JP2009513988A - レーダーアンテナによる液体の液位決定装置及びかかるレーダーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】
本発明は、液体の液位決定装置であって、液体の上方に配置されて液体にレーダー波を発信し且つ液体の面から反射されたレーダー波を受信するレーダーアンテナと、発信され且つ反射されたレーダー波に基づいて液位を決定する手段とを少なくとも備えており、レーダーアンテナは、下方の液体に向けられかつ液体の面を基準にして水平に方向づけられた発信面を有し、該発信面には該発信面に存在する結露の排出を促進する手段が設けられている、装置に関する。

Description

本発明は、液体の液位決定装置であって、液体の上方に配置されて液体にレーダー波を発信し且つ液体の面から反射されたレーダー波を受信するレーダーアンテナと、発信され且つ反射されたレーダー波に基づいて液位を決定する手段とを少なくとも備えており、レーダーアンテナは、下方の液体に向けられかつ液体の面を基準にして水平に方向づけられた発信面を有する、装置に関する。

本発明はまたかかる装置に使用されるレーダーアンテナに関する。

レーダー（Radio Detection And Ranging）は、非接触距離決定に広く使用されている。この関連で使用される周知の原理は、時間差法である。この方法によれば、レーダーアンテナが対象物、例えば液面に当るレーダー信号を発信する。対象物は、発信されたレーダー信号／波の一部をレーダーアンテナの方向に反射して戻し、レーダーアンテナは反射されたレーダー信号／波を受信する。

発信レーダー信号用と反射レーダー信号用とに別個のレーダーアンテナを使用することも可能であるが、通例発信用と受信用とに１つの同じレーダーアンテナを使用する。レーダーシステムは、発信レーダー信号と受信レーダー信号との時間差Δｔを測定する。レーダー信号の速度は知られているので、液体の面に対する距離を決定することは容易である。

前述の測定原理を用いる、最初の段落で説明した形式の装置は、液体、例えばプロセス工業又は石油精製所における貯蔵タンク内の水又は油の液位をレーダー信号によって精確に決定するのにしばしば使用される。その目的のため、発信面が設けられたレーダーアンテナにして、該発信面が下方に向けられかつさらに液体の面を基準にして水平に方向づけられたレーダーアンテナが、タンクの上部に配置される。

現在知られているレーダーシステムの欠点は、レーダーアンテナの水平に方向づけられた発信面が貯蔵タンク内の水分結露に非常に影響を受けやすいという事実である。形成された結露は発信面に付着し、距離測定の妨げとなる。結露は発信面によるレーダー信号の送信の妨げとなるからである。

本発明の目的は、上述の欠点を克服し、前述の悪影響を受けることなしにタンク内の液位をより精確に決定できる、上記最初の段落で言及した形式の装置を提供することである。

本発明によれば、当該装置は、その目的のため、液体の面を基準にして水平に方向づけられる発信面に、該発信面に存在する結露の排出を促進する手段が設けられていることを特徴とする。

結露はもはや水平に方向づけられた発信面に永続的に付着することができず、逆に、より積極的に排出されるので、発信面によるレーダー波の送信に影響を及ぼさず又はこれを妨げず、貯蔵タンク内で行われる液位測定の精度に良い影響を与える。

本発明のより機能的な実施の形態において、前記手段は、発信面から液面の方向に突出する少なくとも１つの要素を備える。
前記少なくとも１つの要素は先細になった端部を有し得る。

特定の実施の形態において、前記少なくとも１つの要素は円錐又はピラミッド形の形状である。
結露の十分な排出は、本発明によれば前記少なくとも１つの要素の面が発信面に対して少なくとも４５°の角度αを含む点において得られる。

なお、国際特許出願ＷＯ０３／０４８６９７は、タンク内の液体の液位を決定する装置を開示し、ここでレーダーアンテナ又は発信面はタンク内の液面を基準にしてある角度で配置される。レーダーアンテナの傾斜した姿勢の結果、形成され得るすべての結露は重力の影響下で排出されることができる。

しかしながら、このレーダーアンテナ又は発信面の傾斜した姿勢の重要な欠点は、発信されたレーダー信号が液面に垂直にではなく、ある角度で入射し、そのため反射レーダー信号にタンク壁部からの散乱や反射などの外乱をもたらすという事実である。前記反射は液位測定の精度に重大な影響を及ぼし、その不精確さは、追加の、通例複雑で高価な補正策を講じることによってのみ是正できる。

発明の実施の形態

以下、本発明を図面を参照してより詳細に説明する。
本発明のより良き理解のために、以下の図の説明において同様の部品は同じ番号で指示する。

図１は、タンク内の液体の液位を決定する先行技術装置を略図的に示す。装置１０はタンク１の上部に配置され、該タンクは壁部１ａと屋根１ｂとで組み立てられる。タンク１の高さは文字Ｈで指示されている。

タンク１内に存在するのは、ある量の液体２であり、その液位３の高さは文字ｈで指示されている。
先行技術装置１０は少なくとも１つのレーダーアンテナ１２を備えており、該レーダーアンテナには液面３の方向にレーダー信号４ａを発信する発信面１１が設けられている。レーダー信号４ａは液面３によって部分的に反射され、反射されたレーダー信号４ｂが今度はレーダーアンテナ１２によって受信される。

先行技術装置１０には、発信されたレーダー信号４ａと反射されたレーダー信号４ｂとに基づいて液位３（ｈ）を決定する手段がさらに設けられており、ここで測定システムは次の式（１）及び（２）に基づく。

ｈ’＝Ｈ−ｈ＝１／２．ｃ．Δｔ_{４ａ＋４ｂ} （１）
又は
ｈ＝Ｈ−１／２．ｃ．Δｔ_{４ａ＋４ｂ} （２）
ここで、
Ｈ ＝ タンクの高さ（ｍ）
ｈ’ ＝ レーダーアンテナと液面との距離（ｍ）
ｈ ＝ 液位の高さ（ｍ）
ｃ ＝ レーダー波の伝播速度（ｍ／秒）
Δｔ_{４ａ＋４ｂ} ＝ 発信レーダー信号と反射レーダー信号との時間差（秒）、である。

このようにして、タンク１内の液体２の液位の正確な高さを決定することが可能である。

しかしながら、装置１０による測定は、発信面１１又はレーダーアンテナ１２に形成され、かつレーダー信号の送信に悪影響を及ぼす結露によって悪影響を受け、その結果として、液位を決定するための測定をも不精確なものとする。

図２及び３は、レーダーアンテナ又は発信面の実施の形態を示し、該アンテナ又は発信面には本発明により結露の排出を促進する手段が設けられる。図２において、発信面１１には先細になった端部１３ａを有する要素が設けられ、該要素は液面３に向けられている。

より詳細には、要素１３は形状が円錐又はピラミッド形であり、かつレーダーアンテナ１２の発信面１１に組を成して配列されている。
これらの図が示すように、要素１３は、発信面１１にて少なくとも１つの周方向パターン、例えば円形パターンで配列されている。要素１３は、いくつかの同心円状の周方向プラットフォームに配列してもよい。その他のパターンも、レーダーアンテナの有効性に悪影響を及ぼさない限り、すなわち発信及び受信レーダー信号４ａ、４ｂの妨げとならない限り、同様に機能的であり得る。図２に明瞭に示されているように、要素１３は、発信面１１の面積の小さい部分を占めるのみであるので、レーダーの放射特性と、特に発信及び受信レーダー信号４ａ、４ｂの妨げとならない。好ましくは、要素１３はレーダー信号に対し透過性の材料で製作される。

要素１３が円錐形状をしている結果、要素１３上に形成された結露１５は、重力の影響下でしずく１６の形で容易に排出されることができる。このようにして、要素１３は結露の排出を促進するので、結露１５は発信面１１又はレーダーアンテナ１２に蓄積せず又は溜らず、したがって液位測定に悪影響を及ぼさず又は妨げとならない。

図３に示すように、各々の要素１３の面は発信面１１に対しある角度αを含み、該角度は少なくとも４５°である。
貯蔵タンク内の液位測定に使用されることに加えて、本発明による装置は、原子炉の冷却水の水位又は開放水域（湖、海など）の水位等の他の液体について液位測定を行うのにも使用し得ることは理解されよう。

後者の測定法での使用を意図した実施の形態を図４に示す。図４は開放水域１ａを示し、該水域は例えば湖、あるいは川又は海であってもよい。液位３の精確な測定を可能にするため、装置は土手／岸２２に設置され、かつ水位３の上方に突出するアーム２１を有するハウジング又は枠組２０で組み立てられている。アーム２１に取り付けられているのは、水位３の高さｈ’を精確に測定する本発明による装置１０である。

このようにして、特に水２の波のうねりを、例えば沿岸防護目的のために適切なやり方で測定することが可能である。

先行技術による装置の図である。 本発明の第１の実施の形態の詳細図である。 本発明による実施の形態の別の詳細図である。 本発明の使用の実施の形態の図である。

符号の説明

１・・・・・・タンク
２・・・・・・液体
３・・・・・・液位（液面）
４ａ・・・・・発信レーダー信号
４ｂ・・・・・受信レーダー信号
１０・・・・・液位決定装置
１１・・・・・発信面
１２・・・・・レーダーアンテナ
１３・・・・・要素
１３ａ・・・・先細端部
１５・・・・・結露
１６・・・・・しずく

Claims (8)

1. 液体の液位決定装置であって、
   液体の上方に配置され、該液体にレーダー波を発信し且つ該液体の面から反射されたレーダー波を受信するレーダーアンテナと、並びに、
   前記発信され且つ反射されたレーダー波に基づいて液位を決定する手段と、を少なくとも備えており、
   前記レーダーアンテナは発信面を有し、該発信面は、下方の前記液体に向けられ且つ該液体の面を基準にして水平に方向づけられており、該発信面には、該発信面に存在する結露の排出を促進する手段が設けられている、液体の液位決定装置において、
   前記水分の排出を促進する手段が、前記水平に方向づけられた発信面から前記液体の方向に突出するいくつかの要素を備えることを特徴とする、液体の液位決定装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記要素が、前記水平に方向づけられた発信面上にて、互いにいくらかの距離隔てられていることを特徴とする、装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記要素が、前記水平に方向づけられた発信面上にて、少なくとも１つの周方向パターンで配列されていることを特徴とする、装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記要素が、前記水平に方向づけられた発信面上にて、いくつかの周方向パターンで配列されていることを特徴とする、装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、前記要素が先細になった端部を有することを特徴とする、装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の装置において、前記要素が円錐形状であることを特徴とする、装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの要素の面が前記発信面に対して少なくとも４５°の角度αを含むことを特徴とする、装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の発信面が設けられたレーダーアンテナ。

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