天线管从一后面的包括适当的电子系统的壳体通到前面的端部，在该端部上设置一微波发射器和微波接收器。由微波发射器将经由天线管输送的波向抛物面天线的相互分开合并的镜面体的方向发射，以便由天线体向填充物料的方向发射。由填充物料反射的波被由天线体向后指向微波接收器并且由其经由天线管向后导向壳体。
在这样的包括一平坦的主体的抛物面天线装置中，其主体的大部分平行于松疏物料的表面，亦即水平或近似水平定位，问题在于，涡旋起的松疏物料沉积在天线体上。由DE 197 03 346 A1作为另一特征已知一净化装置用以借助压缩空气或净化液体净化抛物面天线体。经由一输入管道，其平行于天线管作为独立的构件通过总装置从外部空间通入容器的内腔，将压缩空气或净化液体导向各喷嘴，各喷嘴对准天线体或镜面体的表面。
该装置在众多方面由于许多的单独的构件构成是复杂的并且还具有大的外圆周。
发明内容
本发明的目的在于，为一料位测定的天线装置、特别为料位测定装置的料位测定抛物面天线建议另一种简单的结构。特别要使天线体可以与容器壁间隔开设置。优选地要使装置可以实现各个元件的冷却。
该目的通过具有权利要求1或权利要求7的特征的料位测定天线装置来达到。
依此优选地，按照第一优选的实施形式，一料位计的料位测定天线装置包括一轴向延伸的波导管，在其后面可连接或连接一用于产生和分析处理电磁波的装置；还包括一在波导管前面的天线、特别是抛物面天线以及一波适配器，用以在装置的两个导波的部件之间传输一这样的波以便匹配两部件之间的波过渡，其中波适配器沿轴向方向具有一通孔。所谓轴向方向应理解为波的传播方向。
依此，按照另一种但特别优选组合的实施形式有利的是，一料位计的料位测定天线装置包括一轴向延伸的波导管，在后面可连接或连接一用于产生和分析处理电磁波的装置；还包括一在波导管前面的天线、特别是抛物面天线；一固定装置，用以将所述装置特别是波导管固定在一容器壁上以及一管道系统，用以通入一种介质，其中管道系统构成用于将冷却剂输给天线的发热的部件。
有利的构造是诸从属权利要求的内容。
有利的特别是这样一种装置，其中，波适配器向后面向通孔那边逐渐缩小，特别是呈锥形延伸。
有利的特别是这样一种装置，其中，波适配器不伸出波导管端部的前面的平面，而特别与端面的平面齐平。
有利的特别是这样一种装置，其中，波适配器构成用于在波导管与一个连接件之间或向相反方向的波过渡的匹配。
有利的特别是这样一种装置，其中，连接件构成为波导管并且其尺寸设计成可以把天线、特别是抛物面天线与一容器壁间隔开。
有利的特别是这样一种装置，其中，通孔构成为空心的。
有利的特别是这样一种装置，其中，管道系统构成用于将冷却剂对准一发送器和/或接收器和/或作为天线的抛物面天线的一天线管。
有利的特别是这样一种装置，其中，管道系统从至少一个在容器壁外面待设置的进孔通向至少一个在容器壁内侧待设置的出孔特别是喷嘴。
有利的特别是这样一种装置，其中，管道系统通过装置的至少一个导波的部件的壁引导。
有利的特别是这样一种装置，其中，管道系统通过装置的多个导波的部件引导。
有利的特别是这样一种装置，其中，冷却剂是气态的、液态的或流体的。
有利的特别是这样一种装置，其中，将一个用于固定料位测定天线装置特别是波导管的固定装置构成为使天线相对于容器壁可回转地定位。
附图说明
以下借助附图更详细地说明一个实施例。其中：
图1按照第一实施形式的料位测定天线的天线装置的剖视图；
图2按照第二实施形式的料位测定天线的剖视图；以及
图3料位测定天线的一个实施形式的剖视图，其包括一管道装置用于从一容器外面向实际的天线体输送冷却剂和/或净化剂。
具体实施方式
图1举例示出一料位测定天线的装置，其包括一抛物面天线用以发射或接收电磁波、特别是雷达波或微波。抛物面天线包括一实际的天线体1、一天线管3和一构成为发射器和接收器2的装置。天线体1按本身已知的方式和方法包括一抛物面镜面并且具有一中心的通孔。沿轴向方向的天线管3伸出天线体1的中心通孔。在天线管3的前端设置发射器和接收器2。经由天线管3导向发射器和接收器2的波由发射器和接收器2对准天线体1并由其向前面的方向向容器中的填充物料发射。由填充物料向相反方向反射的波由天线体1向发射器和接收器2聚束并且由其传向天线管3以便再次进行传递。
一包括一相应的电子系统的壳体4按本来已知的方式和方法用于产生波或用于接收的波的分析处理。一波导管5用于在壳体4与天线1、2、3之间波的传输，在波导管前端连接一连接件6，在连接件6的前端上或前端中固定天线管3。一耦合元件7和一同轴插头8按本来已知的方式和方法用于在壳体4与波导管5之间波的传输。
为了在波导管5或其主体与连接件6之间能够正确地和特别是非虚假地传输波，在波导管5的前面的端部设置一波适配器9。优选的波适配器9如同波导管5具有一轴向通孔10，其优选以相同的孔横截面通过波导管5、波适配器9、连接件6和天线管3延伸。波适配器9优选具有至少部分锥形的延伸，其中波适配器9向后面、亦即向壳体4的方向锥形尖锐地向通孔10逐渐缩小延伸地构成。波适配器9的前端优选成平面地并且与波导管5或其主体的前面上的平面端部齐平地构成。波适配器9通常由一介电质的材料制成并且其尺寸确定成使波无阻碍地传输而不管波导管5和连接件6的不同的传输材料和/或波导管5的主体和连接件6的不同的直径和不同的形状。
如果通过邻接波适配器9的部件的轴向通孔10用介质、特别是介电质填满，通孔10在波适配器的区域内的部分同样可选择用该介质填满，其中该介质大多将具有不同于波适配器9的材料的物理特性。但也有可能在波适配器9内装入另一种介质或完全没有介质，亦即空气或真空。
在波导管5的侧面的圆周上在其前面的部分设计一固定连接，以便将波导管5固定于容器的一通孔中。在所示的实施例中涉及一螺纹11，其可拧紧入容器的壁19的通孔的相应配对螺纹中。因此在安装的状态下连接元件6伸进容器的内腔并因此将天线体1与容器的一内壁间隔开。
借助图2描述第二实施形式。相对于按图1的装置的主要区别在于，总装置相对于容器的一孔是可回转的。因此总装置的纵轴线相对于容器壁20是可调节的或可回转的，以便天线可以尽可能好地匹配于容器的装料状况。雷达料位计的总装置再次包括一壳体4，其包含各个用于信号产生和信号分析处理的部件。壳体4安装在实际的天线系统上。天线系统再次具有一波导管5，其前面的体在外面构成球状的，亦即一球状接头14。一通孔10再次通过整个波导管5，包括通过球状接头14的区域和一前面的波适配器9延伸。轴向通孔10的横截面，如同也在其他的实施形式中，可以构成特别是圆的或矩形的。一雷达信号从壳体4起经由一共轴插头8和一耦合装置7输入波导管5的主体并且通过它向前面的方向传输。在前面在波导管5的主体上再次设置一连接件6，其中在连接件6与波导管5之间的传输再次通过一在前面插入波导管5的主体中的波适配器9匹配。在前面也有一天线管3插入连接件6中，天线管3端接雷达波发射器和接收器2。发射器和接收器2位于抛物面天线1的焦点并且向抛物面天线1实际的主体的内面发射雷达信号。抛物面天线1平行于纵轴线、特别是波导管5的中轴线向填充物料表面的方向反射雷达波或由雷达波形成的信号，其中信号的一部分作为回波从填充物料表面返回并且向相反的路线经由抛物面天线1、发射器和接收器2、天线管3、连接件6、波适配器9和波导管5返回到壳体4中的分析处理电子系统。
如果填充物料表面倾斜于用于固定天线装置的容器壁20延伸，或者天线装置或雷达料位计的固定部分设置于倾斜位置，例如在一拱形的容器盖中，则回波部分地或完全由抛物面天线1反射掉，从而不能测定或只能不好地测定。通过总装置或总装置的纵轴线绕球状接头14的偏转，可以将纵轴线定位成使其指向与其垂直延伸的填充物料表面。通过球状接头14的应用有利地使天线装置的纵轴线能够以足够的程度绕球的中心作球形偏转。球状接头14的前面的表面可以直接支承于锥形、特别是匹配于球形的容器壁通孔中。一实施形式是特别优选的，其中球状接头14设置于一法兰盘12的通孔13中。一同样具有相应的通孔15的夹紧法兰盘16用于球状接头14在该通孔13中的夹紧，通孔15的孔壁匹配于球状接头14的后面的表面延伸部分。夹紧法兰盘16例如借助螺钉17拧紧在法兰盘12上。在将球状接头14的前面直接装入容器壁的相应成形的通孔的情况下，将夹紧法兰盘16直接对容器壁夹紧。在所示的具有法兰盘12的实施例中法兰盘12有利地具有通孔18，借其可将其它用来拧紧法兰盘12的螺钉固定在容器壁的相应的通孔的上面。借助夹紧法兰盘16和在必要时中间布置的O型密封圈可将球状接头14以及全部的天线装置固定于一最好的位置。根据夹紧法兰盘16的夹紧力，天线装置在安装状态下依然保持可回转或也可以固定于要求的位置。
特别在这种包括一可回转的天线、特别是抛物面天线1的装置中，为了将抛物面天线1的主体与容器壁足够地间隔开，以使在全部的天线装置偏转时抛物面天线1的主体不会碰撞内面的容器壁，采用连接件6是有利的。为了使波从波导管5向连接件6或反向能够无干扰地过渡，使波导管适配器9对应于采用的连接件，亦即特别是在其材料和形状以及尺寸方面进行合适的匹配。
这样的波导管适配器9使部件如波导管5也可以应用于其他的天线型式，例如喇叭天线，对于抛物面天线1的应用而言不必全新地设计其他的部件如波导管5。因此通过波导管适配器9能够实现模块化结构的天线系统，其除了应用一喇叭天线同样也可以应用一抛物面天线1到一模块化系统的最终任何其他的部件上。
连接件6优选包括一在每一端部分别具有一凸缘的管状体，其中各凸缘具有各个孔或通孔用以通过或拧紧螺钉。借此可将连接件6在一侧拧紧在波导管5的相应构成的主体的端面上而在另一侧拧紧在抛物面天线1的相应凸出部分上。这特别可以应用不同尺寸的、特别不同长度的连接件6。在这种情况下连接件6的两端面的端部在一模块化系统中匹配于波导管5和天线1的相应成形的配对件。优选地提供许多尺寸的天线管3，从而使其能够例如匹配于各种大的尺寸的抛物面天线1。通过提供连接件6和天线管3的各种分离方案，特别是可以在一容器壁的小孔中进行安装和穿通以及可以从下面或从容器内侧安装抛物面天线1是可能的。
图3示出对图2中所示的装置的另一实施形式。除所示的部件外在波导管5和连接件6的主体内构成一管道系统，其可以将液态的和/或气态的介质导向实际的天线以便冷却和/或净化容器的外面。
在冲洗接口20上可连接一相应的介质供给元件。在冲洗接口20内开始一个或多个输入管道20，其平行于轴向的通孔10通过波导管5的主体并且优选在端面在前面的端部上敞开地终止。连接件6同样具有一个或多个相应的输入管道22。其通向连接件前面的区域。在该前面的区域内设有一个或多个喷嘴、特别是一环形喷嘴24，其可使介质喷到抛物面天线1的背面和/或前面上。特别是通过一通孔向抛物面天线1的前面喷射，该通孔的内径大于天线管3的外径，因此介质指向发射器和接收器2的方向，以便将其冷却和/或净化。因此这样的装置能够按简单的方式和方法并大大节省空间地冷却和在必要时净化天线和在应用微波或雷达波时这类料位测定天线的强烈发热的部件。或者管道系统也可以由在例如波导管旁边的独立的管道构成。
在发射时被很强烈加热的发射器的热因此已在原产点被冷却，从而产生的热可以不通过其余的部件向包括电子系统的壳体4的方向扩散。通过一环形喷嘴24的设置不仅针对冷却发射器2，而且还冷却相应由介质冲淋的天线管3，这进一步减少向后面的壳体4的方向传输的热。除减少热以外这样的冷却以及合适尺寸的波适配器9还导致较小的功率损耗。
至此参照一确定的实施例描述了各个部件，其并不是限制性的，而只是举例性的。有利的是，各个所示的实施形式的各种部件彼此间可以互换并且也可以与原本已知的天线装置的不同的适合的其它部件相组合应用。

Claims (13)

1.料位计的料位测定天线装置，包括：
一轴向延伸的波导管(5)，在其后面可连接或连接一用于产生和分析处理电磁波的装置(4)；
一在波导管(5)前面的天线，特别是抛物面天线(1-3)；以及
一波适配器(9)，用以在装置的两个导波的部件之间传输一这样的波以便匹配两部件之间的波过渡；
其特征在于，波适配器(9)沿轴向方向具有一通孔(10)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，波适配器(9)向后面向通孔(10)那边逐渐缩小，特别是呈锥形延伸。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，波适配器(9)不伸出波导管(5)的端部的前面的平面，而特别与端部的平面齐平。
4.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，波适配器(9)构成用于在波导管(5)与一个连接件(6)之间或向相反方向的波过渡的匹配。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于，连接件(6)构成为波导管并且其尺寸设计成可以把天线(1-3)、特别是一抛物面天线与一容器壁分隔开。
6.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，通孔(10)构成为空心的。
7.特别按照上述权利要求之一项所述的料位计的料位测定天线装置，包括：
一轴向延伸的波导管(5)，在其后面可连接或连接一用于产生和分析处理电磁波的装置(4)；
一在波导管(5)前面的天线，特别是抛物面天线(1-3)；
一固定装置，用以将所述装置特别是波导管(5)固定在一容器壁(20)上；以及
一管道系统，用以通入一种介质；
其特征在于，所述管道系统(20-24)用于将一种冷却剂输给天线的发热的部件(2、3)。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，管道系统(20-24)用于将冷却剂对准一发射器和/或接收器(2)和/或对准一作为天线的抛物面天线的一天线管(3)。
9.按照权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述管道系统从至少一个在容器壁外面待设置的进孔(20)通向至少一个在容器壁内侧待设置的出孔特别是喷嘴(24)。
10.按照权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，管道系统通过所述装置的至少一个导波的部件(5、14、6)的壁引导。
11.按照权利要求9或10所述的装置，其特征在于，管道系统通过所述装置的多个导波的部件(5、14、6)引导。
12.按照权利要求7-11之一项所述的装置，其特征在于，冷却剂是气态的、液态的或流体的。
13.按照上述权利要求之一项所述的装置，其特征在于，将一个用于固定料位测定天线装置特别是波导管(5)的固定装置构成为使天线相对于容器壁可回转地定位。
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