KR100891694B1 - Apparatus And Method For Radar-Based Level Gauging - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨테이너내의 액체와, 그 액위 위에 소정의 유전상수 범위내에 있는 한 유전상수를 갖는 가스가 있는 액체수위 측정장치로서, 상기 가스를 지나 상기 액체 표면을 향해 관에 전파모드의 마이크로 신호를 송신하기 위한 송신기; 상기 액체표면에 대하여 반사되어 상기 관을 통해 되돌아가게 전파되는 상기 마이크로파 신호를 수신하기 위한 수신기; 및 상기 송수신된 마이크로파 신호의 전파시간으로부터 상기 관에서 상기 액위를 계산하기 위한 신호처리장치를 구비한다. 상기 액체 위의 가스의 유전상수에 의해 상기 계산된 수위의 영향을 본질적으로 피하기 위해, 상기 송신기는, 상기 관내 전파모드의 마이크로파 신호의 군속도가 상기 소정의 유전상수 범위내에서 본질으로 유전상수에 무관한, 주파수 대역내의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 적응된다.The present invention is a liquid level measurement device having a liquid in a container and a gas having a dielectric constant above the liquid level within a predetermined dielectric constant range, and transmitting a micro signal in a propagation mode to the tube through the gas toward the liquid surface. A transmitter for; A receiver for receiving the microwave signal reflected against the liquid surface and propagating back through the tube; And a signal processing device for calculating the liquid level in the tube from the propagation time of the transmitted and received microwave signal. In order to essentially avoid the influence of the calculated water level by the dielectric constant of the gas on the liquid, the transmitter is characterized in that the group velocity of the microwave signal of the in-tube propagation mode is essentially independent of the dielectric constant within the predetermined dielectric constant range. One is adapted to transmit the microwave signal in the frequency band.

레이더 기반의 수위측정장치, 마이크로파 신호, 쌍극 안테나 Radar-based water level measurement device, microwave signal, dipole antenna

Description

레이더 기반의 레벨 측정장치 및 방법{Apparatus And Method For Radar-Based Level Gauging}Radar-based level measuring device and method {Apparatus And Method For Radar-Based Level Gauging}

본 발명은 일반적으로 레이더 기반의 레벨 측정에 관한 것으로, 보다 상세하게 본 발명은 액체 표면 위의 정확한 가스 성분 및/또는 압력에 대한 사전 지식없이 고도의 정확도로 도파관을 통해 액위에 대한 레이더 기반의 레벨 측정장치 및 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to radar-based level measurements, and more particularly, the present invention relates to radar-based levels for liquid levels through waveguides with high accuracy without prior knowledge of the exact gas composition and / or pressure on the liquid surface. It relates to a measuring device and a method.

컨테이너내의 액위(the level of a liquid)를 측정하는 장치는 마이크로파 신호를 액체 표면으로 송신하는 송신기, 상기 액체 표면에 대하여 반사된 상기 마이크로파 신호를 수신하는 수신기 및 상기 송수신된 마이크로파 신호의 전파시간으로부터 컨테이너내의 액위를 계산하는 신호처리장치를 구비한다.An apparatus for measuring the level of a liquid in a container includes a transmitter for transmitting a microwave signal to a liquid surface, a receiver for receiving the microwave signal reflected against the liquid surface, and a propagation time of the transmitted and received microwave signal. And a signal processing device for calculating the liquid level in the body.

이러한 장치는 특히 원유 및 원유로부터 제조된 제품과 같은 석유 제품에 대해 더욱 더 중요해졌다. 본 명세서에서 컨테이너는 탱커(tanker)의 총 적하용량의 부분을 구성하는 큰 컨테이너, 또는 주로 수십 또는 수천 입방미터의 용량을 갖는 순환 실린더식 지상기지 탱크와 같은 보다 더 큰 컨테이너를 의미한다. Such devices have become even more important especially for petroleum products such as crude oil and products made from crude oil. By container is meant herein a large container, which constitutes part of the total load capacity of a tanker, or a larger container, such as a circulating cylindrical ground-based tank having a capacity of mainly tens or thousands of cubic meters.

컨테이너내의 액위를 측정하기 위한 레이더 기반 장치의 한가지 특별한 방법으로, 마이크로파 신호가 상기 마이크로파에 대한 도파관으로서 작용하는 컨테이너 내에 장착된 수직 강철관을 통해 송신, 반사 및 수신된다. 이러한 관에 기초한 레벨 측정 예가 에바드손(Edvardsson)의 미국특허 제5,136,299호에 개시되어 있다. 도파관에서 마이크로파의 속도는 자유파(free wave) 전파의 속도보다 느리지만, 전파시간으로부터 컨테이너내의 액위 계산에 있어, 이는 도파관의 치수에 대한 지식을 기초로 한 계산이나 측정절차에 의해 고려될 수 있다.In one particular method of radar based devices for measuring liquid levels in a container, microwave signals are transmitted, reflected and received through vertical steel tubes mounted in a container that acts as a waveguide for the microwaves. Examples of level measurements based on such tubes are disclosed in US Pat. No. 5,136,299 to Edvardsson. Although the speed of microwaves in waveguides is slower than the speed of free wave propagation, in calculating liquid levels in a container from propagation time, this can be considered by calculations or measurement procedures based on knowledge of waveguide dimensions. .

또한, 액체 표면위의 가스는 마이크로파의 속도를 감소시킨다. 이러한 속도감소는, 가스 성분, 온도 및 압력을 알고 있는 경우에만, 정확하게 측정될 수 있으나, 이러 경우는 거의 없다.In addition, the gas on the liquid surface reduces the speed of the microwaves. This slowdown can be accurately measured only if the gas component, temperature and pressure are known, but this is rarely the case.

통상적인 석유제품이 사용될 때, 즉, 평상시의 온도에서 유동성이 있도록 하는 사용될 때, 관내의 가스는 일반적으로 공기이다. 공기의 공칭 유전상수는 1.0006에서 일반적으로 ±0.0001로 변동된다. 그러나, 탱크 용량은 탄화수소 등의 증기의 경우에 공기의 유전상수 이상으로 유전상수를 증가시킨다. 이러한 증가는 현저할 수 있다.When conventional petroleum products are used, ie when used to make them fluid at ordinary temperatures, the gas in the tube is generally air. The nominal dielectric constant of air typically varies from 1.0006 to ± 0.0001. However, the tank capacity increases the dielectric constant above the dielectric constant of air in the case of steam such as hydrocarbons. This increase can be significant.

또한, 과도한 압력하에서 액화가스를 함유하는 컨테이너내의 레벨을 측정할 때, 속도에서의 변화가 매우 현저할 수 있다. 통상적인 가스들 중에 프로판(propane)은 10바(bar)의 압력에서 속도를 약 1% 감소시키게 하는 가장 큰 유전상수(ε=1.02에 해당함)를 갖는다. 보관운송 적용과 같은 많은 적용에 이러한 큰 불일치가 있으며, 이는 허용될 수 없다.In addition, when measuring the level in a container containing liquefied gas under excessive pressure, the change in speed can be very significant. Among the typical gases, propane has the largest dielectric constant (corresponding to [epsilon] = 1.02) which causes a speed reduction of about 1% at a pressure of 10 bar. Many applications, such as custody transfer applications, have this large discrepancy, which cannot be tolerated.

따라서, 보관운송 정확도로 정의되는 더 큰 정확도가 종종 요구된다. 표현에 의해, 보관운송 정확도는 본 명세서에서 레벨측정의 많은 상업적인 사용에 있어 공식적인 요건인 보관운송용으로 충분히 승인이 가능한 정확도를 의미한다. 전파속도에 대해, 보관운송 정확도는 레벨의 결정에 있어 약 0.005 - 0.05% 범위의 정확도를 의미할 수 있다. 그러나, 보관운송을 위한 요건은 나라마다 그리고 기관마다 매우 다르지만, 명백히 상기와 같은 예는 임의의 보관운송 정확도에 따르지 못한다.Therefore, greater accuracy, often defined as storage transport accuracy, is often required. Expressly speaking, custody accuracy refers to an accuracy that is fully acceptable for custody transfer, which is a formal requirement for many commercial uses of level measurement herein. For propagation speed, storage transport accuracy may mean an accuracy in the range of about 0.005-0.05% in determining the level. However, while the requirements for custody vary greatly from country to country and from institution to institution, the examples above clearly do not depend on any custody accuracy.

따라서, 본 발명의 주요 목적은 액체 표면 위의 정확한 가스 성분 및/또는 압력의 사전 지식없이 고도의 정확도로 관을 지나는 액위를 측정하는 레이더 기반의 레벨측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide a radar based level measurement apparatus and method for measuring liquid level passing through a tube with a high degree of accuracy without prior knowledge of the exact gas component and / or pressure on the liquid surface.

본 발명의 특정한 목적은 구간 1≤ε≤1.03 중 어느 곳의 유전상수를 갖는 액체 표면 위의 가스 또는 가스 혼합물에 대한 0.4% 보다 좋은, 바람직하게는 0.1% 보다 좋은, 및 가장 바람직하게는 0.01% 보다 좋은 측정 레벨의 정확도를 제공하는 레벨측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 이 구간은 프로판, 부탄, 메탄 및 소정의 한계를 갖는 다른 통상적인 가스를 포함하도록 선택된다.A particular object of the invention is better than 0.4%, preferably better than 0.1%, and most preferably 0.01% for gases or gas mixtures on liquid surfaces having a dielectric constant in any of the intervals 1 ≦ ε ≦ 1.03. It is an object of the present invention to provide a level measuring device and method that provides better measurement level accuracy. This section is chosen to include propane, butane, methane and other conventional gases with certain limits.

이에 대해, 본 발명의 특정한 목적은 보관운송 정확도로 액위를 측정할 수 있는 레벨측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.In this regard, it is a specific object of the present invention to provide a level measuring apparatus and method capable of measuring liquid level with storage transportation accuracy.

본 발명의 또 다른 목적은 또한 관 내부 치수의 정확한 측정을 위해 제공되는, 관을 지나는 액위를 측정하기 위한 레벨측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a level measuring device and method for measuring the liquid level passing through a tube, which is provided for accurate measurement of the internal dimension of the tube.

본 발명의 또 다른 목적은 컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질, 예를 들어, 관의 횡단면 치수, 관의 길이에 따른 횡단면 치수에서의 변화, 관의 공동 중심도(concentricity) 측정, 불순물의 존재, 특히 관 내벽에서의 고체 또는 액체 탄화수소, 또는 가스에서 안개, 특히 오일 안개의 존재를 측정함으로써 오류를 감소하기 위해 제공되는 레벨측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide one or more properties of a tube or environment in a container, such as the cross sectional dimension of the tube, the change in the cross sectional dimension along the length of the tube, the measurement of the concentricity of the tube, It is to provide a leveling device and method provided for reducing errors by measuring the presence, in particular the presence of mists, especially oil mists, in solid or liquid hydrocarbons, or gases in the inner wall of the tube.

이들 목적은, 특히, 특허청구범위에 청구된 바와 같은 장치 및 방법에 의해 달성된다.These objects are achieved, in particular, by an apparatus and a method as claimed in the claims.

레이다 레벨 게이지는 꽤 광범위한 대역폭(상기 폭은 중심 주파수의 10-15%일 수 있다)을 사용하고 전파는 상기 대역의 중간에서의 군속도를 특징으로 한다. 본 발명은 송수신된 마이크로파 신호의 주파수 대역과 모드 전파, 및 관 내부 직경의 적절한 선택에 의해, 바람직하게는 1 내지 1.03 사이의 유전상수 값 대상 범위에 걸쳐 꽤 일정한 마이크로파 신호의 군속도를 얻을 수 있다. 분석에 따르면, 군속도는 유전상수에 대해 1 - 1.03 구간에 걸쳐 ±0.005% 정도로 거의 변하지 않는 반면에, 종래 장치를 사용하면, 예를 들어, 자유 공간전파를 사용하는 경우, ±0.75%의 변화가 얻어짐을 나타낸다.Radar level gauges use a fairly wide bandwidth (the width can be 10-15% of the center frequency) and the propagation is characterized by group speed in the middle of the band. According to the present invention, by appropriate selection of the frequency band and mode propagation of the transmitted and received microwave signals, and the inner diameter of the tube, it is possible to obtain a group speed of the microwave signal which is quite constant over the dielectric constant value target range, preferably between 1 and 1.03. According to the analysis, the group velocities rarely change as much as ± 0.005% over the 1 to 1.03 interval with respect to the dielectric constant, whereas with conventional devices, for example using free space propagation, the change of ± 0.75% Obtained.

마이크로파 신호의 주파수 대역의 중심 주파수는 바람직하게는 모드 및 선택된 내부관에 대해 진공상태에서 컷오프 주파수의 약 (2/ε)1/2배이거나 이에 근접하며, 여기서 ε는 유전상수 값의 대상범위의 중심 유전상수(center dielectric constant), 예를 들어, 상기와 같은 바람직한 범위에서 1.015이다. 따라서, 최적의 중심 주파수는 유전상수값의 대상범위의 중심의 유전상수를 갖는 가스에 대한 실제 컷오프 주파수의 약 21/2배가 된다.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 for the mode and the selected inner tube, where ε is the target range of the dielectric constant value. Center dielectric constant, for example 1.015 in the above preferred range. Thus, the optimum center frequency is about 2 1/2 times the actual cutoff frequency for the gas having the dielectric constant in the center of the target range of dielectric constant values.

본 발명은 마이크로파 신호가 최적 주파수 fopt로부터 7% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 더 바람직하게는 3% 미만, 더욱더 바람직하게는 2% 미만, 및 가장 바람하게는 1% 미만으로 벗어나는 주파수를 포함하는 주파수 대역에서 송신되는 것으로 정량적으로 특정될 수 있고, 상기 최적 주파수는 The present invention provides for frequencies at which the microwave signal deviates from less than 7%, preferably less than 5%, more preferably less than 3%, even more preferably less than 2%, and most preferably less than 1% from the optimum frequency f opt . Can be quantitatively specified to be transmitted in the including frequency band, and the optimum frequency is

Figure 112005026305713-pct00001
Figure 112005026305713-pct00001

로 주어지고, 여기서 fco는 관에서 전파모드의 컷오프 주파수이고, ε는 대상 유전상수 범위의 중심 유전상수이다. 이들 주파수는, 에바드슨의 두 미국특허 제4,641,139호 및 제 5,136,299호에 설명된 바와 같이, 단일모드 전파가 보장되어야만 할 때 사용되는 주파수보다 더 높지만, 과치수의 관 및 모드 억제가 적용될 때 일반적으로 사용되는 주파수보다는 훨씬 낮다. 따라서 본 발명에서 사용된 주파수는 관 및 레벨 측정 모두에 대해 종래기술에 사용된 주파수 범위를 적어도 부분적으로 벗어난다.Where f co is the cutoff frequency of the propagation mode in the tube and ε is the central dielectric constant in the target dielectric constant range. These frequencies are higher than those used when single-mode propagation should be guaranteed, as described in two US patents 4,641,139 and 5,136,299 to Evason, but are generally used when overdraft tube and mode suppression is applied. Much lower than the frequency used. Thus, the frequency used in the present invention is at least partially outside the frequency range used in the prior art for both tube and level measurements.

그러나, 가장 이점적으로, 주파수 대역은 최적 주파수 fopt 이거나 상기 최적 주파수 fopt를 1-7% 미만으로 벗어나는 중심 주파수를 갖는다.However, most advantageously, the frequency band has an optimal frequency f opt or a center frequency that deviates by less than 1-7% of the optimal frequency f opt .

바람직하게는, 원형관 및 H11 모드가 측정용으로 사용된다. 진공에서 상기 H11 모드의 약 (2/ε)1/2배의 주파수 선택은 또한 마이크로파 신호를 E01 모드로 전파하게 한다. 마이크로파 신호는 서로 별개의 이들 두가지 모드에서 측정될 수 있고, E01 모드 마이크로파 신호의 측정은 관의 치수에 대한 정보 및/또는 액화가스 표면 위의 가스 또는 가스 혼합물의 유전체 성질에 대한 정보를 유추하는데 사용될 수 있다.Preferably, a round tube and H 11 mode are used for the measurement. Frequency selection of about (2 / ε) 1/2 times the H 11 mode in vacuum also causes the microwave signal to propagate in E 01 mode. The microwave signal can be measured in these two modes that are distinct from each other, and the measurement of the E 01 mode microwave signal infers information about the dimensions of the tube and / or the dielectric properties of the gas or gas mixture on the liquefied gas surface. Can be used.

더 일반적으로, 마이크로파 신호는 서로 별개의 적어도 2개의 다른 모드에서 측정된다. 이러한 이중모드 측정은 관의 상태, 예를 들어, 관 치수, 관 내벽에 있는 오일층의 존재, 또는 관의 대기상태, 예를 들어 안개의 존재에 대한 정보를 유추하고, 이 정보를 사용하여 측정된 레벨에서 상기 상태에 의해 도입된 임의의 오류를 줄이는데 사용될 수 있다.More generally, the microwave signal is measured in at least two different modes that are separate from each other. This dual mode measurement infers information about the condition of the pipe, for example the pipe dimension, the presence of an oil layer on the inner wall of the pipe, or the atmosphere of the pipe, for example the presence of fog, and uses this information to make measurements. It can be used to reduce any error introduced by the state at the specified level.

본 발명의 주요 이점으로는 고도의 정확도로 관을 통한 레벨 측정은 측정되는 표면 위에 있는 가스의 성분 및 압력에 대한 사전지식 없이 수행될 수 있다는 것이다.The main advantage of the present invention is that the level measurement through the tube with a high degree of accuracy can be carried out without prior knowledge of the composition and pressure of the gas on the surface being measured.

본 발명의 또 다른 이점은 관의 상태에 의해 도입된 오류가 이중모드 측정에 의해 줄일 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that the error introduced by the state of the tube can be reduced by the bimodal measurement.

본 발명의 또 다른 이점은 1 - 1.03의 유전상수 범위에 대해 상기 정의된 바와 같이 최적 주파수에 근접한 주파수를 선택함으로써 관 내의 탄화수소 물방울 양의 변화 및 관 내벽상의 두께가 변하는 얇은 탄화수소 층에 기인한 영향이 최소화된다는 것이다.Another advantage of the present invention is the effect due to a change in the amount of hydrocarbon droplets in the tube and a thin hydrocarbon layer whose thickness on the inner wall of the tube changes by selecting a frequency close to the optimum frequency as defined above for a dielectric constant range of 1-1.03. Is to be minimized.

본 발명의 또 다른 특징 및 이점은 이하에 주어진 본 발명의 바람직한 실시예와 첨부도면 도 1 내지 도 12에 대한 상세한 설명으로부터 명백해지며, 상기 실시예는 단지 예시적으로 주어진 것이며, 따라서 본 발명을 제한하는 것은 아니다.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention and the accompanying drawings of FIGS. 1 to 12, which are given by way of example only and thus limit the present invention. It is not.

이 설명에서, 도파관 표시 H11, E01 및 H01 등은 표시 TE11, TM01, TE01 등에 대해 유사하고 완전히 등가인 시스템인 것으로 사용된다.In this description, the waveguide markings H 11 , E 01 , H 01 , and the like are used as being similar and fully equivalent systems for the markings TE 11 , TM 01 , TE 01, and the like.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더 기반의 레벨측정 장치를 사시도로 개략 도시한 것이다;1 is a perspective view schematically showing a radar based level measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 최적 주파수에서 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 군속도의 개략도이다;2 is a schematic of group velocity as a function of dielectric constant for H 11 mode of microwave radiation in a waveguide at optimum frequency;

도 3은 하나는 최적 주파수이고, 한 주파수는 상기 최적 주파수보다 실질적으로 낮은 주파수이며, 한 주파수는 상기 최적 주파수보다 실질적으로 높은 주파수인, 본 발명의 원리를 나타내는 3가지 다른 주파수에서 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 군속도의 개략도이다;3 shows microwave radiation in a waveguide at three different frequencies representing the principles of the present invention, one of which is an optimum frequency, one of which is a frequency substantially lower than the optimum frequency, and one of which is a frequency substantially higher than the optimum frequency. Is a schematic diagram of group velocities as a function of dielectric constant for H 11 mode of;

도 4는 다른 도파관 직경에 대해 최적 주파수에서 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 군속도의 개략도이다;4 is a schematic diagram of group velocity as a function of dielectric constant for H 11 mode of microwave radiation in a waveguide at optimum frequency for different waveguide diameters;

도 5는 다른 유전상수를 갖는 가스들로 충진된 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 파수의 함수로서 군속도의 개략도이다;5 is a schematic diagram of group velocity as a function of wave number for H 11 mode of microwave radiation in a waveguide filled with gases having different dielectric constants;

도 6은 다른 유전상수를 갖는 가스들로 충진된 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 파수의 함수로서 진공에서의 군속도에 대해 정규화된 군속도의 개략도이다;6 is a schematic diagram of group velocities normalized to group velocities in vacuum as a function of wavenumber for H 11 mode of microwave radiation in a waveguide filled with gases having different dielectric constants;

도 7a 및 도 7b는 별개의 급전점(feeding points)을 사용하여 별개로 H11모드나 E01모드의 또는 양 모드의 도파관 급전용 장치를 횡단면도 및 기저도로 각각 개략 도시한 것이다;7A and 7B schematically show cross-sectional and base views, respectively, of a waveguide feeding device in H 11 mode, E 01 mode, or both modes separately using separate feeding points;

도 8a는 별개의 급전점을 갖는 H01모드 및 E01모드의 도파관 급전용 장치를 횡단면도로 개략 도시한 것이고, 도 8b는 도 8a의 장치에 포함된 안테나 장치를 개략 도시한 것이다.FIG. 8A schematically illustrates a cross-sectional view of a waveguide power feeding device in H 01 mode and E 01 mode having separate feed points, and FIG. 8B schematically illustrates an antenna device included in the device of FIG. 8A.

도 9a는 별개의 급전점을 갖는 H11모드 및 H01모드의 도파관 급전용 장치를 횡단면도로 개략 도시한 것이고, 도 9b는 도 9a의 장치에 포함된 안테나 장치를 개략 도시한 것이며, 도 9c는 도 9b의 안테나 장치에 급전하기 위한 연결 네트워크를 개략 도시한 것이다; 그리고9A schematically illustrates a cross-sectional view of a waveguide power feeding device of H 11 mode and H 01 mode having separate feed points, and FIG. 9B schematically illustrates an antenna device included in the device of FIG. 9A, and FIG. 9C A schematic illustration of a connection network for powering the antenna device of FIG. 9B; And

도 10 내지 도 12는 유전상수가 다르고 내벽의 두께가 다른 유전체층을 갖는 가스로 충진된 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드, E01모드 및 H01모드 각각에 대한 파수의 함수로서 진공에서의 군속도에 대해 정규화된 역전된 군속도의 개략도이다.10-12 show the group velocity in vacuum as a function of the wavenumber for each of the H 11 mode, E 01 mode, and H 01 mode of microwave radiation in a gas filled waveguide with dielectric layers having different dielectric constants and different inner wall thicknesses. Schematic of inverted military velocity normalized to.

레이더 기반의 레벨 측정 장치를 사시도로 개략 도시한 도 1을 참조로, 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다. 상기 장치는 주파수 변조 연속파(Frequency modulated continuous wave, FMCW) 레이더 장치 또는 펄스 레이다 장치 또는 임의 의 다른 타입의 거리측정 레이다일 수 있으나, 바람직하기로는 주파수 변조 연속파 발신형 레이더 장치이다. 레이다 장치는 조절될 수 있는 가변 주파수로 마이크로파 신호를 송신할 수 있는 능력을 가질 수 있다. A preferred embodiment of the present invention is described with reference to FIG. 1, which schematically shows a radar based level measuring device in a perspective view. The device may be a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar device or a pulse radar device or any other type of ranging radar, but is preferably a frequency modulated continuous wave transmitting radar device. The radar device may have the ability to transmit microwave signals at variable frequencies that can be adjusted.

도 1에서, 1은 실질적으로 컨테이너에 고정장착된 수직관 또는 관을 나타내고, 3은 상기 관의 상한 또는 지붕을 나타낸다. 컨테이너는 원유 또는 원유로부터 제조된 제품과 같은 석유 제품이나, 과압축 및/또는 냉각된 컨테이너에 저장된 액화가스일 수 있는 액체를 수용한다. In FIG. 1, 1 represents a vertical tube or tube substantially fixedly mounted to a container, and 3 represents an upper limit or a roof of the tube. Containers contain liquids, which may be petroleum products, such as crude oil or products made from crude oil, or liquefied gases stored in overcompressed and / or cooled containers.

관(1)은 마이크로파용 도파관으로서 작동할 수 있는 금속재료로 되는 것이 바람직하며, 임의의 횡단면 형태를 가질 수 있다. 그러나, 원형, 직사각형 또는 초타원형(super-elliptical) 횡단면이 바람직하다. 상기 관은 전체 길이가 아니라, 상부 및 하부만으로 도시되어 있다. 상기 관에는 관벽에 비교적 많은 작은 개구들(2)이 형성되어 있어, 컨테이너에서 관 내부로 유체의 소통을 가능하게 하며, 컨테이너에서와 같이 관에서도 액위가 동일해진다. 구멍들이 파의 전파를 방해하지 않도록 하면서 또한 내부 및 외부 액위가 충분히 빨리 같아지도록 구멍의 크기 및 위치를 선택할 수 있게 도시되었다. The tube 1 is preferably made of a metallic material capable of acting as a waveguide for microwaves, and may have any cross-sectional shape. However, circular, rectangular or super-elliptical cross sections are preferred. The tube is shown only at the top and bottom, not at full length. The tube is formed with a relatively large number of small openings 2 in the tube wall, which allows for fluid communication from the container to the inside of the tube, with the same level of liquid in the tube as in the container. It has been shown that the size and location of the holes can be selected so that the holes do not interfere with the propagation of the wave and also the internal and external liquid levels are equally fast enough.

장치(4)가 고정장착되어 있다. 이 장치(4)는 명확히 도시되지 않은 마이크로파 신호를 제공하기 위한 송신기, 상기 반사된 마이크로파 신호를 수신하기 위한 수신기 및 상기 반사된 마이크로파 신호의 반사위치를 결정하기 위한 신호처리장치를 구비한다.The device 4 is fixedly mounted. The apparatus 4 comprises a transmitter for providing a microwave signal which is not clearly shown, a receiver for receiving the reflected microwave signal and a signal processing device for determining the reflection position of the reflected microwave signal.

송신기는 도 1에서 5로 표시된 도파관을 구비하고, 상기 도파관은 보호관(8) 에 의해 둘러싸여 있다. 도파관(5)은 원추형 중간피스(9)를 통해 관(1)으로 지나간다. The transmitter has a waveguide, denoted 5 in FIG. 1, which is surrounded by a protective tube 8. The waveguide 5 passes through the conical intermediate piece 9 to the tube 1.

동작시, 송신기는 마이크로파 신호를 발생하고, 상기 신호는 도파관(5)과 원추형 중간피스(9)를 통해 관(1)으로 제공된다. 마이크로파 신호는 측정되는 표면을 향해 관(1)에서 전파되고, 표면에 의해 반사되며 수신기를 향해 다시 전파된다. 반사된 신호는 원추형 중간피스(9)와 도파관(5)를 지나 수신기에 수신된다. 신호처리장치는 마이크로파 신호의 왕복시간으로부터 액위를 계산한다.In operation, the transmitter generates a microwave signal, which is provided to the tube 1 through the waveguide 5 and the conical intermediate piece 9. The microwave signal propagates in the tube 1 towards the surface to be measured, reflected by the surface and propagated back towards the receiver. The reflected signal is received at the receiver via the conical intermediate piece 9 and the waveguide 5. The signal processing apparatus calculates the liquid level from the round trip time of the microwave signal.

본 발명에 따르면, 송신기는 최적 주파수 fopt를 7% 미만으로 벗어나는 주파수를 포함하는 주파수 대역의 마이크로파 신호를 송신하도록 적응되고, 상기 최적 주파수는 According to the invention, the transmitter is adapted to transmit a microwave signal in a frequency band comprising a frequency which is outside the optimum frequency f opt by less than 7%, the optimum frequency being

Figure 112005026305713-pct00002
Figure 112005026305713-pct00002

로 계산되며, 여기서 fco는 진공상태에서 관(1)내의 전파모드의 컷오프 주파수이고, ε은 바람직하기로는 1 내지 1.03 또는 그 이하 범위로 설정되나 이에 국한되지 않는 대상 유전상수 범위의 중심 유전상수이다.Where f co is the cutoff frequency of the propagation mode in the tube (1) in vacuum and ε is preferably the central dielectric constant in the target dielectric constant range, which is not limited to, but is in the range of 1 to 1.03 or less. to be.

이러한 주파수의 선택에 의해, 액체 표면 위로 관(1)내의 가스의 유전상수가 1 내지 1.03으로 변할 때 마이크로파의 군속도의 변화가 매우 작아지며, 상기 액체 표면 위로 상기 가스의 성분 및 압력을 알지 못하더라도 액위에 대한 정확한 측정이 수행될 수 있다.By the selection of this frequency, the change in the group velocity of microwaves becomes very small when the dielectric constant of the gas in the tube 1 changes from 1 to 1.03 over the liquid surface, even if the composition and pressure of the gas are not known over the liquid surface. Accurate measurements of the liquid level can be performed.

바람직하기로, 주파수는 최적 주파수 fopt를 5% 미만, 더 바람직하기로는 3% 미만, 더욱 바람직하기로는 2% 미만, 더욱 더 바람직하기로는 1% 미만으로 벗어나며, 가장 바람직하기로는 최적 주파수 fopt와 같다. 선택적으로, 주파수 대역은 최적 주파수 fopt를 7%, 5%, 3%, 2% 또는 1% 미만으로 벗어나는 중심 주파수를 갖는다. Preferably, the frequency deviates by less than 5% of the optimum frequency f opt , more preferably less than 3%, more preferably less than 2%, even more preferably less than 1%, and most preferably the optimal frequency f opt Same as Optionally, the frequency band has a center frequency that deviates from the optimum frequency f opt by less than 7%, 5%, 3%, 2% or 1%.

이들 숫자는 최적 주파수를 사용하여 얻은 숫자보다 약간 더 큰 속도 변화를 제공하지만, 상기 변동은 종래기술의 장치에 사용된 주파수를 사용하여 얻은 변화보다 훨씬 더 작다.These numbers give a slightly larger rate change than the number obtained using the optimum frequency, but the variation is much smaller than the change obtained using the frequency used in prior art devices.

본 발명에 앞서 이론 설명 및 상기와 같은 최적 주파수의 편차가 주어진다.Prior to the present invention, a theoretical explanation and such a deviation of the optimum frequency are given.

임의의 균일한 (즉, 유전상수 ε를 갖는 한가지 물질로 채워진) 공동 도파관내의 전파는 미터당 라디안(radians)으로 위상변화를 제공하는 위상상수 β의 변화로 설명된다:The propagation in any uniform (ie, filled with one material with dielectric constant ε) is explained by the change in phase constant β that provides a phase change in radians per meter:

Figure 112005026305713-pct00003
Figure 112005026305713-pct00003

여기서, k는 파수(wave number)(k=2πf/c, f는 주파수이고, c는 진공에서의 광속도)이고, kc0는 도파관에서 전파하기 위한 하한인 진공에서의 컷오프 파수(k=2πfc0/c, fc0는 진공에서의 컷오프 주파수)이다. 상기 식 1은 도파관의 횡단면에 무관한 임의의 단일 전파모드에 대해서 유효하다.Where k is the wave number (k = 2πf / c, f is the frequency, c is the speed of light in a vacuum), and k c0 is the cutoff frequency in vacuum (k = 2πf c0 , the lower limit for propagation in a waveguide). / c, f c0 is the cutoff frequency in vacuum). Equation 1 is valid for any single propagation mode independent of the cross section of the waveguide.

컷오프 파수 kc0는 도파관 횡단면의 기하학적 모양과 관계있다. 반경이 a인 원형 횡단면에 대해,The cutoff frequency k c0 is related to the geometric shape of the waveguide cross section. For a circular cross section with radius a,

Figure 112005026305713-pct00004
Figure 112005026305713-pct00004

이고, 여기서 X는 베셀함수(J0(x), J1(x) 등)에 대해 적용될 수 있는 근이며, kc0에서 0은 kc0가 진공상태에 적용된 것임을 강조하기 위해 삽입된 것이다. 원형 도파관(직경 D=2a)에서 소수의 최하위 모드가 아래 표 1에 실려있다., Wherein X is a muscle that can be applied for the Bessel function (J 0 (x), J 1 (x) , and so on), in k c0 0 is inserted to stress that is applied to the c0 k vacuum. A few lowest modes in a circular waveguide (diameter D = 2a) are shown in Table 1 below.

비교로서, b(a>b)배의 횡단면 크기를 갖는 직사각형 도파관에서 컷오프 파수는As a comparison, the cutoff frequency in a rectangular waveguide with a cross-sectional size of b (a> b) times

Figure 112005026305713-pct00005
Figure 112005026305713-pct00005

로 나타낼 수 있으며, 여기서 n과 m은 nm > 0(E 모드) 또는 n+m > 0(H 모드)인 선택적인 제약을 갖는 음이 아닌 정수이다.Where n and m are non-negative integers with optional constraints of nm> 0 (E mode) or n + m> 0 (H mode).

전파 상수 β를 참조로, 자유 진행파에 대한 전파 상수에 비하면 적어도 약간의 비선형 주파수 의존성이 있는 것이 주목된다. 통상적으로, 대역제한신호의 전파는 군속도 vg로서 설명되며, 다음과 같이 계산된다:With reference to the propagation constant β, it is noted that there is at least some nonlinear frequency dependency compared to the propagation constant for free traveling waves. Typically, the propagation of a band-limited signal is described as the group speed v g and is calculated as follows:

Figure 112005026305713-pct00006
Figure 112005026305713-pct00006

여기서, c는 진공상태에서의 광속도(299792458 m/s)이고, 몫 c/vg는 적어도 1보다 약간 더 크다. 매우 큰 (자유공간의 경우에 근사한) 횡단면적을 갖는 도파관에 대해서, kc0는 무시될 수 있고, 그러면 몫은 간단히 유전상수 ε의 제곱근이 된다.Where c is the light velocity in vacuum (299792458 m / s) and the quotient c / v g is slightly greater than at least one. For waveguides with very large cross sections (approximately in the case of free space), k c0 can be ignored, and the quotient simply becomes the square root of the dielectric constant ε.

원형 도파관에서의 모드. 공통표기, X, λco/D, 여기서 λco는 진공에서의 컷오프 파장이고 D는 직경이며, 각각의 전파모드에 대해 D=2a가 주어진다.Mode in a circular waveguide. The common notation, X, λ co / D, where λ co is the cutoff wavelength in vacuum and D is the diameter, and D = 2a is given for each propagation mode. 표기Mark X㎚X nm λco/Dλ co / D 비고Remarks H11 또는 TE11 H 11 or TE 11 1.841(J1의 1차 최대)1.841 (primary max of J 1 ) 1.7061.706 최하위 모드Lowest mode E01 또는 TM01 E 01 or TM 01 2.405(J0의 1차 영(zero))2.405 (primary zero of J 0 ) 1.3061.306 H21 또는 TE21 H 21 or TE 21 3.054(J2의 1차 최대)3.054 (1st maximum of J2) 1.0291.029 H01 또는 TE01 H 01 or TE 01 3.832(│J0│의 1차 영이 아닌 최대)3.832 (maximum nonzero primary of | J 0 |) 0.8200.820 낮은 손실모드Low loss mode E11 또는 TM11 E 11 or TM 11 3.832(J1의 2차 영)3.832 (secondary zero of J 1 ) 0.8200.820 H01과 동일한 XX same as H 01 H31 또는 TE31 H 31 or TE 31 4.201(J3의 1차 최대)4.201 (primary maximum of J 3 ) 0.7480.748

식(4)의 폐쇄검사로 유전상수 ε가 모든 양의 값에 대해 변하도록 허용될 때 항상 최소값을 갖는 것으로 드러났다. 이는 ε가 분모를 0으로 하는 값보다 약간 위에 있다면 c/vg는 매우 큰 값이게 되고 명백히 이 경우 매우 큰 ε에 대해서도 동일함을 주목함으로써 쉽게 알 수 있다. 이러한 최소값은 ε가 물리적으로 비현실적인 값을 갖는 경우에 나타날 수 도 있으나, 임의의 도파관 직경 2a에 대해서 (kc0는 도 2에 따른 직경 2a와 관계있으므로) 이러한 최소값이 가능한 ε값에 대해 발생할 수 있는 경우에도 주파수(또는 파수 k)가 제시될 수 있다.Closure testing of equation (4) revealed that the dielectric constant ε always has a minimum value when allowed to change for all positive values. This can be easily seen by noting that if ε is slightly above the denominator of 0, c / v g will be very large and obviously the same for very large ε. This minimum may appear when ε has a physically unrealistic value, but for any waveguide diameter 2a (since k c0 is related to diameter 2a according to FIG. 2) this minimum may occur for possible values of ε Even if the frequency (or frequency k) can be presented.

이 최소값은 ε가 물리적으로 비현실적인 값을 갖는 경우에 나타날 수 도 있으나, 임의의 관 직경 2a에 대해서 이러한 최소값이 가능한 ε값에 대해 발생할 수 있는 경우에도 주파수(또는 파수 k)가 제시될 수 있다. c/vg의 최소값을 찾기 위해, 2차 미분이 이루어진다:This minimum may appear when ε has a physically unrealistic value, but for any tube diameter 2a the frequency (or wave number k) may be given even if this minimum can occur for a possible value of ε. To find the minimum of c / v g , the second derivative is made:

Figure 112005026305713-pct00007
Figure 112005026305713-pct00007

c/vg의 최소값은 이 미분이 0인 곳에서 구해진다. 따라서, 다음과 같은 조건을 만족하는 최적 파수 kopt로 표시된 파수는 The minimum value of c / v g is found where this derivative is zero. Therefore, the frequency indicated by the optimal frequency k opt that satisfies

Figure 112005026305713-pct00008
Figure 112005026305713-pct00008

이다. 이러한 선택에 의해, (1 - 1.03일 수 있는 가정되는 ε 구간의 중간 주위로) ε의 작은 변화는, 아래에서 수치평균이 정량화되는, vg의 매우 작은 변화 를 제공하는 것으로 예상될 수 있다. 상기 현상은 vg에 기여하는 2개 인자의 조합으로 설명될 수 있다: ε의 증가는 마이크로파의 속도를 줄이지만, 또한 도파관이 더 크게 나타나도록 할 수 있어, 도파관 전파속도를 증가시킨다. 미분 표현은 이들 2개의 반작용 효과가 서로 상쇄되어 질 수 있음을 나타낸다.to be. By this selection, small changes in ε (around the middle of the assumed ε interval, which may be 1-1.03) can be expected to provide very small changes in v g , where the numerical mean is quantified below. This phenomenon can be explained by a combination of two factors contributing to v g : An increase in ε reduces the speed of the microwave, but can also cause the waveguide to appear larger, thus increasing the waveguide propagation speed. The differential expression indicates that these two reaction effects can be canceled out.

행동을 예시하기 위해, 직경이 2a=100㎜이고 ε 구간이 1 에서 1.03 범위인 vg의 작은 변화가 구해져야 하는 도파관의 경우가 주어진다(즉, ε=1.015에 대해 최적 파수 kopt가 발견된다). 전파의 최하위 모드 H11이 사용되면, 식 2 및 식 6을 사용하여 51.5m-1의 최적 파수 kopt가 구해진다. 이 최적 파수는 2.46 GHz의 최적 주파수 fopt에 해당한다.To illustrate the behavior, the case of a waveguide where a small change in v g with a diameter of 2a = 100 mm and an ε interval in the range of 1 to 1.03 is to be obtained is given (i.e. the optimum wavenumber k opt is found for ε = 1.015). ). If the lowest mode H 11 of propagation is used, the optimum wavenumber k opt of 51.5 m −1 is obtained using equations 2 and 6. This optimum frequency corresponds to an optimal frequency f opt of 2.46 GHz.

도 2는 최적 주파수, 즉, 2.46GHz로 100㎜ 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 진공에서의 광속에 대해 정규화된 군속도의 도면을 도시한 것이다. FIG. 2 shows a plot of group velocities normalized to luminous flux in vacuum as a function of dielectric constant for H 11 mode of microwave radiation in a 100 mm waveguide at an optimum frequency, 2.46 GHz.

군속도 변화는 유전상수 ε가 1 - 1.03(±1.5%)에 걸쳐서 변하거나 공기(ε=1.0006)에서 프로판(ε=1.03)을 포함하는 경우 ±0.005%내에 있다. 속도 변화에서의 향상은 150배이며, 유전상수 값의 간격이 1 - 1.03보다 더 작은 간격으로 제한되는 경우에는 더 커진다.The group velocity change is within ± 0.005% when the dielectric constant epsilon varies over 1-1.03 (± 1.5%) or contains propane (ε = 1.03) in air (ε = 1.0006). The improvement in speed change is 150 times and is greater when the interval of dielectric constant values is limited to intervals smaller than 1-1.03.

도 3은 비교를 위해 2.46GHz, 10GHz 및 2GHz로 100㎜ 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 진공에서의 광속에 대해 정규화된 군속도의 도면을 나타낸 것이다. 수직 스케일(vertical scale)은 도 2에 대해 200배 확대된 것임을 유의하라. 최적 주파수에 대한 곡선은 수평 직선으로, 즉, 군속도에 대한 어떠한 ε 의존성도 나타나지 않는 반면에, 2 및 10 GHz에서 각각 군속도는 예시된 구간에서 ε에 대해 크게 의존한다.FIG. 3 shows a plot of group velocities normalized to luminous flux in vacuum as a function of dielectric constant for H 11 mode of microwave radiation in 100 mm waveguides at 2.46 GHz, 10 GHz and 2 GHz for comparison. Note that the vertical scale is magnified 200 times with respect to FIG. The curve for the optimal frequency is a horizontal straight line, i.e. no ε dependence on the group speed appears, whereas the group speed at 2 and 10 GHz respectively depends heavily on ε in the illustrated intervals.

도 4는 구해진 군속도에 대한 도파관 직경의 영향을 나타낸 것이다. 상기 도면은 직경이 100㎜, 100㎜+0.005% 및 100㎜-0.005%인 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 유전상수의 함수로서 진공에서의 광속에 대해 정규화된 군속도를 도시한 것이다. Figure 4 shows the effect of the waveguide diameter on the obtained group speed. The figure shows the group velocities normalized to the luminous flux in vacuum as a function of the dielectric constant for H 11 mode of microwave radiation in waveguides 100 mm, 100 mm + 0.005% and 100 mm-0.005% in diameter.

군속도의 최대위치는 직경이 약간 다른 경우에도 현저하게 변하지 않는다. 그러나, 군속도는 직경에 크게 의존하며, 따라서 도파관의 직경은 매우 주의깊게 재거나 측정되어야만 한다. 더 많은 것이 아래에 설명된다. 그러나, 먼저, 본 발명의 개념의 또 다른 예시가 도 5 및 도 6에 나타나 있다.The maximum position of the group speed does not change significantly even if the diameter is slightly different. However, the group velocity is highly dependent on the diameter, so the diameter of the waveguide must be measured or measured very carefully. More are described below. First, however, another example of the inventive concept is shown in FIGS. 5 and 6.

도 5는 유전상수 ε의 여러 값에 대해서, 즉, ε=1.0006(공기) 및 ε=1.03(1.02는 최악의 경우로 추정되는 10atm에서의 프로판에 해당한다)에 대한 100㎜ 도파관내의 H11모드에 대한 파수의 함수로서 진공에서의 광속에 대해 정규화된 군속도를 예시한 것이다. 유의할 것은 2개의 곡선들이 실제로 최적 파수 kopt인 특정한 파수에서 교차하고 있다는 것이다.FIG. 5 shows the H 11 mode in a 100 mm waveguide for various values of dielectric constant ε, ie ε = 1.0006 (air) and ε = 1.03 (1.02 corresponds to propane at 10 atm, estimated to be the worst case). Normalized group velocities versus luminous flux in vacuum as a function of wavenumber for. Note that the two curves actually intersect at a particular frequency, which is the optimal frequency k opt .

도 6은 명확히 표시되어 있는 유전상수 ε의 여러 값들에 대해서 100㎜ 도파 관내의 마이크로파 복사의 H11모드에 대한 파수의 함수로서 진공에서의 광속에 대해 정규화된 군속도의 도면을 도시한 것이다. 속도는 ε: 1.03, 1.02, 1.01 및 1.0006에 대해 도시되어 있다. 교차점은 상기 표시된 바와 같이 최적 파수인 k=51.5m-1에서 발견된다.FIG. 6 shows a plot of group velocities normalized to luminous flux in vacuum as a function of wavenumber for H 11 mode of microwave radiation in a 100 mm waveguide for various values of the dielectric constant ε clearly indicated. Velocity is shown for ε: 1.03, 1.02, 1.01 and 1.0006. The intersection is found at the optimum wave number k = 51.5m −1 as indicated above.

에바드슨의 미국특허 제4,641,139호에서 개시된 바와 같이 과치수의(overdimensioned) 도파관 및 모드 억제(mode suppression)를 사용할 때보다 더 주의깊게 수행되어야만 하는 도파관의 직경을 재거나 측정하는 많은 방법들이 이용될 수 있다.Many methods are available for measuring or measuring the diameter of a waveguide that must be performed more carefully than when using overdimensioned waveguides and mode suppression as disclosed in US Pat. No. 4,641,139 to Edvardson. have.

한가지 방법은 하나 또는 여러 개의 알고 있는 높이에 대해 현장에서 측정에 의해 하나 또는 여러 개의 레벨에 대한 유효 직경을 결정하는 것이다. 도 1에서, 비교적 얇은 금속핀(10)이 길이방향에 수직인 관(1)의 하부에 직경방향으로 장착된다. 이 금속핀(10)은 방출된 마이크로파 신호의 정의된 반사를 야기하는 리액턴스(reactance)로 구성되고, 상기 마이크로파 신호는 장치(4)에서 수신기에 의해 수신되며, 전자장치를 통해 게이지 기능에 대한 측정을 제공한다. 이러한 현장 측정은 에바드슨의 미국특허 제5,136,299호에서 더 설명되며, 상기 내용은 참조로써 본 명세서에 합체된다. 물론 동일한 측정이 바람직하기로 실제 액체 표면에 대한 정확한 측정법을 사용하여 수회 행해질 수 있다.One method is to determine the effective diameter for one or several levels by field measurements for one or several known heights. In Fig. 1, a relatively thin metal pin 10 is mounted radially in the lower part of the tube 1 perpendicular to the longitudinal direction. This metal pin 10 consists of a reactance which causes a defined reflection of the emitted microwave signal, which is received by the receiver in the device 4 and the measurement of the gauge function via the electronics is made. to provide. Such field measurements are further described in US Pat. No. 5,136,299 to Edvardson, which is incorporated herein by reference. The same measurement is, of course, preferred and can be done several times using an accurate measurement of the actual liquid surface.

또 다른 방법은, 급전장치에 의해, 관(1)내의 2차 전파모드로 가스를 지나 액체의 표면을 향해 마이크로파 신호를 송신하고, 액체 표면에 대하여 반사되고 다 시 관을 통해 2차 전파모드로 전파되는 마이크로파 신호를 수신하며, 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 마이크로파 신호 부분을 식별하는 것이다.Another method is, by means of a feeder, to transmit a microwave signal through the gas in the secondary propagation mode in the tube 1 towards the surface of the liquid, reflected off the liquid surface and back to the secondary propagation mode through the tube. Receiving a propagated microwave signal and identifying the portion of the microwave signal received in a different mode than the first and second propagation modes.

도 7a 및 도 7b는 2개 모드에 대한 도파관 급전(waveguide feeding)의 일실시예를 도시한 것이다. 관(1)은 실링(sealings)(11 및 12)에 의해 밀봉된 커버(10)로 닫혀있다. 실링 아래로 λ/2 다이폴(dipole)(13)이 관(1)에 H11모드를 급전하고, 상기 H11모드는 2개의 와이어(15)를 통해 급전된다. 다이폴(13) 아래로, 관(1)에 E01모드를 급전하는데 적절한 형태로 주어지는 부재(14)가 대칭적으로 장착된다. 상기 부재(14)는 라인(16)에 의해 급전된다. 라인(15,16)은 압력 실링(12)을 지나 회로 및 측정장치의 케이블(미도시)에 연결된다. 2개의 라인(15)은 상기 라인들이 반대 위상으로 급전되도록 밸룬(balun)에 급전되며, 따라서 라인(15)과 다른 부분으로서 커버(10)의 일부분과 함께 동축 라인처럼 공급되는 신호라인(16) 사이에 자동적으로 절연이 있게 한다. 정합(matching) 등에 적합한 형성을 가지므로, 기본적으로 동일한 출력라인이 2개 모드(H11 및 E01) 둘 다 뿐만 아니라 이들 2개 모드 중 임의의 하나에 대해 작동할 것임이 명백하다. 안테나 및 급전(13-16)은 점선(17)으로 표시된 인쇄회로기판상에 제조될 수 있다.7A and 7B illustrate one embodiment of waveguide feeding for two modes. The tube 1 is closed with a cover 10 sealed by sealings 11 and 12. Down sealing λ / 2 dipole (dipole), (13) a tube feeding the H 11 mode (1), and the H 11 mode is a power supply through two wires (15). Below the dipole 13, a member 14, which is given in a form suitable for feeding the E 01 mode to the tube 1, is mounted symmetrically. The member 14 is fed by the line 16. Lines 15 and 16 are connected to cables (not shown) of the circuit and measuring device via pressure seals 12. The two lines 15 are fed to the balun so that the lines are fed in the opposite phase, so that the signal lines 16 which are supplied like a coaxial line with a part of the cover 10 as a part different from the line 15 are supplied. Automatically insulate between. Since it has a formation suitable for matching, etc., it is obvious that basically the same output line will work for both of the two modes (H 11 and E 01 ) as well as any of these two modes. Antennas and feeds 13-16 may be fabricated on a printed circuit board, indicated by dashed lines 17.

따라서, 2개의 별도 측정이 수행될 수 있고, 레벨 뿐만 아니라 관(1)의 직경, 예를 들어, 유효직경 또는 평균직경이 도 4를 참조로 측정으로부터 유추될 수 있다. 이를 달성하기 위한 한가지 방식은 2개의 모드를 제공하는 도파관 연결을 사용하고, 상기 모드들이 매우 다른 경우, 상기 2개 모드에 대한 군속도가 펄스 시스 템에 대한 시간에서의 반향(echoes) 또는 FMCW 시스템에 대한 주파수에서의 반향을 분리하는데 충분히 달라질 수 있다는 사실을 이용하는 것이다.Thus, two separate measurements can be performed and the level as well as the diameter of the tube 1, for example the effective or average diameter, can be deduced from the measurement with reference to FIG. 4. One way to achieve this is to use a waveguide connection that provides two modes, and if the modes are very different, the group velocities for the two modes are echoes in time for the pulse system or the FMCW system. This is to take advantage of the fact that it can vary sufficiently to separate the echo at frequencies.

도 1의 장치(4)의 수신기는 상기 수신기에 도착한 시간들이 다른 부분들을 기초로 하여 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 마이크로파 신호의 부분들을 식별하도록 적응될 수 있다. 그런 후, 도파관 급전은 다른 모드에 연결되는 2개(또는 2개 이상)의 접속을 가지며, RF 스위치는 상기 모드들을 순차적으로 연결시키거나, 수신기 또는 송신기 연결(chain) 부분들이 2개(또는 2이상) 모드의 측정을 허용하도록 짝지어진다.The receiver of the apparatus 4 of FIG. 1 can be adapted to identify parts of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes based on the parts where the times of arrival at the receiver are different. The waveguide feed then has two (or more) connections connected to different modes, and the RF switch connects the modes sequentially, or the receiver or transmitter chain portions have two (or two) Above) are paired to allow measurement of the mode.

마이크로파 신호 부분은 순차적인 검출을 허용하기 위한 매우 다른 전파시간을 가질 수 있다. 그렇지 않으면, 장치(4)의 송신기는 제 1 및 제 2 전파모드로 마이크로 신호를 순차적으로 송신하도록 적응될 수 있다.The microwave signal portion may have very different propagation time to allow sequential detection. Otherwise, the transmitter of the apparatus 4 may be adapted to sequentially transmit micro signals in the first and second propagation modes.

대안으로, 장치(4)의 송신기는 스펙트럼적으로 분리된 제 1 및 제 2 전파모드 송신하도록 적응될 수 있다. 따라서, 도파관 급전은 한 주파수 간격에서 한 모드와 또 다른 주파수 간격에서 또 다른 모드를 제공하는 다른 주파수들에 대한 다른 기능을 갖는다.Alternatively, the transmitter of the apparatus 4 can be adapted to transmit spectrally separated first and second propagation modes. Thus, waveguide feeding has a different function for different frequencies providing one mode at one frequency interval and another mode at another frequency interval.

신호처리장치는 대안으로 (직경을 알고 있는 경우) 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 마이크로파 신호의 수신되고 식별된 부분을 기초로 하여 액위 위의 가스의 유전상수를 계산하도록 적응될 수 있다. The signal processing device is alternatively adapted to calculate the dielectric constant of the gas above the liquid level based on the received and identified portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes (if the diameter is known). Can be.

도 8a 및 도 8b는 모드 H01 또는 E01의 마이크로파 신호를 급전하는데 적합한 또 다른 도파관 급전을 도시한 것이다. 관(1), 커버(10) 및 실링(11)은 도 7의 실시예와 유사하다. 일반적으로 인쇄회로기판(20)에 의해 형성된 안테나 장치가 급전의 매우 중요한 부분이다. 상기 인쇄회로기판(20)은 바깥에 21로 도시된 동축선에 의해 급전된다. 상기 인쇄회로기판(20)은 화살표로 표시된 바와 같은 전기장 방향을 제공하는 (도시되지 않은 반경방향 와이어에 의해 효율적으로 병렬연결된) 위상으로 급전되는 4개의 λ/2 다이폴(25)을 수반하며, 따라서 다이폴이 H01 도파관 전파모드에 효율적으로 연결되어질 수 있다. 상기 인쇄회로기판(20)에서 커버(10)까지의 거리는 약 λ/4이다. 급전 동축선(21)의 외부는 또한 절연(23) 및 실드(24)를 갖는 또 다른 동축선 내부이다. 이 동축선은 부재(24) 및 인쇄회로기판(20)상의 패턴 일부분에 의해 발생된 E01 모드를 급전한다. 22와 23의 기계적 부착은 도시되지 않았다.8A and 8B illustrate another waveguide feeding suitable for feeding a microwave signal in mode H 01 or E 01 . The tube 1, the cover 10 and the sealing 11 are similar to the embodiment of FIG. 7. In general, the antenna device formed by the printed circuit board 20 is a very important part of feeding. The printed circuit board 20 is powered by a coaxial line shown at 21 on the outside. The printed circuit board 20 carries four λ / 2 dipoles 25 which are fed in phase (efficiently connected in parallel by radial wires not shown) providing the electric field direction as indicated by the arrows, thus The dipole can be efficiently connected to the 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 feed coaxial line 21 is also inside another coaxial line with insulation 23 and shield 24. This coaxial line feeds the E 01 mode generated by the member 24 and a portion of the pattern on the printed circuit board 20. Mechanical attachment of 22 and 23 is not shown.

도 9a 내지 도 9c는 H01 및 H11 모드의 마이크로파 신호를 발생하기 위한 도파관 급전을 배열하는 또 다른 방법을 도시한 것이다. 예를 들어, 인쇄회로기판의 형태로, 안테나 소자(30)는 실링(31)을 통해 4개의 동축 케이블(32)에 의해 급전된 4개의 다이폴(33)을 갖는다. 컨테이너 외부에, 4개의 케이블은 도 9c에서 34로 표시된 연결 네트워크를 통해 급전되며, 상기 네트워크는 컨테이너의 외부에 위치되거나 가능하게는 안테나 소자(30)상에 위치된다. 급전 네트워크는 3개의 다른 도파관 모드를 수반할 수 있는 4개의 표준 하이브리드 회로(34)로 구성된다. 최고위의 입력은, 도 9b를 참조로, 연속 화살표와 같이 지향된 4개의 다이폴을 갖는 H01모드 를 제공한다. 다른 2개의 입력은 오른쪽 원형편광 및 왼쪽 원형편광으로 급전되는 H11모드를 제공하며, 상기 편광모드들은 H11모드를 송수신하는데 사용된다.9A-9C illustrate another method of arranging waveguide feeds for generating microwave signals in H 01 and H 11 modes. For example, in the form of a printed circuit board, the antenna element 30 has four dipoles 33 fed by four coaxial cables 32 through the seal 31. Outside the container, four cables are fed through a connecting network, indicated at 34 in FIG. 9C, which is located outside the container or possibly on the antenna element 30. The feed network consists of four standard hybrid circuits 34 which may involve three different waveguide modes. The top input provides, with reference to FIG. 9B, a H 01 mode with four dipoles oriented as continuous arrows. The other two inputs provide an H 11 mode that is fed with right circular polarization and left circular polarization, and the polarization modes are used to transmit and receive the H 11 mode.

도 7 내지 도 9에 예시된 바와 같은 각각의 급전장치는 관(1)의 직경에 맞도록 상기 관(1)에 깔대기(funnel)(미도시)를 구비한다. 깔대기는 미국특허 제4,641,139호에 언급한 바와 같이 관(1)에 걸릴 수 있으며, 상기 문헌은 참조문헌으로 본 명세서에 합체된다.Each feeder as illustrated in FIGS. 7 to 9 has a funnel (not shown) in the tube 1 to match the diameter of the tube 1. The funnel can be hung in the tube 1 as mentioned in US Pat. No. 4,641,139, which is incorporated herein by reference.

아래 표 2에서, 4개의 도파관 모드 H11/E01/H01/H02에 대한 중심 주파수와 관 직경의 소정의 바람직한 조합에 대한 감쇠(attenuations)가 발견된다. 사선으로 구분된 주어진 순서 및 주어진 dB에서 이들 4가지 모드에 대해 25m관에 대한 감쇠(즉, 2×25m 송신)가 주어진다.In Table 2 below, attenuations are found for certain preferred combinations of center frequency and tube diameter for the four waveguide modes H 11 / E 01 / H 01 / H 02 . Attenuation (ie 2 × 25m transmission) for a 25m tube is given for these four modes in the given order and the given dB separated by diagonal lines.

표 2에서 숫자는 단지 다른 실시예들을 명시하는 것임을 주목하라. 임의의 모드가 이론적으로 주요 전파모드로서 사용될 수 있다. 다른 모드들은 식 2 및 식 3과 표 1에 주어진다. 그러나, 표 2에서 2개의 조합이 특히 바람직한 성질을 갖는 것 같다.Note that the numbers in Table 2 merely indicate other embodiments. Any mode can theoretically be used as the main propagation mode. Other modes are given in Equations 2 and 3 and Table 1. However, the two combinations in Table 2 seem to have particularly desirable properties.

약 10GHz의 주파수를 사용하여 100㎜ 관에서의 H 02 /E01 조합은 2개의 회전대칭모드로서 사용될 때, H02모드가 관벽의 상태에 명백히 무관할 때, 그리고 E01이 컷오프로부터 멀리 떨어져 있어 관을 통한 종래 레이더 레벨 측정과 유사한 전파를 가질 때 유용하다. Using a frequency of about 10 GHz, the H 02 / E 01 combination in a 100 mm tube is used as two rotationally symmetric modes, when the H 02 mode is clearly independent of the condition of the tube wall, and E 01 is far from the cutoff. This is useful when having a propagation similar to conventional radar level measurement through a tube.

2.5Hz 부근(예를 들어, ISM-대역 2.4-2.5 GHz내)의 주파수 범위를 사용하여 100㎜ 관에서 H 11 /E01 조합은 구멍, 조인트 등과 같은 기계적 세부사항에 대해 덜 민감한 더 낮은 주파수를 사용하는 한 방법이다.Using a frequency range around 2.5 Hz (for example within the ISM-band 2.4-2.5 GHz), the H 11 / E 01 combination in a 100 mm tube produces lower frequencies that are less sensitive to mechanical details such as holes, joints, etc. One way to use it.

마지막으로, 더 짧은 관(많은 LPG 구들은 단지 높이가 10-15m임)에서의 사용은 (관 길이에 비례하는) 매우 큰 감쇠없이 더 작은 관 및 다른 모드를 사용할 수 있음이 아래 표에서 알 수 있다.Finally, the table below shows that use of shorter tubes (many LPG spheres are only 10-15 m in height) can use smaller tubes and other modes without very large damping (proportional to tube length). have.

다른 주파수 선택 및 관 직경에 대한 4개의 도파관 모드 H11/E01/H01/H02에 대한 2×25m 스테인레스 강관에 걸친 감쇠(10GHz에서 0.5Ω/㎡). NP는 전파가 없음(컷오프)을 나타내고, NA는 어떤한 모드도 전파될 수 없음을 나타내며, 1.41 조건이 충족되는 모드는 밑줄쳐 있고, 가장 바람직한 2가지 모드의 조합은 1.41 조건을 충족하는 모드를 나타내도록 밑줄쳐진 조합들 중 하나를 나타낸다. 표시된 주파수들은 단지 표시적이며 1.41 조건을 충족하기 위해서는 약간 달라져야만 한다.Attenuation over 2 x 25 m stainless steel pipe for four waveguide modes H 11 / E 01 / H 01 / H 02 for different frequency selections and tube diameters (0.5 Ω / m 2 at 10 GHz). NP indicates no propagation (cutoff), NA indicates that no mode can propagate, the mode where the 1.41 condition is met is underlined, and the combination of the two most preferred modes indicates a mode that meets the 1.41 condition. Represents one of the combinations underlined to represent. The frequencies shown are only display and must be slightly different to meet the 1.41 requirement. 주파수frequency 2.5GHz2.5 GHz 5GHz5 GHz 10GHz10 GHz 관 직경Pipe diameter dB 아래로 감쇠attenuation down dB dB 아래로 감쇠attenuation down dB dB 아래로 감쇠attenuation down dB 100㎜100 mm 7/15/NP/NP H 11 /E01 7/15 / NP / NP H 11 / E 01 5/9/6/NP H 01 /E01 5/9/6 / NP H 01 / E 01 5/12/2/7 H 02 /H11 5/12/2/7 H 02 / H 11 50㎜50 mm NANA 21/41/NP/NP 21/41 / NP / NP 13/26/18/NP H 01 /H11 13/26/18 / NP H 01 / H 11 25㎜25 mm NANA NANA (59/115/NP/NP) (59/115 / NP / NP )

이들 실시예에서, 동일한 주파수는 일반적으로 양 모드에 사용된다고 가정되며, 이는 스위치, 별도의 송신기 및 수신기 채널 등에 의한 분리를 의미한다. 명백히 다른 주파수들도 시스템을 상기 동일한 관에 연결되고 공통으로 신호처리 부분들과 연결되는 2개 이상의 별개의 마이크로파 장치(또는 광범위하게 동조될 수 있는 장치)로 만드는데 사용될 수 있다. 이 경우 필터링 기능은 신호를 분리하는데 사용될 수 있고, 모드 발생기는 다른 주파수에 대해 다른 모드를 발생하도록 될 수 있다.In these embodiments, the same frequency is generally assumed to be used for both modes, which means separation by switches, separate transmitter and receiver channels, and the like. Obviously other frequencies can also be used to make the system into two or more separate microwave devices (or devices that can be broadly tuned) connected to the same conduit and commonly connected to signal processing parts. In this case the filtering function can be used to separate the signals and the mode generator can be adapted to generate different modes for different frequencies.

서로 무관한 2개의 전파모드의 마이크로파 신호를 측정함으로써, 컨테이터내의 관 또는 환경에 대한 성질이 탐지되고 보상될 수 있다. 양호한 결과를 얻기 위해, 한 모드의 마이크로파 신호는 크게 교란되는 반면에 다른 모드의 마이크로파 신호는 매우 적게 교란되도록 모드들이 선택될 수 있다.By measuring microwave signals in two propagation modes that are independent of each other, the properties of the tube or environment within the container can be detected and compensated for. To obtain good results, the modes can be selected such that the microwave signal of one mode is greatly disturbed while the microwave signal of another mode is very little disturbed.

장치(4)의 신호처리장치는 각 전파모드의 송신되고 반사된 마이크로파 신호의 전파시간으로부터 컨테이너에서 액위를 계산하고, 상기 컨테이너에서 계산된 액위를 기초로 컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질을 측정하도록 적응되는 것이 바람직하다.The signal processing device of the device 4 calculates the liquid level in the container from the propagation time of the transmitted and reflected microwave signal in each propagation mode, and based on the liquid level calculated in the container, one or more properties of the tube or environment in the container. It is preferred to be adapted to measure.

대안으로, 장치(4)의 신호처리장치는 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 마이크로파 신호의 식별된 부분의 감쇠를 계산하고, 상기 마이크로파 신호의 식별된 부분의 상기 계산된 감쇠를 기초로 컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질을 측정하도록 적응된다.Alternatively, the signal processing device of the apparatus 4 calculates the attenuation of the identified portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes, and calculates the calculated attenuation of the identified portion of the microwave signal. It is adapted to measure one or more properties of a tube or environment in a container based on.

컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질은 관의 횡단면, 관의 길이에 따른 횡단면 치수에서의 변화, 관의 공동 중심도 측정, 불순물의 존재, 특히 관의 내벽에 있는 고체 또는 액체 탄화수소, 및 가스에서 안개의 존재 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 성질을 갖는 모드는 다른 파라미터를 나타내는데 사용될 수 있다.One or more properties of the tube or environment within the container may include the cross section of the tube, the change in cross-sectional dimension along the length of the tube, the measurement of the co-centre of the tube, the presence of impurities, in particular the solid or liquid hydrocarbons in the inner wall of the tube, and In may include any of the presence of fog. Modes with different properties can be used to represent different parameters.

도 10 내지 도 12는 다른 유전상수 ε를 가지고 내벽상에 다른 두께 t의 유전체층을 갖는 가스로 충진된 도파관내의 마이크로파 복사의 H11모드(도 10), E01모드(도 11), 및 H01(도 12)모드 각각에 대한 파수의 함수로서 진공에서의 군속도에 대해 정규화된 역전된 군속도의 개략도이다. 유전체층의 유전상수는 오일층에 대해 대표값인 2.5로 설정된다.10-12 show H 11 mode (FIG. 10), E 01 mode (FIG. 11), and H 01 of microwave radiation in a waveguide filled with a gas having a dielectric layer of different thickness t on the inner wall with different dielectric constants epsilon. 12 is a schematic of the inverted group velocity normalized to the group velocity in vacuum as a function of wavenumber for each mode. The dielectric constant of the dielectric layer is set to 2.5, which is representative of the oil layer.

행동은 가스충진 및 유전체층(ε=1.03을 갖는 가스는 대략 1㎜ 두께의 오일층과 같이 대략 유사한 곡선을 제공한다)에 대해서 유사함을 유의하라. H11모드에 대해, 얇은 유전체층은 가스와 매우 유사한 행동을 보이나 더 두꺼운 층은 더 낮은 파수에 대해 0을 교차하며 이동된다. E01모드에 대해, 유전체층에 대한 감도는 약간 더 커지는 반면에, H01모드에 대해, 유전체층은 영향이 매우 작다.Note that the behavior is similar for gas filling and dielectric layers (gases with ε = 1.03 give roughly similar curves, such as oil layers approximately 1 mm thick). For the H 11 mode, the thin dielectric layer behaves very similar to gas, but the thicker layer moves across zero for lower frequencies. For the E 01 mode, the sensitivity to the dielectric layer is slightly larger, while for the H 01 mode, the dielectric layer has a very small impact.

따라서, 유전체층에 대한 감도에서의 차는 오일층(예를 들어, 평균 두께 또는 유전상수) 측정하고 가능하게는 상기 오일층에 대해 교정하는 가능성을 제공한다.Thus, the difference in sensitivity to the dielectric layer offers the possibility of measuring the oil layer (eg average thickness or dielectric constant) and possibly correcting for the oil layer.

마지막으로, 관(1)내에 배열된 반사 리액턴스(10)는 전파모드 중 다른 모드에서보다 전파모드 중 한 모드에서 마이크로파 신호의 실질적으로 더 강한 반사를 제공하도록 설계될 수 있다. 반사 리액턴스(10)는 동축상으로 관(10)에 지지되는 (H11에 대해 반사되지 않게 형성되는) 가느다란 PTFE인 짧은 금속핀으로서 구현될 수 있다. 이는 E01모드에 대해 기계적으로 알려진 위치에서 기준반사를 구하는데 사용될 수 있으나 H01모드에 대해서는 반사가 매우 약하다.Finally, the reflective reactance 10 arranged in the tube 1 can be designed to provide substantially stronger reflection of the microwave signal in one of the propagation modes than in the other of the propagation modes. Reflective reactance 10 may be embodied as a short metal pin, which is a thin PTFE (could not be reflected about H 11 ) supported coaxially to tube 10. This can be used to obtain a reference reflection at a mechanically known position for the E 01 mode but very weak reflection for the H 01 mode.

Claims (49)

컨테이너내의 액체와, 그 액위 위에 소정의 유전상수 범위내에 있는 한 유전상수를 갖는 가스가 있으며,There is a liquid in a container and a gas having a dielectric constant above the liquid level so long as it is within a predetermined dielectric constant range 상기 가스를 지나 상기 액체 표면을 향해 관(1)에서 제 1 전파모드로 마이크로 신호를 송신하기 위한 송신기(4,5,9);A transmitter (4, 5, 9) for transmitting a micro signal in a first propagation mode in a tube (1) past the gas and towards the liquid surface; 상기 액체표면에 대하여 반사되고 상기 관을 통해 되돌아가게 전파되는 상기 마이크로파 신호를 수신하기 위한 수신기(4,5,9); 및A receiver (4, 5, 9) for receiving said microwave signal reflected against said liquid surface and propagating back through said tube; And 상기 송수신된 마이크로파 신호의 전파시간으로부터 상기 컨테이너에서 상기 액위를 계산하기 위한 신호처리장치를 구비하며,A signal processing device for calculating the liquid level in the container from the propagation time of the transmitted and received microwave signal, 상기 관벽에는 많은 구멍들이 있어 상기 컨테이너에 있는 액체가 상기 관 안밖에서 상기 액체에 대한 하나의 레벨을 유지하도록 상기 관의 안밖으로 측면으로 흐를 수 있는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치로서, A liquid level measurement device in a high accuracy container in which there are many holes in the pipe wall such that the liquid in the container can flow in and out of the pipe to the side and out of the pipe to maintain one level for the liquid. 상기 송신기는 최적 주파수 fopt로부터 7% 미만으로 벗어나는 주파수를 포함하는 "주파수 대역"의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 형성되며, 상기 최적 주파수는 The transmitter is configured to transmit the microwave signal in a “frequency band” that includes a frequency that is less than 7% from the optimum frequency f opt , wherein the optimum frequency is
Figure 112008031308838-pct00009
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로 주어지고, 여기서 fco는 상기 관내의 상기 제 1 전파모드의 컷오프 주파수이고, ε는 상기 유전상수 범위의 중심 유전상수(center dielectric constant)인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.Where f co is the cutoff frequency of the first propagation mode in the tube and ε is the center dielectric constant of the dielectric constant range.
삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수는 최적 주파수 fopt로부터 5% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency is less than 5% from the optimum frequency f opt . 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 주파수는 상기 최적 주파수 fopt와 동일한 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency is equal to said optimum frequency f opt . 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 주파수 대역은 상기 최적 주파수 fopt로부터 7% 미만으로 벗어나는 중심 주파수를 갖는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency band has a center frequency deviating less than 7% from said optimum frequency f opt . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 중심 주파수는 상기 최적 주파수 fopt로부터 5% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said center frequency deviates less than 5% from said optimum frequency f opt . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소정의 유전상수 범위는 1 내지 1.03인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said predetermined dielectric constant range is 1 to 1.03. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액체는 액화가스로 구성되고, 상기 가스는 기체상의 상기 액화가스로 구성되며, 상기 액화가스는 과압으로 상기 컨테이너에 저장되어 있는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said liquid is comprised of liquefied gas, said gas is comprised of said gaseous liquefied gas, and said liquefied gas is stored in said container at an overpressure. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관(1)은 직사각형 횡단면을 갖는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The pipe (1) is a liquid level measuring device in a container for high accuracy having a rectangular cross section. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관(1)은 원형 횡단면을 갖는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The pipe (1) is a liquid level measuring device in a container for high accuracy having a circular cross section. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 송신기(4,5,9)가 상기 관(1)에 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 적응되는 상기 제 1 전파모드는 H11, H01 및 H02 중 어느 하나인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.Apparatus for level measurement in a high accuracy container in which the first propagation mode in which the transmitters 4, 5, 9 are adapted to transmit the microwave signal to the tube 1 is any one of H 11 , H 01 and H 02 . . 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 관은 직경이 100㎜이고, 상기 송신기는 2.5GHz의 H11모드, 5GHz의 H01모드, 및 10GHz의 H02모드 중 어느 하나의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 적응되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The tube is 100 mm in diameter and the transmitter measures liquid level in a high accuracy container adapted to transmit the microwave signal in any one of H 11 mode at 2.5 GHz, H 01 mode at 5 GHz, and H 02 mode at 10 GHz. Device. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 관은 직경이 50㎜이고, 상기 송신기는 10GHz의 H01모드의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said tube is 50 mm in diameter, and said transmitter is configured to transmit said microwave signal in H 01 mode of 10 GHz. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송신기는 상기 가스를 지나 상기 액체 표면을 향해 상기 관(1)에 제 2 전파모드의 마이크로 신호를 송신하도록 형성되고,The transmitter is configured to transmit a micro signal of a second propagation mode to the tube 1 through the gas and towards the liquid surface, 상기 수신기(4,5,9)는 상기 액체표면에 대하여 반사되어 상기 관을 통해 상기 제 2 전파모드로 되돌아가게 전파되는 상기 마이크로파 신호를 수신하고; 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 일부분을 식별하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The receiver (4,5,9) receives the microwave signal reflected against the liquid surface and propagated back through the tube to the second propagation mode; And a liquid level measuring device in a container of high accuracy, configured to identify a portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 관(1)은 원형 횡단면을 가지고, 상기 제 2 전파모드는 E01 또는 H11 중 어느 하나인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The pipe (1) has a circular cross section, and the second propagation mode is either E 01 or H 11 , the liquid level measuring device in the container for high accuracy. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 수신기는 상기 수신기에 도착한 시간이 다른 부분들을 기초로 하여 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 일부분을 식별하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And the receiver is configured to identify a portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes based on different portions of the time arriving at the receiver. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 송신기는 연이어 상기 제 1 및 제 2 전파모드의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And the transmitter is subsequently configured to transmit the microwave signals in the first and second propagation modes. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 송신기는 스펙트럼적으로 분리된 상기 제 1 및 제 2 전파모드의 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said transmitter is configured to transmit said microwave signals in said first and second propagation modes spectrally separated. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 15 to 19, 상기 신호처리장치는 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 상기 수신되고 식별된 부분을 기초로 하여 상기 액위 위의 상기 가스의 유전상수를 계산하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The signal processing device is configured to calculate a dielectric constant of the gas above the liquid level based on the received and identified portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes. Liquid level measuring device in container. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 15 to 19, 상기 신호처리장치는 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 상기 수신되고 식별된 부분을 기초로 하여 상기 관의 횡단면 치수를 계산하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The signal processing apparatus is configured to calculate a cross-sectional dimension of the tube on the basis of the received and identified portion of the microwave signal received in a different mode than the first and second propagation modes. Measuring device. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 관은 원형 횡단면을 가지고, 상기 계산된 횡단면 치수는 상기 마이크로파 신호가 상기 액체 표면에 대하여 반사되기 전에 전파되는 거리에 따른 상기 관의 평균 직경인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The tube has a circular cross section and the calculated cross sectional dimension is an average diameter of the tube according to the distance at which the microwave signal propagates before being reflected against the liquid surface. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 신호처리장치는 상기 제 2 전파모드의 송신되고 반사된 마이크로파 신호의 전파시간으로부터 상기 컨테이너내의 상기 액위를 계산하도록 형성되고;The signal processing apparatus is configured to calculate the liquid level in the container from the propagation time of the transmitted and reflected microwave signal in the second propagation mode; 상기 신호처리장치는 상기 컨테이너내의 상기 계산된 액위를 기초로 하여 하나 이상의 성질은 상기 관의 횡단면 치수, 상기 관의 길이에 따른 횡단면 치수에서의 변화, 상기 관의 공동 중심도(concentricity)측정, 불순물의 존재, 특히 상기 관 내벽에서의 고체 또는 액체 탄화수소 또는 상기 가스에서 안개의 존재를 포함하는 상기 컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질을 측정하고, 상기 하나 이상의 성질에 대한 측정을 사용하여 상기 컨테이너내의 상기 액체의 수정된 수위를 계산하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The signal processing apparatus further comprises one or more properties based on the calculated liquid level in the container, wherein the cross-sectional dimension of the tube, the change in cross-sectional dimension along the length of the tube, the measurement of the concentricity of the tube, impurities Measuring one or more properties of the tube or environment in the container, including the presence of, in particular, the presence of solid or liquid hydrocarbons in the inner wall of the tube or of fog in the gas, and using the measurement for the one or more properties And an apparatus for measuring liquid level in a container of high accuracy, configured to calculate a modified level of the liquid in the liquid. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 신호처리장치는 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 상기 식별된 부분의 감쇠를 계산하도록 형성되고, The signal processing apparatus is configured to calculate attenuation of the identified portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes, 상기 신호처리장치는 상기 마이크로파 신호의 상기 식별된 부분의 상기 계산된 감쇠를 기초로 하여 하나 이상의 성질은 상기 관의 횡단면 치수, 상기 관의 길이에 따른 횡단면 치수에서의 변화, 상기 관의 공동 중심도(concentricity)측정, 불순물의 존재, 특히 상기 관 내벽에서의 고체 또는 액체 탄화수소 또는 상기 가스에서 안개의 존재를 포함하는 상기 컨테이너내의 관 또는 환경에 대한 하나 이상의 성질을 측정하고, 상기 하나 이상의 성질에 대한 측정을 사용하여 상기 컨테이너에 있는 상기 액체의 수정된 수위를 계산하도록 적응되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.The signal processing apparatus further comprises one or more properties based on the calculated attenuation of the identified portion of the microwave signal, the cross sectional dimension of the tube, the change in the cross sectional dimension along the length of the tube, the co-center of the tube. measuring one or more properties of the tube or environment in the container, including the measurement of concentricity, the presence of impurities, in particular the presence of solid or liquid hydrocarbons in the inner wall of the tube or of fog in the gas, A liquid level measurement apparatus in a high accuracy container adapted to calculate a modified level of the liquid in the container using the measurement. 삭제delete 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,The method of claim 23 or 24, 상기 전파모드 중 다른 한 모드에서보다 상기 전파모드 중 어느 한 모드에서 마이크로파 신호의 더 강한 반사를 제공하도록 상기 관에 반사리액턴스가 배열되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.A liquid level measuring device in a container for high accuracy, wherein a reflective reactance is arranged in the tube to provide stronger reflection of a microwave signal in any one of the propagation modes than in any of the propagation modes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로파 신호는 주파수 변조 연속파(Frequency modulated continuous wave, FMCW) 신호인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said microwave signal is a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로파 신호는 펄스 레이더 신호인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said microwave signal is a pulse radar signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 송신기는 조절 가능한 주파수 대역의 상기 마이크파 신호를 송신하도록 형성되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said transmitter is configured to transmit said microwave signal in an adjustable frequency band. 컨테이너내의 액체와, 그 액위 위에 소정의 유전상수 범위내에 있는 한 유전상수를 갖는 가스가 있으며, 상기 컨테이너에는 많은 측면 구멍들이 형성된 관이 배열되어 있어 상기 컨테이너에 있는 액체가 상기 관 안밖으로 액체의 하나의 수위를 유지하도록 상기 관의 안밖으로 측면으로 흐를 수 있는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법으로서,There is a liquid in a container and a gas having a dielectric constant above the liquid level, which is within a predetermined dielectric constant range, in which the container is arranged a tube with many side holes, so that the liquid in the container is one of the liquid into and out of the tube. A liquid level measurement method in a container for high accuracy that can flow in and out of the tube to maintain the water level, 상기 관의 내부 치수를 나타내는 제 1 양을 결정하는 단계;Determining a first amount representing an internal dimension of the tube; 상기 제 1 양을 기초로 하여 최적 주파수 fopt로부터 7% 미만으로 벗어나는 주파수를 포함하는 주파수 대역을 결정하는 단계;Determining a frequency band comprising a frequency that is less than 7% from an optimal frequency f opt based on the first amount; 상기 주파수 대역에서 동작하도록 송신기를 동조하는 단계;Tuning a transmitter to operate in the frequency band; 상기 가스를 지나 상기 액체 표면을 향해 상기 관내의 제 1 전파모드의 마이크로 신호를 상기 주파수 대역에서 송신하는 단계;Transmitting in said frequency band a micro signal of a first propagation mode in said tube past said gas and towards said liquid surface; 상기 액체표면에 대하여 반사되고 상기 관을 통해 되돌아가게 전파되는 상기 마이크로파 신호를 상기 주파수 대역내에서 수신하는 단계; Receiving in the frequency band the microwave signal reflected against the liquid surface and propagating back through the tube; 상기 송수신된 마이크로파 신호의 전파시간을 나타내는 제 2 양을 결정하는 단계; 및Determining a second amount representing a propagation time of the transmitted and received microwave signal; And 상기 컨테이너에 있는 상기 액위를 상기 제 1 및 제 2 양을 기초로 하여 계산하는 단계를 포함하며,Calculating the liquid level in the container based on the first and second amounts, 상기 최적 주파수는 The optimum frequency is
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로 계산되고, 여기서 fco는 상기 관내의 상기 제 1 전파모드의 컷오프 주파수이고, ε는 상기 유전상수 범위의 중심 유전상수인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.Wherein f co is the cutoff frequency of the first propagation mode in the tube, and ε is the central dielectric constant of the dielectric constant range.
삭제delete 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 주파수는 최적 주파수 fopt로부터 5% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.Said frequency being less than 5% from the optimum frequency f opt . 제 30 항 또는 제 32 항에 있어서,33. The method of claim 30 or 32, 상기 주파수 대역은 최적 주파수 fopt로부터 7% 미만으로 벗어나는 중심 주파수를 갖는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.Said frequency band having a center frequency deviating less than 7% from the optimum frequency f opt . 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 소정의 유전상수 범위는 1 내지 1.03인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.And said predetermined dielectric constant range is 1 to 1.03. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 액체는 액화가스로 구성되고, 상기 가스는 기체상의 상기 액화가스로 구성되며, 상기 액화가스는 과압으로 상기 컨테이너에 저장되어 있는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.And said liquid is composed of liquefied gas, said gas is composed of said gaseous liquefied gas, and said liquefied gas is stored in said container at an overpressure. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 송신기(4,5,9)가 상기 관(1)에서 상기 마이크로파 신호를 송신하도록 형성되며 상기 제 1 전파모드는 H11, H01 및 H02 중 어느 하나인 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.The transmitter (4, 5, 9) is formed to transmit the microwave signal in the tube (1) and the first propagation mode is a liquid level measuring method in a container for high accuracy, any one of H 11 , H 01 and H 02 . 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 마이크로파 신호는 상기 가스를 지나 상기 액체의 표면을 향해 상기 관(1)에서 제 2 전파모드로 송신되고,The microwave signal is transmitted in the second propagation mode in the tube (1) through the gas and toward the surface of the liquid, 상기 액체 표면에 대하여 반사되고 상기 제 2 전파모드로 상기 관을 통해 다시 전파되는 상기 마이크로파 신호가 수신되며,Receiving the microwave signal reflected against the liquid surface and propagating back through the tube in the second propagation mode, 상기 제 1 및 제 2 전파모드와는 다른 모드로 수신된 상기 마이크로파 신호의 일부분이 식별되는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정방법.And a portion of the microwave signal received in a mode different from the first and second propagation modes is identified. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수는 최적 주파수 fopt로부터 3% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency is less than 3% from the optimum frequency f opt . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수는 최적 주파수 fopt로부터 2% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency is less than 2% from the optimum frequency f opt . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수는 최적 주파수 fopt로부터 1% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said frequency is less than 1% from the optimum frequency f opt . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 중심 주파수는 상기 최적 주파수 fopt로부터 3% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said center frequency deviates less than 3% from said optimum frequency f opt . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 중심 주파수는 상기 최적 주파수 fopt로부터 2% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said center frequency is less than 2% from said optimum frequency f opt . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 중심 주파수는 상기 최적 주파수 fopt로부터 1% 미만으로 벗어나는 고정확도용 컨테이너내의 액위 측정장치.And said center frequency is less than 1% from said optimum frequency f opt .
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