JP4695394B2 - Liquid level measurement apparatus and measurement method using radar - Google Patents

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Description

本発明は一般にレーダを利用した液位測定に関し、より詳細には、本発明は液面上の正確なガス成分及び/又は圧力の事前知識なしに導波管を介してレーダを利用した高精度の液位測定を行うための装置及び方法に関する。   The present invention relates generally to radar-based liquid level measurement, and more particularly, the present invention provides high accuracy using radar via a waveguide without prior knowledge of the exact gas composition and / or pressure on the liquid surface. The present invention relates to an apparatus and a method for performing liquid level measurement.

コンテナ内の液位測定のためのデバイスはマイクロ波信号を液面方向に送信するための送信機と、液面で反射するマイクロ波信号を受信するための受信機と、送信され、反射されたマイクロ波信号の伝播時間からコンテナ内の液位を計算するための信号処理デバイスとを備えている。   The device for measuring the liquid level in the container is transmitted and reflected by a transmitter for transmitting the microwave signal in the direction of the liquid level and a receiver for receiving the microwave signal reflected by the liquid level. And a signal processing device for calculating the liquid level in the container from the propagation time of the microwave signal.

このようなデバイスは特に原油及びそれから製造された生成物のような石油製品向けにますます重要になってきている。ここでコンテナとはタンカーの全積載容積の一部をなす大型コンテナ、又はさらに大型の何十立方又は何千立方メーターの容量の、通常は円筒形の地上タンクを意味している。   Such devices are becoming increasingly important, especially for petroleum products such as crude oil and products produced therefrom. Here, the container means a large container that forms a part of the total loading capacity of the tanker, or a larger, usually cylindrical, ground tank having a capacity of tens of cubic meters or thousands of cubic meters.

コンテナ内の液位を測定するためのレーダを利用した1つの特定の種類のデバイスの場合、マイクロ波信号はマイクロ波用の導波管として機能する、コンテナ内に実装された垂直のスチール管を通して送信、反射、及び受信される。このような管を利用した液位測定の実施例はEdvardssonに付与された米国特許第5,136,299号に開示されている。導波管内でのマイクロ波の速度は自由波伝播の場合よりも低いが、伝播時間からコンテナ内の液位を計算する際は、導波管の寸法の知識に基づく計算、又は校正手順のいずれかによってこのことを考慮できる。   For one particular type of device that utilizes a radar to measure the liquid level in a container, the microwave signal passes through a vertical steel tube mounted in the container that functions as a waveguide for the microwave. Transmitted, reflected, and received. An example of liquid level measurement utilizing such a tube is disclosed in US Pat. No. 5,136,299 to Edvardsson. The speed of the microwave in the waveguide is lower than in free wave propagation, but when calculating the liquid level in the container from the propagation time, either a calculation based on knowledge of the waveguide dimensions or a calibration procedure is used. This can be taken into account.

さらに、液面上のガスによってマイクロ波の速度が低下する。この減速は正確に評価できるが、それはガスの成分、温度及び圧力が判明している場合だけであり、そのようなことは稀である。   Furthermore, the speed of the microwave is reduced by the gas on the liquid surface. This deceleration can be accurately evaluated, but only if the gas composition, temperature and pressure are known and such is rare.

通常の、すなわち常温で流動性がある石油製品が使用される場合、管内のガスは典型的には空気である。空気中の定格誘電率は典型的に±0.0001の変動を伴う1.0006である。しかし、炭化水素などの蒸気である場合は、タンクの内容の誘電率は空気の場合よりも高まるであろう。このような上昇は顕著であることがある。   When normal, ie, petroleum products that are fluid at ambient temperatures, are used, the gas in the tube is typically air. The nominal dielectric constant in air is typically 1.0006 with a variation of ± 0.0001. However, for steam such as hydrocarbons, the dielectric constant of the tank contents will be higher than for air. Such an increase may be significant.

さらに、過圧下の液化したガスを容れたコンテナ内の液位を測定する場合、速度変化は極めて顕著である。一般的なガスのうち、プロパンは最高の誘電率を有し、10バールの圧力下で約1%の減速が生ずる(ε=1.02に対応)。このような大幅な食い違いは保管配送の用途のような多くの用途では受け入れられない。   Furthermore, when measuring the liquid level in a container filled with liquefied gas under overpressure, the change in speed is very significant. Of the common gases, propane has the highest dielectric constant and a deceleration of about 1% occurs at a pressure of 10 bar (corresponding to ε = 1.02). Such large discrepancies are unacceptable for many applications, such as storage and delivery applications.

したがって保管配送の精度として定義される、より高い精度が必要であることが多い。ここで保管配送の精度という表現は液位測定の多くの営業用の利用での公式な要求基準である保管配送向けの認可が可能であるのに充分な精度を意味する。伝播速度の観点から、保管配送の精度は約0.005から0.05%の範囲の液位判定精度を意味する。しかし、保管配送の要求基準は国によって、また組織によって極めて大きく変動するが、上記の例は明らかにどの保管配送精度にも適合しない。   Therefore, there is often a need for higher accuracy, defined as storage and delivery accuracy. The expression storage accuracy here means sufficient accuracy to permit approval for storage and delivery, which is the official requirement for many commercial uses of liquid level measurement. From the viewpoint of propagation speed, the accuracy of storage and delivery means the liquid level determination accuracy in the range of about 0.005 to 0.05%. However, although storage and delivery requirements vary greatly from country to country and from organization to organization, the above example clearly does not fit any storage and delivery accuracy.

したがって本発明の主要な目的は、液面上の正確なガス成分及び/又は圧力の事前知識がなくても管を介してレーダを利用した高精度の液位測定を行うための装置及び方法を提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide an apparatus and method for performing high-accuracy liquid level measurement using a radar via a pipe without prior knowledge of the exact gas component and / or pressure on the liquid surface. It is to provide.

本発明の特定の目的は、誘電率がどこでも1≦ε≦1.03の幅にある液面上のガス又はガス混合物の場合に0.4%より、好適には0.1%より、また最も好適には0.01%より良い測定液位の精度をもたらす上記の装置及び上記の方法を提供することにある。この幅はある誤差範囲を伴ってプロパン、ブタン、メタン及びその他の一般的なガスを含むように選択される。   A particular object of the present invention is that 0.4%, preferably 0.1%, and preferably 0.1% for a gas or gas mixture on a liquid surface where the dielectric constant is anywhere between 1 ≦ ε ≦ 1.03. It is most preferable to provide the above-described apparatus and the above-described method that provide a measurement liquid level accuracy better than 0.01%. This width is selected to include propane, butane, methane, and other common gases with some margin of error.

この点に関連して、本発明の特定の目的は、保管配送精度で液位を測定可能な上記の装置及び上記の方法を提供することにある。   In this regard, a specific object of the present invention is to provide the above apparatus and the above method capable of measuring the liquid level with storage and delivery accuracy.

本発明の別の目的は、管の内部寸法の正確な測定をも行う管を通して液位を測定する上記の装置及び上記の方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide the above apparatus and method for measuring liquid level through a tube which also provides an accurate measurement of the internal dimensions of the tube.

本発明のさらに別の目的は、例えば管の断面寸法、管の長さに沿った断面寸法の変化、管の同心性の程度、管の内壁での不純物、特に固体又は液体炭化水素の存在、又は前記ガス中でのミスト、特にオイル・ミストの存在のような管、又はコンテナ内の環境の1つ又は複数の特性を評価することによってエラーを低減する、管を通して液位を測定する上記の装置及び上記の方法を提供することにある。   Yet another object of the present invention is, for example, the cross-sectional dimension of the tube, the change in cross-sectional dimension along the length of the tube, the degree of concentricity of the tube, the presence of impurities, especially solid or liquid hydrocarbons, on the inner wall of the tube, Or measuring the liquid level through a tube, such as the presence of mist in the gas, in particular the presence of oil mist, or reducing the error by evaluating one or more characteristics of the environment in the container. It is to provide an apparatus and a method as described above.

上記の目的は特に添付の特許請求の範囲で特許請求されている装置及び方法によって達成される。   The above objective is accomplished by the apparatus and method particularly pointed out in the appended claims.

レーダ液位計はかなり広い帯域幅(幅は中心周波数の10から15%でよい)を利用し、伝播の特性はこの帯域の中心の群速度で示される。発明者は送受信されるマイクロ波信号の周波数帯域及び伝播モード、及び管の内部寸法の適正な選択によって、好適には1と1.03の間である、関心対象である誘電率の範囲にわたって全く一定である、マイクロ波信号の群速度を得ることが可能であることを発見した。分析によれば、1から1.03である誘電率の幅にわたって、群速度はわずか±0.005%しか変動せず、一方、例えば自由空間伝播を利用する従来の装置では±0.75%の変動が生じるであろう。   Radar level gauges use a fairly wide bandwidth (the width can be 10 to 15% of the center frequency), and the propagation characteristics are indicated by the group velocity at the center of this band. The inventor has made it possible over the range of dielectric constants of interest, preferably between 1 and 1.03, by appropriate selection of the frequency band and propagation mode of the transmitted and received microwave signals and the internal dimensions of the tube. It has been found that it is possible to obtain a constant group velocity of microwave signals. Analysis shows that the group velocity fluctuates by only ± 0.005% over a dielectric constant range of 1 to 1.03, while ± 0.75% for conventional devices utilizing free space propagation, for example. Fluctuations will occur.

マイクロ波信号の周波数帯域の中心周波数は好適には、選択されたモード及び管の内部寸法における真空中の遮断周波数の約(2/ε)1/2倍、又はそれに近い周波数であり、ただしεは関心対象である誘電率の範囲の中心周波数の値、例えば上記の好適な範囲では約1.015である。このように、関心対象である誘電率範囲の中間の誘電率を有するガスの場合、最適な中心周波数は実際の遮断周波数の約21/2倍となる。 The center frequency of the frequency band of the microwave signal is preferably about (2 / ε) 1/2 times or close to the cutoff frequency in vacuum at the selected mode and tube internal dimensions, where ε Is the value of the center frequency of the range of dielectric constants of interest, for example about 1.015 in the preferred range above. Thus, for a gas having a dielectric constant that is in the middle of the dielectric constant range of interest, the optimum center frequency is approximately 21/2 times the actual cutoff frequency.

最適周波数foptから7%未満、好適には5%未満、より好適には3%未満、さらに好適には2%未満、またさらに好適には1%未満だけ偏移する周波数を含む周波数帯域でマイクロ波信号が送信されるので、本発明を定量的に規定できる。ただし、最適周波数は下記のように計算される。 In a frequency band that includes frequencies that deviate by less than 7%, preferably less than 5%, more preferably less than 3%, even more preferably less than 2%, and even more preferably less than 1% from the optimal frequency f opt Since a microwave signal is transmitted, the present invention can be defined quantitatively. However, the optimum frequency is calculated as follows.

Figure 0004695394

ただし、fc0は前記管内での前記第1伝播モードの遮断周波数であり、εは関心対象の誘電率範囲の中心の誘電率である。これらの周波数は単一モードの伝播が保証されなければならない場合に用いられる周波数よりも高いが、双方ともEdvardssonに付与された米国特許第4,641,139号及び米国特許第5,136,299号に記載されているように、過大サイズの管及びモード抑制が適用されている場合に典型的に用いられる周波数よりもずっと低い。したがって、本発明で用いられている周波数は少なくとも部分的に、管と液位測定の双方に関して先行技術で使用されている周波数範囲の外にある。
Figure 0004695394

Where f c0 is the cutoff frequency of the first propagation mode in the tube and ε is the dielectric constant at the center of the dielectric constant range of interest. These frequencies are higher than those used when single mode propagation must be guaranteed, but both are US Pat. No. 4,641,139 and US Pat. No. 5,136,299 issued to Edwardsson. As described in the issue, it is much lower than the frequencies typically used when oversized tubes and mode suppression are applied. Thus, the frequencies used in the present invention are at least partly outside the frequency range used in the prior art for both tube and liquid level measurements.

しかし最も有利であるのは、周波数帯域は最適周波数foptであるか、又は最適周波数foptから1から7%未満だけ偏移した中心周波数を有する。 Most advantageously, however, the frequency band is the optimal frequency f opt or has a center frequency that deviates from the optimal frequency f opt by less than 1 to 7%.

好適には、測定用に円形の管及びモードH11が用いられる。真空中でモードH11の場合の遮断周波数の約(2/ε)1/2倍の周波数を選択することによってもマイクロ波信号をE01モードで伝播可能である。マイクロ波信号はこれらの2つのモードで互いに別個に測定されることができ、E01モードのマイクロ波信号の測定は管の寸法に関する情報、及び/又は液化ガスの表面上のガス又はガス混合物の誘電特性に関する情報を推測するために利用できる。 Preferably, a circular tube and the mode H 11 are used for measurement. The microwave signal can also be propagated in the E 01 mode by selecting a frequency about (2 / ε) ½ times the cutoff frequency in the case of mode H 11 in vacuum. The microwave signal can be measured separately from each other in these two modes, the measurement of the E 01 mode microwave signal provides information on the dimensions of the tube and / or the gas or gas mixture on the surface of the liquefied gas. It can be used to infer information about dielectric properties.

より一般的には、マイクロ波信号を互いに別個の少なくとも2つの異なるモードで測定できる。このような二重モードの測定は、例えば管の寸法、又は内壁での油層の存在又はミストの存在のような管の大気条件のような管の状態に関する情報を推測し、またこの情報を利用して、管の状態によって誘発される測定される液位のエラーを低減するために利用できる。   More generally, microwave signals can be measured in at least two different modes that are distinct from each other. Such dual-mode measurements infer and use information about tube conditions, such as tube dimensions, or atmospheric conditions of the tube, such as the presence of an oil reservoir or mist on the inner wall. Thus, it can be used to reduce errors in the measured liquid level induced by tube conditions.

本発明の主な利点は、測定される表面の上に存在するガスの成分及び圧力の事前知識がなくとも管を通した高精度の液位測定を行うことができることである。   The main advantage of the present invention is that high-precision liquid level measurement can be performed through a tube without prior knowledge of the composition and pressure of the gas present on the surface to be measured.

本発明の別の利点は、管の状態により誘発されるエラーを二重モードの測定によって低減できることである。   Another advantage of the present invention is that errors induced by tube conditions can be reduced by dual mode measurements.

本発明のさらに別の利点は、1から1.03の誘電率範囲向けに上記のように最適周波数に近い周波数を選択することによって、管内の炭化水素滴の量の変動、及び管の内壁上の薄い炭化水素層の厚みの変化による影響が最小限に抑えられることである。   Yet another advantage of the present invention is that by selecting a frequency close to the optimum frequency as described above for a dielectric constant range of 1 to 1.03, variations in the amount of hydrocarbon droplets in the tube and on the inner wall of the tube The effect of the change in the thickness of the thin hydrocarbon layer is minimized.

本発明のその他の特徴、及びその利点は以下に記載される本発明の好適な実施例の詳細な説明、及び説明目的のためだけに示され、したがって本発明を限定するものではない添付図面、図1から図13から明らかにされる。   Other features of the present invention and its advantages will be described in the following detailed description of the preferred embodiments of the invention and the accompanying drawings, which are given solely for the purpose of illustration and are therefore not intended to limit the invention. It is clarified from FIGS. 1 to 13.

下記の説明で、導波管の呼称H11、E01、H01などは呼称TE11、TM01、TE01などと対応し、完全に同様のシステムであるものとして用いられる。 In the following description, the waveguide names H 11 , E 01 , H 01 and the like correspond to the names TE 11 , TM 01 , TE 01 and the like, and are used as a completely similar system.

レーダを利用した液位測定用の装置を斜視図で概略的に示した図1を参照して、本発明の好適な実施例を説明する。この装置は周波数変調連続波(FMCW)レーダ装置、又はパルス・レーダ装置又はその他の種類の距離測定レーダ装置でよいが、前者のほうが望ましい。レーダ装置は調整可能な可変周波数でマイクロ波信号を送信できる能力を有していてもよい。   A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which schematically shows a liquid level measurement device using a radar in a perspective view. This device may be a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar device, or a pulse radar device or other type of distance measuring radar device, but the former is preferred. The radar device may have the ability to transmit a microwave signal at an adjustable variable frequency.

図1では、1はほぼ垂直な管、又はコンテナに固定的に取付けられた管を示しており、その上限、すなわち屋根は3で示されている。コンテナは原油又はそれから製造された生成物のような石油製品であることがある液体、又は過圧下で、及び/又は冷却されてコンテナ内に保管されている凝縮ガスを収容している。プロパンとブタンは液体として保管される2つの典型的なガスである。   In FIG. 1, 1 indicates a substantially vertical tube, or a tube fixedly attached to a container, the upper limit of which is indicated by 3. The container contains a liquid that may be a petroleum product, such as crude oil or a product produced therefrom, or condensed gas that is stored under pressure and / or cooled and stored in the container. Propane and butane are two typical gases stored as liquids.

管1は好適にはマイクロ波用の導波管として機能できる金属材料製であり、任意の断面形状を有するものでよい。しかし、円形、方形、又はスーパー楕円の断面であることが好ましい。管は全長が示されておらず、上部と下部だけが示されている。管の壁には比較的小さいいくつもの開口2が設けられ、それによって液体がコンテナから管の内部に連通できるので、管内とコンテナ内の液位は同じになる。波の伝播を妨害せず、しかも内部と外部の液位を充分に迅速に均等にできるように穴のサイズ及び位置を選択可能であることが判明している。   The tube 1 is preferably made of a metal material that can function as a microwave waveguide, and may have an arbitrary cross-sectional shape. However, it is preferably a circular, square or super elliptical cross section. The total length of the tube is not shown, only the top and bottom. The wall of the tube is provided with a number of relatively small openings 2 so that liquid can communicate from the container to the interior of the tube, so that the liquid level in the tube and in the container is the same. It has been found that the size and position of the holes can be selected so that the wave propagation is not disturbed and the liquid levels inside and outside can be made sufficiently quick and even.

管にはユニット4が固定的に取付けられている。このユニット4はマイクロ波信号を送信するための送信機(明示せず)と、反射されたマイクロ波信号を受信するための受信機と、反射されたマイクロ波信号の反射部分を判定するための信号処理デバイスとを含んでいる。   A unit 4 is fixedly attached to the tube. This unit 4 is for transmitting a microwave signal (not explicitly shown), a receiver for receiving the reflected microwave signal, and for determining the reflected portion of the reflected microwave signal. And a signal processing device.

送信機は図1に5で示されている導波管を備え、これは防護管8で囲まれている。導波管5は円錐形の中間部材9を経て管1まで通っている。   The transmitter comprises a waveguide, indicated by 5 in FIG. 1, which is surrounded by a protective tube 8. The waveguide 5 passes through the conical intermediate member 9 to the tube 1.

動作時には、送信機はマイクロ波信号を発生し、これは導波管5と円錐形の中間部材9とを経て管1内に送られる。マイクロ波信号は管1内で液位測定される表面の方向に伝播し、表面によって反射され、受信機の方向に再伝播する。反射された信号は円錐形の中間部材9と導波管5とを通過し、受信機によって受信される。信号処理デバイスはマイクロ波信号の往復時間から液位を計算する。   In operation, the transmitter generates a microwave signal which is sent into the tube 1 via the waveguide 5 and the conical intermediate member 9. The microwave signal propagates in the direction of the surface to be leveled in the tube 1, is reflected by the surface and re-propagates in the direction of the receiver. The reflected signal passes through the conical intermediate member 9 and the waveguide 5 and is received by the receiver. The signal processing device calculates the liquid level from the round trip time of the microwave signal.

本発明によれば、送信機は最適な周波数foptから7%未満だけ偏移した周波数を含む周波数帯域でマイクロ波信号を送信するように適合され、最適な周波数は、 In accordance with the present invention, the transmitter is adapted to transmit a microwave signal in a frequency band that includes a frequency that deviates by less than 7% from the optimal frequency f opt , where the optimal frequency is:

Figure 0004695394

で計算され、ただしfc0は管1内での真空中での伝播モードの遮断周波数であり、εはそれに限定されるものではないが好適には1から1.03、又はそのサブ範囲に設定された関心対象の誘電率範囲の中心の誘電率である。
Figure 0004695394

Where f c0 is the cut-off frequency of the propagation mode in vacuum in tube 1 and ε is preferably, but not limited to, 1 to 1.03 or a sub-range thereof. The dielectric constant at the center of the specified dielectric constant range of interest.

周波数をそのように選択することによって、液面の上の管1内のガスの誘電率が1から1.03に変化した場合のマイクロ波信号の群速度の変化は極めてわずかであり、液面上の成分及び圧力の知識がなくても高精度の液位測定を行うことができる。   By so selecting the frequency, the change in the group velocity of the microwave signal when the dielectric constant of the gas in the tube 1 above the liquid level is changed from 1 to 1.03 is very small. Accurate liquid level measurement can be performed without knowledge of the above components and pressure.

好適には、周波数は最適周波数foptから5%未満、より好適には3%未満、さらに好適には2%未満、またいっそう好適には1%未満だけ偏移し、さらに好適には周波数は最適周波数foptと同一である。任意選択で、周波数帯域は最適周波数foptから7%、5%、3%、2%、又は1%未満だけ偏移した中心周波数を有する。 Preferably, the frequency deviates by less than 5%, more preferably less than 3%, more preferably less than 2%, and even more preferably less than 1% from the optimum frequency f opt , more preferably the frequency is It is the same as the optimum frequency f opt . Optionally, the frequency band has a center frequency that deviates by less than 7%, 5%, 3%, 2%, or 1% from the optimal frequency f opt .

これらの数値は最適周波数を用いて得られるよりもわずかに大きい速度変化をもたらすが、それでも変化は従来技術のデバイスで使用される周波数を用いた場合に得られるよりも大幅に小さい。   These numbers result in a slightly greater speed change than can be obtained using the optimal frequency, but the change is still much smaller than that obtained using the frequency used in prior art devices.

本発明の背後にある理論、及び上記の最適周波数からの偏移を説明する。   The theory behind the present invention and the deviation from the above optimal frequency will be described.

任意の均質な(すなわち誘電率εを有する単一材料で満たされた)中空導波管内での伝播は1メーター単位の半径の位相変化を生ずる位相定数βの変化によって説明できる。   Propagation in any homogeneous (ie, filled with a single material having a dielectric constant ε) hollow waveguide can be explained by a change in phase constant β resulting in a phase change in radius of 1 meter.

Figure 0004695394

ただし、kは波数(k=2πf/c、ただしfは周波数、cは真空中の光速である)、またkc0は真空中の遮断周波数の数(k=2πfc0/c、ただしfc0は真空中の遮断周波数)であり、これは導波管内での伝播の下限値である。上記の公式は導波管の断面に関わりなくどの単一の伝播モードにも当てはまる。
Figure 0004695394

Where k is the wave number (k = 2πf / c, where f is the frequency, c is the speed of light in vacuum), and k c0 is the number of cutoff frequencies in the vacuum (k = 2πf c0 / c, where f c0 is Cutoff frequency in vacuum), which is the lower limit of propagation in the waveguide. The above formula applies to any single propagation mode regardless of the waveguide cross section.

遮断波kc0は導波管の断面形状に関連する。半径aを有する円形の断面の場合は、下記のようになる。
c0=X/a (式2)
ただし、Xはベッセル関数での適用可能な根であり(J(x)、J(x)など)、kc0が真空に適用されることを強調するためにkc0内の0が挿入される。円形の導波管(直径D=2a)内のいくつかの最低モードが下記の表1にリストされている。
The cutoff wave k c0 is related to the cross-sectional shape of the waveguide. In the case of a circular cross section having a radius a:
k c0 = X / a (Formula 2)
Where X is an applicable root in the Bessel function (J 0 (x), J 1 (x), etc.), and 0 in k c0 is inserted to emphasize that k c0 is applied to a vacuum. Is done. Some lowest modes within a circular waveguide (diameter D = 2a) are listed in Table 1 below.

比較のため、aのb倍(ただしa>b)の断面サイズを有する方形の導波管内の遮断波の数を下記のように表すことができる。   For comparison, the number of cutoff waves in a rectangular waveguide having a cross-sectional size of b times a (where a> b) can be expressed as follows.

Figure 0004695394

ただし、n及びmは別の制約nm>0(Eモード)又はn+m>0(Hモード)を伴う非負整数である。
Figure 0004695394

However, n and m are non-negative integers with another constraint nm> 0 (E mode) or n + m> 0 (H mode).

ここで伝播定数βに戻ると、これは自由伝播波の伝播定数と比較して少なくともわずかに非線形周波数に依存することに留意されたい。従来は、帯域制限された信号の伝播は下記のように計算される群速度vとして表される。 Returning now to the propagation constant β, it should be noted that this depends at least slightly on the non-linear frequency compared to the propagation constant of the free propagation wave. Conventionally, the band-limited signal propagation is expressed as a group velocity v g is calculated as follows.

Figure 0004695394

ただし、cは真空内での光速(299792458m/秒)であり、係数c/vは1よりも少なくともわずかに大きい。(自由空間の場合に近づく)断面積が極めて大きい導波管の場合、Kc0は無視してもよく、そこで係数は単に誘電率εの平方根である。
Figure 0004695394

However, c is the velocity of light in a vacuum (299792458m / sec), the coefficient c / v g is at least slightly greater than 1. For a waveguide with a very large cross-sectional area (approaching free space), K c0 may be ignored, where the coefficient is simply the square root of the dielectric constant ε.

表1.円形導波管内のモード。各伝播モードについて共通の表記、X、λc0/D(ただしλc0は真空中の遮断波長であり、Dは直径、D=2a)が付与される。 Table 1. Mode in a circular waveguide. A common notation, X, λ c0 / D (where λ c0 is a cutoff wavelength in vacuum, D is a diameter, D = 2a) is given to each propagation mode.

Figure 0004695394
Figure 0004695394

式4をより厳密に吟味すると、これは誘電率εが全ての正の値にわたって変化できる場合は常に最小値を有することが明らかになる。これは、εが分母ゼロをなす値よりもわずかに大きい場合は、c/vの値は極めて大きく、明らかにεが極めて大きい場合と同様であることが容易に分かる。この最小値はεが物理的に非現実的な値である場合に現れるが、導波管の直径が2aである場合は常に、可能性があるεの値についてこの最小値が生ずる周波数(又は波の数k)を推奨できる(何故ならば、Kc0は式2に基づいて直径2aに関連するからである)。 A closer examination of Equation 4 reveals that it has a minimum value whenever the dielectric constant ε can vary over all positive values. This, epsilon cases slightly larger than a value constituting the denominator zero, the value of c / v g is very large, it can easily be seen clearly epsilon is the same as that very large. This minimum appears when ε is a physically unrealistic value, but whenever the waveguide diameter is 2a, the frequency at which this minimum occurs for possible values of ε (or Wave number k) can be recommended (since K c0 is related to the diameter 2a based on equation 2).

この最小値はεが物理的に非現実的な値を有する場合に現れるが、管の直径が2aである場合は常に、可能性があるεの値についてこの最小値が生ずる周波数(又は波の数k)を推奨できる。c/vの最小値を見出すために、下記に従って第2の導関数が形成される。 This minimum appears when ε has a physically unrealistic value, but whenever the tube diameter is 2a, the frequency at which this minimum occurs for a possible value of ε (or the wave's Several k) can be recommended. To find the minimum of c / v g, the second derivative is formed according to the following.

Figure 0004695394
Figure 0004695394

c/vの最小値は、この導関数がゼロである場合に得られる。したがってこのような条件を満たす、最適な波数koptと呼ばれる波数は下記となる。 minimum value of c / v g is obtained when the derivative is zero. Therefore, the optimum wave number called wave number k opt that satisfies such conditions is as follows.

Figure 0004695394
Figure 0004695394

この選択によって、(1から1.03であってよい想定されたεの中心の周囲で)εをわずかに変更すれば、下記の数値評価が定量化するvgの極めてわずかな変化が得られるものと予期できる。この現象はvの一因となる2つの因数の組合せとして説明でき、εが増大するとマイクロ波の速度が低下するが、それによって導波管がさらに大きく見えるようにもなり、その結果、導波管の伝播速度が高まる。導関数の数式は、これらの2つの相反する作用は互いに相殺されるようにできることを示している。 With this choice, changing ε slightly (around the assumed center of ε, which can be 1 to 1.03) will give a very slight change in vg that the following numerical evaluation quantifies I can expect. This phenomenon can be described as a combination of two factors that contribute to v g, but if ε increases the speed of the microwave decreases, thereby also become waveguide appear larger, as a result, guide Wave tube propagation speed is increased. The derivative equation shows that these two conflicting effects can be canceled out.

特性を説明するため、直径が2a=100mmで、εの幅が、vのわずかな変化が得られる1から1.03の範囲にある導波管の場合が与えられる。すなわち、最適な波数koptはε=1.015の場合に見出される。最低伝播モードH11が利用される場合は、式2及び6を用いて最適波数kopt51.5m−1が得られる。この最適波数は2.46GHzである最適周波数foptに対応する。 To explain the characteristics, a diameter of 2a = 100 mm, width of ε is a small change in v g is given cases from 1 obtained waveguide in the range of 1.03. That is, the optimum wave number k opt is found when ε = 1.015. When the lowest propagation mode H 11 is used, the optimal wave number k opt 51.5m −1 is obtained using Equations 2 and 6. This optimum wave number corresponds to the optimum frequency f opt which is 2.46 GHz.

図2は最適周波数、すなわち2.46GHzで100mmの導波管内でのH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての真空中での光速に対して正規化された群速度のグラフを示している。 FIG. 2 is a graph of the group velocity normalized to the speed of light in vacuum as a function of dielectric constant for H 11 mode microwave radiation in a 100 mm waveguide at 2.46 GHz at 2.46 GHz. Is shown.

誘電率εが1から1.03(±1.5%)にわたって変化し、又はプロパン(ε=1.03)に対して空気(ε=1.0006)を含んでいる場合、速度変化は±0.005%である。誘電率の値の幅が1から1.03よりも狭い幅に限定されると、速度変化の改善は150倍及びそれ以上である。   If the dielectric constant ε varies from 1 to 1.03 (± 1.5%) or contains air (ε = 1.0006) relative to propane (ε = 1.03), the speed change is ± 0.005%. If the range of permittivity values is limited to a width less than 1 to less than 1.03, the speed change improvement is 150 times and more.

図3は比較のために2.46GHz、10GHz、及び2GHzの場合の100mmの導波管内でのH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての真空中での光速に対して正規化された群速度のグラフを示している。垂直の縮尺は図2の200倍に拡大されていることに留意されたい。最適周波数における曲線は水平の直線に見える。すなわち、群速度へのεの依存性はなく、一方、2GHz及び10GHzでのそれぞれの群速度は図示した幅ではεに大きく依存する。 Figure 3 is normalized with respect to the speed of light in vacuum as a function of the dielectric constant in the case of the H 11 mode microwave radiation within the waveguide of 100mm in the case of 2.46 GHz, 10 GHz, and 2GHz for comparison The graph of the generalized group velocity is shown. Note that the vertical scale is magnified 200 times that of FIG. The curve at the optimum frequency appears as a horizontal straight line. That is, there is no dependence of ε on the group velocity, while the group velocities at 2 GHz and 10 GHz greatly depend on ε in the illustrated width.

図3は得られる群速度に対する導波管の直径の影響を示している。グラフは直径が100mmの導波管、直径が0.005%だけ大きい導波管、及び直径が0.005%だけ小さい導波管内でのH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての真空中での光速に対して正規化された群速度のグラフを示している。 FIG. 3 shows the effect of waveguide diameter on the resulting group velocity. The graph is a function of the dielectric constant for a waveguide with a diameter of 100 mm, a waveguide with a diameter larger by 0.005%, and a microwave radiation of H 11 mode in a waveguide with a diameter smaller by 0.005%. The graph of the group velocity normalized with respect to the speed of light in the vacuum is shown.

群速度の最大値の位置は、直径がわずかに異なる場合には顕著には変化しない。しかし、群速度は直径に大きく依存し、したがって導波管の直径は極めて綿密に測定又は校正される必要がある。この点に関しては後にさらに説明する。しかし、まず本発明の概念が図5から6にさらに示されている。   The position of the maximum group velocity does not change significantly when the diameters are slightly different. However, the group velocity is highly dependent on the diameter, so the waveguide diameter needs to be measured or calibrated very closely. This point will be further described later. But first, the concept of the present invention is further illustrated in FIGS.

図5は誘電率εの値が異なる場合の、すなわちε=1.0006(空気)及びε=1.03の場合の(1.02は最悪の場合と思われる10atmの圧力下のプロパンに対応する)100mmの導波管内でのH11モードの波数の関数としての真空中での光速に対して正規化された群速度のグラフを示している。2つの曲線は、実際には最適な波数koptである特定の波数で交差することに留意されたい。 FIG. 5 shows the case where the values of the dielectric constant ε are different, that is, when ε = 1.0006 (air) and ε = 1.03 (1.02 corresponds to propane under a pressure of 10 atm, which seems to be the worst case. FIG. 6 shows a graph of group velocity normalized to the speed of light in vacuum as a function of the wave number of the H 11 mode in a 100 mm waveguide. Note that the two curves intersect at a particular wave number, which is actually the optimal wave number k opt .

誘電率εの値が異なる場合の100mmの導波管内でのH11モードの波数の関数としての真空中での光速に対して正規化された群速度のグラフを示す図6には、このことが明確に示されている。速度は下記の場合、すなわちε=1.03、1.02、1.01及び1.0006の場合について示されている。交差点は前述のように最適な波数であるk=51.5m−1に見出される。 FIG. 6 shows a graph of the group velocity normalized against the speed of light in vacuum as a function of the wave number of the H 11 mode in a 100 mm waveguide for different values of dielectric constant ε. Is clearly shown. The speed is shown for the following cases: ε = 1.03, 1.02, 1.01 and 1.0006. The intersection is found at k = 51.5 m −1 , which is the optimum wave number as described above.

Edvardssonに付与された米国特許第4,641,139号に開示されている過大サイズの導波管及びモード抑制を利用する場合よりも綿密に実行されなければならない導波管の直径の校正及び測定にはいくつかの方法を利用できる。   Calibration and measurement of waveguide diameter that must be performed more closely than when using oversized waveguides and mode suppression disclosed in US Pat. No. 4,641,139 to Edwardsson Several methods are available.

1つの方法は1つ又はいくつかの判明している高さに対する現場校正によって1つ又はいくつかの液位についての有効直径を判定することである。図1では管1の長手方向に対して径方向に垂直の管1の下部に比較的薄い金属ピン10が実装されている。この金属ピン10は、ユニット4内の受信機によって受信される放射マイクロ波信号の規定の反射を誘発し、電子ユニットを介して液位測定機能の校正を行うリアクタンスからなっている。このような現場校正はさらに、参照として本明細書に組み込まれているEdvardssonに付与された米国特許第5,136,299号に開示されている。勿論、実際の液面の正確な測定を利用して同じ校正を多数回行うことが好適である。   One method is to determine the effective diameter for one or several liquid levels by in-situ calibration for one or several known heights. In FIG. 1, a relatively thin metal pin 10 is mounted on the lower part of the tube 1 that is perpendicular to the longitudinal direction of the tube 1 in the radial direction. The metal pin 10 has a reactance that induces a defined reflection of the radiated microwave signal received by the receiver in the unit 4 and calibrates the liquid level measurement function via the electronic unit. Such field calibration is further disclosed in US Pat. No. 5,136,299 to Edvardson, which is incorporated herein by reference. Of course, it is preferable to perform the same calibration many times using an accurate measurement of the actual liquid level.

別の方法は、液面で反射したマイクロ波信号を第2伝播モードで受信し、管を通して再伝播し、かつ第1及び第2伝播モードの別の一方で受信されたマイクロ波信号の部分を区別するために、供給デバイスを利用してマイクロ波信号を第2伝播モードでも管1内でガスを通して液面の方向に送信することである。   Another method is to receive a portion of the microwave signal that is received in the second propagation mode, re-propagated through the tube, and received in one of the first and second propagation modes. In order to distinguish, the microwave signal is transmitted through the gas in the tube 1 in the direction of the liquid level in the second propagation mode using the supply device.

図7aから7bは2つのモードでの導波管供給の一例を示している。管1はシーリング11及び12によって封止されたカバー10によって閉じられている。シーリングの下では、λ/2ダイポール13が管1内にH11モードを供給し、そして次に、これは2本のワイヤ15を介して供給される。ダイポール13の下には、管1にE01モードを供給するのに適した形状が与えられた部材14が対称に実装されている。部材14には次に線16によって供給される。線15、16は圧力シーリング12を通り、測定装置の回線及びケーブル(図示せず)に接続されている。2本の線15はバランに送られるので、それらは反対の位相で送られ、したがって線15と、他の部品としてカバー10の一部と同軸線のように送られる単一線16とが自動的に絶縁される。整合などのための適切な形状によって、基本的に同じアウトラインが2つのモード(H11及びE01)の双方、並びにこれらの2つのモードのいずれか一方向けに動作することは明確である。アンテナ及び供給線13から16は点線17で示されたプリント基板上に形成することができる。 Figures 7a to 7b show an example of waveguide supply in two modes. The tube 1 is closed by a cover 10 sealed by sealings 11 and 12. Under sealing, a λ / 2 dipole 13 supplies the H 11 mode in the tube 1 and then it is supplied via two wires 15. Below the dipole 13, a member 14 having a shape suitable for supplying an E01 mode to the tube 1 is mounted symmetrically. Member 14 is then fed by line 16. Lines 15 and 16 pass through the pressure sealing 12 and are connected to lines and cables (not shown) of the measuring device. Since the two lines 15 are sent to the balun, they are sent in opposite phases, so the line 15 and a single line 16 that is sent as a coaxial line with a part of the cover 10 as other parts automatically. Insulated. It is clear that with the proper shape for matching etc., basically the same outline will work for both of the two modes (H 11 and E 01 ) and for either one of these two modes. The antenna and supply lines 13 to 16 can be formed on a printed circuit board indicated by a dotted line 17.

このように、独立した2つの測定を行うことができ、液位だけではなく例えば有効直径又は平均直径のような管1の直径も測定から推測できる。式4を参照されたい。これを達成する方法の1つは2つのモードを付与する導波管接続を使用し、モードが極めて異なる場合、2つのモードでの群速度は、パルス式システムの場合は時間における反響を、またFMCWシステムの場合は周波数における反響を分離するのに充分に異なっていてもよいという事実を利用することである。   In this way, two independent measurements can be made and not only the liquid level but also the diameter of the tube 1 such as the effective diameter or the average diameter can be inferred from the measurements. See Equation 4. One way to achieve this is to use a waveguide connection that imparts two modes, and if the modes are very different, the group velocities in the two modes have a reverberation in time for pulsed systems, and In the case of FMCW systems, it is to take advantage of the fact that it may be different enough to separate the reverberations in frequency.

図1のユニット4の受信機は受信機への到達時間が異なる部分に基づいて第1及び第2の伝播モードの別の一方で受信されたマイクロ波信号の部分を区別するようにできる。その時点で供給する導波管は別のモードを結合するようにされた2つ(又はそれ以上)の接続線を有しており、RFスイッチがモードを順次接続するか、2つ(又はそれ以上の)モードの測定が可能になるように受信機又は送信機チェーンの一部が2重にされる。   The receiver of unit 4 in FIG. 1 can be adapted to distinguish the part of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes based on the part with different arrival times at the receiver. The currently supplied waveguide has two (or more) connection lines adapted to couple different modes and the RF switch connects the modes sequentially or two (or more) Part of the receiver or transmitter chain is doubled so that measurement of the mode is possible.

マイクロ波信号の部分は順次に検出できるように極めて異なる伝播時間を有することができる。そうではない場合は、ユニット4の送信機がマイクロ波信号を第1と第2の伝播モードで順次送信するようにしてもよい。   The portions of the microwave signal can have very different propagation times so that they can be detected sequentially. If this is not the case, the transmitter of unit 4 may transmit the microwave signal sequentially in the first and second propagation modes.

或いは、ユニット4の送信機がスペクトル分離された第1と第2の伝播モードでマイクロ波信号を送信するように適合される。このように、導波管の供給は一方のモードでは一方の周波数幅を、また他方のモードでは他方の周波数幅を付与する異なる周波数用の異なる機能を有する。   Alternatively, the transmitter of unit 4 is adapted to transmit microwave signals in first and second propagation modes that are spectrally separated. Thus, the waveguide supply has a different function for different frequencies giving one frequency width in one mode and the other frequency width in the other mode.

或いは(直径が判明していれば)信号処理デバイスが第1及び第2の伝播モードの別の一方で受信されたマイクロ波信号の、受信され、区別された部分に基づいて、液位上のガスの誘電率を計算するようにしてもよい。   Or (if the diameter is known) the signal processing device above the liquid level based on the received and differentiated portion of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes The dielectric constant of the gas may be calculated.

図8aから8bはH01及びE01モードでマイクロ波信号を供給するのに適した別の導波管供給を示している。管1、カバー10及びシーリング11は図8の実施例と同様である。典型的にはプリント基板20によって形成されるアンテナ・デバイスは供給の極めて重要な部品である。プリント基板は同軸線によって供給され、その外側が21に示されている。プリント基板20は4つのλ/2ダイポール25を載架しており、これらには(図示していない径方向ワイヤによって並列に効率的に結合されて)同相で供給されて、矢印で示すような電界方向を付与し、したがってダイポールはH01導波管伝播モードに効率的に結合されることが可能である。プリント基板20からカバー10までの距離は約λ/4である。供給同軸線21の外側は絶縁体23とシールド24とを有する別の同軸線の内側でもある。この同軸線は部材24及びプリント基板20上のパターンの一部によって生成されるE01モードを供給する。絶縁体23、22は圧力シーリングである。22及び23の機械的取付け具は図示されていない。 Figures 8a to 8b show another waveguide supply suitable for supplying microwave signals in H01 and E01 modes. The tube 1, cover 10 and sealing 11 are the same as in the embodiment of FIG. The antenna device typically formed by the printed circuit board 20 is a critical component of supply. The printed circuit board is supplied by a coaxial line, the outside of which is shown at 21. The printed circuit board 20 has four λ / 2 dipoles 25 mounted thereon, which are supplied in phase (combined efficiently in parallel by radial wires not shown) and as indicated by arrows. the electric field direction grant, thus dipoles is capable of being efficiently bound to H 01 waveguide propagation mode. The distance from the printed circuit board 20 to the cover 10 is about λ / 4. The outside of the supply coaxial line 21 is also the inside of another coaxial line having an insulator 23 and a shield 24. This coaxial line provides the E 01 mode generated by the part 24 and part of the pattern on the printed circuit board 20. The insulators 23 and 22 are pressure sealing. The mechanical fixtures 22 and 23 are not shown.

図9aから9cはモードH01及びH11でマイクロ波信号を生成するための導波管供給のさらに別の構成方法を示している。例えばプリント基板の形状のアンテナ素子30は、シーリング31を経て4本の同軸ケーブル32によって供給される4つのダイポール33を有する。コンテナの外側では、4本のケーブルには図9cで34によって示されている結合ネットワークを介して供給され、このネットワークはコンテナ外部に位置しているか、場合によってはアンテナ素子30上に位置している。供給ネットワークは異なる3つの導波管モードを生成可能な4つの標準型ハイブリッド回路34から構成されている。最上部の入力は4つのダイポールが実線の矢印(図9bを参照)のように向けられたH01モードを付与する。他の2つの入力は、H11モードの送受信用に利用される右向きの円偏光及び左向きの円偏光で供給されるH11モードを付与する。 FIGS. 9a to 9c show yet another method of configuring a waveguide supply for generating microwave signals in modes H 01 and H 11 . For example, the antenna element 30 in the form of a printed circuit board has four dipoles 33 that are supplied by four coaxial cables 32 through a ceiling 31. Outside the container, the four cables are fed through a coupling network, indicated by 34 in FIG. 9c, which is located outside the container or possibly on the antenna element 30. Yes. The supply network consists of four standard hybrid circuits 34 that can generate three different waveguide modes. The top input gives the H 01 mode with four dipoles oriented as solid arrows (see FIG. 9b). The other two inputs give the H 11 mode supplied with right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light used for transmission and reception of the H11 mode.

図7から9に示されているような各供給デバイスは管1の直径に適応するように管1内にファンネル(図示せず)を備えていてもよい。ファンネルは参照として本明細書に組み込まれている米国特許第4,641,139号に記載されているように管1内に垂下させることができる。   Each supply device as shown in FIGS. 7 to 9 may be provided with a funnel (not shown) in the tube 1 to accommodate the diameter of the tube 1. The funnel can be suspended within the tube 1 as described in US Pat. No. 4,641,139, which is incorporated herein by reference.

下記の表2には4つの導波管モードH11/E01/H01/H02用の中心周波数と管の直径のある好適な組合せでの減衰が示されている。25mの管(すなわち2×25mの送信)での減衰がこれらの4つのモードについて所定の順序で、またスラッシュで分離されてdB単位で示されている。 In Table 2 below are shown the attenuation of a suitable combination with a center frequency and tube diameter for the four waveguide modes H 11 / E 01 / H 01 / H 02. Attenuation on a 25m tube (ie 2x25m transmission) is shown in the given order for these four modes and in dB separated by a slash.

表2の数値は異なる実施例を特定するだけであることに留意されたい。理論上は主要伝播モードとしてどのモードを用いてもよい。異なるモードが式2及び3、及び表1に示されている。しかし、表2の組合せのうちの2つが特に好適な特性を有するように思われる。   Note that the numbers in Table 2 only identify different examples. Theoretically, any mode may be used as the main propagation mode. Different modes are shown in Equations 2 and 3 and Table 1. However, two of the combinations in Table 2 appear to have particularly favorable properties.

約10GHzの周波数を利用した100mmの管内での 02/E01の組合せは、2つの回転対称モードが利用され、H02モードが(よりよく知られているH01モードと同様に)管の壁の状態には全く依存せず、またE01がその遮断から遠く、ひいては管を通した従来のレーダ液位測定と同類の伝播を有するので有用である。 The combination of H 02 / E 01 in a 100 mm tube using a frequency of about 10 GHz utilizes two rotationally symmetric modes, where the H 02 mode is (like the more well known H 01 mode) It is useful because it is completely independent of wall conditions and E 01 has a propagation similar to conventional radar liquid level measurements through the tube, far from its blockage.

(例えば2.4から2.5GHzのISM帯域内の)2.5GHzに近い周波数範囲を利用した100mmの管内での 11/E01の組合せは、管の穴、継ぎ手などのような機械的細部に影響されにくく、またマイクロ波のハードウェアのコストがそれほど高くない低周波数を利用する方法である。 The H 11 / E 01 combination in a 100 mm tube utilizing a frequency range close to 2.5 GHz (eg in the 2.4 to 2.5 GHz ISM band) is a mechanical such as tube holes, fittings, etc. It is a method that uses low frequencies that are not sensitive to details and that the cost of microwave hardware is not so high.

最後に、下記の表ではより短い管(多くのLPG球の高さはせいぜい10から15mである)を使用することで、(管の長さに比例する)過大な減衰を伴わずにより小型の管及び他のモードを利用することが可能になる。   Finally, in the table below, the use of shorter tubes (the height of many LPG spheres is at most 10 to 15 m) allows a smaller size without excessive attenuation (proportional to the length of the tube). Tubes and other modes can be used.

表2.周波数と管の直径の選択が異なる、4つの導波管モードH11/E01/H01/H02での2×25mのステンレス・スチール管(10GHzで0.5Ω/平方)での減衰。NPは伝播なし(遮断)を示す。NAはどのモードも伝播不能であることを示し、1.41−条件が満たされているモードにはアンダーラインが付され、最も好適である公算がある2つのモードの組合せはそれらの一方にアンダーラインが付され、そのモードが1.41−条件を満たすことを示す。示された周波数は単に表示目的であるに過ぎず、1.41−条件を満たすにはやや異なっている必要がある。 Table 2. Attenuation on a 2 × 25 m stainless steel tube (0.5 Ω / square at 10 GHz) in four waveguide modes H 11 / E 01 / H 01 / H 02 with different frequency and tube diameter choices. NP indicates no propagation (blocking). NA indicates that none of the modes can propagate, 1.41-modes that satisfy the condition are underlined, and the combination of the two modes that are most likely to be preferred is underlined in one of them. A line is attached to indicate that the mode satisfies the 1.41-condition. The frequencies shown are for display purposes only and need to be slightly different to meet the 1.41- condition.

Figure 0004695394
Figure 0004695394

これらの実施例では、双方のモードで同じ周波数が利用されるものと想定されており、これは典型的にはスイッチ、別個の送信機又は受信機チャネルなどによる分離を意味している。明らかに、異なる周波数を利用して、同じ管に接続され、共通の信号処理部品を有する2つの別個のマイクロ波ユニット(又は広範囲に同調可能なユニット)にシステムを近づけることができる。その場合は、信号を分離するためにフィルタリング機能を利用することができ、モード発生器が異なる周波数には異なるモードを生成するようにできる。   In these embodiments, it is assumed that the same frequency is utilized in both modes, which typically means separation by switches, separate transmitter or receiver channels, and the like. Obviously, different frequencies can be used to bring the system closer to two separate microwave units (or widely tunable units) connected to the same tube and having common signal processing components. In that case, a filtering function can be used to separate the signals and the mode generator can generate different modes for different frequencies.

マイクロ波信号を互いに独立した2つの伝播モードで測定することによって、管又はコンテナ内の環境の特性を検出し、補償することが可能である。良好な結果を得るため、1つのモードでのマイクロ波信号が激しく妨害される一方、他のモードでのマイクロ波信号は極めてわずかしか妨害されないようにモードを選択できる。   By measuring the microwave signal in two independent propagation modes, it is possible to detect and compensate for the characteristics of the environment in the tube or container. To obtain good results, the mode can be selected such that the microwave signal in one mode is severely disturbed while the microwave signal in the other mode is disturbed very little.

ユニット4の信号処理デバイスは好適には、各伝播モードで送信され、反射されるマイクロ波信号の伝播時間から、コンテナ内の液位を計算し、計算されたコンテナ内の液位に基づいて管又はコンテナ内の環境の1つ又は複数の特性を評価するようにさる。   The signal processing device of the unit 4 preferably calculates the liquid level in the container from the propagation time of the microwave signal transmitted and reflected in each propagation mode, and the tube based on the calculated liquid level in the container. Or, evaluate one or more characteristics of the environment within the container.

或いは、ユニット4の信号処理デバイスは第1及び第2の伝播モードの別の一方で受信されたマイクロ波信号の区別された部分の減衰を計算し、マイクロ波信号の区別された部分の計算された減衰に基づいて管又はコンテナ内の環境の1つ又は複数の特性を評価するように適合される。   Alternatively, the signal processing device of unit 4 calculates the attenuation of the differentiated portion of the received microwave signal in one of the first and second propagation modes, and calculates the differentiated portion of the microwave signal. It is adapted to evaluate one or more characteristics of the environment in the tube or container based on the attenuation.

管又はコンテナ内の環境の1つ又は複数の特性には管の断面寸法、管の長さに沿った断面寸法の変化、管の同心性の程度、管の内壁での不純物、特に固体又は液体炭化水素の存在、又はガス中でのミストの存在が含まれる。異なるパラメータを明らかにするために異なる特性を有するモードを利用することができる。   One or more characteristics of the environment within the tube or container include the cross-sectional dimension of the tube, the change in cross-sectional dimension along the length of the tube, the degree of concentricity of the tube, impurities on the inner wall of the tube, particularly solid or liquid This includes the presence of hydrocarbons or the presence of mist in the gas. Modes with different characteristics can be used to account for different parameters.

図10から12は異なる誘電率εを有し、内壁上に異なる厚さtの誘電層を有する、ガスを充填した導波管内のマイクロ波放射のモードH11(図10)、E01(図11)、及びH01(図12)のそれぞれについての波数の関数として真空中の群速度に正規化された、反転された群速度の概略的なグラフである。誘電層の誘電率は油層の場合の典型的な値である2.5に設定されている。 10 to 12 show modes H 11 (FIG. 10), E 01 (FIG. 10) of microwave radiation in a gas-filled waveguide with different dielectric constants ε and dielectric layers of different thickness t on the inner wall. 11) and a schematic graph of the inverted group velocity normalized to the group velocity in vacuum as a function of wave number for each of H 01 (FIG. 12). The dielectric constant of the dielectric layer is set to 2.5, which is a typical value in the case of the oil layer.

ガス充填と誘電層の場合の挙動は同様であることに留意されたい(ε=1.03のガスは厚さ1mmの油層とほぼ同じ曲線を描く)。モードH11の場合は、薄い誘電層の挙動はガスと極めて類似しているが、より厚い層はゼロ交差をより少ない波数の方向に移す。モードE01の場合は、誘電層による影響され易さはやや強く、一方、モードH01の場合は、誘電層は極めてわずかな影響力しか有していない。 Note that the behavior for gas filling and dielectric layer is similar (a gas with ε = 1.03 draws approximately the same curve as a 1 mm thick oil layer). For mode H 11, the behavior of the thin dielectric layer is very similar to the gas, the thicker layer moves in the direction of fewer wavenumber zero crossing. In the case of mode E 01, the influence by the dielectric layer is somewhat strong, while in the case of mode H 01 , the dielectric layer has a very small influence.

このように、誘電層による影響力の差によって油層(例えば平均厚さ又は誘電率)を評価し、これを修正することが可能になる。   In this way, it is possible to evaluate and correct the oil layer (eg, average thickness or dielectric constant) by the difference in influence due to the dielectric layer.

最後に、管1内に配置された反射性リアクタンス10は、1つの伝播モードでは他の伝播モードよりもマイクロ波信号の反射が大幅に強くなるように設計されてもよい。反射性リアクタンス10は(H11の場合に非反射となる形状である)PTFE条片によって管10内に同軸に支持された短い金属ピンとして実施されてもよい。これはE01モードでは機械的に判明している位置で基準反射を生ずるが、H11モードでは極めて弱い反射しか生じないようにするために利用可能である。 Finally, the reflective reactance 10 arranged in the tube 1 may be designed such that the reflection of the microwave signal is significantly stronger in one propagation mode than in the other propagation mode. Reflecting reactance 10 may be implemented as a (non-reflective and comprising shape in the case of H 11) short metallic pin supported coaxially in the tube 10 by PTFE strip. This can be used to cause a reference reflection at a mechanically known position in the E 01 mode, but only a very weak reflection in the H 11 mode.

本発明の好適な実施例によるレーダを使用した液位測定デバイスの概略的な斜視図である。1 is a schematic perspective view of a liquid level measuring device using a radar according to a preferred embodiment of the present invention. 最適な周波数での導波管内のH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての群速度の概略グラフである。FIG. 5 is a schematic graph of group velocity as a function of dielectric constant for H 11 mode microwave radiation in a waveguide at an optimal frequency. 本発明の原理を示す、3つの異なる周波数、すなわち1つは最適周波数、1つはそれよりも大幅に低い周波数、また1つはそれよりも大幅に高い周波数での導波管内のH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての群速度の概略グラフである。H 11 modes in a waveguide at three different frequencies, one at the optimum frequency, one at a much lower frequency, and one at a much higher frequency, illustrating the principles of the present invention FIG. 6 is a schematic graph of group velocity as a function of dielectric constant for microwave radiation of FIG. 導波管の異なる直径での、最適な周波数での導波管内のH11モードのマイクロ波放射の場合の誘電率の関数としての群速度の概略グラフである。At different diameters of the waveguide is a schematic graph of the group velocity as a function of the dielectric constant in the case of the H 11 mode microwave radiation in the waveguide at an optimum frequency. 異なる誘電率を有するガスを充填した導波管内のH11モードのマイクロ波放射の場合の波数の関数としての群速度の概略グラフである。FIG. 6 is a schematic graph of group velocity as a function of wave number for H 11 mode microwave radiation in waveguides filled with gases having different dielectric constants. 異なる誘電率を有するガスを充填した導波管内のH11モードのマイクロ波放射の場合の波数の関数としての真空中での群速度に正規化された群速度の概略グラフである。FIG. 5 is a schematic graph of group velocity normalized to group velocity in vacuum as a function of wave number for H 11 mode microwave radiation in waveguides filled with gases having different dielectric constants. モードH11又はE01の別個の導波管供給、又は別個の供給ポイントを利用した双方の導波管供給用のデバイスの概略的な断面側面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of a device for supplying separate waveguides in mode H 11 or E 01 , or both waveguide supplies utilizing separate supply points. モードH11又はE01の別個の導波管供給、又は別個の供給ポイントを利用した双方の導波管供給用のデバイスの概略的な断面底面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional bottom view of a device for supplying separate waveguides in mode H 11 or E 01 , or both waveguide supplies utilizing separate supply points. 別個の供給ポイントを有するモードH01又はE01の導波管供給用のデバイスの概略的な断面側面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional side view of a device for mode H 01 or E 01 waveguide delivery with a separate feed point. 図8aのデバイス内に備えられているアンテナ・デバイスの概略図である。FIG. 8b is a schematic diagram of an antenna device provided in the device of FIG. 8a. 別個の供給ポイントを有するモードH11及びH01の導波管供給用のデバイスの概略的な断面側面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional side view of a device for waveguide delivery in modes H 11 and H 01 with separate delivery points. 図8aのデバイス内に備えられているアンテナ・デバイスの概略図である。FIG. 8b is a schematic diagram of an antenna device provided in the device of FIG. 8a. 図9bのアンテナ・デバイスに供給するための結合ネットワークの概略図である。FIG. 9b is a schematic diagram of a combined network for supplying to the antenna device of FIG. 9b. 異なる誘電率を有し、内壁上に厚さが異なる誘電層を有する、ガスを充填した導波管内でのマイクロ波放射のH11モードでの波数の関数としての、真空中での群速度に正規化された反転群速度の概略図である。The group velocity in vacuum as a function of the wave number in the H 11 mode of microwave radiation in a gas-filled waveguide with different dielectric constants and different thicknesses on the inner wall. It is the schematic of the normalization inversion group velocity. 異なる誘電率を有し、内壁上に厚さが異なる誘電層を有する、ガスを充填した導波管内でのマイクロ波放射のE01モードでの波数の関数としての、真空中での群速度に正規化された反転群速度の概略図である。Different has a dielectric constant, a dielectric layer having a thickness different on the inner wall, as a function of wavenumber in the E 01 mode of microwave radiation within the waveguide filled with gas, the group velocity in vacuum It is the schematic of the normalization inversion group velocity. 異なる誘電率を有し、内壁上に厚さが異なる誘電層を有する、ガスを充填した導波管内でのマイクロ波放射のH01モードでの波数の関数としての、真空中での群速度に正規化された反転群速度の概略図である。Different has a dielectric constant, a dielectric layer having a thickness different on the inner wall, as a function of wavenumber in the H 01 mode of microwave radiation within the waveguide filled with gas, the group velocity in vacuum It is the schematic of the normalization inversion group velocity.

Claims (23)

液面の上方に所定の誘電率範囲内の誘電率を有するガスが存在するコンテナ内の液体の液位を測定する装置にして、
該コンテナ内に配置される管壁を有する管(1)にして、該管壁には複数の穴(2)が設けられ、該穴(2)を通して前記液体が流通して、該管(2)内外の前記液体の液位を等しく維持するようにした管(1)と、
第1の伝播モードでマイクロ波信号を前記管(1)内で前記ガスを通して前記液面の方向に送信するための送信機(4、5、9)と、
前記液面で反射して前記管(1)を通して戻り伝播するマイクロ波信号を受信するための受信機(4、5、9)と、
前記送信され、反射されたマイクロ波信号の伝播時間から前記コンテナ内の前記液体の液位を計算するための信号処理デバイスと
を備えた、コンテナ内の液体の液位を測定するための装置において、
前記送信機(4、5、9)は、前記第1の伝播モードのマイクロ波信号の群速度が前記所定の誘電率範囲内の前記誘電率にわずかにしか依存しないような周波数帯域で前記マイクロ波信号を前記管(1)内に送信するようにされ、前記周波数帯域が、最適な周波数foptから7%未満だけ偏移した周波数を含み、前記最適な周波数は、
Figure 0004695394
で示され、ただしfc0は前記管内での前記第1伝播モードの遮断周波数であり、εは前記誘電率範囲の中心の誘電率である、液体の液位を測定する装置。
A device for measuring the liquid level in a container in which a gas having a dielectric constant within a predetermined dielectric constant range is present above the liquid level,
A pipe (1) having a pipe wall arranged in the container is provided with a plurality of holes (2) in the pipe wall, and the liquid flows through the holes (2), so that the pipe (2 ) A tube (1) adapted to keep the liquid level inside and outside equal,
A transmitter (4, 5, 9) for transmitting a microwave signal in the first propagation mode through the gas in the tube (1) in the direction of the liquid level;
Receivers (4, 5, 9) for receiving microwave signals reflected at the liquid level and propagating back through the tube (1);
In an apparatus for measuring a liquid level in a container, comprising: a signal processing device for calculating the liquid level of the liquid in the container from the propagation time of the transmitted and reflected microwave signal ,
The transmitter (4, 5, 9) is configured to transmit the microwave in a frequency band such that a group velocity of the microwave signal in the first propagation mode is slightly dependent on the dielectric constant within the predetermined dielectric constant range. A wave signal is transmitted into the tube (1), the frequency band comprising a frequency deviated by less than 7% from an optimal frequency f opt , wherein the optimal frequency is:
Figure 0004695394
Where f c0 is the cutoff frequency of the first propagation mode in the tube, and ε is the dielectric constant at the center of the dielectric constant range.
前記周波数は前記最適周波数f opt から5%未満、より好適には3%未満、さらに好適には2%未満、また最も好適には1%未満だけ偏移する請求項1に記載の装置 The frequency is less than 5% from the optimum frequency f opt, more preferably less than 3%, more preferably less than 2%, and most preferred device according to claim 1, shifted by less than 1% in. 前記周波数帯域は前記最適周波数f opt から7%未満だけ偏移した中心周波数を有する請求項1又は2に記載の装置 3. An apparatus according to claim 1 or 2, wherein the frequency band has a center frequency deviated by less than 7% from the optimum frequency fopt . 前記所定の誘電率範囲は、1から1.03である請求項1から3までのいずれかに記載の装置 The apparatus according to claim 1, wherein the predetermined dielectric constant range is 1 to 1.03 . 前記液体は凝縮ガスからなり、前記ガスは気相の前記凝縮ガスからなり、この凝縮ガスは過圧をかけて前記コンテナ内に貯蔵される請求項1から4までのいずれかに記載の装置。The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid is composed of a condensed gas, the gas is composed of the condensed gas in a gas phase, and the condensed gas is stored in the container with overpressure. 前記送信機(4、5、9)が前記管(1)内でマイクロ波信号を送信するようにされた前記第1伝播モードはH 11 、H 01 、及びH 02 のいずれかである請求項5に記載の装置 Claim is either the transmitter (4, 5, 9) said tube (1) the first propagation mode which is adapted to transmit the microwave signal in the H 11, H 01, and H 02 5. The apparatus according to 5 . 前記送信機は前記マイクロ波信号を前記管(1)内で第2の伝播モードで前記ガスを通して前記液面の方向に送信するようにされ、
前記受信機(4、5、9)は前記第2の伝播モードで前記液体の前記表面で反射した前記マイクロ波信号を受信し、前記管を通して再伝播し、かつ前記第1及び第2の伝播モードの別の一方で受信された前記マイクロ波信号の部分を区別するようにされた請求項1から6までのいずれかに記載の装置
The transmitter is adapted to transmit the microwave signal through the gas in the second propagation mode in the tube (1) in the direction of the liquid level;
The receiver (4, 5, 9) receives the microwave signal reflected from the surface of the liquid in the second propagation mode, re-propagates through the tube, and the first and second propagations. 7. A device according to any one of the preceding claims, adapted to distinguish portions of the microwave signal received in another one of the modes .
前記管(1)は円形の断面を有し、前記第2伝播モードはE 01 又はH 11 のいずれかである請求項7に記載の装置 The tube (1) has a circular cross-section, Apparatus according to claim 7 is any one of the second propagation mode E 01 or H 11. 前記受信機は前記部分の前記受信機への異なる到達時間に基づいて前記第1及び第2伝播モードの別の一方で受信された前記マイクロ波信号の部分を区別するようにされた請求項7又は8に記載の装置 8. The receiver is adapted to distinguish a portion of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes based on different arrival times of the portion to the receiver. Or the apparatus of 8 . 前記送信機は前記マイクロ波信号を前記第1及び第2伝播モードでスペクトル分離されて送信するようにされた請求項7又は8に記載の装置 The apparatus according to claim 7 or 8, wherein the transmitter transmits the microwave signal after being spectrally separated in the first and second propagation modes . 前記信号処理デバイスは前記第1及び第2伝播モードの別の一方で受信された前記マイクロ波信号の前記受信され、区別された部分に基づいて、前記液位の上の前記ガスの前記誘電率を計算するようにされた請求項7から10までのいずれかに記載の装置 The signal processing device is configured to allow the dielectric constant of the gas above the liquid level based on the received and differentiated portion of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes. Device according to any of claims 7 to 10, adapted to calculate . 前記信号処理デバイスは前記第1及び第2伝播モードの別の一方で受信された前記マイクロ波信号の前記受信され、区別された部分に基づいて、前記管の断面の寸法を計算するようにされた請求項7から10までのいずれかに記載の装置 The signal processing device is adapted to calculate a cross-sectional dimension of the tube based on the received and differentiated portion of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes. An apparatus according to any one of claims 7 to 10 . 前記信号処理デバイスは前記第2伝播モードでの前記送信され、反射されたマイクロ波信号の伝播時間から前記コンテナ内の前記液体の液位を計算するようにされ、
前記信号処理デバイスは、前記コンテナ内の前記液体の液位に基づいて、前記管、又は前記コンテナ内の環境の1つ又は複数の特性を評価し、好適には前記コンテナ内での前記液体の修正された液位を計算するために前記1つ又は複数の特性の前記評価を利用するようにされた請求項7から12までのいずれかに記載の装置
The signal processing device is adapted to calculate a liquid level in the container from a propagation time of the transmitted and reflected microwave signal in the second propagation mode;
The signal processing device evaluates one or more characteristics of the tube or the environment in the container based on the liquid level of the liquid in the container, preferably the liquid in the container. 13. Apparatus according to any of claims 7 to 12, adapted to utilize the evaluation of the one or more characteristics to calculate a corrected liquid level .
前記信号処理デバイスは、前記第1及び第2伝播モードの別の一方で受信された前記マイクロ波信号の前記区別された部分の減衰を計算するようにされ、
前記信号処理デバイスは、前記マイクロ波信号の前記区別された部分の前記計算された減衰に基づいて、前記管、又はコンテナ内の環境の1つ又は複数の特性を評価し、好適には前記コンテナ内での前記液体の修正された液位を計算するために前記1つ又は複数の特性の前記評価を利用するようにされた請求項7から11までのいずれかに記載の装置
The signal processing device is adapted to calculate an attenuation of the differentiated portion of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes;
The signal processing device evaluates one or more characteristics of the environment within the tube or container based on the calculated attenuation of the differentiated portion of the microwave signal, preferably the container 12. Apparatus according to any one of claims 7 to 11 adapted to utilize the evaluation of the one or more characteristics to calculate a modified liquid level of the liquid within .
前記マイクロ波信号は周波数変調連続波(FMCW)信号である請求項1から14までのいずれかに記載の装置 15. An apparatus according to any preceding claim, wherein the microwave signal is a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal . 前記マイクロ波信号はパルス・レーダ信号である請求項1から15までのいずれかに記載の装置 The apparatus according to claim 1, wherein the microwave signal is a pulse radar signal . コンテナ内の液体の液位を測定する方法にして、該コンテナ内の該液体の液面上方には所定の誘電率範囲内の誘電率を有するガスが存在し、また該コンテナ内には、管壁を有する管が設けられ、該管壁には複数の穴が設けられ、該穴を通して前記液体が流通して、該管の内側と外側の前記液体の液位を同一レベルに保持するようにされている、コンテナ内の液体の液位を測定するための方法であって、
前記管の内部寸法を表す第1の数量を決定する工程と、
前記第1の数量に基づいて、前記管内での第1の伝播モードのマイクロ波信号の群速度が前記所定の誘電率範囲内にある前記誘電率にわずかにしか依存しないような周波数帯域で、該周波数帯域は、最適な周波数f opt から7%未満だけ偏移した周波数を含み、前記最適な周波数は、
Figure 0004695394
で計算され、ただしf c0 は前記管内での前記第1伝播モードの遮断周波数であり、εは前記誘電率範囲の中心の誘電率である 周波数帯域を決定する工程と、
前記周波数帯域で動作するように送信機を同調させる工程と、
前記管内でマイクロ波信号を前記第1の伝播モードで前記ガスを通して前記周波数帯域内で前記液体の前記表面の方向に送信する工程と、
前記液体の前記表面で反射して前記管を通して戻り伝播してくるマイクロ波信号を前記周波数帯域内で受信する工程と、
前記送信され、反射されたマイクロ波信号の伝播時間を表す第2の数量を決定する工程と、
前記第1及び第2の数量に基づいて前記コンテナ内の前記液位を計算する工程と
を含むことを特徴とする方法
According to a method for measuring the liquid level of a liquid in a container, a gas having a dielectric constant within a predetermined dielectric constant range is present above the liquid level of the liquid in the container, and a pipe is provided in the container. A tube having a wall is provided, and a plurality of holes are provided in the tube wall so that the liquid flows through the holes and the liquid level of the liquid inside and outside the tube is maintained at the same level. A method for measuring a liquid level in a container, comprising:
Determining a first quantity representing an internal dimension of the tube;
Based on the first quantity, in a frequency band in which the group velocity of the microwave signal of the first propagation mode in the tube is only slightly dependent on the dielectric constant within the predetermined dielectric constant range, The frequency band includes frequencies that deviate by less than 7% from the optimal frequency f opt , the optimal frequency being
Figure 0004695394
Where f c0 is a cutoff frequency of the first propagation mode in the tube, and ε is a dielectric constant at the center of the dielectric constant range, and determining a frequency band;
Tuning the transmitter to operate in the frequency band;
Transmitting a microwave signal in the tube in the first propagation mode through the gas in the frequency band toward the surface of the liquid;
Receiving in the frequency band a microwave signal that is reflected off the surface of the liquid and propagates back through the tube;
Determining a second quantity representative of the propagation time of the transmitted and reflected microwave signal;
Calculating the liquid level in the container based on the first and second quantities;
A method comprising the steps of:
前記周波数は前記最適周波数f opt から7%未満、より好適には5%未満、さらに好適には3%未満、よりいっそう好適には2%未満、また最も好適には1%未満だけ偏移し、又は前記周波数は前記最適周波数f opt と同一である請求項17に記載の方法 The frequency deviates from the optimum frequency f opt by less than 7%, more preferably less than 5%, even more preferably less than 3%, even more preferably less than 2% and most preferably less than 1%. 18. The method of claim 17, wherein the frequency is the same as the optimal frequency f opt . 前記周波数帯域は前記最適周波数f opt から7%未満、好適には5%未満、より好適には3%未満、さらに好適には2%未満、また最も好適には1%未満だけ偏移する中心周波数を有する請求項17又は18に記載の方法 The frequency band is centered less than 7%, preferably less than 5%, more preferably less than 3%, more preferably less than 2%, and most preferably less than 1% from the optimum frequency f opt. 19. A method according to claim 17 or 18 having a frequency . 前記所定の誘電率範囲は、1から1.03である請求項17から19までのいずれかに記載の方法 The method according to any one of claims 17 to 19, wherein the predetermined dielectric constant range is 1 to 1.03 . 前記液体は凝縮ガスからなり、前記ガスは気相の前記凝縮ガスからなり、この凝縮ガスは過圧をかけて前記コンテナ内に貯蔵される請求項17から20までのいずれかに記載の方法 21. A method according to any one of claims 17 to 20, wherein the liquid comprises a condensed gas, the gas comprises the vapor-phase condensed gas, and the condensed gas is stored in the container with overpressure . 前記送信機(4、5、9)が前記管(1)内で前記マイクロ波信号を送信するように適合された前記第1伝播モードはH 11 、H 01 、及びH 02 のいずれかである請求項17から21までのいずれかに記載の方法 Is either the transmitter (4, 5, 9) is adapted first propagation mode to transmit the microwave signal in said tube (1) in the H 11, H 01, and H 02 A method according to any of claims 17 to 21 . 前記マイクロ波信号は前記管(1)内で第2の伝播モードで前記ガスを通して前記液面の方向に送信され、
前記液体の前記表面で反射され、前記第2伝播モードで前記管内を再伝播する前記マイクロ波信号が受信され、
前記第1及び第2の伝播モードの別の一方で受信される前記マイクロ波信号の部分が区別される請求項17から22までのいずれかに記載の方法
The microwave signal is transmitted through the gas in the second propagation mode in the tube (1) in the direction of the liquid level;
Receiving the microwave signal reflected from the surface of the liquid and re-propagating in the tube in the second propagation mode;
23. A method according to any one of claims 17 to 22, wherein portions of the microwave signal received in one of the first and second propagation modes are distinguished .
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