JP2008089583A - レーダ・レベル測定 - Google Patents

Abstract

【課題】タンク中に含まれた製品の少なくとも１つのプロセス変数を決定する方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、一組の距離対を得ることを含み、各対は、製品の表面までの距離の第１の距離測度と、製品表面の下のタンク中の固定の位置までの距離の第２の距離測度とを含み、各距離対は、マイクロ波をタンクの中に放射し、これを製品の方に向かって伝播させ、製品表面からのエコー及び固定位置からのエコーを含むタンクからの反射波を受信し、放射され受信されたマイクロ波に基づいて前記第１及び第２の距離測度を決定することによって得られる。距離対を使用して、製品表面までの距離と、固定位置までの実際距離と、固定位置までの距離の距離測度と、遅延係数との関係に基づいて、固定位置までの実際距離及び製品の遅延係数のうちの少なくとも１つが計算される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波をタンクの中に放射しその波の反射を受け取ることによって、使用されるタンク中に含まれた製品の少なくとも１つのプロセス変数を決定する方法に関する。

従来のレーダ・レベル測定では、一般にマイクロ波の形態の電磁エネルギーが、製品を含むタンクの中に放射され、その製品のレベルが決定されることになる。マイクロ波は、表面に向かって（自由に、又は誘導装置又はプローブによって）伝播することができ、タンクから反射された波が受信される。反射波は、製品表面からのエコー、及び、ことによると、例えばタンク内部の構造体又は媒体界面からの追加のエコーを含んでいる。受信マイクロ波を放射マイクロ波と共に処理し、そして、表面エコーの伝播時間に基づいて、表面までの距離を決定することができる。タンクの底までの距離が分かっていれば、表面までの距離を使用して、製品のレベル（すなわち、底から製品表面までの距離）を決定することができる。タンクの形状寸法が分かっていれば、このレベルから製品の体積を決定し、そして次には、この体積から、密度が与えられると、製品の量（質量）を決定することができる。

いくつかの状況では、特に液化ガスのような高度に透明な製品を測定するとき、タンクの底は、時には表面エコーの検出を困難にするほど十分に強いこともある比較的強い反射を引き起こす。この問題を克服しようとして、米国特許第５，４３８，８６７号は、底までの距離を測定して表面までの距離を決定する方法を開示している。この方法は、マイクロ波の伝播速度が空のタンクに比べて製品中で小さいということに基づいており、したがって、底までの測定距離は、タンクの中の製品の量に依存する。その結果として、底までの測定距離は、実際の距離よりも大きくなる。底までの実際の距離及び製品の遅延係数を知ることによって（遅延係数は

に等しく、ε_ｒは製品の比誘電率、μ_ｒは製品の比透磁率である）、底までの測定距離を使用して製品レベルを決定することができる。

製品の遅延係数は、一般に、おおよそ知られているが、例えば製品の温度及び品質に依存して変化しやすい。米国特許第５，４３８，８６７号の方法を使用する近似値に依拠すると、レベル測定プロセスに不正確さをもたらす可能性がある。

さらに、いくつかの場合に、タンクの中身は、例えばタンクに入った水によって、汚染される。製品が水よりも小さな密度であるとき、水は、タンクの底に層になって蓄積され、水−製品界面を生じさせる。明らかに、タンクはもはや底までずっと製品で満たされないので、この界面は、どんなレーダ・レベル測定にも密接に関係する。したがって、正しい製品レベルすなわち体積を決定するために、界面の位置（すなわち、タンクの底に存在する水の量）が決定されなければならない。

この界面は反射を引き起こし、さらに、水は比較的良好な反射物であるから、この界面のために底エコーの検出が非常に困難になる。言い換えれば、水−製品界面からの反射が、底反射に取って代わる。また、水−製品界面のために、米国特許第５，４３８，８６７号に記載されている方法を使用することが困難になる。というのは、この方法は、底反射までの距離が分かっていることを必要とするからである。

この界面の位置を決定するために、「水底センサ」をタンクに配列することができる。そのようなセンサは、米国特許第６，３５３，４０７号に記載されており、水と製品の界面で水面に浮くように配列されたマイクロ波反射物から成る。浮動反射物は強いマイクロ波反射を引き起こし、この反射は、水−製品界面までの距離を決定するために別個の測定チャネルで使用することができる。

述べた従来技術の解決策の問題は、これらの解決策がタンクの中に装置を取り付けることを必要とすることである。このことは、時には、複雑で費用のかかることがあり、そのような要求条件の無い解決策を見出すことが望まれている。

したがって、本発明の目的は、上述の問題の少なくともいくつかを克服し、且つタンクの中の水−製品界面の位置を決定する改善された方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、タンク中の製品の遅延係数を十分に正確に決定することである。

これら及び他の目的は、タンク中に含まれた製品の少なくとも１つのプロセス変数を決定する方法によって達成され、この方法は、
ａ）一組の距離対を得ることを含み、各対は、製品の表面までの距離の第１の距離測度と、製品表面の下のタンク中の固定の位置までの距離の第２の距離測度とを含み、各距離対は、マイクロ波をタンクの中に放射し、これを製品の方に向かって伝播させ、製品表面からのエコー及び固定位置からのエコーを含むタンクからの反射波を受信し、放射され受信されたマイクロ波に基づいて前記第１及び第２の距離測度を決定すること、によって得られ、さらにこの方法は、
ｂ）固定位置までの実際距離及び製品の遅延係数のうちの少なくとも１つを、前記一組の距離対、及び、製品表面までの距離と、固定位置までの測定距離と、固定位置までの実際距離と、遅延係数との関係に基づいて、計算することを含む。

これら及び他の目的は、また、タンク中の製品のプロセス変数を決定するレーダ・レベル・ゲージによっても達成され、このレーダ・レベル・ゲージは、マイクロ波をタンクの中に放射し、これを製品の方に向かって伝播させるマイクロ波エミッタと、製品表面からのエコー及び固定位置からのエコーを含むタンクからの前記マイクロ波信号の反射を受信するためのマイクロ波受信機と、製品の表面までの距離の第１の距離測度及び製品表面の下のタンク中の固定位置までの距離の第２の距離測度を、放射され受信されたマイクロ波に基づいて決定するように配列された処理回路と、を備え、前記第１及び第２の距離測度は距離対を形成し、処理回路は、さらに、一組の距離対を格納し、且つ、固定位置までの実際距離及び製品の遅延係数のうちの少なくとも１つを、前記一組の距離対及び、製品表面までの距離と、固定位置までの実際距離と、固定位置までの距離の距離測度と、遅延係数との間の関係に基づいて、計算するように構成されている。

「固定位置」は、１つの計算に使用される一組の距離対の取得中、本質的に固定したままであると考えることができる位置を意味する。次に一組の距離対が取得され、新しい計算がなされ、固定位置は変化した可能性がある。

「実際距離」は、固定位置までの実際の物理的な距離を意味する。当然、計算の結果は、実際距離の推定値であり、計算実際距離と呼ばれる。

この計算に使用される関係は、例えば、固定位置までの実際距離及び遅延係数が分かっている場合、タンクの底などの固定位置までの測定距離に基づいて表面レベルまでの距離を決定するために使用されることがあるのと同じ関係であってもよい。

したがって、本発明に従った方法及びＲＬＧは、有利なことには、タンクの底にハードウェアを取り付けることを全く必要としない水底センサとして使用することができる。さらに、遅延係数は、製品の誘電率及び透磁率を表すので、この方法は、有利なことに、タンク中の製品の品質を分析するために使用することができる。

簡単なモデルでは、関係は線形であり、好ましい実施例についての以下の説明でより詳細に説明されるだろう。

未知の変数が２つあるので（固定位置までの実際距離と遅延係数）、連立方程式を解くために少なくとも２つの距離対が必要である。しかし、もっと多くの距離対を得て、例えば最小二乗法のような方法で、未知の２つの変数の近似を行うことが好ましい。

高信頼性の近似を行うために、距離対はあまりに似すぎているのは望ましくない。言い換えると、好ましくは、距離対は、距離測度の十分な変化を確実なものにするような方法で得られるべきである。これを実現する１つの方法は、固定位置までの距離の距離測度又は製品表面までの距離測度が所定の閾値を超えて変化するたびに、新しい距離対を得ることである。この方法は、遅延係数のどんな変化（固定位置までの距離の距離測度の変化をもたらす）も考慮に入れている。

若しくは、製品レベルが所定の製品レベルを通過するたびに、各距離対が得られる。タンクに適切な数のそのようなレベルを画定することによって、例えば１０ｍｍごとに決めることによって、タンクを空にする間に、十分な数の距離対を得ることができる。

さらに他の方法は、所定の製品レベルの範囲内（すなわち、タンクの「薄層部分」の中）で決定された距離測度の重み付き値、例えば平均値、の対として距離対を得ることである。そのような方法は、各距離対の変動を減らすのに役立ち、したがって遅延係数及び固定位置までの実際距離の近似を改善する。さらに、このようにして得られた距離対は、また、その対の中での重み付き値の変動に関連して重み付けされてもよい。すなわち、変動の小さな距離測度を含む距離対は、近似においてより大きな重みを与えられてもよい。現在製品レベルが妨害エコーに近いかどうかなどの様々な要素が、距離測度の変動増大、したがってこの距離対のより小さな重み付けの原因となる可能性がある。

同時に、取得プロセス中のタンクの変動条件（温度、その他）を避けるために、好ましくは、距離対は、予め定義された時間範囲内に得られるべきである。若しくは、距離対は、それの取得時間に関係して重み付けされてもよい。例えば、比較的最近得られた距離対は、近似においてより大きな重みを与えられてもよい。

製品表面と固定位置の間の距離が、これらのそれぞれのエコーが十分に正確に個々に検出可能であるようなものであるとき、好ましくは、近似で使用される距離対が得られる。このことは、表面レベルが固定位置に近すぎてはならないことを意味する。というのは、近すぎると、エコーを分離するのが困難であるからである。また、製品表面が固定位置から遠すぎてもいけない。というのは、そのときに、固定位置からのエコーが弱すぎて検出できないからである（製品中を伝播することによって減衰する）。この距離の範囲の下限及び上限は、製品及び他の条件に依存するが、一般的な下限は、およそ３０〜６０ｃｍであり得、一方で、一般的な上限は、およそ１〜２ｍであり得る。

製品表面の下の固定位置は、受信マイクロ波のエコーを引き起こすどんな構造又は特徴の位置であってもよい。一実施例では、タンクの底であり、他の実施例では、製品と、製品の下に存在すさらに他の材料（一般に、水）の層との界面である。他の代替えには、梁又はフランジのようなタンクの中の構造体がある。

固定位置がタンクの底又は製品と他の材料の界面であるとき、タンク中の製品レベルは、底／界面までの計算実際距離と、製品表面までの測定距離とに基づいて決定されてもよい。若しくは、タンク中の製品レベルは、底／界面までの計算実際距離と、底／界面までの測定距離と、遅延係数とに基づいて、決定されてもよい。

本発明のこの態様及び他の態様は、本発明の現在好ましい実施例を示す添付の図面を参照して、以下により詳細に説明する。

図１は、タンク２に取り付けられたレーダ・レベル・ゲージ（ＲＬＧ）１０の模式的なブロック図を示し、このレーダ・レベル・ゲージ（ＲＬＧ）１０で本発明に従った方法を好都合に実現することができる。ゲージ１０は、ここではタンク２に蓄えられた製品３のレベルＬであるプロセス変数を決定する測定を行うように配列されている。製品は、例えば原油などの石油製品、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、他の液化炭化水素、又はマイクロ波に対して少なくとも部分的に透明な液体全般であってもよい。プロパン及びブタンは、液体として凝縮形態で蓄えられた２つの代表的なガスである。

ＲＬＧ１０は、マイクロ波制御装置１１、マイクロ波エミッタ／受信機１２、エミッタ／受信機１２を制御装置１１に接続する信号伝達媒体１３を備える。制御装置１１は、送信機１４、受信機１５、サーキュレータ１６、及びこれらの部品を管理するために必要な任意の制御回路１７を含むことができる。さらに、制御装置１１は、タンク信号、すなわちタンクから受信された信号をデジタル化するＡＤ変換器１８を備えることができる。

図１に示すように、エミッタ／受信機１２は、タンクの最上部に自由放射アンテナ１９を含むことができ、又は、代わりに、エミッタ／受信機１２は、タンクの中に延びて導波路として作用する鋼管、又は送信プローブ（例えば、同軸プローブ、単一プローブ、又はツイン・プローブ）を含むことができる。

信号伝達媒体１３は、線又はケーブルであってもよいが、より高性能な導波路も含んでもよい。タンク２の中身が爆発性又は別の危険なものである場合には、信号伝達媒体１３は、タンク壁を通り抜ける気密シールを含んでもよい。また、制御装置１１は、適切な端子の付いたエミッタ／受信機１２に直接接続することができ、又は、エミッタ／受信機１２は、制御装置１１と同じ回路基板に配列することができ、この場合には、信号伝達媒体は、回路基板上のトラックにすぎないことがある。

レーダ・レベル・ゲージ１０は、さらに、マイクロ波制御装置１１と通信し、さらに送信マイクロ波と受信マイクロ波の間の関係に基づいて測定結果を決定する処理回路２０を含む。制御装置１１は、データ・バス２１で処理回路２０に接続することができ、処理回路２０からの制御データに従ってマイクロ波信号を生成するように構成されている。

使用中に、処理回路２０は、マイクロ波制御装置１１を制御して、エミッタ／受信機１２によってタンク２の中に放射されるべき測定信号を生成し送信する。この信号は、例えば、パルス信号（パルス・レベル測定）又は特定の範囲にわたって周波数が変化する連続信号（周波数変調連続波、ＦＭＣＷ）であってもよい。マイクロ波エミッタ１２は、制御装置１１で生成された信号がマイクロ波としてタンク２の中に伝播することができるようにするアダプタとして作用し、このマイクロ波は、タンク２の中の界面又は構造体によって反射される。

タンク信号、すなわち、放射された信号及びこれのエコー、又は放射信号と反射信号の混合物は、エミッタ／受信機１２で受信され、マイクロ波制御装置１１に伝達され、そこで、受信機１５によって受信され、変換器１８によってＡ／Ｄ変換される。次に、デジタル信号は、バス２１を介して処理回路２０に供給され、そして、処理回路２０は、放射波と受信波の間の関係に基づいて測定結果を決定する。処理回路２０は、指定された回路で実現されてもよいが、また、メモリ２２に格納されたソフトウェアによって制御される汎用プロセッサを使用して実現されてもよい。メモリ２２は、また、様々な制御パラメータ及び較正パラメータを格納するために使用されてもよい。

マイクロ波は、タンク２の中のインピーダンスの異なる材料間のどんな界面でも反射される。例えば、マイクロ波は、製品３の表面６で、すなわち製品３と空気などの製品の上のタンク雰囲気４との間の界面で、反射される。表面エコーとも呼ばれるそのような反射によって、処理回路２０は、ＲＬＧ１０の基準位置から表面６までの距離ｄ_ｓを決定することができるようになる。同じ基準位置からタンクの底までの距離ｈに基づいて、タンク中の製品３のレベルＬを決定することができる（Ｌ＝ｈ−ｄ_ｓ）。

表面反射のほかに、マイクロ波は、タンク２の底７でも反射される可能性がある。製品３のインピーダンス（透明度）に依存して、底８からの反射は検出可能である可能性があり、いくつかの状況では、実際に、底からの反射が製品表面６からの反射よりも強いことがある。そのような透明な製品の例には、液体天然ガス及び他の液体炭化水素がある。底反射は、もちろん、底に近いレベルの測定を行うとき、特にタンクが動いているために表面の起こす反射が良くない海上用途で、特に顕著である。

製品３はマイクロ波の伝播を遅らせるので、底７までの検出距離ｄ_ｂはずれる（より大きく見える）。このことは、底までの測定距離ｄ_ｂと底までの実際距離ｈとに基づいて製品レベルＬを決定するために処理回路２０で使用することができる。

より具体的には、製品３によるずれは、ｄ_ｂとｈの差に等しい。物理則に従って、実際のレベルＬと、遅延によるずれｄ_ｂ−ｈによって増加したレベルＬとの間の関係は、製品の遅延係数

である。ここで、ε_ｒは製品の比誘電率であり、μ_ｒは製品の比透磁率である。この関係は、次の式になる。

したがって、レベルＬは、底反射から得ることができ、このことは、上述の状況で、すなわち、製品表面６からの反射よりも底反射が容易に検出されるとき、有用である可能性がある。しかし、このためには、製品の遅延係数

が少なくとも近似的に分かっていることが必要である。

図２は、高反射材料８が製品３の下にある状況での図１のタンク２を示す。この材料８は、例えば、充填プロセス中に製品と一緒にタンクに入って、タンクの底に溜まった水であることがある。タンクの底７で反射される代わりに、マイクロ波は、今度は、製品３と材料８の間に形成された界面９で反射される可能性がある。そのような界面９、この場合は製品−水界面９が存在するとき、この界面からの反射は一般に底反射よりも強く、検出された底反射は、実際は、製品−水海面９までの距離ｄ_ｂをもたらす。次に、図１に関して上で説明したのと同様な方法でこの距離ｄ_ｂを使用して、底反射（この場合、界面９）までの知られた距離ｈに基づいて、製品レベルＬ（この場合、界面９から測定された製品レベル）を決定することができる。

しかし、底反射までの距離ｈがタンク２の底７までの距離であった上述の状況と異なって、底反射までの距離ｈは、今度は、界面９までの距離である。この距離は、製品３の下に溜まった水（又は、他の材料）８の量に依存するので、監視しなければならない。

本発明に従った方法の２つの実施例が、図３ａ〜３ｂに示されている。この方法は、製品３の遅延係数だけでなく、底又は製品３の下の任意の界面からの反射の正確な位置も確定する方法を提供する。この方法は、図１のＲＬＧ１０で、処理回路２０に適切なハードウェア又は適切なソフトウェアを備え付けることによって実施することができる。

最初に図３ａを参照して、ステップＳ１で、一組の距離対が、ＲＬＧ１０によって得られ、好ましくは、メモリ２２に格納される。各距離対は、製品表面の下の固定位置までの検出距離ｄ_ｂだけでなく、製品表面までの検出距離ｄ_ｓも含む。この例では、固定位置は、タンクの底７であってもよく、又は、製品３と水などの下にある材料８との界面９であってもよい。若しくは、固定位置は、一組の距離の取得中に本質的に固定された位置を有するタンクの任意の他の構造又は特徴であってもよい。

図１及び２を参照して上で概説された方法でＲＬＧ１０を使用して、すなわち、マイクロ波をタンクの中に放射し、タンクからの反射波を受信し、さらに、放射マイクロ波と受信マイクロ波の間の関係に基づいて検出距離を決定することによって、検出距離は得られる。この取得は、ＲＬＧの通常動作中に、すなわちレベルＬの連続的な決定中に行われてもよい。

ステップＳ２で、固定位置までの実際距離ｈ及び製品の遅延係数

が、これらの実体と検出距離の間の関係の統計適応を使用して決定される。

好ましい実施例では、式１の関係は、検出距離ｄ_ｓとｄ_ｂの間の直線関係を表すために使用される。ｈ−ｄ_ｓを式１のＬに代入して、次の式が得られる。

ここで、

及び

は、ステップＳ１で得られた一組の距離の対（ｄ_ｓ；ｄ_ｂ）を統計的に解析することによって決定することができる係数である。そのような統計的解析は、最小二乗法を使用してｋ及びｍを近似することを含んでもよい。次の連立線形方程式を解くことによって、ｋ及びｍの決定された値から、底７／界面９までの実際距離ｈ及び／又は製品遅延係数

を計算することができる。

通常、両方の実体が計算されるが、いくつかの用途では、例えば製品の遅延係数だけが関心のある場合には、それらの実体のうちの１つだけが計算されることがある。

図３ａに示されたように、ステップＳ１での取得が最初に完成されてもよく、完全な一組の距離対を取得した後で、ステップＳ２の近似が行われてもよい。しかし、代わりに、図３ｂに示されるように、新しく得られた距離対ごとに近似が更新されるという意味で、取得プロセスと近似が交互に連続していてもよい。

ここで、ステップＳ３で、新しい距離対が得られ、それから、得られた距離対ごとに（少なくとも２つの距離対が得られている限り）、ステップＳ５で近似の更新が行われてもよい。これらのステップの間に、ステップＳ４で、どれか距離対が省略されるべきかどうかを決定するために、距離対の組全部を評価することができる。例えば、変化の少ない距離対は、省略することができる。ステップＳ３〜Ｓ５は、ＲＬＧ１０の各測定サイクルの後で繰り返されてもよいが、好ましくは、以下で概説されるように、特定の場合に繰り返されるだけである。

留意すべきことであるが、製品レベルＬは、ＲＬＧ１０が底７／界面９からだけでなく製品表面６からの反射も正確に検出し位置を決定することができるようなものであるときに、ステップＳ１及びＳ３の距離対（ｄ_ｓ、ｄ_ｂ）の取得が行われなければならない。レベルＬが高すぎると、固定位置からの反射は、製品で減衰し、正確に検出することができない。他方で、レベルＬが低すぎると、固定位置からの強い反射のために、表面反射を検出することが困難になる。

製品表面と底７／界面９の両方が正確に検出される一般的なレベル範囲は、底／界面より上約１〜２メートルから底／界面より上約３０〜６０ｃｍまでである。

ステップＳ１又はＳ３の距離対の取得は、様々な方法で実施することができる。簡単な実施では、距離対はタンクを空にしている間に得られ、レベルが予め決められたレベルより下に落ちるたびに１つの対が得られる。例えば、１．５から０．５ｍのレベル範囲２４は、２０個の「薄層部分」２５に分割されてもよく、レベルが新しい薄層部分に達するたびに、距離対が得られ、格納される。そのような方法では、異なる距離対が距離ｄｓに関して確実に均等に分布するようになる。

ｋ及びｍの近似の信頼性を高めるために、各距離対は、「薄層部分」２５で行われた複数の測定の平均値として決定されてもよい。また、そのような各平均値の変化を決定することは、有利である可能性がある。そして、ほとんど変化のない平均値から結果として得られる距離対は、ｋ及びｍの近似においてより大きな重みを与えられてもよく、それによって、近似の信頼性が増す。

距離対の組を得るために、多くの他の方法が可能である。例えば、新しい距離対は、底７／界面９までの検出距離ｄ_ｂの変化が所定の閾値を超えるたびに、新しい距離対が得られてもよい。そのような方法では、その組の距離対は距離ｄ_ｂの点で確実に均等に分布するようになり、製品遅延係数のどんな変化も考慮に入っている。代わりに、距離対は、所定の時間範囲の間に得られてもよい。

また、指摘されるべきことであるが、タンクが満たされているか空にされているかに依存して距離対を得るために、異なる方式を採用することが有利である可能性がある。使用中に、一般に空気だけがタンクの中に導入されるので、製品遅延係数だけでなく任意の製品−水界面の位置も一定であると考えることができる。充填中に、水が製品と共に導入されて製品水界面９を移動させる危険性だけでなく、製品混合が変化して遅延係数の変化をもたらす危険性の増大がある。

距離ｈ及び製品遅延係数の近似は、連続したレーダ・レベル測定において様々な方法で使用することができる。

表面反射が検出可能であり、したがって、製品表面までの正確な距離が与えられる場合には、近似距離ｈを使用して、レベルＬをｈ−ｄ_ｓとして決定することができる。これは、水８のような材料が製品３の下に存在し、したがって製品−水界面９までの距離を決定することが必要である、図２に示されるような状況で有用である。したがって、本発明は、タンクに取り付けられるどんなハードウェアも必要としない、この距離を決定する有効な方法を提供する。そのようなハードウェアは、時には、水底センサ（ＷＢＳ）と呼ばれ、したがって、本発明は、ソフトウェアをベースにしたＷＢＳとして使用することができる。レベルｈ及び製品遅延係数の連続的な監視が望ましい場合には、図３のプロセスを繰り返すことができる。

他の状況では、レベルＬは、式１に従って、ｄ_ｂ、ｈ及び遅延係数

に基づいて決定することができる。このことは、底７／界面９からの反射が支配的になって、表面反射を検出し位置を決定することが困難になるような状況で有用である。上で言及したように、そのような状況は、タンクの底に近い領域で、特に非常に透明な製品で、且つ海上用途の場合に生じる可能性がある。この場合、表面反射が再び検出可能になるまで、図３のプロセスは、繰り返すことができない。

図４は、同じく本発明の実施例に従った方法を実施するように構成された組合せレーダ・レベル測定プロセスに、上述の動作モードをどのようにして統合することができるかを示す。

ステップＳ１１で、製品表面までの距離ｄ_ｓ及び底７／界面９までの距離ｄ_ｂが、これまでの測定サイクルで検出される。ステップＳ１２で、表面反射が検出可能か否か、すなわち距離ｄ_ｓが検出可能かどうか、が決定される。

ことによると製品レベル３が底７に近すぎることによって、ｄ_ｓが検出可能でない場合には、処理はステップＳ１３まで続いて、ｄ_ｂが検出可能かどうかを決定する。ｄ_ｂもまた検出可能でない場合には、場合によってはステップＳ１４の適切な誤り処理の後で、処理は、新しい測定サイクルのためにステップ１１に戻る。

ステップＳ１３で、ｄ_ｂは検出可能であると分かった場合には、ステップＳ１５で、式１及びｈの利用可能な値及び遅延係数を使用して、レベルＬが決定される。これらの値は、以下のステップで述べられるプロセスで近似されたか、又はステップＳ１０で初期化された初期値である可能性がある。レベルＬが決定された後で、処理は、新しい測定サイクルのためにステップ１１に戻る。

ステップＳ１２で、製品レベルが底７から十分に高いことを示し、ｄ_ｓがステップＳ１２で検出可能であると分かった場合には、ステップＳ１６で、ｈの利用可能な値を使用して、レベルＬが決定される。

次に、ステップＳ１７で、ｄ_ｂは検出可能かどうかが決定される。可能でない場合には、処理は、新しい測定サイクルのためにステップＳ１１に戻る。ｄ_ｂが検出可能である場合には、検出値ｄ_ｓ及びｄ_ｂは、距離対（ｄ_ｓ、ｄ_ｂ）の候補であり、ステップＳ１８で評価される。

取得方法及び検出された距離値の質（変動など）に依存して、ステップＳ１９で距離対は格納される可能性があり、距離対の組は、それに応じて更新される可能性がある。ステップＳ２０で、処理が新しい測定サイクルのためにステップＳ１１に戻る前に、ｈ及び遅延係数の最新の近似が行われてもよい。

ステップＳ１８〜２０が、図３ａに従った方法か図３ｂに従った方法を実現するように、ステップ１８の評価は実施されてもよい。どの距離対を使用するか及びそれらをどのように重み付けするかに関して、また、様々な種類の考察が実行される可能性がある。

図４のレベル測定プロセスに従って、本発明のこの実施例は、このように、タンクの全範囲で、底７に非常に近いところでも満足なレベル測定を保証する方法を提供する。

当業者は、本発明が決して上述の好ましい実施例に限定されないことを理解している。それどころか、添付の特許請求の範囲の範囲内で多くの修正及び変更が可能である。例えば、固定位置までの実際距離と製品遅延係数の両方を決定することは必要でない可能性がある。さらに、レーダ・レベル測定プロセスの細部は、製品表面６までの距離測度、及び固定位置、例えば底７又は界面９までの距離測度を提供するように構成されている限り、違ったやり方で実施されてもよい。

本発明に従った方法の実施例を実施するのに適したレーダ・レベル・ゲージを備えたタンクを模式的に示す図である。 図１のタンクを示す図であり、タンク中の製品の下に材料が存在している。 本発明に従った方法の１つの実施例を示す流れ図である。 本発明に従った方法の１つの実施例を示す流れ図である。 本発明の実施例を実施するレーダ・レベル測定プロセスを示す流れ図である。

符号の説明

２ タンク
３ 製品
４ タンク雰囲気
６ 製品表面
７ タンクの底
８ 製品の下に溜まった水
９ 製品−水界面
１０ レーダ・レベル・ゲージ（ＲＬＧ）
１１ マイクロ波制御装置
１２ マイクロ波エミッタ／受信機
１３ 信号伝達媒体
１４ 送信機
１５ 受信機
１６ サーキュレータ
１７ 制御回路
１８ ＡＤ変換器
１９ 自由放射アンテナ
２０ 処理回路
２１ バス
２４ レベル範囲
２５ タンクの薄層部分

Claims (27)

1. タンク（２）中に含まれた製品（３）の少なくとも１つのプロセス変数を決定する方法において、一組の距離対を得る段階（ステップＳ１）を含み、各対は、前記製品の表面（６）までの距離の第１の距離測度（ｄ_ｓ）と、前記製品表面の下の前記タンク中の固定の位置（７、９）までの距離の第２の距離測度（ｄ_ｂ）とを含み、各距離対が、
   マイクロ波を前記タンクの中に放射し、これを前記製品の方に向かって伝播させる段階と、
   前記製品表面からのエコー及び前記固定位置からのエコーを含む前記タンクからの反射波を受信する段階と、
   前記放射され受信されたマイクロ波に基づいて、前記第１及び第２の距離測度を決定する段階とによって得られる方法であって、
   前記固定位置までの実際距離（ｈ）及び前記製品の遅延係数
   

   

   
   のうちの少なくとも１つを、前記一組の距離対、及び、前記製品表面までの距離と、前記固定位置までの実際距離と、前記固定位置までの距離の前記距離測度と、前記遅延係数との関係に基づいて計算すること（ステップＳ２）を特徴とする方法。
2. 前記計算は、直線関係ｙ＝ｋｘ＋ｍに基づいており、ここで、ｙは前記製品表面までの距離であり、ｘは前記固定位置までの測定距離であり、さらに、ｋ及びｍは、前記遅延係数及び前記固定位置までの実際距離を示す要素である、請求項１に記載の方法。
3. 前記要素ｋ及びｍの近似は、前記一組の距離対に最小二乗法を適用することによって行われる、請求項２に記載の方法。
4. 前記タンク（２）中に少なくとも２つの層（２５）を画定する段階と、
   前記タンク中の製品レベル（Ｌ）を決定する段階と、
   前記決定された製品レベルが、前に決定された製品レベルと比べて異なる層の中にあると決定されるたびに、新しい距離対を得る段階とをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記製品表面までの距離の前記距離測度（ｄ_ｓ）の変化が所定の閾値を超えるたびに、新しい距離対を得る段階をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記固定位置までの距離の前記距離測度（ｄ_ｂ）の変化が所定の閾値を超えるたびに、新しい距離対が得られる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 各距離対の各距離測度は、所与の製品レベル範囲内で得られた距離測度の重み付き値として決定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記重み付き値は、平均値である、請求項７に記載の方法。
9. 距離対には、前記重み付き値の変化に基づいて、前記計算において異なる重みが与えられる、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記距離対は、予め決められた時間範囲の中で得られる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 距離対には、それの取得時間に基づいて、前記計算において異なる重みが与えられる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記製品表面と前記固定位置の間の距離が、前記固定位置からの反射を正確に検出することができるほどに十分に小さく、且つ前記製品表面及び前記固定位置からの反射が個々に検出可能であるほどに十分に大きいときに、前記距離対が得られる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記距離の下限は、およそ０．３〜０．６ｍである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記距離の上限は、およそ１〜２ｍである、請求項１２に記載の方法。
15. 前記固定位置は、前記製品と、前記製品の下に存在するさらに他の材料の層との間の界面（９）である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記固定位置は、前記タンクの底（７）である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記タンクの底（７）又は前記界面（９）までの前記計算実際距離（ｈ）と、前記製品表面までの測定距離（ｄ_ｓ）とに基づいて、前記製品レベル（Ｌ）を決定する段階（ステップＳ１６）をさらに含む、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記タンクの底（７）又は前記界面（９）までの前記計算実際距離（ｈ）と、前記タンクの底（７）又は前記界面（９）までの測定距離（ｄ_ｂ）と、前記遅延係数とに基づいて、前記製品レベル（Ｌ）を決定する段階（ステップＳ１５）をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. タンク（２）中の製品（３）のプロセス変数を決定するために使用されるレーダ・レベル・ゲージであって、
    マイクロ波を前記タンクの中に放射し、これを前記製品の方に向且つて伝播させるマイクロ波エミッタ（１２）と、
    製品表面からのエコー及び固定位置からのエコーを含む前記タンクからの前記マイクロ波信号の反射を受信するためのマイクロ波受信機（１５）と、
    前記製品の表面までの距離の第１の距離測度及び前記製品表面の下の前記タンク中の固定位置までの距離の第２の距離測度を、前記放射され受信されたマイクロ波に基づいて決定するように配列された処理回路（２０）と、を備え、前記第１及び第２の距離測度は距離対を形成し、
    さらに、前記処理回路は、一組の距離対を格納し、且つ前記固定位置までの実際距離及び前記製品の遅延係数のうちの少なくとも１つを、前記一組の距離対及び、前記製品表面までの距離と、前記固定位置までの実際距離と、前記固定位置までの距離の前記距離測度と、前記遅延係数との間の関係に基づいて計算するように構成されている、レーダ・レベル・ゲージ。
20. 前記マイクロ波信号は、周波数領域の信号である、請求項１９に記載のレーダ・レベル・ゲージ。
21. 前記タンク信号は、時間領域の反射光測定（ＴＤＲ）信号である、請求項１９に記載のレーダ・レベル・ゲージ。
22. 前記信号誘導伝播手段は、前記タンクの内部に配列された自由放射アンテナ（１９）を含む、請求項１９から２１の一項に記載のレーダ・レベル・ゲージ。
23. 前記信号誘導伝播手段は、前記タンクの中に延びるプローブを含む、請求項１９から２１の一項に記載のレーダ・レベル・ゲージ。
24. 前記固定位置は、前記製品と、前記製品の下に存在するさらに他の材料の層との間の界面（９）である、請求項１９から２３の一項に記載の方法。
25. 前記固定位置は、前記タンクの底（７）である、請求項１９から２３の一項に記載の方法。
26. 前記処理回路は、さらに、前記底（７）又は界面（９）までの前記計算実際距離（ｈ）及び前記製品表面（６）までの前記測定距離（ｄ_ｓ）に基づいて、前記製品レベル（Ｌ）を決定するように構成されている、請求項２４又は２５に記載の方法。
27. 前記処理回路は、さらに、前記底（７）又は界面（９）までの前記計算実際距離（ｈ）、前記底（７）又は界面（９）までの前記測定距離（ｄ_ｂ）、及び前記遅延係数
    

    

    
    に基づいて、前記製品レベル（Ｌ）を決定するように構成されている、請求項２４又は２５に記載の方法。

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