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Die Erfindung betrifft ein Radarerfassungsgerät, insbesondere einen Kontakt-Radar-Messer, bei dem sich die Wellenform zum Durchführen der Frequenzbänder einstellen lässt, um Hochspannungs-niederfrequentes oder hochfrequentes Rauschen abzusperren.
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Im Stand der Technik ist ein Radar-Füllstandmesser bekannt, welcher die ausgegebenen Radiowellen bzw. die reflektierte Differenzzeit und Differenzfrequenz beim Berühren der Radiowellen an ein zu messendes Objekt mittels der FMCW-Methode (frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radar) ermitteln und einen entsprechenden Abstand zwischen dem Radar-Füllstandmesser und dem zu messenden Objekt berechnen kann, um die Höhe oder Stellung des zu messenden Objekts festzustellen.
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Dieser Radar-Füllstandmesser ist als eine Messeinrichtung aus einer Empfang-Sende-Schaltung und einer Antenne ausgebildet, bei der ein Anpassungsmetallstab in der Antenne ein DC-Hochspannungs-Elektronensignal zum Empfangen und/oder zur Ausgabe der Tastsignale erzeugt. Gemäß der Sicherheitsrichtlinie für die elektrischen Anlagen ist die direkte Übertragung oder Beaufschlagung einer DC-Hochspannung durch einen Anpassungsmetallstab unzulässig. In diesem Zusammenhang stimmen die im Stand der Technik angewendeten Anpassungsmetallstäbe mit der Sicherheitsrichtlinie nicht überein und dürfen deshalb nicht angewendet werden.
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In 1 ist eine durch die Antenne im Einklang mit dem Anpassungsmetallstab ausgegebene Wellenform bei einer bekannten Ausführungsform dargestellt. Wie darin angezeigt ist, senkt sich die Stromstärke nur geringfügig ab und kann die Hochspannungsniederfrequenten Signale nicht absperren bzw. unnötige hochfrequente Signalübertragung nicht abwehren, wenn sich die Frequenz in einer höheren Position befindet. In diesem Zusammenhang kann die eigene Konstruktion des Anpassungsmetallstabs die Rauschzahl erhöhen, die Echo-Signale schwierig erkennbar machen und eine mangelhafte Messgenauigkeit hervorrufen. Die Aufgabe liegt daher der Erfindung zugrunde, die Messgenauigkeit der herkömmlichen Füllstandmesser zu erhöhen, um eine exakte Füllstandinformation für eine Prozesslösung zu ermitteln.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kontakt-Radar-Messer bereitzustellen, bei dem sich die Wellenform zum Durchführen der Frequenzbänder einstellen lässt, um Hochspannungs-niederfrequentes oder hochfrequentes Rauschen abzusperren.
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Zum Lösen der Aufgabe wird ein Kontakt-Radar-Messer bereitgestellt, welcher ein Tastsignal auf ein zu messendes Objekt senden und anschließend ein Reflektionssignal aus dem zu messenden Objekt empfangen kann. Der erfindungsgemäße Kontakt-Radar-Messer besteht aus einem Gehäuse und einer Antennenbaugruppe. Dabei ist das Gehäuse mit einem Aufnahmeraum ausgebildet und mit einer Radiofrequenz-Leiterplatte versehen. Die Antennenbaugruppe ist mit der Radiofrequenz-Leiterplatte elektrisch verbunden und weist eine Anschlusseinheit, eine Anpassungseinheit, eine Signalüberleitungseinheit sowie eine Frequenzselektoreinheit auf. Dabei ist die Anschlusseinheit in dem Aufnahmeraum eingebaut, um die Tastsignale zu übertragen, während die Anpassungseinheit ebenfalls in dem Aufnahmeraum eingebaut ist und zum Übertragen der Signale mit der Anschlusseinheit elektrisch verbunden ist. Die Signalüberleitungseinheit ist im Einklang mit der Anpassungseinheit ebenfalls in dem Aufnahmeraum eingebaut und dient zum Übertragen der Tastsignale sowie zum Empfangen der Reflektionssignale, wobei zwischen der Anpassungseinheit und der Signalüberleitungseinheit die Frequenzselektoreinheit eingefügt ist, die mit einer isolierten Druckbeständigkeit zum Verstärken des Signal-Rausch-Verhältnisses dient. Wenn die Anpassungseinheit ein Tastsignal aus der Anschlusseinheit empfangen hat, wird das Tastsignal über die Oberfläche der Anpassungseinheit übertragen, aus der Oberfläche der Anpassungseinheit gesendet und zuletzt durch die Frequenzselektoreinheit hin auf die Signalüberleitungseinheit übertragen.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform kann die DC-Hochspannung separieren, die Signale innerhalb eines gewünschten Bereichs auf die Signalüberleitungseinheit (z.B. Stahlseil) übertragen und unnötige Signalübertragung absperren, damit die Frequenzselektoreinheit die Rauschzahl (Rauschabstand) intensiviert und die Erkennbarkeit der Echo-Signale verstärkt.
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1 Ansicht einer durch die Antenne im Einklang mit dem Anpassungsmetallstab ausgegebenen Wellenform bei einer bekannten Ausführungsform
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2 Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform
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3 Blockdiagramm der Antennenbaugruppe des erfindungsgemäßen Radar-Messers
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4 Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform
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5 Explosionszeichnung der Antennenbaugruppe in 4, nämlich Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen Antennenbaugruppe bei der ersten Ausführungsform
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6 Schnittansicht der erfindungsgemäßen Antennenbaugruppe bei der zweiten Ausführungsform
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7 Schnittansicht der erfindungsgemäßen Antennenbaugruppe bei der dritten Ausführungsform
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8 Ansicht der ausgegebenen Wellenform im Einklang mit der erfindungsgemäße Anpassungseinheit
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In den nachfolgenden Abschnitten werden die bevorzugten Ausführungsformen und die technischen Leistungen anhand der Zeichnungen erläutert. Es sei jedoch bemerkt, dass die beigefügten Figuren zur Beschreibung bzw. Referenz dienen und sich nicht als die Einschränkung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen darstellen.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich, dient der erfindungsgemäße Kontakt-Radar-Messer zum Senden eines Tastsignals D auf ein zu messendes Objekt 300 und Empfangen eines Reflektionssignals R aus dem zu messenden Objekt 300. Wie aus 2 ersichtlich, besteht der Radar-Messer aus einem Gehäuse 100 und einer Antennenbaugruppe 200. Dabei ist das Gehäuse 100 mit einem Aufnahmeraum 110 ausgebildet und mit einer Radiofrequenz-Leiterplatte 120 versehen. Die Antennenbaugruppe 200 ist mit der Radiofrequenz-Leiterplatte 120 elektrisch verbunden und weist eine Anschlusseinheit 210, eine Anpassungseinheit 220, eine Signalüberleitungseinheit 270 sowie eine Frequenzselektoreinheit 280 auf.
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Bei der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist die Antennenbaugruppe 200 vorzugsweise über die Anschlusseinheit 210 mit der Radiofrequenz-Leiterplatte 120 elektrisch verbunden. Dabei ist die Anschlusseinheit 210 in dem Aufnahmeraum 110 eingebaut, um die Tastsignale D zu übertragen, während die Anpassungseinheit 220 ebenfalls in dem Aufnahmeraum 110 eingebaut ist und zum Übertragen der Signale mit der Anschlusseinheit 210 elektrisch verbunden ist. Die Signalüberleitungseinheit 270 ist im Einklang mit der Anpassungseinheit 220 ebenfalls in dem Aufnahmeraum 110 eingebaut und dient zum Übertragen der Tastsignale D sowie zum Empfangen der Reflektionssignale R. Wie aus 2 ersichtlich, ist die Signalüberleitungseinheit 270 vorzugsweise aus einem Metall als Werkstoff gefertigt, deren eines Ende mit einer mit der Anpassungseinheit 220 komplementären Form (z.B. Z-Form) ausgebildet ist, während das andere Ende aus dem Gehäuse 100 herausragt.
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Zwischen der Z-approximativen Anpassungseinheit 220 und der Signalüberleitungseinheit 270 ist eine Frequenzselektoreinheit 280 eingefügt, die mit einer isolierten Druckbeständigkeit zum Verstärken des Signal-Rausch-Verhältnisses dient. Die Frequenzselektoreinheit 280 ist vorzugsweise mit einem Gasmedium ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist es für die Anpassungseinheit 220 unmöglich, die Signalüberleitungseinheit 270 mit einer DC-Hochspannung zu beaufschlagen, was mit der Sicherheitsrichtlinie übereinstimmt. Da der Radar-Messer in der vorliegenden Ausführungsform die Signale über die Radiowellen überleitet, kann eine Übertragung trotzdem über die Frequenzselektoreinheit 280 auf die Signalüberleitungseinheit 270 stattfinden. Das heißt, dass sich sowohl die Tastsignale D als auch die Reflektionssignale R über die mit einem Gasmedium versehene Frequenzselektoreinheit 280 übertragen lassen.
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Wenn die Anpassungseinheit 220 ein Tastsignal D aus der Anschlusseinheit 210 empfangen hat, wird das Tastsignal D über die Oberfläche (oder: den Grundkörper) der Anpassungseinheit 220 übertragen, durch die Anpassungseinheit 220 gesendet und zuletzt durch die Frequenzselektoreinheit 280 hin auf die Signalüberleitungseinheit 270 übertragen. Wenn die Signalüberleitungseinheit 270 das Reflektionssignal R aus zu messende Objekt 300 empfangen hat, überleitet sich das Reflektionssignal R durch die Frequenzselektoreinheit 280 hindurch bzw. über die Oberfläche (oder: den Grundkörper) der Anpassungseinheit 220 so weit, bis es durch die Anschlusseinheit 210 auf die Radiofrequenz-Leiterplatte 120 übertragen wird. Die Signale des zu messenden Objekts 300 werden wiederholt so empfangen und übertragen.
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Wie aus 4 ersichtlich, umfasst die Anpassungseinheit 220 ferner eine erste Signalübertragungseinheit 230 und eine zweite Signalübertragungseinheit 240. Dabei ist ein Ende der ersten Signalübertragungseinheit 230 mit der Anschlusseinheit 210 elektrisch verbunden, während das andere Ende der zweiten Signalübertragungseinheit 240 mit der Signalüberleitungseinheit 270 verbunden ist. Die Frequenzselektoreinheit 280 ist zwischen der ersten Signalübertragungseinheit 230 und der zweiten Signalübertragungseinheit 240 eingebaut.
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Wie aus 4 ersichtlich, weist das Gehäuse 100 in der vorliegenden Ausführungsform ferner einen ersten Gehäuseteil 130 und einen mit dem ersten Gehäuseteil 130 verbundenen zweiten Gehäuseteil 160 auf. Dabei ist in dem ersten Gehäuseteil 130 eine Abstandsplatte 140 angeordnet, welche eine Öffnung 150 hat, durch welche die Anschlusseinheit 210 auf einer Seite der Abstandsplatte 140 angebracht ist. Die erste Signalübertragungseinheit 230 ist auf der anderen Seite der Abstandsplatte 140 angebracht und mit der Anschlusseinheit 210 verbunden. Wie aus 4 und 5 gemeinsam ersichtlich, ist die Signalüberleitungseinheit 270 vorzugsweise als ein an der zweiten Signalübertragungseinheit 240 angeschlossenes Metall ausgebildet, welches aus dem zweiten Gehäuse 160 herausragt. Die Signalüberleitungseinheit 270 umfasst vorzugsweise ein Stahlseil, Stahlkabel oder einen Stahlstab (jedoch nicht darauf eingeschränkt), dessen eines Ende sich mit einem Ende der zweiten Signalübertragungseinheit 240 verriegeln lässt.
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Wie in 5 angezeigt ist, umfasst die Antennenbaugruppe 200 ferner eine aus einem Isolierstoff gefertigte Passhülse 170 und eine Isolierhülse 238, wobei sich der Isolierstoff hier vorzugsweise als Polytetrafluorethen oder sonstiger geeigneter Stoff versteht. Die Passhülse 170 ist mit Hitzebeständigkeit bzw. Dichtheit an ein Ende der ersten Signalübertragungseinheit 230 aufgesteckt. Die Isolierhülse 238 ist in dem zweiten Gehäuseteil 160 eingefügt bzw. an der Außenfläche der ersten Signalübertragungseinheit 230 und der zweiten Signalübertragungseinheit 240 aufgesteckt.
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Die erste Signalübertragungseinheit 230 ist mit einer ersten Signalübertragungsfläche 237 versehen, während die zweite Signalempfängerstrecke 242 mit einer zweiten Signalübertragungsfläche 247 ausgebildet ist. Die Z-förmige erste Signalübertragungsfläche 237 ist im Einklang mit der Z-förmigen zweiten Signalübertragungsfläche 247 angeordnet, wobei die Länge der ersten Signalübertragungsfläche 237 und der zweiten Signalübertragungsfläche 247 um 1/4 größer oder kleiner als die Wellenlänge ist. In der aus 4 und 5 ersichtlichen Ausführungsform umfasst die erste Signalübertragungseinheit 230 ferner eine erste Kerbe 236, während die zweite Signalübertragungseinheit 240 ferner mit einer zweiten Kerbe 246 versehen ist. Die erste Signalübertragungsfläche 237 ist in der zweiten Kerbe 246 eingefügt, während die zweite Signalübertragungsfläche 247 in der ersten Kerbe 236 eingefügt ist, damit sich die mit einem Gasmedium versehene Frequenzselektoreinheit 280 zwischen den beiden Kerben eingebaut ist. Die Außenfläche der zweiten Signalübertragungseinheit 240 ist mit einem Außengewinde 248 zur Verschraubung der Isolierhülse 238 ausgeformt.
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In 6 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Antennenbaugruppe bei der zweiten Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Frequenzselektoreinheit 280 unterschiedlich von der ersten Ausführungsform als ein Isolationssatz (z.B. Mylar) ausgebildet. In dieser Ausführungsform kann die Anpassungseinheit 220 die Signale zwischen die Anpassungseinheit 220 und die Signalüberleitungseinheit 270 über die als ein Isolationssatz ausgebildete Frequenzselektoreinheit 280 übertragen. Das heißt, dass sich sowohl die Tastsignale D als auch die Reflektionssignale R zwischen die Anpassungseinheit 220 und die Signalüberleitungseinheit 270 über die als ein Isolationssatz ausgebildete Frequenzselektoreinheit 280 übertragen lassen.
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Es sei bemerkt, dass die aus einem Gasmedium oder einem Isolierteil bestehende Frequenzselektoreinheit 280 in der zweiten oder dritten Ausführungsform die Anpassungseinheit 220 halbieren kann. Dementsprechend ist die Anpassungseinheit 220 in eine erste Signalübertragungseinheit 230 und eine zweite Signalübertragungseinheit 240 aufgeteilt, wobei die erste Z-förmige Signalübertragungsfläche 237 im Einklang mit der zweiten Z-förmigen Signalübertragungsfläche 247 angeordnet ist.
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Wenn die erste Signalübertragungseinheit 230 das Tastsignal D aus der Anschlusseinheit 210 empfangen hat, wird das Tastsignal D über die Oberfläche (dieerste Signalübertragungsfläche 237) der ersten Signalübertragungseinheit 230 überleitet und abgesendet, und anschließend durch die Frequenzselektoreinheit 280 hindurch auf die Oberfläche (die zweite Signalübertragungsfläche 247) der zweiten Signalübertragungseinheit 240 übertragen, und zuletzt auf die Signalüberleitungseinheit 270 übertragen. Wenn die Signalüberleitungseinheit 270 hingegen das Reflektionssignal R aus dem zu messenden Objekt 300 empfangen hat, wird das Reflektionssignal R über die Oberfläche (die zweite Signalübertragungsfläche 247) der zweiten Signalübertragungseinheit 240 übertragen und anschließend durch die Frequenzselektoreinheit 280 hindurch abgesendet. Das Reflektionssignal R wird dann über die Oberfläche (die erste Signalübertragungsfläche 237) der ersten Signalübertragungseinheit 230 übertragen und anschließend über die Anschlusseinheit 210 auf die Radiofrequenz-Leiterplatte 120 überleitet. Die Signale des zu messenden Objekts 300 werden wiederholt so empfangen und gesendet (siehe 3).
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Wenn die Länge der ersten Signalübertragungsfläche 237 und der zweiten Signalübertragungsfläche 247 um 1/4 größer oder kleiner als die Wellenlänge (Wellenlänge des Bedienungsfrequenzbands) ist, kann die erfindungsgemäße Anpassungseinheit 220 die DC-Hochspannung separieren, die Signale innerhalb eines gewünschten Bereichs auf die Signalüberleitungseinheit 270 übertragen und unnötige Signalübertragung absperren, damit die Frequenzselektoreinheit die Rauschzahl intensiviert und die Erkennbarkeit der Echo-Signale verstärkt (siehe 8). Die erfindungsgemäße Anpassungseinheit 220 kann daher die Hochspannungs-niederfrequente Hochspannung separieren, unnötige hochfrequente Harmonische (Rausch) abwehren und die Signale innerhalb eines gewünschten Bereichs auf die Signalüberleitungseinheit 270 übertragen. Die Frequenzselektoreinheit 280 kann ebenfalls die Rauschzahl intensivieren und die Erkennbarkeit der Echo-Signale verstärken. Der Frequenzbereich der Frequenzselektoreinheit 280 liegt vorzugsweise bei 20–80GHz, wobei die durch die Vertikalachse beschriebene Leistungsstärke mit der Einheit dBm angegeben wird, wobei der Rauschabstand (SNR) eine Zahl beträgt, die durch die Rauschleistung geteilte Signalleistung ist.
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In der aus 7 ersichtlichen Ausführungsform sieht die Frequenzselektoreinheit 280 approximativ I-förmig aus, damit die erste Signalübertragungsfläche 237 komplementär mit der zweiten Signalübertragungsfläche 247 angeordnet ist. Dementsprechend sind die erste Signalübertragungsfläche 237 der ersten Signalübertragungseinheit 230 und die zweite Signalübertragungsfläche 247 der zweiten Signalübertragungseinheit 240 ebenfalls approximativ I-förmig ausgebildet, um das gleiche Ziel zu erreichen.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. In diesem Zusammenhang werden alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale als erfindungswesentlich angesehen. Es sind ausschließlich die nachfolgenden Patentansprüche für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gültig.
