DE102021132030A1

DE102021132030A1 - Radarsensoranordnung

Info

Publication number: DE102021132030A1
Application number: DE102021132030.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Skowaisa
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radarsensoranordnung (100) für einen Behälter (120). Die Radarsensoranordnung weist eine Radarsensorelektronik (102) mit einem Mikrowellen-Abstrahlelement (109) sowie ein Rohr (104) mit einem Mikrowellendurchlass (106) auf. Das Mikrowellen-Abstrahlelement ist im Rohr neben, vor oder gegenüber des seitlichen Mikrowellendurchlasses angeordnet, um von dem Mikrowellen-Abstrahlelement abgestrahlten Mikrowellen durch den seitlichen Mikrowellendurchlass abzustrahlen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Radarsensoranordnung für einen Behälter, ein Rohr für eine Radarsensoranordnung sowie eine Verwendung eines Rohrs in einer Radarsensoranordnung.
Stand der Technik
Bei manchen Anwendungen ist es nicht möglich, den Abstand zu einem Ziel, z.B. Medienoberfläche in einem Behälter, direkt in der Montage Richtung eines Radarsensors zu erfassen. Bisher wurden teilweise Konstruktionen mit in einem Winkel von 45° angebrachten Reflektoren aus Metall verwendet, gebogene Hornantennen, oder einer seitlich an einem länglichen Element angebrachte Antenne. Diese Anordnungen sind mechanisch aufwändig oder weisen keine oder eine unbefriedigende Fokussierung auf, so dass Reflexionen an der Behälterwand entstehen oder nur unzureichend Energie vom zu detektierenden Medium zurückgestrahlt wird.
Zusammenfassung
Eine Aufgabe der Erfindung könnte daher sein, eine verbesserte Radarsensoranordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen in ähnlicher Weise die Radarsensoranordnung für einen Behälter, das Rohr für eine Radarsensoranordnung sowie die Verwendung eines Rohrs in einer Radarsensoranordnung. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, obwohl sie möglicherweise nicht im Detail beschrieben werden.
Ferner ist zu beachten, dass alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein Verfahren betreffen, in der beschriebenen Reihenfolge der Schritte ausgeführt werden können, jedoch muss dies nicht die einzige und wesentliche Reihenfolge der Schritte des Verfahrens sein. Die hier vorgestellten Verfahren können mit einer anderen Reihenfolge der offenbarten Schritte ausgeführt werden, ohne von der jeweiligen Verfahrensausführungsform abzuweichen, sofern im Folgenden nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Fachbegriffe werden mit der dem Fachmann bekannten Bedeutung verwendet. Wenn bestimmten Begriffen eine bestimmte Bedeutung verliehen wird, werden im Folgenden Definitionen von Begriffen gegeben, in deren Zusammenhang die Begriffe verwendet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Radarsensoranordnung für einen Behälter bereitgestellt. Die Radarsensoranordnung weist eine Radarsensorelektronik mit einem Mikrowellen-Abstrahlelement, und ein Rohr mit einem seitlichen Mikrowellendurchlass auf. Das Mikrowellen-Abstrahlelement ist im Rohr neben, vor oder gegenüber des seitlichen Mikrowellendurchlasses angeordnet, um von dem Mikrowellen-Abstrahlelement abgestrahlten Mikrowellen durch den seitlichen Mikrowellendurchlass abzustrahlen. Die Radarsensoranordnung stellt beispielsweise einen Radarsensor zur Füllstandmessung oder Grenzstandmessung im industriellen Umfeld dar.
Die Radarsensorelektronik, ist beispielsweise stirnseitig am ersten Ende des Rohrs angebracht und beinhaltet die Elektronik zur Steuerung des Sensors und zum Senden und Empfangen elektronischer Signale zu bzw. von dem Mikrowellen-Abstrahlelement oder einem Radarchip zur A/D-Wandlung, Auswertung der Signale, und zur Stromversorgung. Die Radarsensoranordnung kann auch weitere Elemente wie Kommunikationseinheiten und Schnittstellen zu anderen Geräten aufweisen.
Das Merkmal Rohr ist breit auszulegen. Bei dem Rohr handelt es sich beispielsweise um ein zylindrisches Rohr, ein eckiges Rohr oder einen andersartig geformtes Hohlelement, welches die Radarsensorelektronik mit dem Mikrowellen-Abstrahlelement verbindet.
Das Mikrowellen-Abstrahlelement kann beispielsweise eine Patchantenne sein, eine Radarantenne oder ein sonstiges geeignetes Element zum Abstrahlen von Mikrowellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Radarsensorelektronik an einem ersten Ende des Rohrs angeordnet. Das Rohr ist in Längsrichtung ist und weist den seitlichen Mikrowellendurchlass an einer Rohrwand im Bereich seines zweiten Endes auf. Das Mikrowellen-Abstrahlelement ist an der Rohrwand auf einer ersten Seite in dem Rohr angeordnet, und eingerichtet, Mikrowellen in Richtung der Rohrwand auf die gegenüberliegende Seite des Rohrs abzustrahlen. Der seitliche Mikrowellendurchlass ist eingerichtet, die abgestrahlten Mikrowellen durch die Rohrwand durchtreten zu lassen, um sie aus dem Rohr auszutreten zu lassen.
In anderen Worten ausgedrückt, ist das Mikrowellen-Abstrahlelement auf einer Seite innerhalb des Rohres angebracht und die Mikrowellen laufen erst quer durch das Rohr, das heißt durch den freien Raum im Rohr, bevor sie auf den Mikrowellendurchlass treffen. Entsprechend lässt der Mikrowellendurchlass Mikrowellen durch die Wand des Rohrs durch, die von der anderen Seite des Rohrs kommen. Der Mikrowellendurchlass und das Mikrowellen-Abstrahlelement müssen sich hierbei nicht notwendigerweise gegenüberliegen, wie in den nachfolgenden Ausführungsformen erläutert. Hierdurch ist beispielsweise eine getrennte Montage von Mikrowellen-Abstrahlelement und Mikrowellendurchlass möglich, und das Mikrowellen-Abstrahlelement kann rückseitig an der Wand des Rohrs fixiert werden. Weiterhin ergeben sich wie nachfolgend erläutert vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten.
Durch den Aufbau, insbesondere, weil das Rohr gerade und nicht gebogen ist, ist eine sehr kompakte Bauform möglich, die einfach in bestehende Anlagen integriert werden kann und aufgrund der kompakten Bauweise und einfachen Form sehr leicht zu reinigen ist. Dadurch, dass das Rohr gerade ist, ist weiterhin eine einfache Montage möglich, da das Rohr z.B. leicht durch die Montageöffnung in einer Bewegungsrichtung eingeschoben werden kann. Montageöffnung und Rohr können hierdurch genau aufeinander abgestimmt werden. Die Form des Rohrs, genauer gesagt die Form des Querschnitts des Rohrs ist beispielsweise kreisrund, sie kann aber auch eine beispielsweise ovale, eine eckige oder rechteckige oder sonstige Form aufweisen.
Das Rohr ist zumindest in dem Bereich, in dem es in den Behälter hineinragt, geschlossen, so dass keine Flüssigkeit oder Gase eintreten können. Es kann auch in dem Bereich außerhalb des Behälters geschlossen sein. Somit sind die Teile einerseits in dem Rohr gegen Wasser, Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt und das Rohr kann andererseits äußerlich leicht gereinigt werden.
Das Rohr kann so ausgestaltet sein, dass nur ein abgegrenzter Bereich des Rohrs für Mikrowellen durchlässig ist. Dadurch wird der Austrittsbereich der Mikrowellen begrenzt. Es kann aber auch so ausgestaltet sein, dass der durchlässige Bereich unbegrenzt ist. Beispielsweise wird als Material für das Rohr ein Kunststoff verwendet, der für Mikrowellen durchlässig ist. Die Herstellung hierfür ist einfacher und das Mikrowellen-Abstrahlelement kann flexibel in dem Rohr angebracht werden. Der Begriff „Mikrowellendurchlass“ wird hierin in dem Sinne verwendet, dass der Mikrowellendurchlass ein Bereich ist, an dem die Mikrowellen durch die Rohrwand durchtreten sollen. Dieser Bereich kann entsprechend obiger Ausführungen ein Bereich sein, der durch die Konstruktion des Rohrs festgelegt wird oder ein von dem Rohr lokal unabhängiger Bereich sein, wenn das Material des Rohrs dies zulässt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rohr ferner ein Fokussierungselement auf. Das Rohr ist rund und das Fokussierungselement ist der runden Form des Rohrs angepasst und eingerichtet, von einer gegenüberliegenden Seite des Rohrs kommende Mikrowellen zu fokussieren.
Rund kann hierbei kreisrund oder oval bedeuten. Die die von der gegenüberliegenden Seite kommenden Mikrowellen werden beispielsweise kegelförmig mit einem Öffnungswinkel abgestrahlt und werden dann von dem Fokussierungselement derart fokussiert, dass sie von dem Fokussierungselement gebündelt werden, bzw. ihnen für ihren weiteren Weg eine parallele oder nahezu parallele Richtung, oder eine nahezu parallele Ausbreitungsebene aufgeprägt wird. Idealerweise ist der Abstrahlpunkt auf der gegenüberliegenden Seite des Fokussierungselements der Brennpunkt des Fokussierungselements. Jedoch ist dies nicht zwingend notwendig. In vielen Fällen ist eine Bündelung ausreichend, die den Öffnungswinkel lediglich reduziert. Die Bündelung kann in einer oder in zwei Dimensionen stattfinden, wie unten beschrieben. Durch die Bündelung werden unerwünschte Reflexionen reduziert und die Energie, die von den an einem Medium reflektierten Wellen zurückgestrahlt wird, wird erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Fokussierungselement eine Mikrowellenlinse, und das Mikrowellen-Abstrahlelement ist auf die Mikrowellenlinse ausgerichtet.
Durch die Mikrowellenlinse, wird der beim Abstrahlen kegelförmig aufgeweitet Strahl der Mikrowellen näherungsweise in eine Richtung fokussiert oder tritt zumindest mit einem kleineren Öffnungswinkel aus der Mikrowellenlinse aus. Hierzu ist die Linse in Abstrahlrichtung dem Mikrowellen-Abstrahlelement angeordnet. Die Linse kann beispielsweise an der Rohrwand gegenüber dem Mikrowellen-Abstrahlelement angebracht sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Mikrowellenlinse eine zylindrische Linse.
Eine sphärische bzw. runde Linse ermöglicht eine Fokussierung in zwei Ebenen. Das heißt, die Wellen werden in zwei Dimensionen gebrochen. Hingegen ermöglicht eine zylindrische Linse eine Fokussierung lediglich in einer Ebene, bzw. werden bei dieser die Wellen nur in einer Dimension gebrochen. Eine zylindrische Linse bietet jedoch den Vorteil, dass sie sehr gut an die Form eines Rohrs angepasst werden kann. Eine zylindrische Linse ist in den meisten Anwendungsfällen ausreichend. Wenn die Linse außen am Rohr angebracht ist, wird die Reinigung gegenüber einer sphärischen Linse deutlich einfacher. Auch insgesamt gesehen, ist die Reinigung wesentlich einfacher als bei bisherigen Lösungen z.B. mit gebogenem Rohr.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Mikrowellenlinse vor oder hinter dem Mikrowellendurchlass angeordnet.
Ist die Linse vor dem Mikrowellendurchlass angeordnet, befindet sie sich innerhalb des Rohrs. Entsprechend befindet sie sich außerhalb des Rohrs, wenn sie hinter dem Mikrowellendurchlass angeordnet ist. Die Montage außerhalb des Rohrs erlaubt eine einfache Montage. Durch eine Anbringung außerhalb des Rohrs werden ferner zusätzliche Reflexionen im Rohr vermieden.
Gemäß einer Ausführungsform bildet die Mikrowellenlinse den Mikrowellendurchlass.
Sie kann entweder im Mikrowellendurchlass integriert sein und somit selbst als Mikrowellendurchlass fungieren. In diesem Fall weist die Radarsensoranordnung am Übergang von der Linse zur Rohrwand vorteilhafterweise eine Dichtung auf oder die Linse und die Rohrwand sind miteinander verschmolzen bzw. integral, soweit die verwendeten Materialen dafür geeignet sind. Besonders vorteilhaft ist eine Beschaffenheit des Rohrs derart, dass zumindest der gesamte Teil, der in den Behälter hineinragt, als zylindrische Mikrowellenlinse fungieren kann. In diesem Fall ist keine extra Linse notwendig, und beim Einbau des Mikrowellen-Abstrahlelements ist die Position unkritisch. Das Mikrowellen-Abstrahlelement kann in diesem Fall quasi an beliebiger Position angebracht werden. Es könnte auch ein Mechanismus eingebaut werden, mit dem ein Anwender das Abstrahlelement von außen z.B. in Längsrichtung nach Bedarf verschieben kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Fokussierungselement ein Mikrowellenreflektor, wobei der Mikrowellenreflektor eingerichtet ist, die von der gegenüberliegenden Seite des Rohrs kommenden Mikrowellen zu reflektieren, zu fokussieren und fokussiert auf die gegenüberliegende Seite zurückzustrahlen, wo sie durch den Mikrowellendurchlass durchtreten.
Der Reflektor kann alternativ oder zusätzlich zu der Linse im Rohr eingebaut werden. Er ist beispielsweise aus Metall hergestellt und ist gewölbt, so dass an ihm eine Reflexion an der entsprechend geformten Metalloberfläche stattfinden kann und die Wellen gebündelt werden können. Durch die Reflexion werden die gebündelten Wellen wieder zum Mikrowellen-Abstrahlelement oder an eine andere Stelle umgelenkt, wo sie dann den Mikrowellendurchlass passieren können und aus dem Rohr austreten können. Wird der Reflektor zusätzlich zur Linse eingesetzt, kann die Bündelung in zwei Stufen erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform bildet die Wand des Hohlleiters den Mikrowellenreflektor.
Ähnlich wie bei der Linse kann die Wand selbst durch ihre Krümmung eine eindimensionale Brechung bewirken und als fokussierender Reflektor dienen. Somit ist eine Fokussierung ohne ein zusätzlich einzubauendes Element möglich. Die Mikrowellen treten dann auf der Seite des Rohrs aus dem Rohr heraus, auf der sie von dem Mikrowellen-Abstrahlelement abgestrahlt wurden. Durch den Reflektor kann der Durchmesser des Rohrs verkleinert werden, da der Weg der Wellen in dem Rohr verlängert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rohr einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt auf, und im montierten Zustand befindet sich der erste Teilabschnitt außerhalb des Behälters und der zweite Teilabschnitt innerhalb des Behälters. Die Radarsensoranordnung weist ferner einen Radarchip auf, und das Mikrowellen-Abstrahlelement ist in den Radarchip integriert oder von diesem entfernt angebracht. Der Radarchip ist in dem Bereich seines zweiten Endes im zweiten Teilabschnitt des Rohrs angeordnet.
Zur Montage und als Prozessanschluss weist der Behälter eine Montageöffnung auf, durch die das Rohr eingebracht wird. Die Montageöffnung teilt das Rohr in den ersten und zweiten Teilabschnitt. Die Montage kann beispielsweise durch Einstecken, Einschrauben, oder andere bekannte Methoden erfolgen. Das Mikrowellen-Abstrahlelement strahlt die Mikrowellen durch den Mikrowellendurchlass im zweiten Teilabschnitt ab, das heißt in dem Behälter.
Der Radarchip erzeugt die Energie zum Abstrahlen der Mikrowellen und empfängt die am Medium reflektierten Mikrowellen von dem Mikrowellen-Abstrahlelement. Er wird von der Radarsensorelektronik gesteuert. Der Radarchip kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle im Rohr angebracht werden, d.h., auch getrennt von dem Mikrowellen-Abstrahlelement. Das heißt auch, dass der Radarchip in dem Bereich des Rohrs angebracht sein kann, der sich außerhalb des Behälters befindet. Dies ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn die Temperatur im Behälter hoch ist, so dass der Radarchip beschädigt werden könnte. Der Radarchip kann ferner in der Radarsensorelektronik integriert sein.
Der Radarchip mit integriertem Mikrowellen-Abstrahlelement kann prinzipiell überall in dem Teil des Rohrs liegen, der sich, wenn das Rohr montiert ist, innerhalb des Behälters befindet. Bevorzugt wird jedoch, dass die Länge des Rohrs ausgenutzt wird, so dass der Radarchip sich in einem Bereich am zweiten Ende des Rohrs befindet, unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse der Position des Radarchips zu dem Mikrowellendurchlass und Richtung der Abstrahlung, sowie unter Berücksichtigung von hochfrequenztechnischen Aspekten und Montageaspekten von dem zweiten Ende geringfügig beabstandet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Radarchip derart in dem Rohr angeordnet, dass eine Hauptabstrahlrichtung des Mikrowellen-Abstrahlelements in einer Ebene geneigt oder in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse liegt.
Unter Hauptabstrahlrichtung wird die Richtung verstanden, in der das Mikrowellen-Abstrahlelement die meiste Energie abstrahlt. Prinzipiell kann durch die geometrische Anordnung des Mikrowellen-Abstrahlelements und dem Mikrowellendurchlass eine beliebige Hauptabstrahlrichtung erreicht werden. Auch das Abstrahlelement selbst kann eine Strahlformung aufweisen, die eine andere als eine senkrechte Hauptabstrahlrichtung zulässt. Hervorzuhebende Richtungen sind jedoch Richtungen in einer Ebene zu senkrecht zur Rohrachse. Die Hauptabstrahlrichtung kann ferner insbesondere senkrecht zur Oberfläche eines zu messendenden Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeitsoberfläche, sein. Wird eine andere Richtung gewählt, kann der Chip und/oder das Mikrowellen-Abstrahlelement entsprechend montiert oder gebogen werden, oder es kann gegebenenfalls eine Strahlformung stattfinden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Radarsensoranordnung ferner eine Halterung auf, um das Rohr und die Radarsensorelektronik am Behälter zu befestigen. Das Rohr und/oder die Halterung weisen eine Einrichtung auf, um eine Einragtiefe des Rohrs in den Behälter variabel einzustellen
Abgesehen davon, dass die Halterung der Radarsensoranordnung eine gute Fixierung bereitstellt, kann die Halterung auch Elemente zum Abdichten aufweisen, so dass an der Montageöffnung keine Flüssigkeit oder Gas austreten kann.
Unter „Einragtiefe“ ist die Eindringtiefe des Rohrs in den Behälter zu verstehen, bzw. die Länge des Rohrabschnitts, der in den Behälter hineinragt. Durch die variabel einstellbare Einragtiefe sind auch der erste und der zweite Teilabschnitt in ihrer Länge variabel. Die Einragtiefe des Rohrs kann z.B. durch ein Gewinde, ein Rastmechanismus oder andere Einrichtungen erfolgen, das das Rohr und / oder die Halterung aufweisen. An der Halterung kann zusätzlich beispielsweise ein Stab mit einer metrischen Markierung angebracht sein, der z.B. an der Behälterwand anstößt und variabel eingestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rohr und/oder die Halterung eine Einrichtung auf, um eine Drehung des Rohrs um die Rohrachse variabel einzustellen.
Die Drehung lässt sich beispielsweise durch ein Gewinde am Rohr oder an der Halterung erreichen.
Somit ist die Radarsensoranordnung äußerst flexibel. Sie kann innerhalb des Behälters bezüglich der Tiefe einstellbar in den Behälter hineinragen, sie kann beliebig gedreht werden, und sie kann sogar bezüglich der Hauptabstrahlrichtung in alle Richtungen konfiguriert werden.
Gemäß einer Ausführungsform enthält das Rohr mehrere Radarchips und/oder mehrere Mikrowellendurchlässe.
Die Radarchips können beispielsweise gleichzeitig oder abwechselnd senden, so dass mit der Anordnung unterschiedliche Messungen in unterschiedliche Richtungen vorgenommen werden können oder mit unterschiedlichen Frequenzen gemessen werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rohr für eine hier beschriebene Radarsensoranordnung bereitgestellt, das ein Mikrowellen-Abstrahlelement aufweist, das an einer Wand auf einer ersten Seite in dem Rohr angeordnet ist und eingerichtet ist, Mikrowellen in Richtung der Wand auf einer gegenüberliegenden Seite des Rohrs abzustrahlen, und wobei der Mikrowellendurchlass eingerichtet ist, Mikrowellen durch die Wand auf der ersten Seite oder einer zweiten Seite der Wand durchtreten zu lassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines solchen Rohrs in einer hier vorgestellten Radarsensoranordnung bereitgestellt.
Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann bei der Durchführung der beanspruchten Erfindung durch das Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen angegeben sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Ansprüche begrenzen.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

1 ein Diagramm einer Radarsensoranordnung gemäß einem ersten Anwendungsbeispiel,
2 ein Diagramm der Radarsensoranordnung gemäß einem zweiten Anwendungsbeispiel,
3 ein Diagramm mit einer detaillierteren Seitenansicht der Radarsensoranordnung,
4 ein Diagramm mit einem vergrößerten Schnitt des Rohrs, von oben betrachtet, gemäß einem ersten Beispiel,
5 ein weiteres Diagramm mit einem vergrößerten Schnitt des Rohrs, von oben betrachtet, gemäß einem zweiten Beispiel.

Ausführungsformen
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Diagramm einer Radarsensoranordnung 100, die an einem Behälter 120 angebracht ist. Der Behälter 120 hat einen seitlichen Prozessanschluss, der durch eine seitliche Öffnung zur Montage der Anordnung realisiert wird, jedoch sollen Messungen in vertikaler Richtung vorgenommen werden, beispielsweise um einen Füllstand 116 zu messen. Um dies zu ermöglichen, weist die Radarsensoranordnung 100 ein Rohr 104, z.B. ein Rohr, auf, an dessen einem Ende die Radarsensorelektronik 102 angeordnet ist. Das Rohr 104 kann durch die Behälteröffnung teilweise in den Behälter 120 eingeschoben werden, so dass die Radarsensorelektronik 102 sich noch außerhalb des Behälters 120 befindet. Innerhalb des Behälters 120 weist das Rohr 104 seitlich einen mikrowellendurchlässigen Bereich, hierin als „Mikrowellendurchlass“ 106 bezeichnet, auf, durch den von der Radarsensoranordnung 100 erzeugte Mikrowellen in eine Richtung senkrecht zur Rohrachse 122 abgestrahlt werden können. Das Rohr 104 kann nun durch eine horizontale Rotation so ausgerichtet werden, dass die Mikrowellen nach unten in Richtung Behälterboden 124 abgestrahlt werden und eine Füllstandmessung ermöglicht wird. Ferner weist die Radarsensoranordnung 100 eine Halterung 114 auf, mit der die Radarsensoranordnung am Behälter 120 befestigt wird. Die Linse kann sphärisch sein oder zylindrisch. Im zylindrischen Fall findet die Brechung der Mikrowellen nur in einer Dimension statt, und zwar in Richtung aus der Zeichenebene heraus, bzw. hinein.
Das Mikrowellen-Abstrahlelement 109 ist auf der Wandseite des Rohrs 104 angebracht, die dem Mikrowellendurchlass 106 gegenüberliegt. Das Mikrowellen-Abstrahlelement strahlt die Mikrowellen kegelförmig mit einem gewissen Öffnungswinkel in Richtung Mikrowellendurchlass 106 ab. Der Mikrowellendurchlass 106 bildet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mikrowellenlinse, so dass die Mikrowellen gebündelt werden, so dass sich der Öffnungswinkel verkleinert. Die Radarstrahlen bzw. die Mikrowellen treffen somit nicht auf die Wand des Behälter 120.
2 zeigt ein Diagramm der Radarsensoranordnung 100 in einem anderen Fall, in welchem die Radarsensoranordnung 100 an der Oberseite eines Behälters 120, z.B. mit einer rotierenden Trommel 121, beispielsweise einer Zentrifuge, angebracht ist. Durch die Rotation entsteht eine seitliche Flüssigkeitsfüllung oder Materialschichten, deren Füllstand 116 bzw. Dicke gemessen werden soll. Auch hier kann das Rohr wie im Behälter der 1 durch die Öffnung eingeschoben werden, in diesem Fall in vertikaler Richtung, so dass sich die Radarsensorelektronik außerhalb des Behälters 120 befindet, aber die Mikrowellen innerhalb des Behälters 120 horizontal abgestrahlt werden. Somit kann der seitliche Füllstand 116 bzw. die Schichtdicke eines Materials gemessen werden. Die vertikale Abstrahlrichtung ist hierbei die Hauptabstrahlrichtung einer beispielsweise kegelförmigen Abstrahlung. Auch hier kann der Öffnungswinkel durch den als Linse ausgeprägten Mikrowellendurchlass 106 verkleinert werden.
3 zeigt ein Diagramm mit einer detaillierteren Seitenansicht der Radarsensoranordnung 100. Die Radarsensorelektronik 102 ist über ein Kabel 126 mit dem Radarchip 108 verbunden, in dem ein Mikrowellen-Abstrahlelement 109, das beispielsweise als Patchantenne ausgeführt ist, integriert ist. Die Hauptabstrahlrichtung ist senkrecht zu der Rohrachse 128. Das kegelförmig abgestrahlte Wellenbündel wird durch eine zylindrische Linse, beispielsweise einer Kunststofflinse fokussiert. Die Fokussierung findet jedoch in der Ebene senkreich zur Rohrachse statt, so dass sie in dieser Seitenansicht nicht zu sehen ist. Die Kunststofflinse befindet sich in diesem Beispiel innerhalb des Rohrs und passiert den Mikrowellendurchlass 106, um aus dem Rohr 104 auszutreten. Der Radarchip 108 kann auch getrennt von dem Mikrowellen-Abstrahlelement 109 sein und beispielsweise mit einem Hohlleiter mit diesem verbunden sein.
4 zeigt ein Diagramm mit einem vergrößerten Schnitt des Rohrs 104, von oben betrachtet, gemäß einem ersten Beispiel. Der Radarchip 108 und das Mikrowellen-Abstrahlelement 109 sind hier als ein Block gezeichnet. Zusammen mit 3 ist die zylindrische Form der Linse 110 erkennbar. In dieser Ansicht ist die Ablenkung bzw. die Fokussierung der Wellen zu sehen. Es ist weiterhin zu erkennen, dass sich die zylindrische Linse gut an die Form des Rohrs 104 anpasst.
5 zeigt ein weiteres Diagramm mit einem vergrößerten Schnitt des Rohrs 104, von oben betrachtet, gemäß einem zweiten Beispiel. In diesem Beispiel wird ein Mikrowellenreflektor 112 verwendet, um die Wellen zu fokussieren. Die von dem Mikrowellen-Abstrahlelement 109 abgestrahlten Wellen werden in Richtung der dem Mikrowellen-Abstrahlelement 109 gegenüberliegenden Rohrinnenseite abgestrahlt, wo sich der Reflektor 112 befindet. Der Reflektor 112 fokussiert und reflektiert die Wellen, so dass die fokussierten Wellen wieder in Richtung des Mikrowellen-Abstrahlelements 109 zurückgestrahlt werden. Das Mikrowellen-Abstrahlelement 109 befindet sich in dem Mikrowellendurchlass 106, so dass die Mikrowellen um das Mikrowellen-Abstrahlelement herum aus dem Rohr 104 austreten können. Der Mikrowellenreflektor kann auch durch die Wand des Rohrs 104 selbst gebildet werden, so dass kein weiteres Element als Reflektor vorhanden ist.
Bezugszeichenliste

100: Radarsensoranordnung
102: Radarsensorelektronik
104: Rohr
106: Mikrowellendurchlass / mikrowellendurchlässiger Bereich
108: Radarchip
109: Mikrowellen-Abstrahlelement
110: Mikrowellenlinse (Linse)
112: Mikrowellenreflektor
114: Halterung
116: Medium-Oberfläche / Füllstand
120: Behälter
121: Trommel
122: Rohrachse
124: Behälterboden
126: Kabel zwischen Radarsensorelektronik und Radarchip

Claims

Radarsensoranordnung (100) für einen Behälter, aufweisend: eine Radarsensorelektronik (102) mit einem Mikrowellen-Abstrahlelement (109); ein Rohr (104) mit einem seitlichen Mikrowellendurchlass (106); wobei das Mikrowellen-Abstrahlelement (109) im Rohr (104) neben, vor oder gegenüber des seitlichen Mikrowellendurchlasses (106) angeordnet ist, um von dem Mikrowellen-Abstrahlelement (109) abgestrahlte Mikrowellen durch den seitlichen Mikrowellendurchlass (106) abzustrahlen.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Radarsensorelektronik (102) an einem ersten Ende des Rohrs (104) angeordnet ist; wobei das Rohr (104) in Längsrichtung gerade ist und an einer Rohrwand im Bereich seines zweiten Endes den seitlichen Mikrowellendurchlass (106) aufweist; wobei das Mikrowellen-Abstrahlelement (109) an der Rohrwand auf einer ersten Seite in dem Rohr angeordnet ist und eingerichtet ist, Mikrowellen in Richtung der Rohrwand auf die gegenüberliegende Seite des Rohrs (104) abzustrahlen; und der seitliche Mikrowellendurchlass (106) eingerichtet ist, die abgestrahlten Mikrowellen durch die Rohrwand durchtreten zu lassen, um sie aus dem Rohr auszutreten zu lassen.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Radarsensoranordnung (100) ferner ein Fokussierungselement aufweist; das Rohr rund ist; und das Fokussierungselement der runden Form des Rohrs angepasst ist und eingerichtet ist, von einer gegenüberliegenden Seite des Rohrs kommende Mikrowellen zu fokussieren.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 3, wobei das Fokussierungselement eine Mikrowellenlinse (110) ist, und das Mikrowellen-Abstrahlelement (109) auf die Mikrowellenlinse (110) ausgerichtet ist.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 4, wobei die Mikrowellenlinse (110) eine zylindrische Mikrowellenlinse (110) ist.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mikrowellenlinse vor oder hinter dem Mikrowellendurchlass angeordnet ist.
Radarsensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Mikrowellenlinse den Mikrowellendurchlass bildet.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 3, wobei das Fokussierungselement ein Mikrowellenreflektor (110) im Rohr (104) ist; und wobei der Mikrowellenreflektor (110) eingerichtet ist, die von der gegenüberliegenden Seite des Rohrs kommenden Mikrowellen zu reflektieren, zu fokussieren und fokussiert auf die gegenüberliegende Seite zurückzustrahlen, wo sie durch den Mikrowellendurchlass (106) durchtreten.
Radarsensoranordnung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wand des Hohlleiters den Mikrowellenreflektor (110) bildet.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 1, wobei das Rohr (104) einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt aufweist; sich im montierten Zustand der erste Teilabschnitt außerhalb des Behälters befindet und der zweite Teilabschnitt innerhalb des Behälters (120), die Radarsensoranordnung (100) einen Radarchip (108) aufweist; das Mikrowellen-Abstrahlelement (109) in den Radarchip (108) integriert ist oder von diesem entfernt angebracht ist; und der Radarchip (108) in dem Bereich seines zweiten Endes im zweiten Teilabschnitt des Rohrs (104) angeordnet ist.
Radarsensoranordnung (100) nach Anspruch 10, wobei der Radarchip (108) derart in dem Rohr (104) angeordnet ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung des Mikrowellen-Abstrahlelements (109) in einer Ebene geneigt oder senkrecht zur Rohrachse (122) liegt.
Radarsensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Radarsensoranordnung (100) ferner eine Halterung (114) aufweist, um das Rohr (104) und die Radarsensorelektronik (102) am Behälter (120) zu befestigen; und wobei das Rohr (104) und/oder die Halterung (114) eine Einrichtung aufweisen, um eine Einragtiefe des Rohrs (104) in den Behälter (120) variabel einzustellen.
Radarsensoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohr (104) und/oder die Halterung (114) eine Einrichtung aufweist, um eine Drehung des Rohrs (104) um die Rohrachse (122) beliebig einzustellen.
Rohr (104) für eine Radarsensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend einen Mikrowellendurchlass (106) und ein Mikrowellen-Abstrahlelement (109), wobei das Mikrowellen-Abstrahlelement (109) an einer Wand auf einer ersten Seite in dem Rohr angeordnet ist und eingerichtet ist, Mikrowellen in Richtung der Wand auf einer gegenüberliegenden Seite des Rohrs (104) abzustrahlen, und wobei der Mikrowellendurchlass (106) eingerichtet ist, Mikrowellen durch die Wand auf der ersten Seite oder einer zweiten Seite der Wand durchtreten zu lassen.
Verwendung eines Rohrs (104) nach Anspruch 14 in einer Radarsensoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.