ES2955995T3

ES2955995T3 - Transductor TDR

Info

Publication number: ES2955995T3
Application number: ES19177550T
Authority: ES
Inventors: Gagik Farmanyan; Carl A Taylor; Chester Roy Wildey
Original assignee: Rochester Sensors LLC
Current assignee: Rochester Sensors LLC
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-12-11
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: US11940314B2; US20220082427A1; EP3647745C0; EP3647745B1; PL3647745T3; US20220090954A1; EP4286890A3; EP3647745A1; US20220065683A1; EP4286890A2

Abstract

Un transductor (10) de reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) para determinar un nivel (24) de líquido (16) en un recipiente (12) incluye un primer electrodo (34) y una segunda porción (36) de electrodo con un volumen de medición (114).) entre ellos para recibir el material (16) a medir. La segunda porción de electrodo (36) tiene una sección de electrodo blindado (36A) aislada del primer electrodo (34) y una sección de electrodo no blindada (36B), de manera que un pulso de energía se propaga a lo largo de la sección de electrodo blindado (36A) sin pérdida de señal. y bumeranes a lo largo de una segunda dirección opuesta a través de la primera porción de electrodo conductor (34), el volumen de medición (114) y la sección de electrodo no blindado (36B) donde se produce una reflexión parcial del pulso al menos en la interfaz (24) del material (16) para crear un eco de retorno que viaja en dirección inversa, retrocediendo como un boomerang a través de la sección de electrodo blindado (36A) para su análisis mediante un conjunto electrónico (32). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Transductor TDR

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere en general a la medición de una o más propiedades de material, y más particularmente a un aparato y método para determinar el nivel de líquido y usar reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) para determinar al menos un nivel o altura de un material dentro de un recipiente, o la posición de un objeto con respecto a otro, y/o una constante dieléctrica, gravedad específica, permitividad u otra propiedad del líquido, fluido y/o material de interés.

Los dispositivos de la técnica anterior que emplean reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) suelen ser muy costosos y, por tanto, no son factibles para dispositivos de bajo coste necesarios para ciertos productos y mercados que son competitivos en costes. Por ejemplo, los sensores t Dr conocidos para determinar el nivel de líquido dentro de un recipiente requieren componentes electrónicos de alta precisión y alto coste, incluyendo sensores de temperatura de alta precisión, condensadores, resistencias y microcontroladores costosos con temporizadores de muy alta precisión para determinar el nivel de líquido con un grado relativamente alto de precisión. Dichos dispositivos TDR también emplean piezas costosas que interactúan con la sonda de medición y la electrónica, y pueden requerir más tiempo de montaje y calibración del deseado, así como la necesidad de costosos equipos de calibración durante la calibración de fábrica, lo que genera costes prohibitivos que rara vez pueden justificarse, excepto cuando se requiere la mayor precisión de medición.

De forma adicional, los dispositivos TDR de la técnica anterior normalmente se montan en la parte superior de un tanque de manera que la sonda coaxial se extiende dentro del tanque desde la parte superior hasta la parte inferior del mismo. Cuando se introduce un pulso electromagnético a lo largo de la sonda coaxial, se crea un eco de retorno mensurable en la interfaz aire/líquido. Este tipo de dispositivos, aunque caros, pueden funcionar bien y producir resultados precisos cuando la constante dieléctrica k del líquido que se mide es relativamente baja. Sin embargo, cuando el líquido tiene una constante dieléctrica relativamente alta, tal como freón (k = 11), agua (k = 80), y así sucesivamente, la energía de la onda del radar se disipa rápidamente y la precisión se ve comprometida, si es que se pueden hacer mediciones.

La disipación de la onda del radar es aún más problemática con tanques que tienen configuraciones de montaje en la parte inferior para recibir un transductor de nivel de líquido. Cuando el transductor TDR está montado en la parte inferior del tanque que contiene un líquido, con la sonda coaxial extendiéndose hacia arriba dentro del tanque desde la parte inferior, la energía electromagnética puede disiparse en el fluido y puede no producir un eco de retorno en la interfaz líquido/aire y, por tanto, es posible que no se realice la medición del nivel del líquido. Esto es especialmente problemático con líquidos que tienen una constante dieléctrica alta, a medida que aumenta el nivel del líquido en el tanque, creando una situación en la que incluso líquidos con una constante dieléctrica más baja pueden provocar una disipación suficiente del pulso electromagnético de modo que no se produzca la generación de un eco de retorno mensurable en la interfaz líquido/aire, lo que provocará un fallo en la medición del nivel de líquido.

El documento DE 102008 043252 divulga un dispositivo de medición del nivel de llenado y el documento EP 2741 059 divulga un sistema y un método para medir de forma remota un nivel de líquido usando reflectometría en el dominio del tiempo.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar un transductor TDR que supere una o más de las desventajas de las soluciones de la técnica anterior.

Sumario de la invención

De acuerdo con un aspecto de la invención, un transductor de reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta, adaptado para determinar al menos una propiedad de un material incluye una primera porción de electrodo con un primer cuerpo conductor, una segunda porción de electrodo con una primera sección de electrodo blindada y una segunda sección de electrodo no blindada en donde la primera sección de electrodo blindada y la segunda sección de electrodo no blindada se extienden generalmente paralelas entre sí a lo largo de la longitud de la segunda porción de electrodo, y un volumen de medición interior ubicado entre la primera porción de electrodo y la segunda porción de electrodo para recibir el material a medir. La primera sección de electrodo blindada está aislada del primer cuerpo conductor para formar de este modo un primer segmento de línea de transmisión blindada con un primer valor de impedancia nominal que no se ve afectado por la presencia o ausencia de material a medir en el volumen de medición interior. De esta manera, una señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada en una primera dirección y una porción de eco de retorno de la señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo de la misma en una segunda dirección opuesta a la primera dirección para reducir o eliminar de ese modo el deterioro de la señal y/o el eco de retorno a lo largo de la misma, en donde la segunda sección de electrodo no blindada está junto con el primer cuerpo conductor para formar de este modo un segundo segmento de línea de transmisión no blindada.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, un transductor TDR para determinar la posición de un medio a medir dentro de un tanque incluye una carcasa adaptada para conectarse a una pared inferior del tanque y una sonda de medición alargada que tiene un extremo proximal conectado a la carcasa y un extremo distal que se extiende hacia arriba dentro del tanque. La sonda de medición alargada tiene una porción de electrodo alargada exterior conectada a la carcasa y una porción de electrodo alargada interior espaciada de la porción de electrodo alargada exterior. La porción de electrodo alargada interior incluye una sección de electrodo blindada adaptada para extenderse hacia arriba dentro del tanque a lo largo de una longitud del electrodo alargado exterior y una sección de electrodo no blindada conectada eléctricamente a la sección de electrodo blindada y adaptada para extenderse hacia abajo hacia la carcasa. La sección de electrodo no blindada está separada del electrodo alargado exterior para crear un volumen de medición alargado interior entre ellos. Con esta construcción, la transmisión del pulso de energía a lo largo del segmento de electrodo blindado garantiza que se evite la porción de electrodo alargada exterior, dando como resultado un primer valor de impedancia nominal en estado estacionario con poca o ninguna pérdida de señal independientemente de la presencia o ausencia de material a medir dentro del volumen de medición alargado interior, mientras que la transmisión del pulso de energía entre la sección de electrodo no blindada y el electrodo alargado exterior a través del espacio de medición interior garantiza la exposición del pulso de energía al menos a una interfaz del material a medir cuando se encuentra en el volumen de medición interior para generar un eco de retorno cuando se produce un cambio suficiente en la impedancia desde el valor de impedancia nominal con respecto a la porción de electrodo exterior y la sección de electrodo interior no blindada para determinar de ese modo la posición del medio situado en el espacio alargado interior.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el transductor TDR puede tener múltiples medios electrónicos para transmitir y recibir pulsos de energía desde extremos opuestos de la sonda de medición alargada para medir múltiples propiedades del líquido u otro material ubicado en el volumen de medición interior, tal como el nivel de líquido dentro de un tanque y una constante dieléctrica del líquido u otro material.

De acuerdo con otro aspecto más de la invención, un dispositivo reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) para determinar al menos una propiedad de un material, el dispositivo TDR comprende una primera porción de electrodo que incluye un primer cuerpo conductor, una segunda porción de electrodo que comprende una primera sección de electrodo blindada y una segunda sección de electrodo no blindada, un volumen de medición interior situado entre el primer cuerpo conductor y la segunda sección de electrodo no blindada para recibir el material a medir, en donde la primera sección de electrodo blindada está aislada del primer cuerpo conductor de manera que una señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada, y una porción de eco de retorno de la señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del mismo en una segunda dirección opuesta a la primera dirección cuando la señal encuentra al menos una anomalía para reducir o eliminar de ese modo el deterioro de la señal y el eco de retorno a lo largo de la misma, en donde la al menos una anomalía comprende una primera anomalía predeterminada formada en la segunda sección de electrodo no blindada, conociéndose una distancia hasta la primera anomalía predeterminada en donde el eco de retorno generado por la primera anomalía predeterminada correlaciona el tiempo con la distancia conocida para calibrar de ese modo el dispositivo TDR.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la al menos una anomalía comprende la primera anomalía predeterminada y una segunda anomalía predeterminada formada en la segunda sección de electrodo no blindada, conociéndose una distancia entre la primera y la segunda anomalías predeterminadas, en donde se calibra una diferencia de tiempo entre un primer eco asociado con la primera anomalía predeterminada y un segundo eco asociado con la segunda anomalía predeterminada usando la distancia conocida entre la primera y la segunda anomalías predeterminadas.

De acuerdo con otro aspecto adicional de la invención, al menos la primera anomalía predeterminada se forma como una disminución o un aumento en un área de uno o más planos de señal que forman la segunda sección de electrodo no blindada de la segunda porción de electrodo.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el dispositivo TDR incluye una sección electrónica para generar, transmitir y recibir la señal en la segunda porción de electrodo.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, un dispositivo reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) para determinar al menos una propiedad de un material, el dispositivo TDR comprende una primera porción de electrodo que incluye un primer cuerpo conductor, una segunda porción de electrodo que comprende una primera sección de electrodo blindada y una segunda sección de electrodo no blindada, un volumen de medición interior situado entre el primer cuerpo conductor y la segunda sección de electrodo no blindada para recibir el material a medir, en donde la primera sección de electrodo blindada está aislada del primer cuerpo conductor de manera que una señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada, y una porción de eco de retorno de la señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del mismo en una segunda dirección opuesta a la primera dirección cuando la señal encuentra al menos una anomalía para reducir o eliminar de ese modo el deterioro de la señal y el eco de retorno a lo largo de la misma, la segunda porción de electrodo comprende una placa de circuito impreso (PCB) adaptada para conexión eléctrica a medios electrónicos para generar y transmitir una señal y recibir un eco de retorno, e incluyendo una pluralidad de capas de sustrato de material aislante conectadas entre sí, una pista de señal conductora formada en una de la pluralidad de capas de sustrato, al menos un plano de señal formado en una de la pluralidad de capas de sustrato y conectado eléctricamente a la pista de señal conductora, y al menos un plano de tierra formado en una de la pluralidad de capas de sustrato, en donde la al menos una pista de señal, el al menos un plano de señal y el al menos un plano de tierra están dispuestos para definir la primera sección de electrodo blindada y la segunda sección de electrodo no blindada.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el conductor exterior comprende un material conductor flexible y la PCB comprende material flexible para las capas de sustrato, la pista de señal conductora, el al menos un plano de señal, y el al menos un plano de tierra, de manera que el dispositivo TDR pueda adaptarse a una o más paredes de un tanque o recipiente manteniendo al mismo tiempo el espacio de medición interior para recibir el material a medir.

De acuerdo con otro aspecto adicional de la invención, el dispositivo TDR incluye una sección electrónica ubicada en la PCB de la segunda porción de electrodo para generar, transmitir y recibir la señal en la segunda porción de electrodo para eliminar de ese modo una conexión separada entre la sección electrónica y la PCB, de modo que un cambio en la impedancia se reduzca o se elimine sustancialmente.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el dispositivo TDR comprende una pista de calibración que se extiende a lo largo de la longitud de la PCB, siendo la pista de calibración al menos tan larga como la pista de señal conductora para aumentar así la precisión durante la calibración del dispositivo TDR.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, un dispositivo reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) para determinar al menos una propiedad de un material, el dispositivo TDR comprende una primera porción de electrodo que incluye una primera sección de electrodo blindada y una segunda sección de electrodo no blindada, y una segunda porción de electrodo que tiene un primer cuerpo conductor, con un volumen de medición interior situado entre el primer cuerpo conductor y la segunda sección de electrodo no blindada para recibir el material a medir, en donde la primera sección de electrodo blindada está aislada del primer cuerpo conductor de manera que una señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada, y una porción de eco de retorno de la señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del mismo en una segunda dirección opuesta a la primera dirección cuando la señal encuentra al menos una anomalía para reducir o eliminar de ese modo el deterioro de la señal y el eco de retorno a lo largo de la misma.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, un transductor TDR para determinar un nivel de líquido en un espacio interior de un recipiente limitado por una pared superior, una pared inferior espaciada de la misma, y al menos una pared lateral que se extiende entre ellas comprende una carcasa adaptada para conectarse a al menos una de las paredes superior e inferior del recipiente, una sonda de medición que tiene un extremo proximal conectado a la carcasa y un extremo distal espaciado de la misma para extenderse hacia el espacio interior del recipiente, con un primer segmento de línea de transmisión blindada que se extiende desde un extremo proximal de la sonda de medición hacia el extremo distal de la misma, y un segundo segmento de línea de transmisión no blindada que se extiende desde el extremo distal de la sonda de medición hacia el extremo proximal de la misma.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la primera porción de electrodo comprende un electrodo exterior que tiene un tubo exterior eléctricamente conductor con un extremo proximal del mismo conectado a la carcasa y un extremo distal del mismo espaciado de la carcasa; y siendo la segunda porción de electrodo una porción de electrodo interior ubicada dentro del tubo exterior generalmente coaxial con el mismo y espaciada del mismo por el volumen de medición interior, en donde el tubo exterior conductor y la porción de electrodo interior comprenden al menos uno de los siguientes: 1) capas aislantes y conductoras flexibles para conformar de este modo el transductor TDR con una o más paredes del recipiente; 2) al menos uno de un par de generadores de señales, un par de transmisores y un par de receptores ubicados en extremos opuestos de la sonda de medición para medir de ese modo tanto el nivel de líquido como una constante dieléctrica del líquido que se está midiendo; 3) una o más anomalías predeterminadas formadas como al menos una de un aumento y una disminución de un área de superficie asociada con el segundo segmento de línea de transmisión no blindada; 4) un conjunto electrónico que incluye un generador de señales, transmisor y receptor ubicados en una PCB asociada con la segunda porción de electrodo; 5) una pista de calibración ubicada en una PCB asociada con la segunda porción de electrodo, siendo la pista de calibración al menos tan larga como el primer y/o segundo segmento(s) de línea de transmisión.

Según un aspecto adicional de la invención, un transductor TDR tiene una sonda de medición alargada con un electrodo exterior conductor, un primer segmento de línea de transmisión blindada que se extiende desde un extremo proximal de la sonda de medición hacia un extremo distal de la misma, y un segundo segmento de línea de transmisión no blindada que se extiende desde el extremo distal hacia el extremo proximal del primer segmento de línea de transmisión blindada paralelo al primer segmento de línea de transmisión blindada con un volumen de medición interior ubicado entre el segundo segmento de línea de transmisión no blindada y el electrodo exterior conductor, tal que una señal que viaja en una primera dirección de propagación es paralela a, pero opuesta a, la señal que viaja en una segunda dirección de propagación para crear de ese modo un primer efecto bumerán cuando la señal viaja en la primera dirección de propagación del primer segmento de línea de transmisión blindada, hace la transición al segundo segmento de línea de transmisión no blindada, y viaja en la segunda dirección de propagación del segundo segmento de línea de transmisión no blindada, estando adaptado el primer segmento de línea de transmisión blindada para recibir una señal generada y transmitida a lo largo del mismo por un generador de señales y un transmisor de señales en la primera dirección de propagación para aislar eléctricamente la señal de la primera porción de electrodo, evitando así la pérdida de señal y el cambio en el primer valor de impedancia nominal a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada independientemente de la presencia o ausencia de material a medir dentro del volumen de medición interior.

Otros aspectos, objetos y ventajas de la invención resultarán evidentes tras un estudio adicional de la siguiente descripción junto con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La siguiente descripción detallada de las realizaciones preferidas de la presente invención se entenderá mejor cuando se considere en conjunto con los dibujos adjuntos, en donde designaciones similares denotan elementos similares en todas las figuras de los dibujos, y en donde:

la figura 1 es una vista en alzado lateral de un transductor de reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) montado en la parte inferior de un tanque (una parte del cual se muestra en sección transversal) de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención para medir el nivel de líquido y otras propiedades del material;

la figura 1A es una vista en alzado lateral similar a la figura 1 que muestra el transductor TDR montado en la parte superior de un tanque de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención;

la figura 2 es una vista isométrica del lado inferior derecho del transductor TDR de la figura 1 y que muestra una carcasa para conexión a un tanque o similar y una sonda de medición alargada para extenderse desde la carcasa hasta el interior del tanque;

la figura 3 es una vista superior isométrica del transductor TDR;

la figura 4 es una vista en sección de la misma tomada a lo largo de la línea 4-4 de la figura 3;

la figura 5 es una vista en sección de la misma tomada a lo largo de la línea 5-5 de la figura 3;

la figura 6 es una vista isométrica en despiece del lado inferior izquierdo del transductor TDR que muestra un cabezal de montaje conectable a una sonda de medición alargada que tiene una porción de electrodo exterior alargada con forma cilíndrica y una porción de electrodo interior con secciones de electrodo blindada y no blindada (como se representa mediante una línea central y líneas ocultas que representan capas conductoras interiores), asociado con la segunda porción de electrodo alargada de la sonda de medición alargada;

la figura 7 es una vista inferior isométrica en despiece de la segunda porción de electrodo con una pluralidad de capas de sustrato aislante unidas entre sí para formar una PCB multicapa con una pista alargada blindada, electrodos no blindados alineados y planos de tierra alineados formados internamente en una primera cara o superficie asociada con cada capa de sustrato para propagar la señal y cualquier eco de retorno a lo largo de la misma de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención;

la figura 7A es una vista similar a la figura 7 que muestra una segunda porción de electrodo con capas de sustrato formadas en las primeras caras de la misma de acuerdo con una realización ilustrativa adicional de la invención, e ilustra una sección ampliada de conductores alargados no blindados formados con anomalías ilustrativas en una o más posiciones o distancias predeterminadas a lo largo de la misma para producir uno o más ecos de retorno predefinidos en tiempos de transmisión/reflexión mensurables para calibrar el transductor TDR;

la figura 8 es una vista superior isométrica despiezada de la segunda porción de electrodo de las realizaciones de la figura 7 y la figura 7A, que ilustra una segunda cara o superficie opuesta de cada capa de sustrato que está desprovista de áreas conductoras y pistas con la excepción de electrodos de contacto exteriores formados en una sección de contacto estrecha o dedos en las superficies exteriores de la PCB para conexión al conjunto electrónico;

la figura 9 es un diagrama de bloques esquemático simplificado que muestra la relación básica entre los componentes del conjunto electrónico y la sonda de medición del transductor TDR de acuerdo con la invención, junto con una realización adicional de la invención que tiene generadores de pulsos electromagnéticos, transmisores y receptores montados en extremos opuestos de la sonda de medición alargada;

la figura 10 es una vista en planta superior de una de las capas de la PCB asociada con el conjunto electrónico de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención que muestra una pista de calibración formada en la una o más capas, junto con funciones para conectar la PCB con la sonda de medición alargada;

la figura 11 es un diagrama de bloques que representa los circuitos electrónicos del transductor TDR de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención;

la figura 12A es una vista en sección ampliada de la sonda de medición alargada tomada a lo largo de la línea 12A-12A de la figura 1, y destacando la sección de electrodo blindada, en escala exagerada, asociada con la segunda porción de electrodo alargada y que ilustra esquemáticamente la radiación de una señal entre la pista conductora y los planos de tierra durante la propagación del pulso de energía a lo largo de los mismos; y

la figura 12B es una vista en sección ampliada de la primera porción de electrodo alargada y la sección de electrodo no blindada de la segunda porción de electrodo alargada y que ilustra esquemáticamente la radiación de una señal entre ellas durante la propagación del pulso de energía a lo largo de las mismas;

Cabe señalar que los dibujos pretenden representar únicamente realizaciones ilustrativas de la invención y, por lo tanto, no deben considerarse limitativos del alcance de la misma. Cabe destacar además que los dibujos no están necesariamente a escala. La invención se describirá ahora en mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos y, en particular, a la figura 1, se ilustra un transductor de reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) 10 de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención. El transductor TDR 10 se muestra esquemáticamente conectado a una pared inferior 14 de un tanque 12 (mostrado esquemáticamente) para medir un nivel o altura de líquido u otro material en el tanque, así como otras propiedades del material, como se tratará. Cuando se desea un volumen preciso de material en el tanque 12, la información de flejado del tanque se puede correlacionar con el nivel de material en el tanque mediante el transductor TDR 10, para determinar de este modo el volumen de salida del material en el tanque.

El tanque 12 normalmente está rodeado por la pared inferior 14, una pared superior 18 espaciada de la misma, y paredes laterales (representadas parcialmente esquemáticamente por los números 20 y 22) que se extienden entre ellas para formar un espacio o volumen interior 26 para contener una cantidad de líquido 16 u otro material fluido. Una superficie superior 24 del líquido 16 delimita una interfaz aire/líquido, cuyo nivel o posición se puede determinar cuando el transductor TDR 10 está realizado como un transductor de nivel de líquido t Dr , como se muestra en las figuras 1 y 1A. La superficie superior 24 del material 16 puede interactuar con el aire, vapor, uno o más fluidos, incluidos gases y líquidos, etc., para llenar el volumen interior restante 26 entre la superficie superior 24 del material 16 y la pared superior 18 del tanque 12.

Para los tanques de combustible y otros recipientes que contengan una cantidad o volumen de combustible líquido, la constante dieléctrica del líquido es típicamente mucho mayor que la constante dieléctrica de la atmósfera en el interior 25 del tanque 12 sobre el líquido. La atmósfera sobre el líquido puede ser aire, una fase de vapor del combustible u otro líquido, dos o más líquidos inmiscibles que tienen diferentes densidades, tal como una mezcla de combustible y agua, y/o aceite, anticongelante, así como diversas combinaciones de los mismos y/u otros líquidos, gases o partículas sólidas o contaminantes, ubicados dentro de un tanque de combustible, etc. Por ejemplo, en caso de que haya entrado algo de agua en el tanque de combustible, el agua tiene una densidad mayor que el combustible y, por tanto, se hundirá hasta el fondo del tanque, lo que, en algunas configuraciones de tanque, podría ser problemático ya que muchas bombas de combustible y tubos de extracción están ubicados para extraer combustible de la parte inferior del tanque, haciendo que se extraiga agua u otros líquidos de mayor densidad y se alimente a los motores de combustión, afectando así negativamente a su rendimiento.

Otras aplicaciones donde la presente invención puede resultar efectiva son la medición del nivel de aceite en motores de combustión, supervisión de contaminantes en el pozo de aceite, tal como combustible o anticongelante por ejemplo, y distinguir entre ellos, lo que puede ser indicativo de un bloque de motor agrietado o una junta de culata rota. Igualmente, la presencia de partículas conductoras, tal como partículas metálicas, en el pozo de aceite de un vehículo motorizado podría ser indicativa de desgaste o falla de piezas asociadas con el motor y puede usarse para predecir la vida útil restante del motor. También se puede detectar la presencia de otros contaminantes en el pozo aceite, tal como contenido de hollín o carbono por encima de un nivel predeterminado para determinar el momento de los procedimientos de mantenimiento, tal como cambiar el aceite del motor y otros fluidos, o agentes de limpieza por debajo de un nivel predeterminado, que podría ser indicativo de la necesidad de un cambio de aceite u otros procedimientos de mantenimiento.

De forma similar, supervisar el nivel y/o la constante dieléctrica del anticongelante en el radiador o tanque de rebose sería beneficioso para que un usuario pueda determinar, a través del transductor TDR de la presente invención, si el anticongelante está adecuadamente diluido con agua, si hay partículas metálicas u otros contaminantes en el anticongelante, indicativo de desgaste de la bomba de agua o falla inminente y/u otras condiciones que pueden necesitar atención. Igualmente, dado que la constante dieléctrica cambia con la temperatura para muchos líquidos, el transductor TDR también puede funcionar para supervisar la temperatura del aceite, anticongelante, otros líquidos que se miden, etc.

Otras aplicaciones previstas por el transductor TDR 10 de la invención incluyen la supervisión de diversos fluidos en vehículos comerciales, tal como los fluidos antes mencionados, así como el nivel y calidad del fluido de escape diésel (DEF) o Ad-Blue para motores diésel, para garantizar la proporción adecuada o el intervalo aceptable de proporciones de urea a agua desionizada, además de detectar la presencia de urea de calidad inferior o de calidad agrícola en agua desionizada o agua del grifo, etc., que de otro modo podrían dañar irreparablemente los costosos convertidores catalíticos que forman parte de los sistemas de reducción catalítica selectiva (SCR), asegurando así que los sistemas SCR asociados con motores diésel estén funcionando correctamente para reducir sustancialmente o eliminar los contaminantes de la combustión en el sistema de escape.

Aún otras aplicaciones para el transductor TDR 10 de la invención pueden incluir la supervisión de la calidad de líquidos o productos químicos críticos en prácticamente cualquier mercado, incluyendo, pero sin limitarse a, aviación, médico, fabricación comercial de alimentos o procesamiento de alimentos, lácteos, fabricación de semiconductores, producción de petróleo y gas, etc.

El transductor TDR 10 de la invención se puede construir con sondas de medición muy largas para aumentar sus capacidades de medición para determinar la altura (o profundidad) de las vías fluviales, canales, etc., supervisar el estado de los lagos públicos y privados, estanques, ríos, así como la presencia o ausencia de productos químicos deseables y/o indeseables, contaminantes, etc., en pozos privados y suministros públicos de agua, y muchas más aplicaciones. En consecuencia, la presente invención se puede adaptar para muchas aplicaciones en muchos mercados diferentes sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

El transductor TDR 10 puede asociarse con tanques o recipientes estacionarios 12 en ubicaciones fijas, así como con tanques o recipientes transportables asociados a vehículos, rabones, o similares para medir una o más propiedades del material ubicado dentro del recipiente. El transductor TDR 10 puede también, o alternativamente, estar asociado con transductores lineales para medir la posición relativa y/o el desplazamiento entre dos objetos. Los materiales a medir pueden estar en fase gaseosa, líquida y/o sólida.

Con particular referencia a las figuras 1-6, el transductor TDR 10, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención, incluye un cabezal de montaje 28 conectado a la pared inferior 14 del tanque 12 (figura 1), un conjunto electrónico 32 (figuras 2, 6 y 9) ubicado dentro de la carcasa, y una sonda de medición alargada 30 conectada al cabezal de montaje 28 y conectada eléctricamente al conjunto electrónico 32.

La sonda de medición alargada 30 incluye una primera porción de electrodo alargada 34 y una segunda porción de electrodo alargada 36 configuradas y dispuestas mutuamente para crear un volumen de medición interior alargado, espacio, o hueco 114 (figuras 3-5) entre ellas para permitir que el fluido fluya dentro y fuera del volumen de medición a medida que cambia el nivel de fluido en el tanque. Cuando el fluido está situado en el volumen de medición 114, la altura del fluido, la constante dieléctrica del fluido, así como la medición y/o determinación de otras propiedades de fluidos o materiales, como se trata en el presente documento, pueden llevarse a cabo.

La primera porción de electrodo alargada 34 comprende un cuerpo de electrodo exterior 92 de forma cilíndrica generalmente hueco construido de material eléctricamente conductor. La segunda porción de electrodo alargada 36 comprende un cuerpo de electrodo interior de forma generalmente rectangular en forma de una PCB 94 construida con capas conductoras y aislantes alternas superpuestas para formar una primera sección de electrodo blindada alargada 36A (mostrada en línea oculta en la figura 6) que está eléctricamente aislada de la porción de electrodo 34 primera o exterior, y una segunda sección de electrodo no blindada alargada 36B (mostrada en línea oculta en la figura 6), y se muestra esquemáticamente separada por una línea central alargada 55 desplazada de la línea central 112 de la sonda de medición alargada 30, que está separada de la porción de electrodo exterior 34 por el volumen de medición 114, como se describirá con mayor detalle más adelante.

La segunda porción de electrodo alargada 36 está configurada para estar generalmente centrada dentro, y rodeada por, la primera porción de electrodo alargada 34 para formar una sonda de medición alargada generalmente coaxial 30, con la primera porción de electrodo alargada 34 y la segunda porción de electrodo alargada 36 conectadas eléctrica y mecánicamente al cabezal de montaje 28. Como se muestra en la figura 1, la sonda de medición alargada se extiende hacia arriba dentro del tanque 12 desde la pared inferior 14 del mismo. Igualmente, la sonda de medición alargada 30, como se muestra en la figura 1A, se extiende hacia abajo dentro del tanque desde la pared superior 18 del mismo. El volumen de medición alargado interior 114 entre la porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36 está adaptado para recibir fluidos en fases líquida y/o gaseosa, así como materiales fluidos, tal como cereales o piensos. De esta manera, el nivel de líquido dentro de un tanque, el nivel de grano dentro de un granero o silo, el nivel de productos químicos, alimentos, mezclas y similares en grandes tanques de retención, ya que la presente invención es capaz de realizar mediciones de alta precisión en largas distancias en comparación con los transductores de la técnica anterior.

El conjunto electrónico 32 está ubicado en el cabezal de montaje 28 y conectado eléctricamente a las porciones de electrodo exterior e interior para generar uno o más pulsos de energía electromagnética, y preferentemente una sucesión de muchos pulsos de energía de duración creciente, y propagar o transmitir los pulsos a lo largo de la sonda de medición 30, incluyendo la primera sección de electrodo blindada 36A (mostrada en línea oculta en la figura 6) que está aislada o protegida de la primera porción de electrodo exterior 34 para crear de ese modo un primer segmento de línea de transmisión alargada de un sistema de radar de onda guiada (GWR), y la segunda sección de electrodo no blindada 36B (mostrada en línea oculta en la figura 6) junto con la porción de electrodo exterior 34 de la segunda sección de electrodo no blindada para formar de ese modo un segundo segmento de línea de transmisión alargada del sistema GWR. El primer y segundo segmento de línea de transmisión alargada de la invención son mucho más eficientes que los sistemas de medición por radar que propagan la señal del radar únicamente a través del aire, es decir, sin que la onda sea guiada por uno o más conductores a lo largo de un camino predeterminado.

La presente invención está situada de manera única para medir el nivel de muchos líquidos diferentes u otros materiales fluidos que tienen una amplia variedad de constantes dieléctricas diferentes a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada, mediante reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), mientras que la primera sección de electrodo blindada 36A garantiza que el pulso permanezca eléctricamente aislado o protegido de la primera porción de electrodo alargado 34 y, por tanto, del material que se está midiendo, para preservar la integridad de cada pulso de energía y/o de cada eco de retorno, dependiendo de la orientación de la sonda y de la dirección de propagación de la onda, como se describirá con mayor detalle más adelante.

La porción de electrodo interior 36 y la porción de electrodo exterior 34, junto con el conjunto electrónico 32 y cualquier material situado entre ellas, permiten la generación y propagación de uno o más pulsos de energía electromagnética a lo largo de la sonda 30 y la recepción de uno o más ecos de retorno cuando se produce una anomalía o discontinuidad, debido a un cambio localizado en la impedancia de la sonda 30 en el punto o ubicación de la anomalía o discontinuidad, tal como en la interfaz aire/líquido dentro de un tanque, y/o una o más ubicaciones predeterminadas a lo largo de la sonda 30 donde se han creado deliberadamente una o más anomalías preconfiguradas para calibrar la sonda 30, por ejemplo. Las anomalías predefinidas pueden incluir cualquier cambio en la configuración de uno o más electrodos, tal como un aumento o disminución localizado en el área de superficie de los electrodos, el espacio entre electrodos, la introducción de diferentes materiales o componentes que tienen diferentes constantes dieléctricas para cambiar la impedancia local, cualquier revestimiento en los electrodos, etc. Cuando una señal generada se propaga a lo largo de la sonda de medición alargada 30, se genera un eco de retorno del pulso de energía en la o cada anomalía predefinida o que ocurre naturalmente para calibrar el transductor TDR, ubicando la posición de la interfaz aire/líquido u otra propiedad deseada del material donde se produce un cambio en la impedancia.

En consecuencia, el cambio en la impedancia de la sonda de medición alargada 30 en la interfaz precisa aire/líquido dentro del volumen de medición alargado interior 114 entre la porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36 provoca la generación del eco de retorno, que viaja de regreso a lo largo de la sonda de medición alargada 30 hasta llegar al conjunto electrónico donde se determina el retardo de tiempo entre la generación de la señal y la recepción del eco de retorno. El retardo de tiempo se puede usar para encontrar, con alta precisión, la distancia a la interfaz aire/líquido y, por tanto, el nivel de líquido dentro del tanque y otras propiedades. El retardo de tiempo también se puede usar para determinar la distancia medida entre el extremo proximal de la sonda 30 y una anomalía predefinida, la distancia entre dos o más anomalías predefinidas, etc., como se ha descrito anteriormente, para así calibrar dinámicamente el transductor TDR durante el ciclo de medición.

Como se describirá con mayor detalle más adelante, la porción de electrodo interior 36 de la sonda de medición alargada 30 incluye características conductoras y aislantes estratégicamente ubicadas para formar la primera sección de electrodo blindada alargada 36A (mostrada en línea oculta en la figura 6) conectada eléctricamente al conjunto electrónico 32 en el cabezal de montaje 28 y que se extiende a lo largo de una longitud de la porción de electrodo interior 36 entre el extremo proximal 37 y el extremo distal 39 del mismo, y la segunda sección de electrodo no blindada 36B (mostrada en línea oculta en la figura 6) conectada a la primera sección de electrodo blindada en el extremo distal 39 del electrodo interior 30 y que se extiende hacia el extremo proximal 37 del mismo. La primera y segunda secciones de electrodos blindadas y no blindadas 36A y 36B, respectivamente, se extienden generalmente paralelas entre sí a lo largo de la longitud de la porción de electrodo interior 36. Como se describirá con mayor detalle más adelante, la primera sección de electrodo blindada 36A recibe una señal en forma de un pulso de energía electromagnética, tal como un pulso de energía de radiofrecuencia (RF) o similar en un extremo proximal 37 del electrodo interno 36, que se genera por el conjunto electrónico, y se guía hacia el extremo distal 39 del electrodo interior 36 por la primera sección de electrodo blindada 36A independientemente de los cambios en la impedancia de la sonda, incluyendo líquidos u otros materiales que pueden tener constantes dieléctricas relativamente altas que de otro modo harían ineficaces o inoperativos los transductores TDR de la técnica anterior. Al llegar al extremo distal 39, el pulso de RF luego se guía de regreso hacia el extremo proximal 37 mediante una combinación de la sección de electrodo no blindada 36B y la porción de electrodo exterior 34, donde se expone al líquido, aire y/u otros materiales ubicados en el volumen de medición interior 114 (figura 4) entre los electrodos 34 y 36.

La primera sección de electrodo blindada 36A también se extiende a través de una porción del cabezal de montaje 28 para aislar el pulso de energía electromagnética de anomalías indeseables que de otro modo podrían ocurrir en la transición entre la porción de electrodo exterior 34 y el cabezal de montaje, la presencia de una estructura de soporte (tal como el espacio 150 mostrado en la figura 4) entre la porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36, y así sucesivamente, lo que provocaría un cambio en la impedancia localizada, así como anomalías indeseables a través de una longitud sustancial de la sonda de medición de modo que el pulso de energía al menos sustancialmente no se vea afectado por variaciones de tolerancia o cambios de material en la sonda de medición alargada 30, la presencia de líquidos u otros materiales con constantes dieléctricas relativamente altas en el tanque para la medición por la sonda. Esta característica única de la invención es superior a los transductores TDR de la técnica anterior, dado que la exposición del pulso de energía electromagnética de los transductores de la técnica anterior a líquidos u otros materiales con una confianza dieléctrica relativamente alta provocaría que el pulso de energía se disipara eficazmente antes de alcanzar la interfaz deseada, p. ej., la interfaz aire/líquido, etc., y por tanto que no lograra generar un eco de retorno de suficiente amplitud en la interfaz para medir con algún grado de confianza.

En consecuencia, la provisión de una sección de electrodo eléctricamente blindada 36A garantiza que el pulso de energía se propague a través de materiales altamente dieléctricos y cualquier anomalía indeseable que de otro modo cambiaría significativamente la impedancia de la sonda de medición alargada 30 entre los electrodos interior y exterior, dando como resultado ecos de retorno falsos o una disipación sustancial del pulso de energía en el material en el tanque que se está midiendo, por lo tanto, no pudiendo crear un eco de retorno con suficiente amplitud para medir de manera adecuada o confiable, como se ha descrito antes. En consecuencia, la presente invención tiene muchas ventajas sobre la técnica anterior. Por ejemplo, se pueden especificar tolerancias de fabricación relativamente flexibles, se pueden utilizar componentes de menor coste, puede ocurrir un tiempo de montaje más rápido y concesiones en las desviaciones en los fluidos o materiales a medir, se pueden tolerar desviaciones en la construcción de la sonda o del tanque, y así permitir el funcionamiento del transductor TDR de la invención donde los transductores TDR de la técnica anterior quedarían inoperativos.

Es más, los laboriosos procesos de diseño y ensamblaje necesarios para lograr un valor de impedancia igual aproximado en cualquier posición a lo largo de la sonda de medición alargada en un intento de eliminar ecos de retorno indeseables que de otro modo ocurrirían debido a cambios de impedancia en cualquier ubicación particular a lo largo de la sonda, teniendo en cuenta las áreas críticas de conexión entre la sonda y el cabezal de montaje, así como las constantes dieléctricas y geometrías de dichos componentes, pueden reducirse o eliminarse sustancialmente mediante la presente invención, ya que los cambios en la impedancia del transductor TDR no afectan a la propagación del pulso de energía a través de la sección de electrodo blindada 36A de la sonda de medición 30. Por el contrario, la propagación del pulso de energía a lo largo de la segunda sección de electrodo no blindada 36B de la sonda de medición garantiza que ocurra la sensibilidad a los cambios de impedancia en ubicaciones de medición críticas a lo largo de la sonda de medición alargada 30 en una segunda dirección de propagación, generalmente opuesta a la primera dirección de propagación.

A modo de ejemplo, si la primera dirección de propagación protegida del pulso es hacia arriba (primera dirección) desde el extremo proximal de la sonda hasta el extremo distal de la misma a través de la porción de electrodo blindado 36A (figura 6), como se muestra en la figura 1, por ejemplo, luego, la segunda dirección de propagación sin blindaje del pulso a través de la porción de electrodo no blindado 36B (figura 6) gira hacia abajo (segunda dirección) cuando el pulso cruza desde la sección de electrodo blindada 36A a la sección de electrodo no blindada 36B para provocar de ese modo un primer efecto bumerán, y se propaga desde el extremo distal de la sonda hasta el extremo proximal de la misma a través del aire o atmósfera 26 por encima de la superficie superior o nivel 24 del material 16 en el tanque. De esta manera, se pierde poca o ninguna energía a través de la dirección de propagación blindada, mientras que se puede perder o disipar una cantidad relativamente pequeña de energía a lo largo de la dirección de propagación no blindada a través de la sección de electrodo no blindada 36b de la sonda de medición alargada 30. Cuando el pulso se irradia a través del volumen de medición interior 114 entre el electrodo exterior 34 y la sección de electrodo no blindada 36B y se propaga en la segunda dirección, una parte del pulso se reflejará en la interfaz aire/líquido, generando así un eco de retorno, que se propaga a lo largo de la sección de electrodo no blindada mientras se irradia entre la sección de electrodo no blindada 36B y la porción de electrodo exterior 34 de la sonda de medición en una dirección hacia arriba (tercera dirección de propagación) opuesta a la segunda dirección de propagación, y luego hacia abajo (cuarta dirección de propagación) a través de la sección de electrodo blindada 34A cuando el eco de retorno cruza desde la sección de electrodo no blindada 36A a la sección de electrodo blindada 34A de la sonda, asegurando por tanto que no se produzca pérdida de señal a través de la sección de electrodo blindada hasta que el eco de retorno llegue al conjunto electrónico 32.

A la llegada del eco de retorno, un reloj de precisión, cristal o temporizador asociado con el microprocesador del conjunto electrónico 32 se usa para determinar la diferencia de tiempo, o tiempo delta, entre el comienzo de la propagación del pulso de RF y la llegada del eco de retorno resultante que se mide con alta precisión y confianza. Con el tiempo delta conocido, el tiempo hasta la interfaz aire/líquido se puede usar para determinar la distancia real entre el conjunto electrónico y la interfaz aire/líquido, para calcular de este modo el nivel o la altura del líquido u otro material en el tanque con un alto grado de precisión, ya que se conoce la velocidad del pulso electromagnético a través de la sonda. El volumen de líquido u otro material en el tanque también se puede determinar basándose en la información de flejado que correlaciona el nivel de líquido en el tanque con la geometría del tanque. Otras propiedades que se pueden determinar incluyen la densidad del líquido a la temperatura de medición, la constante dieléctrica real del líquido a temperatura ambiente con la sonda de medición, así como otras propiedades materiales.

De esta manera, el pulso de energía electromagnética viaja prácticamente sin obstáculos en la primera dirección de propagación a lo largo de la primera sección de electrodo blindada 36A de la sonda de medición alargada para reducir o eliminar la pérdida de energía en ubicaciones indeseables, al mismo tiempo que se permite la generación de un eco de retorno en la interfaz aire/líquido (u otra anomalía predefinida en la sección no blindada que causa un eco de retorno característico predeterminado para fines de calibración, por ejemplo) de modo que la generación de un eco de retorno asociado con la sección de electrodo no blindada de la sonda de medición alargada ocurre solo en la interfaz aire/líquido, así como en otras posiciones de anomalía predeterminadas o preconfiguradas, para medir o determinar de otro modo la altura del material, volumen, constante dieléctrica k del material dentro del tanque, densidad, temperatura, así como otras propiedades materiales, incluyendo tales materiales, pero sin limitarse a diferentes fases materiales tal como líquidos, sólidos, semisólidos, gases, materiales fluidos, una o más interfaces entre fluidos inmiscibles, etc., a cualquier temperatura dentro del intervalo operativo del transductor TDR.

Como se describe en el presente documento, resultará evidente que la presente invención es particularmente ventajosa para su uso con tanques o recipientes con configuraciones de transductor de nivel de líquido de montaje inferior, especialmente ya que las sondas coaxiales de los transductores TDR de la técnica anterior no son capaces de generar un eco de retorno fiable en la interfaz líquido/aire, ya que una cantidad significativa de la energía del pulso en dichos dispositivos de la técnica anterior se disipa en el líquido del tanque, y más especialmente para líquidos con constantes dieléctricas relativamente altas. Por el contrario, el transductor TDR de acuerdo con la invención, así como diversas modificaciones y realizaciones descritas en el presente documento, está bien adaptado para la instalación del tanque en una variedad de orientaciones diferentes, acomodando así prácticamente cualquier configuración y geometría de montaje del tanque.

Con referencia ahora a la figura 1A, se ilustra un transductor TDR 10A de acuerdo con una realización adicional de la invención. El transductor 10A tiene una construcción similar al transductor 10 y también está bien adaptado para montarse en cualquier orientación adecuada con respecto a un tanque para medir las propiedades del material dentro del interior del tanque. En consecuencia, y a modo de ejemplo, el transductor TDR 10a se muestra instalado en una orientación vertical, teniendo el cabezal de montaje 28A del transductor 10A roscas macho NPT para conexión a una abertura roscada hembra NPT de tamaño similar formada en la pared superior 18 del tanque 12. Un volumen de líquido u otro material 16 puede ubicarse en el volumen o espacio interior 25 del tanque 12, con el nivel o altura de la superficie superior 24 del material 16 que se puede medir mediante el transductor TDR 10A, así como otras propiedades materiales, de manera similar al transductor TDR 10. Con el cabezal de montaje 28A del transductor TDR 10A conectado a la pared superior 18 del tanque 12, la sonda de medición alargada 30, ya sea construida con materiales flexibles o rígidos, se extiende hacia el espacio interior 25 del tanque desde el cabezal de montaje 28A para determinar el nivel de líquido, la constante dieléctrica del líquido, y/o la calidad o composición del líquido, etc., como se describirá con mayor detalle más adelante.

Con referencia en particular a las figuras 2-6 y 10, el conjunto electrónico 32 incluye preferentemente componentes electrónicos 41 montados en una primera o primaria placa de circuito impreso (PCB) multicapa 35 ubicada en el cabezal de montaje 28 o 28A con orificios pasantes chapados, vías ciegas, etc., para interconectar respectivas pistas conductoras y planos de tierra, asociados a cada capa, así como almohadillas de montaje y/o patrones de orificios chapados para montar diversos componentes electrónicos 41 que pueden montarse en superficie y/o a través de orificios pasantes.

Al menos una línea de transmisión alargada que comprende una pista de calibración conductora 43 (figura 10) se extiende a través de una o más de las capas exteriores o interiores de la PCB 35 para calibrar el transductor TDR 10, ya que se conoce la longitud de la pista de calibración 43. El conjunto electrónico 32 está conectado a la sonda de medición alargada 30, que incluye la porción de electrodo alargada exterior 34 y la porción de electrodo alargada interior 36. La porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36 junto con el conjunto electrónico 32, incluyendo la pista de calibración 43, habilitan medios para la generación y propagación de un gran número de pulsos de energía electromagnética en rápida sucesión a lo largo de la pista de calibración conductora 43 y la sonda de medición alargada 30, teniendo cada pulso de energía sucesivo una duración ligeramente mayor que el anterior, hasta alcanzar el final de la sonda de medición 30. Se genera una onda de reflexión o un eco de retorno cuando se encuentra una anomalía como se trató anteriormente, teniendo dicha anomalía una diferencia de impedancia suficientemente grande para generar el eco de retorno, lo que puede ser indicativo de la interfaz aire/líquido representativa del nivel del líquido y/u otras anomalías.

Detalles adicionales del conjunto electrónico 32 y diversos medios de circuitos electrónicos para generar y transmitir pulsos de energía electromagnética a lo largo de una línea de transmisión, que recibe ondas reflejadas o ecos de retorno, analiza el tiempo entre transmisión y recepción, etc., se pueden encontrar en la solicitud de EE. UU. n.° 16/173.993, en trámite con la presente y antedicha, presentada el 29 de octubre de 2018. Sin embargo, se entenderá que la invención no está limitada al conjunto electrónico mencionado, ya que prácticamente cualquier medio conocido para generar señales de RF u otras frecuencias de señal, transmitir las señales y recibir y analizar señales reflejadas se puede usar sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

La construcción particular de la porción de electrodo interior 36, como se describirá con mayor detalle más adelante, permite que el pulso de energía generado se propague hacia arriba dentro de la porción de electrodo interior 36 a lo largo de la sonda de medición alargada 30 desde un extremo proximal 31 hasta un extremo distal 33 de la misma en una primera dirección de propagación, como se representa por la flecha 38 en la figura 1 por ejemplo, o que se propague hacia abajo, como se representa por la flecha 38A en la figura 1A. Mientras se propaga a lo largo de la sonda en la primera dirección de propagación, la porción de electrodo interior 36 está construida con la sección de electrodo blindada 36A (figura 6), que sirve como primer segmento de línea de transmisión blindada, de modo que el pulso de energía quede confinado allí, evitando así la porción de electrodo exterior 34 cuando el pulso viaja en la primera dirección de propagación, para garantizar que se produzca poca o ninguna pérdida de señal, y aun así restablece el contacto entre la porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36 con la sección de electrodo no blindada 36B (figura 6) conectada a la sección de electrodo blindada 36A en el extremo terminal o distal de la misma, y viaja en una segunda dirección de propagación, como se representa por la flecha 40 en la figura 1 o la flecha 40A en la figura 1A, en oposición a la primera dirección de propagación, provocando así que el pulso de energía haga un efecto "bumerán" desde la sección de electrodo blindada 36A a la sección de electrodo no blindada 36B (figura 6). La porción de electrodo exterior 34 junto con la sección de electrodo no blindada 36B en conjunto sirven como un segundo segmento de línea de transmisión no blindada, de modo que el pulso de energía esté expuesto al volumen de líquido, aire u otros materiales ubicados entre los electrodos. Esto es ventajoso sobre los dispositivos de la técnica anterior, dado que el pulso de energía está inicialmente protegido del líquido u otro material que se está midiendo, para acomodar así líquidos y otros materiales con constantes dieléctricas que son suficientemente altas como para causar de otro modo una pérdida o disipación significativa del pulso electromagnético a través del líquido que se está midiendo, especialmente cuando el transductor TDR está montado en la pared inferior de un tanque o recipiente y el líquido u otro material que se está midiendo tiene una constante dieléctrica relativamente alta. Una pérdida o disipación significativa del pulso de energía puede provocar que no se genere un eco de retorno de amplitud suficiente para detectarse con un alto nivel de confianza. En consecuencia, el pulso de energía blindado funciona de forma independiente y sin restricciones con respecto al tipo de líquido u otro material que se está midiendo, incluidos líquidos con constantes dieléctricas altas.

En la dirección inversa, el pulso de energía se propaga hacia abajo desde el extremo distal 33 de la sonda 30 entre la sección no blindada 36B de la porción de electrodo interior 36 y la porción de electrodo exterior 34, como se representa mediante la flecha 40 en la figura 1, (o en el caso de la figura 1A, el pulso de energía se propaga hacia arriba desde el extremo distal 33, como se representa por la flecha 40A), hasta que alcanza la superficie superior 24 del líquido entre la porción de electrodo interior 36 y la porción de electrodo exterior 36, dado que en este punto el conjunto de electrodo interior no está blindado, que interactúa con el aire o la atmósfera 24 por encima del líquido y entre los electrodos, tras lo cual se generará un eco de retorno y un curso inverso con respecto a la dirección del pulso electromagnético a lo largo de la sonda 30, como se representa por la flecha 42 en la figura 1 (o en el caso de la figura 1A, el eco de retorno se genera en la interfaz líquido/aire y regresa hacia abajo a lo largo de la sonda 30, como se representa por la flecha 42A), hasta alcanzar el extremo distal 33 de la sonda, luego invierta la dirección nuevamente 0 hace un efecto "bumerán" hacia abajo en la sección blindada 36A, como se representa por la flecha 44 en la figura 1 (o en el caso de la figura 1A, se propaga hacia arriba en la sección blindada como se representa por la flecha 44A), para evitar nuevamente la degradación de la señal o la pérdida del eco de retorno, donde se recibe por un receptor asociado con el conjunto electrónico 32 en el extremo proximal del transductor 10 (o 10A en la figura 1A) para análisis y determinación de la ubicación, altura y/o posición de la interfaz líquido/aire 24 y/u otras anomalías.

En consecuencia, la sonda de medición alargada 30 sirve como guía de ondas bumerán con un primer segmento de línea de transmisión blindada y un segundo segmento de línea de transmisión no blindada en un sistema de medición de radar de onda guiada (GWR) cuando el pulso de energía electromagnética comprende una o más longitudes de onda o frecuencias adecuadas, tal como se encuentra en la banda de radio del espectro electromagnético.

Se entenderá que el término "pulso", tal como se usa en el presente documento, se refiere a una señal con una ráfaga distinguible, rampa, onda u otro cambio en la energía electromagnética, tal como un cambio en la amplitud o frecuencia de una señal impuesta sobre una guía de ondas o línea de transmisión del transductor TDR 10 o 10A. Para fines de la presente invención, el pulso puede ser una señal con un aumento de energía desde un primer valor, tal como un valor de referencia a un segundo valor más alto, con o sin disminución hasta el primer valor u otro valor inferior. Igualmente, el pulso puede ser una señal con una disminución de energía desde un primer valor, tal como un valor de referencia, a un segundo valor más bajo, con o sin aumento hasta el primer valor u otro valor superior. Dado que la propagación de energía electromagnética se producirá en o cerca de la velocidad de la luz cuando hay aire presente entre la porción de electrodo exterior 34 y la porción de electrodo interior 36 de la sonda de medición alargada 30, y quizás la mitad de esa velocidad en presencia de materiales a medir (dependiendo de las constantes dieléctricas de los materiales), para aumentar la eficiencia, permitir el uso de componentes de bajo coste y algoritmos más sencillos para el control de la transmisión y recepción del pulso electromagnético, la onda o pulso de energía electromagnética aumenta (o disminuye) y no regresa al valor de referencia hasta alcanzar el final de la sección de electrodo no blindada 36B de la sonda de medición alargada 30 en preparación para una nueva medición.

En consecuencia, cuando un pulso de energía electromagnética, ráfaga, rampa, etc., alcanza una anomalía en una posición particular de la sonda de medición alargada suficiente para crear un cambio en el valor de impedancia nominal de la sonda en esa posición, una porción del pulso de energía electromagnética se refleja de regreso a lo largo de la guía de ondas o línea de transmisión al conjunto electrónico como un eco de retorno, como representa la flecha 42, como se ha descrito anteriormente. Las características del eco de retorno dependen en gran medida del tipo de anomalía, pero generalmente son cambios proporcionales en la impedancia en la ubicación particular de la anomalía.

Cuando se recibe el eco de retorno, se almacena en la memoria y se analiza por el conjunto electrónico 32 para determinar en última instancia la ubicación a lo largo de la sonda 30 donde ha ocurrido o está ocurriendo una o más anomalías. La ubicación puede representar, por ejemplo, el nivel de líquido en un tanque o recipiente, es decir, la ubicación de la interfaz aire/líquido, la ubicación de la interfaz entre dos líquidos, una ubicación de interfaz líquido/sólido. Otras mediciones ilustrativas dentro del alcance de la invención incluyen, pero no se limitan a, el nivel de material granular dentro de un silo de almacenamiento, la posición de una varilla o émbolo con respecto a un soporte estacionario, la ubicación de anomalías predefinidas (tal como rendijas, áreas más delgadas o más gruesas, espaciadores o soportes en ciertas posiciones asociadas con la sonda de medición alargada 30, así como anomalías que pueden ocurrir en una o más ubicaciones a lo largo de la sonda de medición alargada, tal como la acumulación de película en las superficies de medición, depósitos contaminantes, la ubicación de material extraño dentro de la sonda 30, y así sucesivamente. En consecuencia, está dentro del alcance de la invención determinar la ubicación de cualquier anomalía siempre que se produzca un cambio suficiente en la impedancia en la posición de la anomalía a lo largo de la sonda.

La rapidez o velocidad a la que el pulso de energía electromagnética viaja a través del estado líquido, sólido o gaseoso de diferentes materiales también se puede registrar y analizar para determinar otras propiedades del material que se mide entre los electrodos alargados, tal como la constante dieléctrica, que puede cambiar debido a las fluctuaciones de temperatura, la introducción de más de un fluido, líquido o material en el tanque o recipiente, etc. Cuando el pulso o ráfaga de energía electromagnética comprende una señal de radar, la velocidad a la que el pulso de energía viaja a través del aire se acerca a la velocidad de la luz. Dependiendo de la constante dieléctrica de varios materiales, la velocidad se puede reducir a menos de la mitad de la velocidad de la luz. En consecuencia, la constante dieléctrica se puede supervisar continuamente para determinar cambios en el líquido o material que se está midiendo y, por tanto, correcciones en la altura calculada de la interfaz líquido/aire o similar, dado que la velocidad del pulso de energía a través del material a medir puede variar debido a las fluctuaciones de temperatura del aire ambiente, líquido y otros materiales a través de los cuales viaja el pulso de energía.

Con particular referencia a las figuras 2-6, el cabezal de montaje 28 y el cabezal de montaje 28A son similares en construcción y, por lo tanto, la descripción de uno se aplica al otro. El cabezal de montaje 28 incluye una carcasa 46 con una pared lateral circular 48 y una pared superior 50 que define un espacio o volumen interior 52 para recibir el conjunto electrónico 32. La carcasa 46 puede construirse de cualquier material adecuado incluyendo, aunque no de forma limitativa, metales tal como aluminio, acero inoxidable, titanio, etc., plásticos, cerámica, compuestos, elastómeros, combinaciones de los mismos, etc. De acuerdo con una realización preferente de la invención, la carcasa 46 comprende un material eléctricamente conductor, tal como aluminio o acero inoxidable, para conectarse eléctricamente a la sonda de medición alargada 30. El material de encapsulado (no mostrado) puede llenar el espacio interior 52 después de la instalación del conjunto electrónico 32 para sellar de ese modo el conjunto electrónico respecto del entorno.

La carcasa 46 incluye además una primera porción de montaje 56 que se extiende hacia abajo desde la pared superior 50 fuera del tanque o recipiente 12 para montar el transductor 10 en un tanque o recipiente 12 (figura 1), y una segunda porción de montaje 58 que se extiende hacia abajo desde la pared superior 50 y dentro del espacio interior 52 para montar el conjunto electrónico 32. La primera y segunda porciones de montaje 56, 58 de la carcasa 46 están preferentemente formadas integralmente como una sola unidad junto con la pared lateral circular 48 y la pared superior 50 durante la fabricación. Sin embargo, se entenderá que los diversos componentes del cabezal de montaje 28 pueden formarse por separado y conectarse entre sí usando medios de conexión bien conocidos sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

La primera porción de montaje 56 incluye una primera sección de pared 60 con una pluralidad de superficies planas 62 formadas sobre ella para acoplarse con una llave u otra herramienta durante la instalación del transductor 10 en el tanque 12. La primera sección de pared 60 incluye una superficie superior 64 (figuras 4 y 5) adaptada para hacer contacto con la pared inferior 14 u otra superficie de un recipiente 12 (figura 1) cuando está conectada al mismo. Se forma una ranura anular 66 (figuras 4 y 5) en la superficie superior 64 para recibir una junta tórica 54 o similar para sellar el cabezal de montaje 28 contra la pared del recipiente cuando se aprieta. La primera porción de montaje 56 también incluye una sección de conexión roscada 68 que se acopla a una abertura roscada 70 (figura 1) formada en la pared inferior 14 del tanque 12 para montar de ese modo de forma segura el transductor 10 en el tanque 12.

Se entenderá que la primera porción de montaje 56 de la carcasa 46 puede variar mucho sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, muchos tanques tienen una abertura con rosca recta o con rosca NPT para recibir un transductor de nivel de líquido o similar. El tipo de abertura roscada depende del material o líquido almacenado en el tanque y, para adaptarse a tales disposiciones, la correspondiente sección de conexión roscada 68 puede estar provista del tipo de rosca apropiado para acoplarse con la abertura del tanque. De forma adicional, muchos tanques no tienen aberturas roscadas sino pernos de montaje roscados o similares que rodean la abertura del tanque. En consecuencia, la primera porción de montaje 56 de la carcasa 46 puede estar provista de una brida (no mostrada), tal como una brida de 4 orificios o una brida de 5 orificios como se describió anteriormente, con orificios alineados para recibir los pernos roscados de modo que el transductor 10, 10A pueda montarse en la pared del tanque y fijarse al mismo con un número correspondiente de tuercas roscadas de una manera bien conocida. Otros medios conocidos para conectar el transductor a un tanque, recipiente, pared, o similar también se pueden usar sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Como se muestra en las figuras 4-6, un agujero central 70 se extiende a través de la primera porción de montaje 56 y la pared superior 50 de la carcasa 46 e incluye una superficie anular interior 71 para recibir el extremo proximal o inferior 31 de la sonda de medición alargada 30. La segunda porción de montaje 58 de la carcasa 46 incluye una pared lateral anular o saliente 72 que se extiende hacia abajo desde la pared superior 50 y rodea el agujero central 70. Unas rendijas de montaje 74 están formadas en una superficie inferior 76 del saliente anular o pared lateral 72 y están adaptadas para recibir sujetadores 78, tales como sujetadores autorroscantes que tienen un cabezal de sujetador 79 y un vástago roscado 81 que se extiende desde allí. El vástago 81 se extiende a través de aberturas chapadas 80 de la primera, o primaria, PCB 35 con el cabezal 79 en contacto con la PCB 35 para conectar eléctrica y mecánicamente el conjunto electrónico 32 al cabezal de montaje 28.

La carcasa 46, incluyendo la pared superior 50 y la superficie anular interior 71, están construidos de material eléctricamente conductor de modo que la porción de electrodo exterior 34 de la sonda 30 y el conjunto electrónico 32 estén conectados eléctricamente entre sí. Preferentemente, la carcasa 46, la porción de electrodo exterior 34 y una primera porción del conjunto electrónico 32 están conectadas a tierra, mientras que la porción de electrodo interior 36 está conectada a una segunda porción del conjunto electrónico 32 que produce el pulso de energía electromagnética y detecta ecos de retorno que viajan a lo largo de la sonda 30. Estando conectada eléctricamente la porción de electrodo exterior 34 de la sonda de medición alargada 30 a la superficie anular interior 71 de la carcasa 46, la primera porción de montaje 56 de la carcasa 28 se convierte en una extensión longitudinal de la sonda de medición alargada 30.

Como se muestra mejor en la figura 2, el espacio interior 52 es de tamaño suficiente para recibir la PCB primaria 35 del conjunto electrónico 32. Un primer par de cables 82, 84 se extiende desde la PCB 35 para suministrar alimentación y tierra al conjunto electrónico 32 desde una fuente de alimentación, tal como una batería, alimentación de vehículo, alimentación de línea, etc. Se puede conectar un arnés de cables 86 a la PCB 35 e incluye una pluralidad de conductores (no mostrados) protegidos por una funda 87, un primer enchufe 88 que se conecta con un segundo enchufe 89 correspondiente u otro medio de conexión en la PCB 35, y un extremo libre exterior con un terminal 90 para conexión a una pantalla, ordenador, electrónica de procesamiento posterior, etc., para visualizar y/o procesar los ecos de retorno y ajustar o actualizar el software almacenado en la memoria del conjunto electrónico 32. El terminal 90 está adaptado para la conexión a un enchufe o receptáculo correspondiente, respectivamente (no mostrado) asociado con un vehículo, tanque, sistema o máquina (no mostrado) para proporcionar señales a una ubicación remota indicativa de una o más propiedades medidas del material que se está midiendo mediante la sonda de medición alargada 30, según lo determinado por el conjunto electrónico 32.

La transmisión de señales relacionadas con las propiedades medidas puede realizarse a través del arnés de cables 86 a una pantalla cableada (no mostrada) asociada con el transductor, vehículo, máquina, sistema, etc. Las señales pueden también, o alternativamente, enviarse de forma inalámbrica a través de un transceptor de radiofrecuencia (RF) (no mostrado) a una pantalla externa independiente (no mostrada) asociada con un vehículo, máquina, sistema, un dispositivo portátil tal como un teléfono inteligente, tableta, ordenador, etc., de manera bien conocida. Las señales pueden ser indicativas de una o más condiciones dentro del tanque o recipiente 12 (figura 1) como se describió anteriormente, incluyendo el nivel de líquido, nivel de materiales, el nivel entre dos o más líquidos en suspensión, gravedad específica, tipo de líquido o material, espacio de vapor, temperatura, presión, densidad, etc., condiciones ambientales fuera del tanque, tal como temperatura, humedad, presión atmosférica, inclinación del vehículo, etc., así como otras condiciones y/o mediciones.

Aunque la discusión de la presente invención está predominantemente relacionada con la medición del nivel de líquido dentro de un tanque y las propiedades asociadas del líquido que se está midiendo, tal como su constante dieléctrica, se entenderá que el nivel, volumen, densidad, constante dieléctrica y/u otras propiedades de prácticamente cualquier material, ya sea en estado sólido, líquido, gaseoso y/o vapor, se puede medir y/o determinar mediante la invención y, por lo tanto, las aplicaciones ilustrativas de determinación del nivel de líquido y la constante dieléctrica no deben interpretarse en ningún sentido limitante.

Es más, aunque se muestran conductores separados para proporcionar alimentación, tierra y señal, para transmitir información relacionada con el transductor TDR 10, se entenderá que el transductor TDR 10 puede comprender más o menos cables o conductores eléctricos dependiendo de la información transmitida y del dispositivo remoto, máquina o sistema que recibe, procesa y/o muestra la información del material dentro del tanque.

Ahora con referencia a las figuras 4-7, la sonda de medición alargada 30, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención, comprende un primer segmento de línea de transmisión blindada 215 (figura 12A) que tiene la primera sección de electrodo blindada 36A en una configuración generalmente coaxial, y un segundo segmento de línea de transmisión no blindada 217 (figura 12B) que tiene la porción de electrodo exterior 34, la segunda sección de electrodo no blindada 36B que es generalmente coaxial con la misma, y el volumen de medición 114 ubicado entre la sección de electrodo no blindada 36B y la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo exterior 34. El segundo segmento de línea de transmisión no blindada está desplazado del primer segmento de línea de transmisión blindada. Como se muestra, la porción de electrodo alargada exterior 34 comprende un cuerpo hueco exterior eléctricamente conductor 92, configurado como un cilindro hueco, tubo o similar, mientras que la porción de electrodo interior 36 comprende una PCB 94 de forma rectangular con las secciones de electrodo blindada y no blindada asociadas a la misma.

Se entenderá que la sonda de medición alargada 30, incluyendo los electrodos, no se limita a disposiciones coaxiales o formas particulares, sino que puede tener cualquier forma adecuada, tamaño o configuración, con los electrodos espaciados a cualquier distancia adecuada siempre que una o más propiedades y/o condiciones del líquido u otro material o medio ubicado en un volumen de medición entre los electrodos puedan medirse y/o determinarse utilizando el sistema y/o método(s) de la presente invención, incluyendo los segmentos de línea de transmisión blindada y no blindada de la sonda 30.

Como se muestra mejor en la figura 7, el cuerpo de electrodo interior 94 de la porción de electrodo interior 36 comprende una PCB multicapa 94 con una pluralidad de capas de sustrato aislante 118, 104, 106, 108, 110 y 120, y capas conductoras 142, 96, 138, 98, 100, 144, y 102 formadas sobre o entre las capas de sustrato. Las capas conductoras pueden incluir una o más pistas y planos de señal, planos de tierra y, cuando sea necesario, uno o más planos de alimentación cuando al menos una porción del conjunto electrónico 32 está asociada con la PCB 94.

Las capas conductoras incluyen una pista de señal conductora 138 con al menos uno, y preferentemente una pluralidad de, planos de señales conductoras interconectados eléctrica y mecánicamente, áreas o pistas 96, 98, 100 y 102. Las capas conductoras también incluyen al menos uno, y preferentemente una pluralidad de, planos de tierra conductora interconectados eléctrica y mecánicamente, áreas, o pistas 142, 144 que están aisladas de los planos de señal. La pista de señal conductora 138 y los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102 están formados sobre diferentes capas de sustrato 104, 106, 108 y 110, respectivamente. Igualmente, los planos de tierra conductora están formados sobre capas de sustrato 104 y 110. Las capas de sustrato se unen entre sí con las capas conductoras entre ellas usando técnicas de fabricación conocidas de modo que las capas conductoras estén ubicadas dentro de la PCB multicapa 94. Sin embargo, se entenderá que una o más de las capas conductoras pueden ubicarse en la(s) capa(s) exterior(es) de la PCB 94 y pueden exponerse directamente al líquido u otro material a medir o aislarse del mismo a través de un revestimiento delgado sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

La pista de señal conductora 138 comprende un conductor alargado estrecho que está conectado eléctricamente en un extremo a la PCB 35 del conjunto electrónico 32. Igualmente, los planos de señal 96, 98, 100 y 102, como se muestra, comprenden placas o tiras rectangulares superpuestas, cada una con un área predeterminada que, cuando se combina con otras placas o tiras de señal, crean un área de electrodo relativamente grande. El área de electrodo relativamente grande junto con el cuerpo conductor exterior 92 de la primera porción de electrodo 34 y el volumen de medición interior 114 (figura 4) y una o más de las capas de sustrato aislante de espesor y material conocidos, y por lo tanto propiedades conocidas del material de sustrato, incluyendo la constante dieléctrica, junto con la constante dieléctrica del aire o similar dentro del volumen de medición 114, que de otro modo estaría vacío, sin el material a medir, definen un valor de impedancia nominal (NIV) como referencia contra cambios en la impedancia debido a una anomalía encontrada, tal como la interfaz aire/líquido.

Se entenderá que las capas conductoras y las capas aislantes no se limitan a la realización ilustrativa mostrada, sino que pueden formarse de cualquier espesor adecuado, anchura, longitud, forma, curvatura, área o configuración. El segundo segmento de línea de transmisión generalmente coaxial no blindada se puede usar para medir la impedancia de cualquier cosa que pueda estar ubicada en el espacio o volumen alargado interior 114 (figuras 4 y 5) formado entre la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo alargado exterior 34 y los planos de señal conductora de la sección de electrodo no blindada 36B (figura 6) formados en la segunda PCB 94. A continuación se describirán más detalles de la PCB 94.

De nuevo en cuanto a las figuras 4-6, la porción de electrodo alargada exterior 34 se recibe y se fija en la superficie conductora anular interior 71 de la carcasa 46 mediante ajuste a presión como método preferido de montaje. Para ese fin, la porción de electrodo alargada exterior 34 puede incluir una sección moleteada (no mostrada) o similar formada en o cerca de un borde superior o distal de la porción de electrodo exterior 34 para morder la superficie conductora interior 71 durante el montaje, de modo que la primera porción de montaje 56 se convierta en una extensión de la porción de electrodo alargada exterior 34.

Sin embargo, se entenderá que la porción de electrodo alargada exterior 34 se puede conectar a la carcasa 46 a través de otros medios de conexión bien conocidos, tal como fijación mecánica, soldeo, unión adhesiva, sujeción, acoplamiento de ajuste a presión, roscado, termorretracción, etc. De acuerdo con una realización adicional de la invención, la porción de electrodo alargada exterior 34 puede formarse integralmente con la carcasa 46.

Sin importar qué medio de conexión se use, la porción de electrodo alargada exterior 34 está preferentemente en contacto eléctrico con la superficie conductora interior 71 del agujero central 70 que se extiende a través de la primera porción de montaje 56, que a su vez está conectado eléctricamente a tierra asociada con la primera PCB 35 y/o la pared 14 del tanque 12 (figura 1) u otra ubicación de conexión a tierra asociada con el transductor TDR 10, el tanque 12 y/o la máquina o sistema asociado con el tanque. Se entenderá que la tierra eléctrica del transductor 10 puede conectarse eléctricamente a o, aislarse de, la tierra eléctrica del tanque y/o máquina o sistema asociado con el tanque sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Aunque se prefiere que el cabezal de montaje 28 esté construido de material eléctricamente conductor, tal como acero inoxidable, aluminio y similares, se entenderá que el cabezal de montaje puede construirse de material eléctricamente aislante y dotarse de superficies conductoras mediante técnicas de tratamiento de superficies bien conocidas, sin alejarse del espíritu y el alcance de la invención. Se entenderá además que el cabezal de montaje puede ser completamente no conductor, y la sonda de medición se puede conectar eléctricamente al conjunto electrónico 32 sin que el cabezal de montaje actúe como conductor intermedio entre la sonda de medición y la primera PCB 35.

Como se muestra mejor en las figuras 3 y 4, la porción de electrodo alargada exterior 34 incluye una pared circular 126 que forma el cilindro o tubo hueco eléctricamente conductor con la superficie conductora interior 116. Un primer conjunto de aberturas 128 y un segundo conjunto de aberturas 130 se extienden radialmente a través de lados opuestos de la pared 126 y están espaciados axialmente a lo largo de la porción de electrodo alargada exterior 34 para facilitar el flujo hacia el espacio o volumen alargado interior 114 (figuras 4 y 5) formado entre la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo alargada exterior 34 y la sección de electrodo no blindada 46B (figura 6). Se entenderá que se pueden eliminar uno o más orificios o conjuntos de orificios sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Como se muestra mejor en las figuras 4-6, la porción de electrodo alargada interior 36 que comprende la PCB 94 está posicionada generalmente centralmente dentro de la porción de electrodo alargada exterior 34 mediante la provisión de un espaciador de forma cilíndrica 150 ubicado dentro de la porción de electrodo exterior 34. Un agujero de forma rectangular 152 se extiende axialmente a través del espaciador 150 y está dimensionado para recibir por fricción una sección o dedo de conexión relativamente estrecho 134 que se extiende desde una porción de medición generalmente ancha 132 de la segunda PCB 94 que forma la porción de electrodo interior 36. Se forman ranuras anulares 154 alrededor de la superficie cilíndrica exterior 156 del espaciador 150 para recibir juntas tóricas 158 para sellar de ese modo el espaciador 150 contra la superficie interior 116 de la porción de electrodo exterior 34.

Dado que el espaciador 150 coincide con la sección estrecha blindada 134 de la porción de electrodo interior 36, no se producirá ningún cambio en la impedancia del transductor a medida que el pulso de energía viaja a través de la sección de electrodo blindada 36A coincidente con el espaciador 150, independiente de la constante dieléctrica del material espaciador, así como su longitud y espesor, dado que la porción de electrodo exterior 34 no está en uso hasta que el pulso de energía despeja los planos de tierra 142 y 144 de la segunda PCB 94, como se ha descrito anteriormente.

Con esta construcción, el transductor TDR no está sujeto a grandes señales de eco de retorno en la interfaz entre la PCB y los electrodos alargados y, por lo tanto, es capaz de medir niveles o alturas de líquidos u otros materiales en estrecha proximidad al espaciador 150 y, por tanto, al cabezal de montaje 28, aumentando así el intervalo de medición y la precisión del nivel o altura real del material en la sonda de medición alargada, así como aumentando la precisión en la medición de la constante dieléctrica.

Con referencia ahora a las figuras 6, 7 y 8, cada capa de sustrato 104, 106, 108 y 110, de la PCB 94 de la porción de electrodo alargada interior 36, incluye una primera superficie 135 que mira a una primera dirección (figura 7) y una segunda superficie 137 (figura 8) que mira a una segunda dirección opuesta a la primera dirección. Cada capa de sustrato interior 104, 106, 108 y 110, así como cada capa de sustrato exterior 118 y 120, están formadas con la porción de medición relativamente ancha 132 y la sección o dedo de conexión relativamente estrecha 134, como se ha descrito anteriormente. Los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102 están formados preferentemente en las primeras superficies 135 de la porción de medición ancha 132 de las capas de sustrato 104, 106, 108 y 110, respectivamente, mientras que los planos de tierra 142 y 144 están formados en las primeras superficies 135 de las capas de sustrato 104 y 110, respectivamente. Las segundas superficies 137 (figura 8) de las capas de sustrato están preferentemente desprovistas de pistas y áreas conductoras para aislar de ese modo las capas conductoras interiores. Los planos de señales conductoras 96, 98, 100 y 102 están orientados en una relación superpuesta o apilada.

Igualmente, la pista de señal conductora 138 está dispuesta entre el primer plano de tierra 142 y el segundo plano de tierra 144 en una relación superpuesta o apilada. De acuerdo con una realización ilustrativa de la invención, el plano de señal 96 y el primer plano de tierra 142 están situados entre las capas de sustrato aislante 118 y 104; el plano de señal 98 y la pista de señal conductora 138 están situados entre las capas de sustrato aislante 104 y 106; el plano de señal 100 está colocado entre las capas de sustrato aislante 106 y 108, y el plano de señal 102 y el segundo plano de tierra 144 están situados entre las capas de sustrato 108 y 110, para formar de este modo capas conductoras y aislantes alternas asociadas con la sección de electrodo blindada 36^a(figura 6) y la sección de electrodo no blindada 36B.

Las secciones de conexión estrechas 134 de las capas de sustrato exteriores 118 y 120 están formadas con la primera y segunda almohadillas de conexión exteriores 136A y 136B, respectivamente. Cada almohadilla de conexión comprende un área o plano de tierra conductora ubicada en la superficie 135 orientada hacia afuera de la capa de sustrato 118 y la superficie 137 orientada hacia afuera de la capa de sustrato 120. Las áreas o planos de tierra conductora alargados 142 y 144 y las almohadillas de conexión conductoras 136A y 136B están conectadas eléctricamente entre sí a través de un primer conjunto de orificios pasantes conductores o vías ciegas 146 formados en cada capa de sustrato 118, 104, 106, 108, 110 y 120 y se unen entre sí durante la fabricación de la PCB 94 de acuerdo con técnicas conocidas para conectar eléctricamente capas de sustrato de PCB multicapa. Igualmente, los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102 (y la pista de señal conductora 138 a través del plano de señal conductora 98) están conectados entre sí a través de orificios pasantes o vías conductoras interiores 148 formadas en cada capa de sustrato 104, 106, 108 y 110. Aunque se muestran dos almohadillas de conexión 136A y 136B, se entenderá que se pueden proporcionar más o menos almohadillas de conexión para comunicarse con la PCB 35 y el conjunto electrónico asociado 32 sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Como se muestra en la figura 7, la pista de señal conductora estrecha 138 se forma preferentemente en la capa de sustrato 106, y se extiende desde el extremo proximal 37 de la PCB 94 en la sección de conexión estrecha 134, que se sitúa en o cerca del extremo proximal 31 de la sonda de medición 30 al extremo distal opuesto 39 de la PCB 94, que se sitúa en o cerca del extremo distal 33 de la sonda de medición 30. El plano de señal conductora 98 está conectado eléctricamente a la pista de señal estrecha 138 y sirve como un primer electrodo o conductor alargado ancho 98, que es preferentemente mucho más ancho que la estrecha pista de señal 138 para asegurar la coincidencia de impedancia entre la primera y la segunda línea de transmisión, respectivamente.

El primer plano de señal 98 está formado en la capa de sustrato 106 y se extiende desde el extremo distal 39 de la capa de sustrato 106 y, por tanto, desde el extremo distal 33 (figura 6) de la sonda 30, hacia el extremo proximal 37 de la capa de sustrato 106 y, por tanto, el extremo proximal 31 de la sonda 30. El primer conductor estrecho 138 y el primer plano de señal 98 están conectados eléctricamente entre sí en el extremo distal 39 de la PCB 94 a través de un puente conductor 99 (figura 7). Preferentemente, el primer plano de señal 98 está conectado en serie con la primera pista de señal estrecha 138, y está orientado en una relación generalmente paralela con la misma, de modo que la pista de señal estrecha 138 y el plano de señal 98 estén yuxtapuestos.

La capa de sustrato 108 está superpuesta, y es algo similar a, la capa de sustrato 106, con la excepción de que la pista de señal estrecha 138 no se ha repetido en la capa 108. El plano de señal 100 formado en la capa 108 es, sin embargo, similar en forma al plano de señal conductora o pista 98 en la capa 106. Igualmente, el plano de señal 96 en la capa 104 y el plano de señal 102 en la capa 110 tienen una forma similar al plano de señal 100. Los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102 están conectados eléctricamente entre sí a través de los orificios pasantes interiores o vías ciegas 148 formados en cada capa de sustrato 104, 106, 108 y 110 y, por tanto, conectados eléctricamente a la primera pista de señal estrecha 138 en la capa 106.

Las capas de sustrato 104 y 110 son similares en construcción, con un primer plano o área de tierra 142 formado en el sustrato 104 por encima del sustrato 106 y en yuxtaposición con el plano de señal 96, y un segundo plano o área de tierra 144 formado en el sustrato 110 debajo del sustrato 106 y en yuxtaposición con el plano de señal 102, de modo que los planos de tierra primero y segundo estén espaciados por encima y por debajo de la primera pista conductora estrecha 138 en el sustrato 106. Los planos de tierra 142 y 144 están conectados eléctricamente o unidos entre sí a través de los orificios pasantes interiores conductores o vías ciegas 146, y normalmente están conectados a tierra asociada con la PCB 35 del conjunto electrónico 32 (figura 6), de modo que la primera pista conductora estrecha 138 esté rodeada por los planos de tierra 142 y 144.

Una pluralidad de primeros elementos conductores, que comprenden primeras vías ciegas conductoras u orificios pasantes 140, se forman en la capa de sustrato 106 y se extienden adyacentes a la pista de señal conductora 138. Igualmente, una pluralidad de segundos elementos conductores, que comprenden segundas vías ciegas conductoras u orificios pasantes 141, se forman en la capa de sustrato 108 debajo de la capa de sustrato 106 en alineación con las primeras vías ciegas conductoras 140. Las vías ciegas conductoras 140 y 141 están conectadas eléctricamente a tierra y unidas entre sí alrededor de la periferia y la tierra, de modo que la pista conductora estrecha y alargada esté rodeada de tierra por todos lados, es decir, los planos de tierra 142 y 144 por encima y por debajo de la pista 138, y las vías unidas 140 y 144 a cada lado de la pista de señal 138, para formar de este modo el primer segmento de línea de transmisión alargado.

Con la construcción descrita anteriormente, la primera sección de electrodo blindada 36A (figura 6) se extiende a lo largo de la PCB 94 desde el extremo proximal 37 hasta el extremo distal 39 de la misma, tal que el pulso de energía, cuando se genera y transmite, irradia entre la pista de señal conductora 138 y los planos y vías de tierra circundantes, así como cualquier eco de retorno que se propague en la dirección opuesta debido a una diferencia detectada en la impedancia fuera de la sección del electrodo blindada, de modo que la porción de electrodo exterior 34, junto con líquido, aire o similar en el espacio o volumen alargado interior 114 y cualquier anomalía exterior debida a contaminantes, construcción de sondas, etc., se puede omitir en la primera dirección de propagación y en la dirección del eco de retorno. Igualmente, la segunda sección de electrodo no blindada 36B (figura 6) también está formada entre los planos de señal conductora conectados 96, 98, 100 y 102 y la porción de electrodo exterior 34 entre el extremo distal 39 de la PCB 94 y el extremo proximal 37 de la misma, y por tanto el extremo distal 33 y el extremo proximal 31 de la sonda de medición alargada 30, de modo que el pulso de energía irradie a través del espacio o volumen alargado interior 114 entre los planos de señal conductora conectados y la porción de electrodo exterior 34, para detectar un cambio en la impedancia cuando el pulso encuentra una anomalía, tal como la interfaz aire/líquido como se describió anteriormente, para generar así un eco de retorno, que se propaga en dirección inversa hasta que se alcanza la primera sección de electrodo blindada 36A, después de lo cual el eco de retorno invierte la dirección y se propaga a lo largo de la misma hasta alcanzar el extremo proximal de la sonda y, por tanto, el conjunto electrónico 32 donde se produce el procesamiento adicional del eco de retorno.

Las áreas combinadas de los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102, que comprenden la anchura y longitud de la mismas, el volumen de medición alargado interior 114 y la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo exterior 34 y cualquier capa de sustrato y revestimiento ubicado entre el volumen de medición interior y los planos de señal definen juntos el segundo segmento de línea de transmisión alargado con un valor de impedancia nominal (NIV), que coincide preferentemente con el NIV de la primera sección de electrodo blindada 36A para reducir o eliminar la generación de un eco de retorno cuando el pulso de RF pasa entre la primera y segunda línea de transmisión de la sonda de medición alargada 30 a través de la pista de puente conductor 99 (figura 7 ).

La primera pista de señal conductora alargada 138 está conectada eléctricamente al generador de pulsos, circuito transmisor y receptor del conjunto electrónico 32, preferentemente a través de la pista de calibración alargada 43 (figura 10) asociada con la p Cb 35. El espesor constante y la constante dieléctrica del material de sustrato de cada capa aseguran una separación repetible de los planos de tierra desde la primera pista conductora estrecha 138 durante la fabricación y, por tanto, un valor de impedancia nominal repetible en la sección de electrodo blindada 36A.

La provisión de las almohadillas de conexión conductoras 136A, 136B en las superficies exteriores de la PCB 94, como se discutió anteriormente, permite al menos la conexión eléctrica con la primera PCB 35 del conjunto electrónico 32 (figura 6), y preferentemente conexión tanto mecánica como eléctrica, a través de medios de conexión conocidos, tal como la provisión de un primer conector (no mostrado) con dos o más clavijas o dedos macho o hembra en la PCB 35 que se acoplan con las clavijas o dedos hembra o macho correspondientes, respectivamente, de un segundo conector montado en la PCB 94, tal como un conector de borde. De esta manera, los planos de tierra de la PCB 94 están conectados a tierra eléctrica asociada con la PCB 35 y/o la carcasa 46 (figura 6), y los planos de señal conductora con la pista de señal 138 y el puente 99 están conectados a la pista de calibración alargada 43 (figura 10) asociada al generador y transmisor de pulsos de RF y al receptor de eco de retorno. Otros medios de conexión conocidos pueden incluir una o más abrazaderas de resorte conductoras en la PCB 35 para sujetar mecánicamente las almohadillas de conexión 136A y 136B de la PCB 94 entre ellas mientras están en contacto eléctrico separado con los planos de tierra y los planos de señal conductora y la pista de señal, así como otros medios de sujeción electromecánicos, cables de puente que se extienden entre la PCB 94 y la PCB 35, conexión eléctrica y/o mecánica directa o indirecta mediante soldadura, juntura, unión con adhesivo conductor, combinaciones de los mismos, etc., siempre que el pulso electromagnético generado se proporcione a la segunda PCB 94 para su propagación a través de la sección de electrodo de sonda blindada 36A, y entre la sección de sonda no blindada de la PCB 94 y la porción de electrodo exterior 34 para su propagación a lo largo de la misma, comunicándose ecos de retorno desde la PCB 94 a la PCB 35 para su posterior procesamiento.

Las capas de sustrato aislante 118, 104, 106, 108, 110 y 120 (figura 7) de la PCB 94 de la segunda porción de electrodo alargada o interior 36 pueden formarse a partir de materiales de sustrato comunes, tal como el papel de algodón fenólico (FR-2), papel de algodón y epoxi (FR-3), vidrio tejido y epoxi (FR-4, FR-5), vidrio mate y poliéster (FR-6), vidrio tejido y epoxi (G-10), papel de algodón y epoxi (CEM-1, CEM-2), vidrio no tejido y epoxi (CEM-3), vidrio tejido y epoxi (CEM-4), vidrio tejido y poliéster (CEM-5), y/u otros materiales adecuados. Los planos de señal conductora 96, 98, 100 y 102, los planos de tierra conductora 142 y 144, así como las almohadillas de conexión 136A y 136B, pueden construirse con cualquier material conductor adecuado, tal como cobre, aluminio, oro, plata, etc. Las capas de sustrato y las capas conductoras se pueden formar y unir entre sí para formar una PCB multicapa usando técnicas de fabricación bien conocidas.

Aunque en el presente documento se describe la sonda de medición alargada 30, comprendiendo la primera porción de electrodo 34 un cuerpo cilíndrico conductor exterior y la segunda porción de electrodo 36 comprende planos de señal y planos de tierra rodeados por la porción de electrodo exterior para funcionar como secciones de radar de onda guiada tanto blindadas como no blindadas o segmentos de línea de transmisión de la sonda 30, se entenderá que el término "plano" no se refiere únicamente a formas planas en forma de placa, sino que puede tener cualquier forma y/o tamaño adecuado y estar espaciado a cualquier distancia adecuada siempre que se puedan determinar una o más propiedades y/o condiciones del líquido u otro material ubicado en el espacio de medición interior entre las porciones de electrodo interior y exterior.

Dependiendo del tipo de líquido u otro medio que se mida, se puede aplicar un revestimiento aislante fino a la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo exterior 34 y/o a las superficies exteriores de la porción de electrodo interior 36, para proteger los electrodos de la corrosión y ajustar con precisión el valor de impedancia nominal (NIV) de la sonda de medición 30 a lo largo del segmento de línea de transmisión no blindada cuando el volumen de medición interior 114 (figura 4) está libre de líquido u otro material a medir. El NIV también se puede ajustar modificando el material y/o el espesor de cualquier revestimiento aislante, el material y/o espesor de las capas de sustrato exterior 118 y 120 de la segunda PCB 94, las áreas de superficie de los planos de señal conductora y de los planos de tierra, y el hueco entre los electrodos exterior e interior.

Con referencia ahora a la figura 9, un diagrama de bloques esquemático simplificado 170 ilustra detalles adicionales del conjunto electrónico 32 con medios ilustrativos para generar y transmitir ondas o pulsos de energía electromagnética para su propagación a lo largo de la sonda de medición 30 del transductor TDR 10 y/o del transductor TDR 10A (mostrado en línea discontinua) y medios ilustrativos para recibir y analizar ondas de reflexión o ecos de retorno, entendiéndose que los medios ilustrativos pueden variar mucho sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. El transductor TDR 10 puede montarse o conectarse de otro modo a una parte inferior 173 de un tanque o recipiente 172 con la sonda de medición 30 extendiéndose hacia arriba dentro del tanque, como se ha descrito anteriormente. Igualmente, un transductor TDR 10A puede también, o como alternativa, montarse o conectarse de otro modo a la parte superior 175 del tanque o recipiente 172 con la sonda de medición 30 extendiéndose hacia abajo dentro del tanque, para determinar el nivel 174 de líquido 176 dentro del tanque, así como la constante dieléctrica y/u otras propiedades del material como se analizó anteriormente, de acuerdo con la invención. Como se muestra, el bloque 178 es representativo de un microordenador (etiquetado j C). El microordenador, a su vez, está conectado a circuitos para generar los pulsos de energía y transmitir las ondas a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada 215 (figura 12A) y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada 217 (figura 12B) de la sonda de medición 30. Los circuitos pueden incluir componentes puramente analógicos, una combinación de componentes analógicos y digitales, o componentes puramente digitales. En una realización preferida de la invención, los circuitos comprenden circuitos analógicos que generan los pulsos de energía y un transmisor para propagar los pulsos generados a lo largo de los segmentos de línea de transmisión.

En consecuencia, como se representa por el bloque 180, el microordenador inicia un retardo de pulso de transmisión (TX) con un tiempo predeterminado o aumento de tiempo delta entre pulsos para permitir la recepción de un eco de retorno antes de la transmisión del pulso de energía, de modo que el conjunto electrónico 32 pueda recibir datos incluso antes de la primera transmisión. De esta manera, la sonda de medición 30 puede supervisarse en busca de señales electrónicas antes de la transmisión de la primera onda, asegurando así que todos los datos del eco de retorno se reciban con un alto grado de confianza.

Al final del período de retardo, el pulso de energía electromagnética se genera y transmite, como se representa en el bloque 182, a lo largo de la longitud de la sonda de medición 30, a través del primer segmento de línea de transmisión blindada y nuevamente a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada para determinar el nivel de líquido, altura del material, etc, como se ha descrito anteriormente, dentro del espacio o volumen alargado interior 114 (figura 4).

El pulso de transmisión se produce con una resolución de picosegundos, que se puede realizar mediante la sincronización del reloj calibrado de procesadores de bajo coste, microordenadores, microcontroladores, o similares, o puede estar provisto de una función de reloj independiente del procesador. El procesador también está conectado a circuitos analógicos para generar una señal de retardo de recepción (RX) gradual (bloque 184) al recibir una señal de generación de RX desde el microcontrolador con una resolución de nanosegundos. El circuito de retardo de RX gradual está a su vez conectado al circuito analógico (bloque 186) para generar una señal de recepción (RX) de muestra que a su vez recopila una lectura de muestra o señal del pulso electromagnético que viaja a lo largo de la pista de calibración 43 (figura 10) asociada con la PCB 35 (figuras 2 y 10) del conjunto electrónico 32, y/o a lo largo de la sonda de medición 30. La resolución de nanosegundos se genera preferentemente por los circuitos analógicos asociados con el bloque 184 para permitir el uso de un microordenador de bajo coste.

Una vez que se recibe una señal de medición analógica en el bloque 186, un convertidor analógico a digital (A/D) (bloque 188) asociado con el microordenador convierte la señal en forma digital para su posterior procesamiento de señal en el bloque 190. Señales indicativas de nivel de líquido u otro nivel de material, movimiento lineal, las propiedades dieléctricas, etc., luego pueden almacenarse en la memoria asociada con el microordenador y enviarse a una pantalla o circuitos de procesamiento adicionales y/o rutinas de software adicionales para visualizar y/o analizar la señal, como se representa en el bloque 192.

De acuerdo con otra realización más de la invención, y con referencia nuevamente a la figura 9, en lugar de que el transductor TDR 10, 10A esté montado en la parte inferior 173 o en la parte superior 175 del tanque 172, el transductor TDR se puede montar de manera que los transmisores y receptores estén conectados tanto a la parte superior como a la inferior del tanque, como se muestra por el transductor 10 con el cabezal de montaje 28 conectado a la parte inferior 173 del tanque 172, y el transductor 10A con el cabezal de montaje 28A conectado a la parte superior 175 del tanque. Ambos cabezales de montaje 28, 28A comparten la sonda de medición alargada común 30 con la porción de electrodo conductor exterior 34 y la porción de electrodo conductor interior 36 que tienen la sección de electrodo blindada 36A (figura 6) y la sección de electrodo no blindada 36B, como se ha descrito anteriormente, de manera que el pulso de energía esté confinado mientras se propaga a lo largo del primer segmento de línea de transmisión alargado entre la pista de señal conductora o pista conductora 138 (figura 7) y los planos de tierra 142 y 144 y las vías unidas asociadas, evitando así la porción de electrodo exterior 34 cuando el pulso viaja en cualquier dirección a través de la sección de electrodo blindada 36A, para garantizar que se produzca poca o ninguna pérdida de señal, y aun así se restablezca la comunicación con el segundo segmento de línea de transmisión alargado entre la sección de electrodo no blindada 36B de la porción de electrodo interior 36 y la porción de electrodo exterior 34 en el extremo terminal o distal 39 (figura 6) de la sección de electrodo blindada 36^a, de modo que el pulso de energía esté expuesto al volumen de líquido, aire, u otros materiales situados entre los electrodos 34 y 36, como se ha descrito anteriormente.

Cuando el transductor 10A está montado en la parte superior del tanque, el pulso de energía electromagnética se lanza al líquido 176 u otro material entre los electrodos interior y exterior después de propagarse a través de la sección de electrodo blindada 36A, de modo que el líquido u otro material se mida desde la parte inferior de la sonda 30 hasta la parte superior de la misma. Esto permitiría una mejor medición de las propiedades del material, tal como constante dieléctrica, sobre la combinación de transmisor/receptor montada en la parte inferior del transductor 10. Igualmente, el transmisor/receptor montado en la parte inferior representado por el transductor 10A sería más adecuado para medir el nivel de líquido u otros materiales dentro del espacio alargado interior 114, dado que el pulso de energía viaja desde la parte inferior de la sonda 30 hasta la parte superior de la misma a través de la sección de electrodo blindada 36A, de modo que el líquido u otro material se mide desde la parte superior de la sonda 30 hasta su parte inferior a través del segundo segmento de línea de transmisión no blindada entre la sección de electrodo interior no blindada 36B y la porción de electrodo exterior 34.

Con ambos extremos de la sonda de medición alargada 30 conectados a los cabezales de montaje 28 y 28A y sus respectivos circuitos de transmisión y recepción, el pulso de RF se lanza al primer segmento de línea de transmisión blindada que tiene la sección de electrodo blindada 36A y los planos de tierra 142 y 144, y emerge por encima o por debajo de la superficie 174 del líquido 176 (u otro material) dependiendo de la dirección del lanzamiento inicial a través del segmento de línea de transmisión blindada. Una vez que el pulso de energía electromagnética despeja los planos de tierra 142 y 144 y comienza a propagarse a lo largo de los planos conductores o electrodos 96, 98, 100 y 102 que están conectados eléctricamente junto con la pista conductora 138, la tierra cambia a la porción de electrodo alargada exterior 34 para formar el segundo segmento de línea de transmisión no blindada, radiando el pulso entre la sección de electrodo no blindada 36B y la superficie interior 116 de la porción de electrodo exterior 34 a través del volumen de medición 114. El pulso luego se propaga, en contacto con el líquido, hacia arriba hacia la parte superior, o hacia abajo hacia la parte inferior, de la sonda 30, dependiendo de la dirección del lanzamiento inicial a través del primer segmento de línea de transmisión blindada. Durante la propagación hacia arriba del pulso asociado con el cabezal de montaje 28A, parte del pulso de RF se refleja en la interfaz líquido/aire, lo que crea el eco de retorno antes mencionado, que viaja de regreso hacia la parte inferior de la sonda 30 donde vuelve a entrar en el primer segmento de línea de transmisión blindada de la sonda, luego viaja hacia arriba, sin obstáculos por cambios en la impedancia, hacia la parte superior de la sonda 30, y por tanto la parte superior 175 del tanque 172, donde el pulso de RF se suministra al receptor. Igualmente, durante la propagación hacia abajo del pulso de RF asociado con el cabezal de montaje 28, parte del pulso de RF se refleja en la interfaz aire/líquido (ya que viaja a través del aire entre los electrodos antes de llegar al líquido), lo que crea un eco de retorno, que viaja de regreso, sin blindaje, hacia la parte superior de la sonda 30, luego viaja hacia abajo a lo largo de la primera línea de transmisión blindada, sin obstáculos por cambios en la impedancia, hacia la parte inferior de la sonda 30, y por tanto hacia la parte inferior 173 del tanque 172. Se entenderá que se puede usar cualquier combinación de transmisores y/o receptores en cada extremo de la sonda 30.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, la primera sección de electrodo blindada 36A no necesita extenderse completamente a lo largo de la longitud de la sonda 30, pero puede extenderse a lo largo de una primera porción de la misma, por ejemplo, para evitar cambios en la impedancia en el cabezal de montaje, transición entre el cabezal de montaje y los electrodos, espaciadores ubicados entre los electrodos, etc., mientras que la segunda sección de electrodo no blindada 36B puede extenderse desde allí hasta el extremo de la sonda. Esto es especialmente ventajoso con transductores montados en la parte superior, dado que el pulso de RF viajará a través de una sección de aire en el espacio alargado interior antes de llegar a la superficie del líquido, donde se generaría el eco de retorno y se propagaría de regreso hacia arriba por la sección de electrodo no blindada y a través de la sección de electrodo blindada. Se entenderá que se puede ubicar más de una sección de electrodo blindada a lo largo de la sonda para proteger el pulso de RF y/o el eco de retorno en ubicaciones predefinidas.

De acuerdo con otra realización adicional de la invención, la sonda de medición 30 puede incluir más de una sección de electrodo blindada, donde cada sección se extiende por la longitud de la sonda. Por ejemplo, una primera sección de electrodo blindada puede asociarse con la electrónica del transmisor/receptor montada en la parte superior, mientras que una segunda sección de electrodo blindada, independiente de la primera sección de electrodo blindada, se puede asociar a la electrónica del transmisor/receptor montada en la parte inferior. De esta manera, el pulso de RF transmitido desde un extremo de la sonda 30 puede propagarse a lo largo de la sección de electrodo no blindada primero antes de viajar a lo largo de la sección de electrodo blindada, mientras que el pulso de RF transmitido desde el otro extremo de la sonda 30 puede propagarse a lo largo de la sección de electrodo blindada primero antes de propagarse a lo largo de la sección de electrodo no blindada.

Aunque la invención se ha descrito con una combinación de circuitos digitales y analógicos junto con la generación del pulso de energía, la generación de pulsos de transmisión y temporización, y la recepción y análisis de los ecos de retorno, se entenderá que la invención no se limita a esto sino que puede practicarse a través de cualquier medio adecuado para generar y propagar una onda o pulso de energía electromagnética, así como recibir y analizar cualquier eco de retorno.

Se entenderá que los medios electrónicos ilustrativos, incluyendo el "microordenador" tal como se usa en el presente documento, no se limitan a un único dispositivo de sistema en chip (SoC) con una o más unidades centrales de procesamiento (CPU), memoria integrada (RAM, ROM, etc.), temporizadores, puertos, convertidores D/A, etc., sino que pueden incluir un procesador o unidad de procesamiento digital y/o analógico independiente que interactúa con componentes analógicos y/o digitales necesarios para ejecutar una o más instrucciones de un programa de software para operar el transductor TDR, incluyendo la generación de una o más señales analógicas y/o digitales asociadas con la transmisión y/o recepción de pulsos electromagnéticos en varios momentos (y por tanto ubicaciones) a lo largo del transductor TDR para determinar el nivel de líquido, altura del material, movimiento lineal, etc.

En consecuencia, la presente invención no se limita a un único tipo de unidad de procesamiento sino que puede incluir cualquier medio electrónico adecuado, incluidos microprocesadores, microcontroladores, microordenadores, procesadores, chips lógicos programables (PLC), dispositivos ASIC y/o sistemas de procesamiento en forma digital y/o analógica siempre que una o más de las diversas tareas asociadas con la medición de la impedancia o el cambio de impedancia en varias ubicaciones a lo largo de la pista de calibración y/o a lo largo de la sonda de medición del transductor TDR y la traducción de las señales de eco de retorno resultantes en valores de medición se puede realizar al menos en parte. Componentes electrónicos como memoria interna y externa para almacenar instrucciones de programas y datos, temporizadores externos e internos, convertidores D/A, etc., pueden proporcionarse como componentes integrales y/o separados y conectarse de una manera bien conocida para el funcionamiento del transductor TDR. Por ende, se entenderá que la invención no se limita a un tipo de procesador o medio electrónico para ejecutar una o más instrucciones y/o funciones de temporizador y/o control, sino que puede incluir cualquier estructura y/o programación equivalente que cambie la estructura del procesador, memoria y/o componentes del procesador para lograr, al menos en parte, una o más de las tareas requeridas.

Con referencia ahora a la figura 10, la PCB 35 está conectada mecánica y eléctricamente a la superficie superior 76 (figura 6) del saliente anular o pared lateral 72 de la carcasa 46 mediante sujetadores 78, tal como sujetadores autorroscantes, que se extienden a través de aberturas conductoras u orificios pasantes 80 de la PCB 35 como se describió anteriormente. Una pista circular 196 puede rodear cada abertura conductora 80 para contacto eléctrico con el cabezal 79 (figura 6) de los sujetadores 78 o una arandela de seguridad (no mostrada) intercalada entre el cabezal 79 y la pista 196. De esta manera, la PCB 35 está conectada tanto eléctrica como mecánicamente al saliente anular 72 de la carcasa 46. La superficie conductora interior 71 de la carcasa 46 está a su vez conectada mecánica y eléctricamente a la porción de electrodo alargada exterior 34, preferentemente mediante ajuste a presión como se describió anteriormente, de modo que la PCB 35 esté conectada eléctricamente a la porción de electrodo exterior 34 a través de la carcasa 46. Preferentemente, la porción de electrodo exterior 34 y la carcasa 46 están conectadas a tierra, estando las aberturas conductoras 80 y las pistas circulares 196 también conectadas a tierra.

La PCB 35 también incluye un orificio pasante conductor o abertura 198 con una pista circular 200 que rodea la abertura 198 para conexión mecánica y eléctrica con la porción de electrodo interior 36. Preferentemente, la pista circular 200 y la abertura 198 están conectadas al circuito transmisor y receptor para crear de ese modo los pulsos de RF que se propagan a lo largo de la sonda de medición alargada 30.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, la porción de electrodo exterior 36 puede tener un espesor de pared o brida lo suficientemente ancha como para recibir el sujetador 78 u otros medios de conexión para conexión eléctrica y mecánica directa a la PCB, evitando así la pared lateral anular 71 de la carcasa 46.

Aunque se prefiere que el cabezal de montaje esté construido de material eléctricamente conductor, tal como acero inoxidable, aluminio, latón, etc., se entenderá que el cabezal de montaje puede construirse de material eléctricamente aislante y dotarse de superficies conductoras mediante técnicas de tratamiento de superficies bien conocidas, sin alejarse del espíritu y el alcance de la invención.

Con la tercera abertura conductora 198 centrada entre la primera y segunda abertura conductora 80, la porción de electrodo alargada interior 36 es coaxial con la porción de electrodo alargada exterior 34. Las aberturas 80 están conectadas a tierra eléctrica de la PCB 35, mientras que la abertura 198 y la pista circundante 200 están conectadas al generador de pulsos, transmisor y receptor del circuito electrónico para transmitir pulsos de energía electromagnética a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada de la sonda 30, y recibir datos que reflejan uno o más ecos de retorno a través del segmento de línea de transmisión blindada.

Haciendo referencia a la figura 10, la pista de calibración 43 se forma en una de las superficies exteriores y/o superficie(s) intermedia(s) o capa(s) 202 de la PCB 35, entendiéndose que la capa intermedia 202 puede representar una o más capas internas y/o superficies asociadas con una o más capas intermedias entre las capas superior e inferior en una PCB multicapa. Cuando se forma en una o más superficies o capas internas 202, la pista de calibración se puede aislar de otras pistas electrónicas, de modo que se proporciona una superficie o capa dedicada para la pista de calibración 43. De acuerdo con una realización ilustrativa de la invención, la pista de calibración 43 se extiende a través de un área sustancial de la PCB entre un primer extremo 204 y un segundo extremo 206 de la pista de calibración, de modo que la pista de calibración tenga aproximadamente la misma longitud que la sonda de medición alargada 30. Siendo la pista de calibración 43 aproximadamente igual en longitud a la sonda 30, la medición de distancia real se puede determinar sin los errores acumulativos asociados con una pista de calibración mucho más corta. A modo de ejemplo, si la sonda de medición alargada tiene aproximadamente veinticuatro pulgadas (67 cm) de largo, se prefiere que la pista de calibración también tenga aproximadamente veinticuatro pulgadas (67 cm) de largo. Sin embargo, si la sonda de medición tiene una longitud de doce pulgadas (30,5 cm), la pista de calibración de 24 pulgadas (67 cm) de largo aumentará aún más la precisión de la medición. De esta manera, se puede lograr una alta precisión con la medición del nivel de líquido, nivel de material granular, así como otras propiedades, tal como la constante dieléctrica del material que se mide, etc.

Estando limitado el tamaño de la PCB 35 para caber dentro de una carcasa 42 o cámara de un tamaño particular, la longitud de la pista de calibración 43 puede variar mucho y no necesita ser aproximadamente igual a la longitud de la sonda de medición. A modo de ejemplo, la pista de calibración puede oscilar entre aproximadamente 0,1 pulgadas (0,254 cm) y más de 100 pulgadas (254 cm) o incluso longitudes mucho mayores dependiendo de las limitaciones dimensionales de la PCB, en cuántas capas intermedias u otras capas se divide la pista de calibración y se conectan mediante orificios pasantes conductores para maximizar la longitud de la pista de calibración, así como la anchura de la pista de calibración y el espacio entre filas de la pista de calibración. Igualmente, la longitud de la sonda de medición puede variar desde 0,25 pulgadas (0,635 cm) hasta más de 100 yardas (91,44 metros) o incluso extenderse a longitudes mucho mayores. En consecuencia, aunque en una realización ilustrativa se prefiere que la longitud de la pista de calibración y la longitud de la sonda de medición sean aproximadamente iguales, se entiende que la invención no se limita a ello, sino que la longitud total de toda la guía de ondas o línea de transmisión, que incluye tanto la pista de calibración como los electrodos alargados, puede variar mucho dependiendo de las limitaciones de medición de una instalación o aplicación particular del transductor TDR y las limitaciones de tamaño de la PCB 35 según lo dictado por la configuración del cabezal de montaje u otras limitaciones estructurales o de carcasa para recibir la PCB.

Para facilitar la descripción de la invención, la pista de calibración 43 se describirá como asociada con la capa o superficie intermedia 202, entendiéndose que la configuración de la pista de calibración puede variar mucho. El primer extremo 204 de la pista de calibración 43 está conectado al circuito de generación de pulsos electromagnéticos del conjunto electrónico 32 de modo que el pulso electromagnético se transfiere a la pista de calibración 43 y viaja a lo largo de su longitud hacia el segundo extremo 206. El segundo extremo 206 de la pista de calibración 43 está conectado a la tercera abertura conductora u orificio pasante 198 de manera que el pulso electromagnético viaje a lo largo de la sonda de medición 30 a través de la sección de electrodo blindada y en sentido inverso al llegar a la sección de electrodo no blindada.

La longitud física de la pista de calibración es conocida y se puede usar junto con la longitud electrónica medida de la pista de calibración para calibrar el ciclo de reloj del microordenador 178 (figura 9) u otros medios de procesamiento, y por tanto la longitud electrónica de la pista de calibración de modo que se pueda determinar la distancia precisa a una anomalía (tal como el cambio en las constantes dieléctricas entre medios) dentro de la sección no blindada de la sonda de medición 30. Se pueden insertar o crear una o más anomalías predefinidas en una o más ubicaciones a lo largo de la pista de calibración para crear de ese modo uno o más ecos de retorno de la pista de calibración para calibrar el transductor con un alto grado de precisión.

De acuerdo con una realización de la invención, las anomalías o discontinuidades insertadas pueden ser de naturaleza mecánica, tal como un cambio en la anchura o espesor de la pista de calibración, una transición entre la pista de calibración y uno o más de los electrodos alargados (y por tanto un cambio discernible en las propiedades dieléctricas), y la inclusión de uno o más espaciadores en el volumen entre los electrodos interior y exterior en ubicaciones predeterminadas, lo que cambiará la constante dieléctrica, ya sea sumergida en aire o líquido.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, las anomalías o discontinuidades insertadas pueden comprender uno o más componentes electrónicos, tales como transistores, diodos polarizados, conmutadores y similares, asociados con la pista de calibración y/o electrodos que pueden activarse y desactivarse selectivamente de forma manual o automática a través del control del procesador, en ubicaciones intermedias y/o finales a lo largo de la pista de calibración 43 y/o electrodos para crear de ese modo uno o más ecos de retorno identificables que pueden usarse para calibrar un reloj o similar asociado con el microordenador.

Sin importar qué realización se use para identificar uno o más puntos a lo largo de la línea de transmisión, incluyendo la pista de calibración y/o los electrodos, incluyendo una combinación de anomalías de calibración inducidas mecánica y eléctricamente, la una o más anomalías de calibración se pueden usar para calibrar el reloj o similar asociado con el microordenador, así como circuitos de temporización asociados con la generación de señales de transmisión y recepción, para determinar electrónicamente un punto de partida, punto intermedio y/o punto final de la pista de calibración, así como la(s) distancia(s) entre ellos. El punto de partida, intermedio y/o final de los electrodos pueden calibrarse también o alternativamente para correlacionar la longitud real de la pista de calibración o la longitud real del electrodo interior o exterior, con la longitud eléctrica medida. De esta manera, la longitud física entre las anomalías de calibración inducidas conocidas, que puede incluir una longitud predefinida de la guía de ondas o línea de transmisión, tal como una porción de la pista de calibración o toda su longitud, la combinación de la pista de calibración y los electrodos o porciones de los mismos, y así sucesivamente, se correlaciona con la longitud medida electrónicamente entre las anomalías inducidas (la "longitud electrónica") determinada por la distancia entre los ecos de calibración de retorno, para, en última instancia, lograr una alta precisión y repetibilidad en la medición del medio entre los electrodos alargados.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, la longitud física de la pista de calibración es aproximadamente igual a la longitud física de los electrodos alargados. De esta manera, se puede lograr una mayor precisión de medición del medio considerado con respecto a los transductores de la técnica anterior. Sin embargo, se entenderá que la longitud de la pista de calibración no está limitada a la longitud de la sonda o electrodos de medición, sino que puede tener cualquier longitud razonable para obtener una precisión de medición aceptable de acuerdo con los estándares dictados por diferentes industrias. Por ejemplo, la medición del nivel de líquido dentro de un tanque de combustible puede mantenerse con un nivel de precisión más bajo que la medición del movimiento lineal entre componentes críticos en operaciones de mecanizado. En consecuencia, la longitud de la pista de calibración y/o la distancia entre anomalías inducidas asociadas con la pista de calibración se pueden seleccionar para cumplir, exceder, o incluso exceder en gran medida, los estándares de la industria sin un aumento en los costes de fabricación.

Con referencia ahora a la figura 11, se ilustra un diagrama de bloques 210 más detallado del conjunto electrónico 32 con medios electrónicos ilustrativos para operar el transductor TDR 10 (figura 1) o 10A (figura 1A) de acuerdo con la invención. El conjunto electrónico 32 incluye una pluralidad de módulos electrónicos diferentes que interactúan con el microordenador 178 (U1) para operar el transductor TDR. Uno de los módulos incluye una fuente de alimentación 212 que, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención, recibe un intervalo aproximado de entradas de fuente de alimentación entre aproximadamente 7 VCC y aproximadamente 32 VCC, que normalmente se proporciona por una amplia variedad de vehículos, máquinas, sistemas u otros mecanismos asociados con el transductor TDR, y convierte la tensión de suministro de entrada en una tensión de salida operativa de 5 VCC para alimentar los diversos componentes electrónicos 41, incluyendo los módulos electrónicos, del conjunto electrónico 32. Se entenderá que el módulo de fuente de alimentación 212 no está limitado a los intervalos de suministro particulares o a la tensión de funcionamiento como se describe, sino que puede variar mucho dependiendo de la energía disponible del vehículo, máquina, sistema u otro dispositivo, así como la tensión de funcionamiento requerida de los diversos componentes electrónicos asociados con el conjunto electrónico 32 de la invención.

Dado que el transductor TDR puede usarse por vehículos o máquinas con ruido eléctrico indeseable, tal como picos y variaciones de tensión, tensiones transitorias, EMI, EMF trasero, etc., lo que podría dejar inoperativos uno o más módulos del conjunto electrónico 32, se puede proporcionar un módulo regulador de energía y de filtrado 214 junto con la fuente de alimentación 212 para asegurar una tensión de suministro estable a los componentes electrónicos y proteger los componentes electrónicos del ruido eléctrico no deseado. Dado que la electrónica del módulo regulador de energía y de filtrado 214 es conocida y puede variar mucho dependiendo del vehículo particular, máquina o sistema asociado con el transductor TDR y la presencia o ausencia de ruido eléctrico indeseable, el módulo regulador de energía y de filtrado no se describirá más detalladamente. Sin embargo, donde el ruido eléctrico se filtra en otro lugar y/o se dispone de una fuente de alimentación estable, el módulo 214 o porciones del mismo pueden eliminarse.

Un módulo generador de retardo de muestreo de tiempo equivalente (ETS) 216 está conectado al microordenador 178 (U1) a través de un módulo de interfaz general 218. El módulo de interfaz 218 puede incluir un protocolo de comunicación conocido, tal como un bus de red de área de controlador (CAN), Red de interconexión local (LIN), Protocolo de instrumentación de fábrica (FIN), Red de área de vehículos (VAN), redes cableadas o inalámbricas, y/u otras interfaces diversas según sea necesario para proporcionar comunicación directa y/o indirecta entre módulos, entre el microordenador 178 y los módulos, y como se muestra, proporcionar energía a uno o más de los módulos. El módulo de interfaz 218 puede incluir también o alternativamente componentes pasivos y/o activos para amplificar, filtrar, almacenar, convertir señales entre estados analógicos y digitales y viceversa, o modificar de otro modo señales asociadas con los módulos y el microordenador.

El módulo 216 genera un retardo gradual necesario para el muestreo de tiempo equivalente (ETS) de un pulso electromagnético transmitido muchas veces durante un único ciclo de medición. El módulo 216 incluye disposiciones para una sincronización altamente precisa asociada con la activación del disparo de muchos pulsos durante un ciclo de medición que se propagan a lo largo de las secciones de electrodos blindadas y no blindadas para crear un perfil de eco (no mostrado) y para accionar el receptor para muestreo (y retención) de datos asociados con el perfil de eco creado por cada pulso transmitido.

Una característica ilustrativa de la invención es la capacidad de recibir inicialmente datos antes de activar la transmisión de pulsos electromagnéticos de modo que el perfil del eco pueda medirse antes de que el primer pulso se transmita y se propague a lo largo de las líneas de transmisión, asegurando así que se pueda recibir y analizar el comienzo de un perfil de eco. A medida que se disparan más y más pulsos en rápida sucesión, el tiempo cambia gradualmente de recibir datos antes de la transmisión del pulso a recibir datos después de la transmisión del pulso. De esta manera, también se pueden recibir y analizar los datos asociados con el final del perfil de eco después de la última transmisión del pulso. En consecuencia, todo el perfil de eco desde antes de la transmisión del primer pulso hasta después de la última transmisión del pulso, representativo de la impedancia del transductor TDR a lo largo de toda la longitud de la sonda de medición alargada 30, se puede recibir durante un único ciclo de medición para determinar el nivel de líquido y otras condiciones mensurables. Preferentemente, también se realizan varios ciclos de medición de transmisiones plurales y se promedian o se combinan estadísticamente de otro modo para aumentar la confiabilidad de los datos de medición.

El módulo ETS 216 genera tanto una señal de temporización de transmisión para generar el pulso electromagnético en la pista de calibración 43 (figura 10) cuando se proporciona, y/o las secciones de electrodos blindadas y no blindadas, como una señal de temporización de recepción para activar la recepción de un único punto de datos a lo largo del perfil de eco durante una sola transmisión. Cada pulso transmitido posterior aumenta en un intervalo de tiempo predeterminado o segmento AT más largo que el pulso anterior, para generar y capturar de ese modo un punto de datos representativo de la impedancia y el cambio de impedancia en una posición particular donde el punto de datos se captura a lo largo de las guías de ondas y/o segmentos de línea de transmisión, incluyendo la pista de calibración 43 y/o las secciones de electrodos blindadas y no blindadas.

En referencia particular a las figuras 12A y 12B, con el fin de ilustrar más la invención, la primera sección de electrodo alargado 36A (figura 6) que comprende la pista o pista de señal conductora 138 (figura 7) y los planos de tierra circundantes 142, 144 y las costuras de tierra 140, 141 forman un primer par de electrodos alargados 215 (figura 12A) del primer segmento de línea de transmisión blindada de la sonda de medición alargada 30. Igualmente, la segunda sección de electrodo no blindada 36B (figura 6) con las áreas de electrodo interior 96, 98, 100 y 102 (figura 7) junto con la superficie interior conductora 116 del electrodo exterior 94 (figura 4) forman un segundo par de electrodos alargados 217 (figura 12B) del segundo segmento de línea de transmisión no blindada de la sonda de medición alargada 30. Los segmentos de línea de transmisión alargados primero y segundo se pueden cortar secuencialmente en cortes o segmentos imaginarios dependiendo de intervalos de tiempo de duración AT a lo largo de la dirección de propagación del pulso electromagnético, incluyendo el efecto "bumerán" descrito anteriormente de acuerdo con la invención, que representan segmentos de distancia basados en la velocidad del pulso electromagnético que se propaga a lo largo de los pares de electrodos antes mencionados de los segmentos de línea de transmisión blindada y no blindada. La velocidad de propagación depende a su vez de la constante dieléctrica de las capas de sustrato aislante 104, 106, 108 y 110 (figura 7) en el segmento de línea de transmisión blindada, y de la constante dieléctrica del aire, fluido o material sólido ubicado en el espacio o volumen de medición anular interior 114 (figura 4) del segmento de línea de transmisión no blindada.

El tiempo de transmisión de cada transmisión posterior de la señal electromagnética aumenta preferentemente en múltiplos de AT, por ejemplo, para crear los cortes o segmentos imaginarios a través de la sonda de medición alargada 30 representativa de la distancia recorrida a lo largo del primer y segundo par de electrodos alargados para transmisiones múltiples durante un ciclo de medición donde se pueden recopilar puntos de datos asociados con la impedancia localizada en cada segmento o corte imaginario. El valor de impedancia asociado con el final de cada tiempo o distancia de transmisión a lo largo de la sonda de medición alargada depende de la constante dieléctrica localizada del material del sustrato en el primer segmento de línea de transmisión blindada y de la constante dieléctrica del aire, fluido o material sólido ubicado en el espacio alargado interior 114 entre el segundo par de electrodos alargados del segundo segmento de línea de transmisión no blindada de la sonda 30, en las ubicaciones o segmentos cortados imaginarios. Los valores de impedancia se generan durante la transmisión de pulsos y se recopilan durante la recepción de un eco de retorno, donde parte de la energía del pulso electromagnético se refleja de regreso al conjunto electrónico, para determinar el nivel de líquido y/u otras propiedades mensurables del medio dentro del espacio alargado interior 114.

Como se muestra en la figura 12A, el primer par de electrodos alargados o segmento de línea de transmisión blindada 215 de la sección de electrodo blindada 36A tiene una configuración generalmente coaxial, aunque se pueden usar otras configuraciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Cuando el pulso está ubicado en la sección de electrodo blindada 36A en cualquier momento dado, la energía del pulso electromagnético se irradia entre el primer par de electrodos alargados 215, es decir, como se representa mediante flechas 220 que se extienden desde la pista conductora estrecha interior 138 hasta los planos de tierra circundantes 142 y 144, y las vías de tierra cosidas 140 y 141 a través de al menos el material de las capas de sustrato 104, 106 y 108.

Como se muestra en la figura 12B, el segundo par de electrodos alargados o segmento de línea de transmisión no blindada 217 asociado con la sección de electrodo no blindada 36B también tiene una configuración generalmente coaxial, aunque se pueden usar otras configuraciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Cuando el pulso está ubicado en la sección de electrodo no blindada 36B, la energía del pulso electromagnético se irradia entre el segundo par de electrodos alargados 217, es decir, como se representa esquemáticamente mediante flechas 222 que se extienden entre los planos de señal conductora interior conectados 96, 98, 100 y 102 hasta la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo exterior 34, mediante materiales aéreos, líquidos u otros ubicados en el espacio alargado interior 114.

El valor de la impedancia en cualquier lugar o período de tiempo a lo largo de la longitud dual de la sonda de medición, es decir, la primera longitud asociada con el primer segmento de línea de transmisión blindada 215 y la segunda longitud asociada con el segundo segmento de línea de transmisión no blindada 217, se puede aproximar mediante la siguiente fórmula:

... C _ 2nk<E0

⁽¹⁾‘ "MD

Donde: C es capacitancia; L es la unidad de longitud; k es la constante dieléctrica; eo es la permeabilidad dieléctrica del espacio libre (aire en el espacio entre los conductores = 1); a es el radio interior del electrodo exterior; y b es el radio exterior del electrodo interior. Aunque el primer par de electrodos alargados 215 no tiene un radio definido ni para el electrodo interior ni para el exterior, el radio del electrodo interior o primera pista conductora 138 se puede aproximar promediando la distancia entre las superficies de señal y tierra de cada segmento de línea de transmisión. Se entenderá que el valor de impedancia puede determinarse mediante otras fórmulas dependiendo de la configuración particular de las líneas de transmisión blindadas y no blindadas asociadas con las porciones de electrodo interior y exterior.

Cuando la sonda de medición alargada 30 está dispuesta generalmente verticalmente en un tanque, y cuando el líquido está situado en el espacio alargado interior anular 114 entre el electrodo interior 96 y el electrodo exterior 94, parte de la sonda de medición alargada se llenará de líquido y provocará un cambio en la impedancia comenzando en la interfaz aire/líquido. El cambio de impedancia crea el eco de retorno, donde parte de la energía del pulso electromagnético se refleja de regreso al conjunto electrónico donde se puede analizar y determinar si realmente se ha localizado el nivel de líquido, mediante técnicas de análisis conocidas examinando las propiedades del eco de retorno, tales como amplitud, área, y si se espera un eco de retorno a la distancia determinada a lo largo de la guía de ondas y los segmentos de línea de transmisión que comprenden la pista de calibración y los pares de electrodos, respectivamente.

En consecuencia, cada transmisión posterior durante un ciclo de medición captura un punto de datos en una ubicación diferente. Por ejemplo, si la longitud de la pista de calibración es de 500 mm y la longitud total de la sonda de medición alargada es de 500 mm, incluyendo 250 mm a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada y 250 mm a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada, para una longitud de medición combinada de 1000 mm, y durante un ciclo de medición se activan 1000 transmisiones de pulsos o ráfagas de energía electromagnética, la distancia entre puntos de datos será de aproximadamente 1000 mm por 1000 transmisiones, o una distancia de un mm entre puntos de datos. Por supuesto, la cantidad de transmisiones, así como las longitudes de la pista de calibración y los segmentos de línea de transmisión pueden variar mucho. Si, por ejemplo, se producen 2000 transmisiones en una longitud total de 1000 mm, la resolución de medición, o distancia entre puntos de datos, será de 0,5 mm. Si, por ejemplo, se producen 100 000 transmisiones en la misma longitud, se recopilarán 100 000 puntos de datos con una resolución de 0,01 mm de distancia entre ellos.

Además, cuando las ráfagas de energía electromagnética se producen a una frecuencia de 2,4 GHz, por ejemplo, que está dentro de las capacidades de microordenadores de muy bajo coste que tienen un reloj interno, el microordenador 178 (figura 11) se usa junto con los componentes analógicos del módulo ETS 216, para crear primeros intervalos de tiempo entre la activación del receptor (RX) de RF 224 para recibir puntos de datos adyacentes en el intervalo de nanosegundos, y segundos intervalos de tiempo en el intervalo de picosegundos más allá del intervalo de nanosegundos de cada intervalo de tiempo de RX posterior para activar el transmisor (TX) 182, para transmitir de este modo los pulsos de energía electromagnética en incrementos predeterminados en los intervalos de tiempo. Accionar el transmisor 182 picosegundos después de la acción del receptor 186 permite la recopilación de datos incluso antes de que se produzca el primer pulso de energía electromagnética, como se ha descrito antes, para así recopilar datos antes, durante y después de la transmisión del pulso electromagnético.

En consecuencia, la resolución del transductor TDR 10, 10A puede variar mucho dependiendo del número de transmisiones que se activarán a lo largo de la longitud electrónica del transductor TDR, incluyendo los segmentos de línea de transmisión blindada y no blindada, lo que efectivamente duplica la longitud de la sonda de medición real 30 (figura 1). Se entenderá que se pueden usar otras unidades de medida sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Puede proporcionarse un primer módulo de calibración 226 para generar una primera marca de calibración en forma de un primer eco de retorno de calibración en una primera ubicación a lo largo de la pista de calibración 43 (figura 10). Igualmente, se puede proporcionar un segundo módulo de calibración 228 para generar una segunda marca de calibración en forma de un segundo eco de retorno de calibración en una segunda ubicación a lo largo de la pista de calibración 43. Preferentemente, la primera marca de calibración está en una ubicación intermedia a lo largo de la pista de calibración 43, mientras que la segunda marca de calibración está al final de la pista de calibración 43 para marcar el final de la pista de calibración y la transición entre la pista de calibración y la sonda de medición alargada 30.

El primer y segundo módulos de calibración 226 y 228, respectivamente, proporcionan discontinuidades primera y segunda seleccionables de proporciones predefinidas para generar de ese modo selectivamente ecos de retorno de calibración primero y segundo respectivos, por ejemplo, durante un ciclo de calibración, que pueden ocurrir durante cada transmisión, durante cada ciclo de medición que comprende una pluralidad de transmisiones, o cada vez que se ha determinado que ha ocurrido un cambio suficiente en la temperatura ambiente para afectar a la constante dieléctrica del material a medir o la sincronización del reloj del microordenador, y así sucesivamente.

Los ecos de calibración primero y segundo se pueden analizar para determinar la distancia electrónica entre ellos, es decir, la distancia medida electrónicamente entre el primer y el segundo eco de calibración, la pendiente entre los ecos, el tamaño y la forma de los ecos de calibración, el área bajo los ecos de calibración, etc., para corregir pulsos de sincronización de reloj menos precisos o inconsistentes asociados con microordenadores de muy bajo coste. Dado que se conoce la distancia física entre las discontinuidades y se puede medir la distancia electrónica, cualquier discrepancia entre los dos valores se puede resolver para obtener ciclos de sincronización de reloj de alta precisión que excederían la precisión de los pulsos de reloj de microordenadores u osciladores de cristal mucho más caros. De esta manera, el coste del transductor TDR se puede reducir significativamente especificando en la mayoría de los casos componentes de muy bajo coste para el conjunto electrónico 32.

Se entenderá que uno o más del primer y segundo módulo de calibración pueden eliminarse, especialmente cuando la distancia entre el inicio de la pista de calibración 365 y la primera o segunda discontinuidad seleccionable se conoce físicamente y se puede medir electrónicamente para correlacionar de ese modo cualquier discrepancia.

De acuerdo con una realización preferida de la invención, dado que el segundo módulo de calibración 228 está situado en el extremo 206 (figura 10) de la pista de calibración 43, es ventajoso mantener el segundo módulo de calibración 228 y eliminar el primer módulo de calibración 226 ya que se esperaría que la distancia más larga entre el inicio 204 de la pista de calibración y el final de la misma produjera una mayor precisión que la distancia más corta entre el primer y segundo módulo de calibración. Se entenderá además que se pueden proporcionar más de dos módulos de calibración cuando se desea obtener un mayor número de puntos de calibración a lo largo de la pista de calibración 43.

Un módulo generador de señal de pulso de transmisión de RF 182 (figuras 9 y 11) está conectado eléctricamente al módulo generador de señales de retardo ETS 216 para imponer un pulso de energía electromagnética que comprende preferentemente un pulso de energía de radiofrecuencia (RF), tal como un pulso de energía de radar, en la guía de ondas asociada con la pista de calibración 43, y en el primer y segundo segmentos de línea de transmisión alargados de la sonda de medición 30 de acuerdo con los intervalos de temporización establecidos por el módulo generador de retardo ETS 216 y el microordenador 178, como se ha tratado anteriormente.

Un módulo generador de señal de recepción de RF 186 está conectado eléctricamente al módulo generador de retardo ETS 216 para generar el pulso o señal de recepción de RF para recopilar datos relacionados con el pulso de energía de RF impuesto sobre la pista de calibración 43 y los segmentos de línea de transmisión de la sonda de medición, incluidos los ecos de retorno debidos a anomalías o discontinuidades, cambios en la constante dieléctrica y cortocircuitos eléctricos entre los electrodos como se discutió anteriormente, para indicar el final de la pista de calibración y/o de la sonda de medición, por ejemplo, de acuerdo con los intervalos de temporización establecidos por el módulo generador de retardo ETS 216 y el microordenador 178.

Un módulo receptor de RF 230 incluye circuitos de muestreo y retención, tal como un generador de polarización de RF conectado operativamente a un interruptor de recepción (no mostrado) asociado con el generador de pulso de recepción de RF 186 para polarizar el generador de polarización de RF. El generador de polarización de RF funciona como un servo de CC para mantener una polarización constante en el interruptor de recepción, dando como resultado una sensibilidad constante del interruptor de recepción a los pulsos de muestra y los datos recibidos generados por el pulso de energía de RF impuesto. El interruptor de recepción controla cuándo se reciben datos de acuerdo con los intervalos de tiempo establecidos por el módulo generador de retardo ETS 216 y el microordenador 178.

El módulo receptor de RF 230 está asociado operativamente con el módulo de pulso de recepción de RF 186 para generar un segundo pulso de muestra a partir del pulso de muestra primario asociado con el módulo de pulso de recepción de RF 186. El segundo pulso de muestra permite que el sistema use un segundo módulo amplificador de seguimiento y retención (no mostrado) que amplifica en gran medida la señal recibida al accionar un generador de pulsos de muestra (no mostrado). El postgenerador de muestra está asociado operativamente con el módulo de pulso de recepción 186 y el módulo de conmutación de recepción para aumentar en gran medida la señal de datos de medición recibida desde el módulo de conmutación de recepción.

Detalles del módulo receptor de RF 230, incluyendo el generador de polarización de RF, segundo módulo amplificador de seguimiento y retención y el módulo generador de pulsos de muestra, no se describirán ya que pueden construirse a partir de componentes analógicos conocidos dispuestos en un circuito o similar para ejecutar sus funciones respectivas. Dichos módulos o componentes funcionan preferentemente junto con los circuitos analógicos y/o digitales asociados con otros módulos del conjunto electrónico 32, incluyendo el microordenador 178 que interactúa con componentes electrónicos de los otros módulos o partes de los mismos para iniciar y ejecutar las funciones del módulo receptor de RF 230 y su generador de polarización de RF asociado, módulo amplificador de seguimiento y retención, y módulo generador de pulsos de muestra 186.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, el módulo receptor 230, incluyendo los módulos antes descritos conectados operativamente al mismo, puede comprender dispositivos o componentes digitales y estar dispuesto de manera conocida para cumplir sus respectivas funciones. Dichos dispositivos o componentes también pueden funcionar junto con el microordenador 178 y/o con otros circuitos para realizar sus diversas funciones.

De acuerdo con otra realización adicional de la invención, al menos una parte del módulo receptor 230, incluidos los módulos asociados descritos anteriormente, puede realizarse al menos parcialmente como instrucciones de funcionamiento asociadas con el microprocesador. Dichas instrucciones permiten la activación y desactivación de puertos predefinidos asociados con el microprocesador 178 para interconectarse con los circuitos analógicos asociados con otros módulos del conjunto electrónico 32 y ejecutar por tanto las funciones equivalentes del módulo receptor de RF 230 y su generador de polarización de RF asociado, módulo amplificador de seguimiento y retención y módulo generador de pulsos de muestra.

El microordenador 178 también se puede programar con puertos dedicados para generar uno o más de los pulsos de muestra, activar el segundo módulo amplificador de seguimiento y retención, y/o incluir módulos de software programados dentro de la memoria (no mostrada) del microprocesador 178 para lograr propósitos o funciones similares.

Un módulo amplificador intermedio 232 también está asociado operativamente con el amplificador del módulo de muestreo y retención e incluye un amplificador intermedio de entrada de alta impedancia para amplificar la señal recibida.

Un módulo de filtro paso bajo analógico 234 está conectado operativamente al convertidor A/D 188 (figura 9) del microordenador 178, donde las señales recibidas se digitalizan y procesan posteriormente.

Un módulo sensor de temperatura 236 está asociado operativamente con el microordenador 178 para proporcionar compensación de temperatura debido a las fluctuaciones de la temperatura ambiente al sistema, lo que no solo afecta a las dimensiones mecánicas de la pista de compensación y a los electrodos alargados de la sonda de medición, sino también a las constantes dieléctricas de los materiales de construcción de la sonda TDR, así como al medio o material(es) a medir.

Un módulo convertidor D/A 238 también está asociado operativamente con el microordenador 178 para convertir una señal de control digital emitida desde el microcontrolador en una señal de control analógica que puede usarse para operar uno o más de los módulos analógicos. El módulo convertidor D/A 238 también se puede usar para generar una señal analógica a partir de información digital almacenada en la memoria indicativa de la condición del medio o material, para permitir de este modo el uso del transductor TDR con medios indicadores analógicos, incluyendo dispositivos visuales y de audio tal como una o más luces indicadoras, indicadores, zumbadores, etc., como se representa por la pantalla 242 en la figura 11. Se entenderá que el módulo convertidor D/A 238 puede eliminarse cuando solo se usan señales digitales y/o medios indicadores digitales, tales como pantallas digitales 242 o similares.

Un módulo de referencia de tensión 240 está asociado operativamente con el módulo convertidor D/A 238 para crear señales analógicas de precisión a partir de la salida de señal digital del microprocesador que se pueden usar para operar uno o más de los módulos analógicos y/o generar una señal analógica indicativa de la condición del material, tal como nivel de líquido cuando el transductor de RF está realizado como un transductor de medición de nivel de líquido. Otras condiciones materiales también pueden comunicarse de forma analógica, como se discutió anteriormente, para permitir a un usuario, sistema, etc., recibir, ver y/o interpretar la información relacionada con la condición del material dentro del volumen de medición de la sonda de medición alargada 30 y realizar etapas adicionales si es necesario.

Si las señales de salida reflejan la condición del material, tal como nivel de líquido o movimiento lineal, en analógico o digital, una pantalla cableada 242 y/o un sistema o dispositivo remoto, tal como un ordenador personal, portátil, teléfono inteligente, tableta o similar (no se muestra), vinculado de forma inalámbrica con un transceptor de RF 244, se puede usar para transmitir de forma inalámbrica la información indicativa del nivel de líquido, constante dieléctrica, u otra condición del material dentro del volumen de medición 114 entre los electrodos alargados a un sistema o dispositivo remoto.

En funcionamiento, un pulso de energía electromagnética se genera por el conjunto electrónico 32, como se describió anteriormente, y se propaga a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada (figura 12A) de la porción de electrodo interior 36 entre el primer par de electrodos alargados definido por la primera pista conductora estrecha 138 en el sustrato 106 y los planos de tierra circundantes 142 y 144 sobre los sustratos 104 y 110, respectivamente, y las vías de tierra 140 y 141 unidas entre sí y ubicadas a cada lado de la pista 138 con el material del sustrato funcionando como material dieléctrico entre los conductores de modo que se produzca poca o ninguna pérdida de señal. Una vez que el pulso de energía electromagnética despeja los planos de tierra 142 y 144 y comienza a propagarse a lo largo de los planos conductores, áreas o electrodos 96, 98, 100 y 102 conectados eléctricamente entre sí, la tierra cambia al segundo segmento de línea de transmisión no blindada 217 (figura 12B), incluyendo el segundo par de electrodos alargados con la porción de electrodo alargado exterior 34 (figura 6) y las áreas conductoras 96, 98, 100 y 102, de modo que el pulso de energía electromagnética se irradie entre la sección de electrodo no blindada 36B y la superficie conductora interior 116 de la porción de electrodo alargada exterior 34, con el material dieléctrico situado en el espacio alargado interior o volumen 114 entre ellos, incluyendo aire, vapor, líquido y otros materiales a medir.

De esta manera, los líquidos u otros materiales con una constante dieléctrica relativamente alta no tienen ningún efecto en las configuraciones del transductor TDR montado en la parte inferior, tal como el transductor TDR 10.

Igualmente, para transductores TDR 10A montados en la parte superior o similares, el eco de retorno no se ve afectado por los materiales con alto contenido dieléctrico. Como se ha descrito antes, cuando el pulso de energía alcanza la interfaz entre el aire o vapor y el nivel de líquido u otro nivel de material, al menos una parte del pulso se refleja de regreso hacia el primer conjunto electrónico para su análisis en forma de eco de retorno. El camino electrónico de regreso está en la dirección opuesta, es decir, el eco de retorno viaja de regreso a lo largo del segundo par de electrodos alargados que incluye la sección de electrodo no blindada 36b (figura 6) y la porción de electrodo alargada exterior 34 hasta que se alcanzan la primera pista conductora estrecha y los planos de tierra 142 y 144. El eco de retorno continuará entonces regresando al conjunto electrónico 32 a través de la primera sección de electrodo blindada del primer par de electrodos alargados, sin pérdida adicional de señal debido a la alta constante dieléctrica del líquido o material que se está midiendo.

Haciendo referencia ahora a la figura 7A, y de acuerdo con una realización adicional de la invención, una porción de electrodo interior 36A incluye un cuerpo de electrodo interior en forma de una segunda PCB 94A. La segunda PCB 94A incluye tiras conductoras 96A, 98A, 100A y 102A formadas sobre diferentes capas de sustrato 104A, 106A, 108A y 110A, respectivamente, de la segunda PCB 94A, y puede incluir una o más protuberancias de calibración, tales como protuberancias laterales u orejas de perro 160 y/o 162 de diferentes formas, tal como la forma semicircular de la protuberancia 160 y la forma generalmente triangular de la protuberancia 162. Es más, además de las protuberancias laterales, o como alternativa a las mismas, se pueden formar uno o más huecos 164 que se extienden lateralmente a lo largo de la longitud de las tiras conductoras 96A, 98A, 100A y 102A en una o más posiciones discretas para crear anomalías que dan como resultado ecos de retorno predecibles ya que se conoce la ubicación física de cada protuberancia y/o hueco y se puede medir la ubicación electrónica de cada protuberancia y/o hueco. De esta manera, si el tiempo diferencial entre los ecos de retorno asociados con dos protuberancias conductoras cualesquiera, los huecos, o entre el comienzo o el final de la pista de calibración conductora 43 (figura 10) y una o más de las anomalías de la tira conductora 160, 162 y/o 164 es diferente de lo esperado, la constante dieléctrica del material que se está midiendo se puede actualizar, para que pueda corregirse el tiempo real de viaje del pulso de energía entre anomalías conocidas, para corregir de ese modo la función de sincronización como se describió anteriormente y, por tanto, el tiempo hasta la interfaz aire/líquido o similar y, por consiguiente, determinar con mayor precisión el nivel de líquido en el tanque o similar.

Se entenderá que una o más protuberancias de calibración 160 y/o 162 y/o una o más áreas estrechas creadas por uno o más huecos 164 pueden ubicarse en una única posición a lo largo de un borde longitudinal 166 o 168 de las tiras conductoras 96A, 98A, 100A y 102A, en dos o más posiciones discretas a lo largo de uno de los bordes longitudinales, o en dos o más posiciones predeterminadas a lo largo de ambos bordes longitudinales. Las protuberancias y/o huecos asociados con un borde longitudinal 166 o 168 se pueden alinear con las protuberancias y/o huecos asociados con el otro borde longitudinal '68 o 166, respectivamente. Incluso un solo hueco o protuberancia puede formar un eco de retorno discernible de una primera amplitud, mientras que un par de huecos alineados o protuberancias del mismo tamaño pueden formar un eco de retorno con una segunda amplitud mayor que la primera amplitud.

En consecuencia, se pueden formar puntos de eco de calibración a lo largo de la sección de electrodo no blindada 36B de la sonda de medición 30 proporcionando porciones o segmentos de pistas conductoras más anchas o más estrechas en ubicaciones discretas predeterminadas, usándose dichos puntos de eco de calibración con sus ubicaciones conocidas y tiempos de viaje relativos entre el comienzo del pulso de energía y la recepción del(os) eco(s) de retorno de calibración asociados con el mismo, para determinar o actualizar la constante dieléctrica del material que se está midiendo y corregir el tiempo de viaje hacia y desde la interfaz aire/líquido con gran precisión. Aunque se muestra un número particular de capas de sustrato y tiras conductoras, se entenderá que se pueden proporcionar más o menos capas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

Con la presente invención son posibles mediciones de nivel muy precisas. Para un transductor de nivel de líquido, el material sobre el líquido puede estar en estado gaseoso, por ejemplo, cuando se mide un único nivel de líquido. De forma adicional, el material sobre el líquido puede estar en estado líquido para medir el nivel o la interfaz entre dos o más líquidos inmiscibles. Como un ejemplo, puede ser deseable medir el nivel tanto de combustible diésel como de agua que puede estar ubicado en un tanque de combustible. Igualmente, está dentro del alcance de la invención medir el nivel o la altura de materiales que tienen diferentes constantes dieléctricas, así como medir las constantes dieléctricas de materiales conocidos o desconocidos en función de la velocidad del pulso de energía eléctrica electromagnética que viaja a través del material que se está midiendo.

El material de referencia predeterminado y la fase de ese material entre los electrodos alargados en ausencia de líquido u otro material a medir determinarán en gran medida el valor de impedancia nominal (NIV) de la sonda de medición alargada 30 que se usa como referencia en cualquier ubicación particular a lo largo de la longitud de la sonda, en ausencia de anomalías que puedan ocurrir para cambiar ese valor, tal como la presencia de líquidos, sólidos, polvos, etc., así como la presencia o ausencia de anomalías integrales, tales como las protuberancias conductoras y/o huecos formados en una o más de las tiras conductoras 96, 98, 100 y 102 descritas anteriormente.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el valor de impedancia nominal (NIV) puede oscilar entre más de 0 (cero) ohmios y menos de 377 ohmios para la línea de transmisión coaxial de la sonda de medición alargada 30. El límite superior es la impedancia del espacio libre y, por lo tanto, se espera que el transductor TDR 10 de la invención funcione por debajo de ese nivel. Sin embargo, para facilitar el desarrollo, prueba y calibración del transductor TDR 10, se ha seleccionado un NIV de 50 Ohmios a modo de ejemplo y practicidad, ya que este valor es la impedancia de la línea de transmisión estándar para dispositivos de RF, así como la impedancia estándar o de referencia para los equipos de prueba de RF usados durante el desarrollo o prueba de dichos dispositivos. Dado que la mayoría de los equipos de prueba de RF emplean una impedancia nominal de 50 ohmios, el equipo de prueba se puede conectar directamente al conjunto electrónico 32 del transductor TDR 10 sin necesidad de adaptadores de transformación de impedancia durante el desarrollo, prueba y calibración.

Preferentemente, el NIV de 50 ohmios se mantiene en el segmento de línea de transmisión blindada de la sonda de medición 30, así como en el segmento de línea de transmisión no blindada del mismo, en presencia de aire o atmósfera. Por ejemplo, el NIV de 50 ohmios en la sección blindada se puede obtener seleccionando un material apropiado para los sustratos aislantes de la PCB multicapa o similar, es decir, la constante dieléctrica y el espesor del material del sustrato aislante, junto con las áreas de superficie de los electrodos apilados y el número de electrodos apilados. Con un NIV de 50 ohmios creado en el segmento de línea de transmisión blindada de la porción de electrodo interior 36, así como un NIV de 50 ohmios creado en el segmento de línea de transmisión no blindada de la porción de electrodo interior 36 junto con la porción de electrodo exterior 34 y el volumen de medición 114 entre ellas lleno de aire (como la constante dieléctrica que se está midiendo, por ejemplo), no se produce ningún cambio en la impedancia del transductor a medida que el pulso de energía viaja a través del espaciador 150, la carcasa 46, y otras estructuras y materiales asociados con conectores, mamparos, sellos de presión, juntas tóricas, juntas, espaciadores, material de encapsulación, diversas características de alojamiento, o similares, entre el tanque y el mundo exterior. En consecuencia, el minucioso tiempo y esfuerzo, junto con los costes relativamente altos asociados con la adaptación de impedancias de los diversos componentes bajo diferentes condiciones de montaje y configuraciones del transductor TDR 10, se elimina así como los molestos ecos asociados con incluso una ligera discrepancia de impedancia.

Se entenderá además que se puede utilizar un NIV particular o una gama de NIV sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, el uso de 33 ohmios como valor de impedancia nominal de la sonda de medición alargada 30 permite la mayor capacidad de manejo de energía, mientras que el uso de 75 ohmios como valor de impedancia nominal da como resultado la menor cantidad de pérdida de señal. En consecuencia, el valor de impedancia nominal particular puede variar mucho sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, una pista de calibración conductora (no mostrada), similar a la pista de calibración conductora 43 descrita previamente, se puede proporcionar en una o más de las capas de sustrato y/o capas de sustrato adicionales de la segunda PCB 94 asociada con la segunda porción de electrodo alargado 36. De esta manera, errores de calibración debidos a anomalías asociadas con la primera PCB 35, tal como la colocación de componentes electrónicos tal como procesadores, resistencias, condensadores, transductores, chips de memoria, temporizadores, planos de tierra, pistas conductoras entre las almohadillas de conexión de los componentes o los orificios pasantes, el tamaño y espesor de la PCB 35 y las características de la capa intermedia, así como hardware de montaje y otras consideraciones, que pueden causar interferencias con la pista de calibración conductora 43, se pueden eliminar para que la PCB 35 no introduzca errores debido a cambios en la impedancia que de otro modo podrían ocurrir.

Es más, aunque el generador de pulsos de energía electromagnética, el transmisor y el receptor discutidos anteriormente están configurados como realizaciones particulares para operar de una manera particular que genera y transmite un pulso de energía particular a lo largo de la sonda de medición del transductor ^tD^ry recibir uno o más de los pulsos de energía reflejados, la presente invención no se limita a esto, sino que puede incluir cualquier circuito analógico y/o digital adecuado implementado enteramente por componentes electrónicos o una combinación de componentes electrónicos y software, así como otros medios electrónicos para generar, transmitir y recibir uno o más pulsos de energía en una guía de ondas, p. ej., una línea conductora única y/o una línea de transmisión, p. ej., un par de conductores separados por material aislante, tal como conductores coaxiales o no coaxiales, conductores balanceados o no balanceados, placas y/o pistas, en el intervalo radioeléctrico del espectro de energía electromagnética, o en cualquier otra frecuencia adecuada, frecuencias y/o intervalo de frecuencias con un pulso de energía electromagnética predeterminado, incluyendo sin limitación, una ráfaga, rampa, onda o forma de onda tal como una onda sinusoidal, onda cuadrada, onda triangular, onda de diente de sierra, partes de la misma, tal como el borde anterior y/o posterior y/o las partes medias de la forma de onda, formas de onda arbitrarias y/o combinaciones de las mismas, así como uno o más cambios en la amplitud y/o frecuencia del pulso de energía.

Es más, de acuerdo con una realización adicional de la invención, las secciones de transmisión y/o recepción y/o una porción sustancial del conjunto electrónico normalmente asociado con la PCB 35, pueden estar asociadas con una o más de las capas de sustrato exterior 118 y 120 de la PCB 94 por ejemplo, para aumentar aún más la eficiencia operativa, reducir los costes de fabricación y eliminar cualquier error o cambio en la impedancia que pueda estar asociado con la PCB 35, la conexión entre la PCB 35 y la PCB 94, así como los componentes electrónicos y configuraciones de pistas conductoras asociadas con la PCB 35.

De acuerdo con otra realización de la invención, la PCB 94 se puede construir en longitudes relativamente cortas que no aumentan el coste de fabricación, siendo cada segunda PCB 94 conectable eléctrica y mecánicamente entre sí para alargar la sonda 30 sin incurrir en gastos adicionales asociados con una fabricación de PCB más larga. La conexión de la segunda PCB también permite un procesamiento más sencillo de los componentes electrónicos durante el montaje. Las PCB conectadas se pueden sellar para proteger las pistas conductoras de conexión conductora expuestas.

Además, de acuerdo con una realización adicional de la invención, la sonda de medición alargada 30 comprende una construcción de circuito flexible de modo que la sonda de medición alargada 30 pueda adaptarse a una gran variedad de tamaños y configuraciones de tanques. A modo de ejemplo, la sonda de medición flexible del transductor TDR de la presente invención se puede instalar en tanques a través de tubos de llenado u otras aberturas tapadas normalmente usadas para llenar los tanques con combustible, así como otras aplicaciones en las que los electrodos que comprenden PCB multicapa de longitud considerable tendrían un coste prohibitivo y estarían limitados a una longitud máxima, lo que puede ser demasiado restrictivo para las aplicaciones más amplias de la presente invención como se describe en el presente documento o que puede resultar evidente al leer la presente divulgación. Se pueden ubicar espaciadores o separadores (no mostrados) en el espacio alargado interior 114 entre la porción de electrodo interior 36 y la porción de electrodo exterior 34 para mantener una distancia constante entre ellas.

La porción de electrodo alargada exterior 34 y la porción de electrodo alargada interior 36 pueden construirse de un material de sustrato aislante flexible, tales como poliimida u otros materiales aislantes flexibles adecuados, y materiales conductores flexibles, tal como cobre, aluminio u otros materiales conductores, ya sea en forma de lámina delgada o depositados sobre el sustrato flexible usando técnicas de fabricación bien conocidas. La porción de electrodo exterior 34 puede construirse a partir de una única capa de material aislante flexible con una capa de material conductor flexible unida a la misma, o la capa conductora puede intercalarse entre los sustratos flexibles para proteger la naturaleza delicada de la capa conductora, al mismo tiempo que proporciona una capa aislante controlada con precisión con una constante dieléctrica predecible para evitar la generación de ecos de retorno no deseados. Igualmente, la porción de electrodo 36 puede construirse con capas alternas similares de material de sustrato aislante flexible y capas conductoras conectadas a las capas de sustrato con patrones de pistas conductoras similares a las realizaciones de PCB multicapa descritas anteriormente.

De acuerdo con una realización adicional de la invención, la porción de electrodo flexible exterior 34 no necesita rodear completamente la porción de electrodo flexible interior 36 para propagar pulsos electromagnéticos a través del conjunto de electrodo interior en una primera dirección y entre el conjunto de electrodo interior flexible y la porción de electrodo exterior 34, siempre que un hueco entre ambos electrodos conduzca a la propagación del pulso electromagnético y al eco de retorno entre los electrodos, o viceversa. En consecuencia, la porción de electrodo 34 y la porción de electrodo 36 pueden comprender una configuración relativamente plana, siempre que se proporcione una estructura para mantener el espacio entre ellos y permitir que se mida el flujo de líquido en el espacio y el flujo inverso desde el mismo.

La naturaleza flexible de la sonda de medición alargada conductora 30 es capaz de acomodar tanques con geometrías de tanque no convencionales que tienen áreas de difícil acceso, y donde puede ser deseable instalar el transductor TDR a lo largo de una o más paredes del tanque para minimizar el espacio interior ocupado por el transductor y aumentar por tanto el espacio de almacenamiento para el combustible. La sonda de medición alargada y flexible 30 se puede instalar a través de aberturas convencionales formadas en tanques donde se puede instalar una variedad de sensores de combustible de la técnica anterior usando disposiciones de montaje estándar, incluyendo, pero sin limitarse a, bridas de montaje convencionales de 4 o 5 orificios, varios tamaños de aberturas NPT formadas en tanques, tales como aberturas roscadas NPT de A pulgada o NPT de 1 pulgada para acoplar cabezales de montaje roscados NPT de tamaño similar del transductor 10, como se muestra en la figura 1. Se entenderá que la disposición de montaje particular, ubicación y orientación del transductor TDR 10 con respecto a un tanque o recipiente pueden variar mucho sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

De forma adicional, de acuerdo con otra realización más de la invención, la pista conductora en el extremo proximal o de bajo nivel de líquido de la segunda PCB o electrodo flexible 94 se puede modificar para reducir la impedancia para producir un eco, permitiendo el eco leer el nivel de líquido hasta el final de la sonda de medición 30 y también simplificando la calibración durante la producción. Un ejemplo de la modificación es el uso de una sección corta de cobre en la PCB desde la pista conductora de la sonda hacia la pista conductora de tierra.

Es más, de acuerdo con una realización adicional de la invención, el extremo distal de la sonda de medición alargada 30 puede terminarse con un componente electrónico (no mostrado), tal como una resistencia de montaje en superficie estándar o una pieza personalizada construida dentro de las capas de sustrato de la PCB 94, tal como una película aplicada durante la construcción de la PCB, dando como resultado ecos molestos reducidos o eliminados que de otro modo podrían reverberar desde el extremo distal de la sonda hasta el conjunto electrónico 32. Cuando la energía transmitida llega a la resistencia u otra parte o componente en el extremo distal de la sonda, la energía se disipa suficientemente para evitar o reducir la reflexión de la misma hacia el extremo proximal de la sonda de medición alargada. Con esta realización, es posible realizar mediciones más rápidas ya que ya no es necesario esperar a que las reverberaciones desaparezcan antes de transmitir otro pulso de energía o una serie de pulsos durante un ciclo de medición.

Aunque la invención se ha descrito en términos de sujeción mecánica para conectar eléctrica y mecánicamente los electrodos exterior e interior a la PCB 35 del conjunto electrónico 32, se entenderá que se pueden usar otros medios de conexión, incluyendo, pero sin limitarse a, unión adhesiva con adhesivo conductor, soldadura, broncesoldadura, soldeo de superficies, etc.

Como se ha mencionado anteriormente, está dentro del alcance de la invención permitir la medición de dos o más líquidos inmiscibles, tal como el nivel tanto de combustible diésel como de agua que puede encontrarse en un tanque de combustible. Igualmente, la presente invención puede medir el nivel o la altura de materiales que tienen diferentes constantes dieléctricas, medir las constantes dieléctricas de materiales en función de la velocidad del pulso de energía eléctrica electromagnética que viaja a través del material que se está midiendo, así como movimiento lineal entre dos objetos.

Como se ha descrito antes, la pista de calibración conductora 43 y los electrodos juntos comprenden un sistema de radar de onda guiada con una longitud total combinada para guiar los pulsos electromagnéticos a lo largo del mismo desde el comienzo de la guía de ondas, a través del primer segmento alargado de línea de transmisión, siendo el extremo del segundo segmento de línea de transmisión alargado mayor que la longitud del electrodo de medición desde el extremo proximal al distal del mismo. El pulso electromagnético comprende preferentemente una porción de un pulso de onda cuadrada o similar en el intervalo de frecuencia del radar del espectro electromagnético. La onda de radar normalmente viaja a la velocidad de la luz cuando no tiene obstáculos, p. ej., en un vacío perfecto, pero debido a las diferencias en la constante dieléctrica del aire y varios materiales, la onda de radar en realidad puede reducirse a la mitad de la velocidad de la luz o menos, dependiendo de la constante dieléctrica del material o fluido a través del cual se propaga la onda de radar.

En consecuencia, aunque la longitud de la sonda de medición alargada 30 es relativamente larga, la duración de la onda de radar es muy corta y, por tanto, puede transmitirse miles de veces por segundo, por ejemplo, durante un único ciclo de medición. Preferentemente, se realizan varios ciclos de medición con miles de transmisiones del pulso de radar para obtener datos que pueden analizarse para determinar el nivel del líquido u otras características medibles del medio, así como la interfaz entre líquidos inmiscibles u otros materiales.

Se entenderá que los diversos valores medidos y calculados asociados con las propiedades del material como se describe anteriormente se dan a modo de ejemplo únicamente y no pretenden ser una lista exhaustiva. Técnicas y métodos de software para determinar con precisión el nivel de líquido, volumen, constante dieléctrica y otras condiciones del tanque como se discutieron anteriormente se pueden implementar en medios electrónicos, incluyendo circuitos analógicos, circuitos digitales, en hardware informático, firmware, software y/o combinaciones de los mismos. Los medios electrónicos, incluyendo las técnicas y métodos para operar el transductor TDR como se describe anteriormente, pueden implementarse en un producto de programa informático incorporado de forma tangible en un dispositivo de almacenamiento legible por máquina para su ejecución mediante un procesador programable; y los métodos descritos anteriormente pueden realizarse mediante un procesador programable que ejecuta un programa de instrucciones para realizar funciones operando con datos de entrada y generando salida. Se pueden implementar ventajosamente medios electrónicos adicionales en uno o más programas informáticos que son ejecutables en un sistema programable que incluye al menos un procesador programable acoplado para recibir datos e instrucciones desde y transmitir datos e instrucciones a un sistema de almacenamiento de datos, al menos un dispositivo de entrada y al menos un dispositivo de salida. Cada programa informático puede implementarse en un lenguaje de programación procedimental u orientado a objetos de alto nivel, o en lenguaje ensamblador o de máquina, que pueden compilarse o interpretarse. Los medios procesadores adecuados incluyen, a modo de ejemplo, microprocesadores de propósito general y especial. Generalmente, un procesador recibe instrucciones y datos de la memoria de solo lectura o de la RAM. Los dispositivos de almacenamiento adecuados para incorporar de forma tangible instrucciones y datos de programas informáticos incluyen todas las formas de memoria no volátil, incluyendo a modo de ejemplo dispositivos de memoria semiconductores, tal como EPROM, EEPROM y dispositivos de memoria flash; discos magnéticos tal como discos duros internos y discos extraíbles; discos magnetoópticos; y así sucesivamente. Cualquiera de los anteriores podrá complementarse, o incorporarse a, circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) especialmente diseñados.

Se entenderá que el término "preferentemente", tal como se usa en toda la memoria descriptiva, se refiere a una o más realizaciones ilustrativas de la invención y, por lo tanto, no debe interpretarse en ningún sentido limitante.

Se entenderá además que el término "conectar" y sus derivados se refiere a dos o más partes capaces de unirse directa o indirectamente a través de uno o más miembros intermedios.

De forma adicional, los términos de orientación y/o posición, tales como superior, inferior, proximal, distal, primero, segundo, interior, exterior, vertical, horizontal, etc., así como sus derivados, que pueden usarse a lo largo de la memoria descriptiva, denotan orientaciones y/o posiciones relativas, en lugar de absolutas. Por tanto, donde los términos "inferior" y "superior" se usan para describir posiciones relativas de características, cuando el transductor TDR está invertido, la característica "inferior" sería la característica "superior", y viceversa.

Los expertos en la materia apreciarán que pueden realizarse cambios en las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. A modo de ejemplo, aunque la invención se ha mostrado y descrito con un electrodo aislado o una sección de línea de transmisión asociada con el electrodo segundo, o interior, se entenderá que la sonda primera o exterior puede comprender una o más secciones de línea de transmisión o electrodos eléctricamente blindados o aislados y una o más secciones de sonda o electrodos no blindados para aislar una porción de la onda electromagnética y/o eco de retorno del ambiente exterior mientras se propaga en una dirección, y exponer la onda electromagnética al ambiente mientras se propaga en la misma dirección o en la dirección opuesta para obtener las ventajas descritas anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un transductor de reflectómetro en el dominio del tiempo, TDR, (10) adaptado para determinar al menos una propiedad de un material, comprendiendo el transductor TDR:

una primera porción de electrodo (34) que incluye un primer cuerpo conductor;

una segunda porción de electrodo (36) que comprende una primera sección de electrodo blindada (36A); y un volumen de medición interior (114) ubicado entre la primera porción de electrodo y la segunda porción de electrodo para recibir el material a medir;

estando aislada la primera sección de electrodo blindada del primer cuerpo conductor para formar de este modo un primer segmento de línea de transmisión blindada (215) con un primer valor de impedancia nominal que no se ve afectado por la presencia o ausencia de material a medir en el volumen de medición interior, de modo que una señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada en una primera dirección y una porción de eco de retorno de la señal se propaga prácticamente sin obstáculos a lo largo de la misma en una segunda dirección opuesta a la primera dirección para reducir o eliminar de ese modo el deterioro de la señal y el eco de retorno a lo largo de la misma;

caracterizado por que la segunda porción de electrodo (36) comprende una segunda sección de electrodo no blindada (36B), en donde la primera sección de electrodo blindada y la segunda sección de electrodo no blindada se extienden generalmente paralelas entre sí a lo largo de la segunda porción de electrodo, y en el que la segunda sección de electrodo no blindada está en conjunción con el primer cuerpo conductor para formar de ese modo un segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217).

2. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 1, y que además comprende:

estar la segunda sección de electrodo no blindada (36B) conectada eléctricamente a la primera sección de electrodo blindada (36A) y separada del primer cuerpo conductor por el volumen de medición interior (114); y formando el primer cuerpo conductor junto con la segunda sección de electrodo no blindada y el volumen de medición interior el segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217) con un segundo valor de impedancia nominal cuando el volumen de medición interior está desprovisto de material a medir;

en donde se produce un tercer valor de impedancia diferente del segundo valor de impedancia nominal cuando el material a medir está presente en el volumen de medición interior, de tal manera que una porción de la señal en comunicación eléctrica con al menos una interfaz del material a medir en el volumen de medición interior se refleja como un eco de retorno a través del segundo segmento de línea de transmisión no blindada y el primer segmento de línea de transmisión blindada para determinar la al menos una propiedad del material, opcionalmente en donde el primer valor de impedancia nominal del primer segmento de línea de transmisión blindada (215) es aproximadamente igual al segundo valor de impedancia nominal del segundo segmento de línea de transmisión no blindada para minimizar o eliminar de ese modo los ecos de retorno no deseados cuando la señal pasa del primer segmento de línea transmisión blindada al segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217).

3. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 2, y que comprende además un conjunto electrónico que incluye:

un generador de señales (216) para generar una señal;

un transmisor de señales conectado eléctricamente al generador de señales y al primer segmento de línea de transmisión blindada (215) para transmitir la señal generada a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada y a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217); y

un receptor (213) conectado eléctricamente a la primera línea de transmisión blindada para recibir un eco de retorno generado cuando la señal alcanza una anomalía asociada con el volumen de medición interior para medir de ese modo al menos un período de tiempo entre la transmisión de la señal y la recepción del eco de retorno para determinar la al menos una propiedad material.

4. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde el segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217) tiene un primer extremo conectado al primer segmento de línea de transmisión blindada y un segundo extremo espaciado del mismo.

5. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 4, en donde: el primer segmento de línea de transmisión blindada (215) está adaptado para recibir una señal generada y transmitida a lo largo del mismo por el generador de señales y el transmisor de señales en una primera dirección de propagación para aislar eléctricamente la señal de la primera porción de electrodo, evitando así la pérdida de señal y el cambio en el primer valor de impedancia nominal a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada independientemente de la presencia o ausencia de material a medir dentro del volumen de medición interior.

6. Un transductor TDR de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en donde:

el segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217) está adaptado para recibir y propagar la señal a lo largo del mismo en una segunda dirección de propagación al liberar el primer segmento de línea de transmisión blindada, de manera que la señal se irradie entre el primer cuerpo conductor y la segunda sección de electrodo no blindada a través del volumen de medición interior mientras viaja en la segunda dirección de propagación para exponer de ese modo la señal a al menos una anomalía asociada con un material a medir colocado en el volumen de medición interior para generar de ese modo uno o más ecos de retorno que se propagan en reversa a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217) en la primera dirección de propagación y el primer segmento de línea de transmisión blindada en la segunda dirección de propagación, aislando eléctricamente de este modo uno o más ecos de retorno del primer cuerpo conductor, para la recepción por el receptor del conjunto electrónico para determinar de ese modo al menos una propiedad del material a medir.

7. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 6, en donde:

el primer segmento de línea de transmisión blindada tiene un extremo proximal (31) conectado eléctricamente al generador, transmisor y receptor y un extremo distal (33) conectado eléctricamente al primer extremo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada;

el segundo segmento de línea de transmisión no blindada se extiende desde el extremo distal hacia el extremo proximal del primer segmento de línea de transmisión blindada paralelo al primer segmento de línea de transmisión blindada, tal que la primera dirección de propagación sea paralela a, pero opuesta a, la segunda dirección de propagación para crear de ese modo un primer efecto bumerán cuando la señal viaja en la primera dirección de propagación del primer segmento de línea de transmisión blindada, hace la transición al segundo segmento de línea de transmisión no blindada, y viaja en la segunda dirección de propagación del segundo segmento de línea de transmisión no blindada, opcionalmente

en donde cuando la señal se expone al material a medir en el volumen de medición interior asociado con el segundo segmento de línea de transmisión no blindada, el eco de retorno resultante viaja en la primera dirección de propagación a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada (217), hace una transición al primer segmento de línea de transmisión blindada, y se desplaza en la segunda dirección de propagación a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada para crear de este modo un segundo efecto bumerán.

8. Un transductor TDR de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 para determinar un nivel de líquido en un espacio interior de un recipiente limitado por una pared superior (18), una pared inferior (14) espaciada de la misma, y al menos una pared lateral (20, 22) que se extiende entre ellas y que comprende:

una carcasa (46) adaptada para conectarse a al menos una de las paredes superior e inferior del recipiente; una sonda de medición (30) que tiene un extremo proximal (37) conectado a la carcasa y un extremo distal (39) separado del mismo para extenderse hacia el espacio interior del recipiente, con el primer segmento de línea de transmisión blindada que se extiende desde el extremo proximal de la sonda de medición hacia el extremo distal de la misma, y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada que se extiende desde el extremo distal de la sonda de medición hacia el extremo proximal de la misma;

comprendiendo el primer cuerpo conductor de la primera porción de electrodo un electrodo exterior que tiene un tubo exterior eléctricamente conductor (92) con un extremo proximal del mismo conectado a la carcasa y un extremo distal del mismo espaciado de la carcasa; y

comprendiendo la segunda porción de electrodo una porción de electrodo interior ubicada dentro del tubo exterior generalmente coaxial con el mismo y espaciada del mismo por el volumen de medición interior, opcionalmente

en donde la porción de electrodo interior comprende:

una placa de circuito impreso (PCB) (94) conectada eléctricamente al conjunto electrónico, y que incluye:

una pluralidad de capas de sustrato (118, 104, 106, 108, 110, 120) de material aislante conectadas entre sí; una pista de señal conductora formada en una de la pluralidad de capas de sustrato (142, 96, 138, 98, 100, 144, 102);

al menos un plano de señal (96, 98, 100, 102) formado en una de la pluralidad de capas de sustrato y conectado eléctricamente a la pista de señal conductora; y

al menos un plano de tierra (142, 144) formado en una de la pluralidad de capas de sustrato;

en donde la al menos una pista de señal, el al menos un plano de señal y el al menos un plano de tierra están dispuestos para definir la primera sección de electrodo blindada y la segunda sección de electrodo no blindada.

9. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 8, en donde cada capa de sustrato comprende:

una primera porción de medición (132); y

una segunda porción de conexión que se extiende desde la primera porción de medición y se ubica dentro de la carcasa, siendo la segunda porción de conexión más estrecha que la primera porción de medición y estando conectada eléctricamente al conjunto electrónico;

en donde la primera sección de electrodo blindada (36A) se extiende a lo largo de la segunda porción de conexión y a lo largo de la primera porción de medición para evitar de ese modo una o más anomalías que pueden estar asociadas con la carcasa y la sonda de medición y por tanto mantener el primer valor de impedancia nominal, opcionalmente

en donde la primera sección de electrodo blindada comprende:

estar formada la pista de señal conductora en la primera porción de medición de una primera capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato y con un extremo proximal que se extiende a lo largo de la segunda sección de conexión relativamente estrecha en conexión eléctrica con el conjunto electrónico, teniendo la pista de señal conductora un extremo distal espaciado del extremo proximal de la misma;

comprendiendo el al menos un plano de tierra (142, 144) un primer plano de tierra formado en la primera porción de medición de una segunda capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato por encima de la primera capa de sustrato de manera que la pista de señal conductora esté espaciada del primer plano de tierra por la segunda capa de sustrato, con el primer plano de tierra alineado sobre la pista de señal conductora; comprendiendo además el al menos un plano de tierra un segundo plano de tierra (142, 144) formado en la primera porción de medición de una tercera capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato debajo de la primera capa de sustrato de manera que la pista de señal conductora esté separada del segundo plano de tierra por al menos la primera capa de sustrato, con la pista de señal conductora alineada sobre el segundo plano de tierra;

en donde la señal se irradia entre la pista de señal conductora y los planos de tierra primero y segundo a través de al menos la primera y segunda capas de sustrato, respectivamente, a medida que la señal se propaga a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada para aislar de ese modo la señal del cuerpo conductor exterior de la primera porción de electrodo y, junto con una constante dieléctrica de cada una de la primera y segunda capa de sustrato, mantener el primer valor de impedancia nominal a lo largo de toda la longitud del primer segmento de línea de transmisión blindada independientemente de la presencia o ausencia del material a medir en el volumen de medición interior.

10. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la primera sección de electrodo blindada (36A) comprende además una pluralidad de primeras vías ciegas (146) ubicadas proximales a un primer lado y un segundo lado del conductor estrecho; estando unidas las primeras vías ciegas con los planos de tierra primero y segundo para rodear de ese modo el conductor estrecho y formar la primera línea de transmisión blindada, opcionalmente en donde la primera sección de electrodo blindada comprende además una pluralidad de segundas vías ciegas ubicadas en una cuarta capa aislante entre la primera y tercera capas aislantes y alineadas con la pluralidad de primeras vías ciegas, estando unidas la pluralidad de vías ciegas primera y segunda con los planos de tierra primero y segundo para rodear de ese modo la pista de señal y formar la primera línea de transmisión blindada.

11. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde la segunda sección de electrodo no blindada (36B) comprende:

el al menos un plano de señal incluye un primer plano de señal formado en la primera porción de medición de la primera capa de sustrato y que está conectado eléctricamente al extremo distal de la pista de señal, teniendo el primer plano de señal una anchura mayor que la anchura de la pista de señal y estando situado fuera del primer y segundo planos de tierra;

estando conectado el primer cuerpo conductor de la primera porción de electrodo a tierra eléctrica, de modo que la señal pasa de irradiarse entre la pista de señal conductora y los planos de tierra primero y segundo a irradiarse entre el primer plano de señal y el primer cuerpo conductor a través del volumen de medición interior del segundo segmento de línea de transmisión, opcionalmente

en donde el al menos un plano de señal de la segunda sección de electrodo no blindada comprende además:

un segundo plano de señal formado en la primera porción de medición de la segunda capa de sustrato adyacente al primer plano de tierra y que se extiende paralelo al mismo;

un tercer plano de señal formado en la primera porción de medición de la tercera capa de sustrato adyacente al segundo plano de tierra y que se extiende paralelo al mismo; y

un cuarto plano de señal formado en la primera porción de medición de una cuarta capa de sustrato ubicada entre la primera y tercera capas de sustrato, estando el cuarto plano de señal alineado con el primer, segundo y tercer plano de señal;

cada uno del primer, segundo, tercer y cuarto plano de señal conectados eléctricamente entre sí y configurados junto con el primer cuerpo conductor y el volumen de medición interior para formar la segunda línea de transmisión no blindada, siendo el segundo valor de impedancia nominal aproximadamente igual al primer valor de impedancia nominal de la primera línea de transmisión blindada en ausencia de material a medir en el volumen de medición interior.

12. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde la segunda porción de electrodo comprende: una placa de circuito impreso (PCB) (94) adaptada para la conexión eléctrica a medios electrónicos para generar y transmitir una señal y recibir un eco de retorno, y que incluye:

una pluralidad de capas de sustrato (118, 104, 106, 108, 110, 120) de material aislante conectadas entre sí; una pista de señal conductora formada sobre una de la pluralidad de capas de sustrato;

al menos un plano de señal formado sobre una de la pluralidad de capas de sustrato y conectado eléctricamente a la pista de señal conductora; y

al menos un plano de tierra formado sobre una de la pluralidad de capas de sustrato;

en donde la al menos una pista de señal, el al menos un plano de señal y el al menos un plano de tierra están dispuestos para definir la primera sección de electrodo blindada y la segunda sección de electrodo no blindada, opcionalmente

que además, comprende:

una carcasa (46) adaptada para conectarse a una pared (48) de un recipiente;

una sonda de medición que tiene un extremo proximal (37) conectado a la carcasa y un extremo distal (39) separado del mismo para extenderse hacia un espacio interior del recipiente, con el primer segmento de línea de transmisión blindada que se extiende desde el extremo proximal de la sonda de medición hacia el extremo distal de la misma, y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada que se extiende desde el extremo distal de la sonda de medición hacia el extremo proximal de la misma;

comprendiendo cada capa de sustrato:

una primera porción de medición (132); y

una segunda porción de conexión que se extiende desde la primera porción de medición y se ubica dentro de la carcasa, siendo la segunda porción de conexión más estrecha que la primera porción de medición y estando adaptada para su conexión al conjunto electrónico;

en donde la primera sección de electrodo blindada (36A) se extiende a lo largo de la segunda porción de conexión y a lo largo de la primera porción de medición para evitar de ese modo una o más anomalías que pueden estar asociadas con la carcasa y la sonda de medición y por tanto mantener el primer valor de impedancia nominal.

13. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la primera sección de electrodo blindada comprende:

estar formada la pista de señal conductora sobre una primera capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato y teniendo un extremo proximal (37) adaptado para la conexión eléctrica a los medios electrónicos, teniendo la pista de señal conductora un extremo distal (39) espaciado del extremo proximal de la misma; comprendiendo el al menos un plano de tierra un primer plano de tierra formado sobre una segunda capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato por encima de la primera capa de sustrato de manera que la pista de señal conductora esté separada del primer plano de tierra por la segunda capa de sustrato, con el primer plano de tierra alineado sobre la pista de señal conductora;

comprendiendo además el al menos un plano de tierra un segundo plano de tierra formado sobre una tercera capa de sustrato de la pluralidad de capas de sustrato debajo de la primera capa de sustrato de manera que la pista de señal conductora esté separada del segundo plano de tierra por la primera capa de sustrato, con la pista de señal conductora alineada sobre el segundo plano de tierra;

14. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 13, en donde la segunda sección de electrodo no blindada (36B) comprende:

el al menos un plano de señal incluye un primer plano de señal formado en la primera capa de sustrato y que está conectado eléctricamente al extremo distal de la pista de señal, teniendo el primer plano de señal una anchura mayor que la anchura de la pista de señal y estando situado fuera del primer y segundo planos de tierra; pudiendo conectarse el primer cuerpo conductor del primer electrodo a tierra eléctrica, de modo que la señal pasa de irradiarse entre la pista de señal conductora y los planos de tierra primero y segundo a irradiarse entre el primer plano de señal y el primer cuerpo conductor a través del volumen de medición interior del segundo segmento de línea de transmisión, opcionalmente

un segundo plano de señal formado sobre la segunda capa de sustrato adyacente al primer plano de tierra y que se extiende paralelo al mismo;

un tercer plano de señal formado sobre la tercera capa de sustrato adyacente al segundo plano de tierra y que se extiende paralelo al mismo; y

un cuarto plano de señal formado en una cuarta capa de sustrato ubicada entre la primera y tercera capas de sustrato, estando el cuarto plano de señal alineado con el primer, segundo y tercer plano de señal; cada uno del primer, segundo, tercer y cuarto plano de señal conectados eléctricamente entre sí y configurados junto con el primer cuerpo conductor y el volumen de medición interior para formar la segunda línea de transmisión no blindada con el segundo valor de impedancia nominal aproximadamente igual al primer valor de impedancia nominal de la primera línea de transmisión blindada en ausencia de material a medir en el volumen de medición interior.

15. Un transductor TDR de acuerdo con la reivindicación 2 para determinar un nivel de líquido en un espacio interior de un tanque limitado por una pared superior, una pared inferior espaciada de la misma, y al menos una pared lateral que se extiende entre ellas y que comprende:

un cabezal de montaje (28) adaptado para conectarse a al menos una de las paredes superior e inferior (14, 18) del tanque;

una sonda de medición (30) que tiene un extremo proximal conectado al cabezal de montaje y un extremo distal espaciado del mismo para extenderse hacia el espacio interior del tanque, con el primer segmento de línea de transmisión blindada que se extiende desde el extremo proximal de la sonda de medición hacia el extremo distal de la misma, y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada que se extiende desde el extremo distal de la sonda de medición hacia el extremo proximal de la misma;

comprendiendo el primer cuerpo conductor de la primera porción de electrodo un electrodo exterior que tiene un tubo exterior eléctricamente conductor con un extremo proximal del mismo conectado al montaje y un extremo distal del mismo espaciado de la carcasa para su ubicación dentro del espacio interior del tanque; y comprendiendo la segunda porción de electrodo una porción de electrodo interior ubicada dentro del tubo exterior generalmente coaxial con el mismo y espaciada del mismo por el volumen de medición interior, opcionalmente

en donde el cabezal de montaje está adaptado para conectarse a la pared inferior del tanque de manera que el primer segmento de línea de transmisión blindada se extienda hacia arriba hacia la pared superior del tanque y el segundo segmento de línea de transmisión no blindada se extienda hacia abajo hacia la pared inferior del tanque, de modo que una señal se propague hacia arriba prácticamente sin obstáculos a lo largo del primer segmento de línea de transmisión blindada manteniendo al mismo tiempo el primer valor de impedancia nominal cuando un líquido con un alto valor dieléctrico está situado en el tanque y, por tanto, en el volumen de medición interior; y además, en donde la energía electromagnética se desplaza como un bumerán hacia abajo a lo largo del segundo segmento de línea de transmisión no blindada hasta alcanzar el líquido con alto valor dieléctrico para generar de ese modo el eco de retorno.