KR102381089B1 - 단일 전파 모드 피드-스루를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 트랜시버; 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및 상기 트랜시버에 결합된 처리회로를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다. 피드-스루는 단일 모드 전파를 위해 선택된 직경을 갖는 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치된 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 트랜시버 및 제 1 웨이브가이드부 사이에 배치되고, 단일 모드 전파를 위해 선택된 제 2 직경을 갖는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 제 1 웨이브가이드부와 안테나 사이에 배치되며, 단일 모드 전파를 위해 선택된 제 3 직경을 갖는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 제 1 웨이브가이드부와 제 2 웨이브가이드부 사이에 배열된 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 제 1 웨이브가이드부와 제 3 웨이브 가이드부 사이에 배열된 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함한다.
Description
본 발명은 레이더 레벨 게이지 시스템 및 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루(feed-through) 제조 방법에 관한 것이다.
레이더 레벨 게이지(RLG) 시스템은 탱크에 담긴 제품의 수위를 결정하는 데 광범위하게 사용된다. 레이더 레벨 계측은 일반적으로 탱크에 담긴 제품을 향해 전자기 신호를 방사하는 비접촉식 측정에 의해 또는 웨이브가이드로서 작용하는 송신라인 프로브에 의해 제품을 향해 그리고 제품으로 전자기 신호를 가이드하는, 종종 가이드 웨이브 레이더(GWR)라고 하는 접촉식 측정에 의해 수행된다. 프로브는 일반적으로 탱크의 상부에서 하부를 향해 수직으로 뻗어 있도록 배치된다.
전자기 송신신호는 트랜시버에 의해 생성되고 탱크 내의 제품 표면을 향해 전파되며, 표면에서의 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호가 상기 트랜시버로 다시 전파된다.
송신신호와 반사신호 사이의 관계를 기초로, 제품의 표면까지의 거리를 결정할 수 있다.
레이더 레벨 게이지 시스템은 예를 들어 화학공정 산업뿐만 아니라 제품의 취급, 선적 및 보관과 관련된 응용 분야에서 보편적으로 사용된다.
모니터링 및/또는 측정되는 제품들은 종종 가연성이기 때문에, 레이더 레벨 게이지 시스템 또는 소위 위험구역 내에 있는 레이더 레벨 게이지 또는 레이더 레벨 게이지의 적어도 일부분과 같이 장비에 대한 특별한 안전요건이 있다. 이러한 장비는 일반적으로 방폭형 이거나 본질적으로 안전한 것으로 입증되어야 한다.
예를 들어, 레이더 레벨 게이지 시스템은 측정 전자기기용 하우징 내부의 폭발로 인해 탱크 내부의 인화성 물질이 점화되지 않게 보장하도록 설계되어야 할 수 있다. 이를 위해, 탱크의 내부에 안테나와 탱크 외부에 배치된 측정 전자기기를 연결하는 피드-스루는 IEC 60079-1 국제 표준 또는 유사 기준으로 기술되는 바와 같은 특정 요건을 충족해야 할 필요가 있다.
미국특허 제8,763,453호는 용기의 외부와 내부 사이에 기밀 피드-스루를 갖는, 용기 내의 충진물질의 충진수위를 측정하기 위한 장치를 개시한다.
미국특허 제8,763,453호에 따르면, 기밀 피드-스루는 중공 도체에 가스가 기밀하게 삽입된 마이크로파 투명창을 갖는 중공 도체를 포함한다. 투명창은 디스크 내의 소정의 신호 주파수에서 대략 마이크로파 신호의 1/2 파장 또는 1/2 파장보다 작은 정수배에 대응하는 두께를 갖는 평면 디스크를 포함한다. 피드-스루를 통한 전이로 반사가 가능한 한 낮아지게 되는 대역폭을 증가시키기 위해, 매칭층이 디스크의 대향해 놓인 2개의 외부면 상에 제공된다. 각각의 매칭층은 상기 매칭층내 소정의 신호 주파수에서 마이크로파 신호 파장의 1/4분에 해당하는 두께를 갖는다. 미국특허 제8,763,453호에 따르면, 각각의 매칭층은 디스크의 유전상수 및 디스크 위 또는 아래의 중공도체의 유전상수의 제곱근과 동일한 유전상수를 갖는다.
미국특허 제8,737,453호에는 단일 마이크로파 모드만 송수신되는 어플리케이션에서 직사각형 횡단면을 갖는 피드-스루가 원형 디스크 형상의 횡단면을 갖는 안테나와 결합되며, 피드-스루 및 안테나 간에 송신소자가 설비되어 있는 것을 더 개시한다.
미국특허 제8,737,453호에 따른 장치는 다소 복잡하고 상대적으로 비용이 많이 든다.
상기를 고려하여, 본 발명의 일반적인 목적은 개선된 레이더 레벨 게이지 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버; 제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루(feed-through); 및 상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다. 상기 피드-스루는: 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고, 상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체직경을 가지며, 상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체직경보다 큰 제 2 중공 도체직경을 갖고, 제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체직경보다 큰 제 3 중공 도체직경을 가지며, 제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고, 제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높다.
유전체 플러그는 예를 들어 유리 또는 적절한 세라믹으로 제조될 수 있다. 특히, 상대적으로 높은 주파수의 경우, 유리는 적절한 세라믹 재료보다 낮은 상대 유전상수를 갖기 때문에, 유리가 바람직할 수 있다.
유전체 플러그가 제 1 원통형 중공도체부에 "밀봉식으로 배열된다"는 것은 제 1 중공도체부의 내부 표면과 유전체 플러그 사이의 인터페이스가 기밀(gas tight)한 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이점적으로는, 제 1 중공도체부와 유전체 플러그 사이의 유전체-금속 인터페이스는 상술한 국제 표준 IEC 60079-1과 같은 적용 가능한 표준 요건을 충족시킬 수 있다.
유전체 플러그가 제 1 원통형 중공도체부에 배열되는 방식에 따라, 유전체-금속 인터페이스는 상이한 길이방향 거리를 따라 확장할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 유전체-금속 인터페이스는 제 1 중공도체부의 축방향을 따라 적어도 3 밀리미터 확장될 수 있다.
유전체 플러그는 제 1 중공 웨이브가이드부를 완전히 채울 것이므로, 제 1 중공도체부의 내부 표면과 유전체 플러그 사이의 인터페이스는 제 1 중공도체부의 길이를 따라 확장된다.
"트랜시버"는 전자기 신호를 송신 및 수신할 수 있는 하나의 기능유닛일 수도 있거나, 별도의 송신기 및 수신기 유닛을 갖는 시스템일 수도 있다.
처리회로는 하나의 장치 또는 함께 동작하는 여러 장치로서 제공될 수 있음을 알아야 한다.
전자기 송신신호는 유리하게는 마이크로파 신호일 수 있다. 예를 들어, 송신신호는 마이크로파 주파수 범위의 반송파상에서 주파수 및/또는 진폭 변조될 수 있다.
안테나의 예는 혼 안테나, 로드 안테나, 어레이 안테나 및 파라볼릭 안테나 등을 포함한다.
본 발명은 단일 모드 전파를 지원하는 방폭 피드-스루가 다른 원통형 중공 웨이브가이드부 직경의 적절한 선택 및 밀봉 유전체 플러그와 직접 접촉한 일치하는 유전체 임피던스 매칭부재의 제공을 통해 달성될 수 있음을 인식한데 기초한다.
따라서, 본 발명의 실시예는 피드-스루 내에 신호 반사로 인한 허용 가능한 낮은 신호 손실과 결합하여 피드-스루를 통한 단일 모드 전파를 제공하는 동시에, 분리 구역(난염 피드-스루)에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.
또한 보다 큰 대역폭에 대해서도, 단일 모드 전파는 레이더 레벨 게이지의 측정 성능을 향상시키고, 특히 약한 에코를 신뢰할 수 있게 탐지하는 데 바람직한다.
전자기 송신신호에 대한 예시적인 주파수 범위는 약 24GHz 내지 약 27GHz 일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 2 유전상수는 제 3 유전상수와 실질적으로 동일 할 수 있고, 제 4 유전상수는 제 5 유전상수와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 제 4 중공 도체직경을 갖는 제 4 원통형 중공도체부를 포함할 수 있으며; 상기 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 제 5 중공 도체직경을 갖는 제 5 원통형 중공도체부를 포함할 수 있다. 제 4 중공 도체직경은 제 1 중공 도체직경보다 크고 제 2 중공 도체직경보다 작을 수 있다; 제 5 중공 도체직경은 제 1 중공 도체직경보다 크고 제 3 중공 도체직경보다 작을 수 있다.
중간 직경을 갖는 이들 중공도체부의 제공을 통해, 보다 큰 대역폭을 통한 단일 모드 전파가 제공된다. 특히, 제 1, 제 2 및 제 3 웨이브가이드부에서와 실질적으로 동일한 임피던스 매칭 웨이브가이드부에서의 컷오프 주파수를 제공하기 위해, 제 4 중공 도체직경은 제 1 임피던스 매칭부재의 제 4 유전상수에 맞춰질 수 있고, 제 5 중공 도체직경은 제 2 임피던스 매칭부재의 제 5 유전상수에 맞춰질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제 1 임피던스 매칭부재는 유전체 플러그의 제 1 단부로부터 거리가 증가함에 따라 직경이 감소하는 것을 나타내는 부분을 포함할 수 있으며; 제 2 임피던스 매칭부재는 유전체 플러그의 제 2 단부로부터 거리가 증가함에 따라 직경이 감소하는 것을 나타내는 부분을 포함할 수 있다.
이로써, 피드-스루를 통해 이동하는 마이크로파에 의해 보여지는 유효 임피던스의 점진적인 전환이 달성될 수 있으며, 이는 피드-스루 내부의 원하지 않는 신호 반사를 더 감소시킨다.
예를 들어, 임피던스 매칭부재들 중 하나 또는 모두는 원추형 또는 원뿔대형 일 수 있다. 더욱이, 임피던스 매칭부재 중 하나 또는 모두의 측면 치수는 연속적이거나 층계적일 수 있다.
단일 모드 전파가 달성될 수 있는 대역폭을 더 증가시키기 위해, 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부 중 적어도 하나는 단일전파 모드 이외의 다른 모드에서의 전파를 억제하기 위한 모드 필터를 포함할 수 있다.
모드 필터는 유리하게는 제 1 임피던스 매칭부재 및 제 2 임피던스 매칭부재 중 적어도 하나에 내장된 금속핀을 포함할 수 있다. 금속핀은 피드-스루의 웨이브가이드부의 대칭 축을 따라 뻗을 수 있다.
또한, 다양한 실시예에 따르면, 제 1 임피던스 매칭부재는 제 1 폴리머 재료를 포함할 수 있고, 제 2 임피던스 매칭부재는 제 2 폴리머 재료를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 임피던스 매칭부재는 유리하게 동일한 폴리머 재료를 이점적으로 포함할 수 있다. 폴리머 재료의 적합한 선택은 다양한 화학 물질에 대해 내성이 있고 실질적으로 냉각되지 않는 재료일 수 있다. 하나의 그러한 적합한 폴리머 재료는 PEEK(폴리에테르 에테르 케톤)이다.
제 1 및 제 2 임피던스 매칭부재와 유전체 플러그의 각각의 단부 사이에 원하는 직접 접촉을 제공하기 위해, 임피던스 매칭부재가 유전체 플러그의 단부에 대해 가압될 수 있다. 이는 유전체 플러그와 임피던스 매칭부재 중 하나 또는 둘 모두 사이에 원하지 않는 재료의 위험을 줄이는 편리한 방법임을 알았다. 예를 들어, 물이 유전체 플러그와 임피던스 매칭부재들 중 하나 또는 둘 모두 사이에 들어가게 허용되면, 마이크로파 신호가 크게 감쇠될 것이다.
유전체 플러그는 연마될 수 있는 평평한 제 1 및 제 2 단부를 갖는 것이 유리할 수 있으며, 임피던스 매칭부재는 유전체 플러그의 제 1 및 제 2 단부를 각각 향하는 평탄면을 가질 수 있다.
실시예에서, 유전체 플러그는 상기 유전체 플러그와 제 1 중공도체부 사이에 물리적 또는 화학적 결합이 형성되는 방식으로 제 1 중공도체부에 배치될 수 있다.
물리적 또는 화학적 결합은 제 1 웨이브가이드부의 축방향을 따라 적어도 3 밀리미터 확장될 수 있다.
물리적 또는 화학적 결합은 제 1 웨이브가이드부의 축방향을 따라 10 밀리미터 미만으로 확장될 수 있다.
실시예에서, 유전체 플러그는 유리 플러그와 제 1 중공도체 사이에 유리-금속 씰을 형성하기 위해 제 1 중공도체부의 내부 표면에 융합된 유리 플러그일 수 있다. 이 유리-금속 씰은 축방향으로 적어도 3 밀리미터일 수 있다.
레이더 레벨 게이지 시스템에 포함된 전자장치와 탱크의 내부 사이에 원하는 단일 씰을 편리하게 제공하기 위해, 제 1 중공도체부는 제 1 용접에 의해 제 2 중공도체부에 기계적으로 연결될 수 있으며; 제 2 중공도체부는 제 2 용접에 의해 제 3 중공도체부에 기계적으로 연결될 수 있다.
제 1 및 제 2 용접은 유리하게 연속 용접일 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 용접은 적어도 1 밀리미터의 깊이로 레이저 용접에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게는, 피드-스루는 표준 IEC 60079-1에 따른 난연 하우징 구조 또는 이에 상응하는 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구조; 표준 IEC 60079-0에 따른 장비 보호 수준(Ga 및 Gb) 사이의 구역-분리; 표준 ANSI/ISA-12.27.01-2011에 따라 단일 씰 중 적어도 하나와 조합된 마이크로파 통로를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버; 제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및 상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서, 상기 피드-스루는: 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고, 상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체 횡단면 구성의 스케일식 복제인 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고, 제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체 횡단면 구성의 스케일식 복제인 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고, 제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 3 태양에 따르면, 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버; 제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및 상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서, 상기 피드-스루는: 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부에 대해 가압되는 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부에 대해 가압되는 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고, 상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고, 제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고, 제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 4 태양에 따르면, 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버; 제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및 상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서, 상기 피드-스루는: 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고, 상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고, 제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며, 제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고, 제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템이 제공된다.
본 발명의 제 5 태양에 따르면, 제 1 중공도체부 내에 밀봉식으로 배치된 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부와, 상기 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전체 상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부를 구비하고, 상기 제 1 중공도체부 및 상기 제 2 중공도체부가 복합 중공도체부를 형성하도록 정렬된 복합 웨이브가이드부를 제공하는 단계; 상기 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부를 제공하는 단계; 상기 복합 중공도체부와 상기 제 3 중공도체부를 정렬시키는 단계; 및 상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법이 제공된다.
상술한 바와 같이, 제 1 웨이브가이드부의 유전체-금속 씰과 결합된 용접은 소위 단일 씰(single seal)을 통해 분리-구역을 제공할 수 있다. 이를 위해, 용접 단계는 국제 표준 IEC 60079-1 또는 이와 유사한 표준과 같은 해당 표준의 요건을 충족하는 연속 용접을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 복합 웨이브가이드부를 제공하는 단계는: 상기 제 1 중공도체부에 밀봉식으로 배치된 상기 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부를 제공하는 단계; 상기 제 2 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부를 제공하는 단계; 상기 제 1 중공도체부와 상기 제 2 중공도체부를 정렬시키는 단계; 및 상기 복합 중공도체부를 갖는 복합 웨이브가이드부를 형성하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 포함한다.
실시예들에 따르면, 제 2 웨이브가이드부는 상기 제 1 웨이브가이드부를 수용하기 위한 제 1 오목부를 포함하고, 상기 제 3 웨이브가이드부는 상기 복합 웨이브가이드부를 수용하기 위한 제 2 오목부를 포함할 수 있다.
제 1 오목부는 제 2 중공도체부의 원통축과 제 1 중공도체부의 원통축을 정렬하도록 구성될 수 있으며, 제 2 오목부는 제 3 중공도체부의 원통축과 복합 중공도체부의 원통축을 정렬하도록 구성될 수 있다
다양한 실시예에 따르면, 이 방법은 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부 사이에 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 배열한 다음 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계; 및 상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부 사이에 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 배열한 다음 상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고, 상기 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는다.
상이한 부분들은 동시에 또는 임의의 순서로 제공될 수 있으며, 상기 단계들은 임의의 특정 순서로 수행될 필요가 없다는 것을 알아야 한다.
본 발명의 제 2 태양의 다른 효과 및 변형은 본 발명의 제 1 태양을 참조하여 상술한 것과 대게 유사하다.
따라서, 요약하면, 본 발명은 트랜시버; 안테나; 상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및 상기 트랜시버에 결합된 처리회로를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템에 관한 것이다. 피드-스루는 단일 모드 전파를 위해 선택된 직경을 갖는 제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치된 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부; 트랜시버 및 제 1 웨이브가이드부 사이에 배치되고, 단일 모드 전파를 위해 선택된 제 2 직경을 갖는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부; 제 1 웨이브가이드부와 안테나 사이에 배치되며, 단일 모드 전파를 위해 선택된 제 3 직경을 갖는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부; 제 1 웨이브가이드부와 제 2 웨이브가이드부 사이에 배열된 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및 제 1 웨이브가이드부와 제 3 웨이브 가이드부 사이에 배열된 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 현재 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조로 본 발명의 이들 및 다른 태양을 보다 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템을 포함하는 프로세스 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템의 개략 측면도이다.
도 4a-c는 도 3의 레이더 레벨 게이지 시스템의 피드-스루 및 신호 피더 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5a-b는 도 3의 레이더 레벨 게이지 시스템의 프로세스 연결을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7a-f는 도 6에 따른 방법의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템을 포함하는 프로세스 모니터링 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템의 개략 측면도이다.
도 4a-c는 도 3의 레이더 레벨 게이지 시스템의 피드-스루 및 신호 피더 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5a-b는 도 3의 레이더 레벨 게이지 시스템의 프로세스 연결을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7a-f는 도 6에 따른 방법의 개략도이다.
본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템의 다양한 실시예들은 주로 무선통신 능력을 갖는 배터리 전원 레이더 레벨 게이지 시스템을 참조로 논의된다.
이는, 예를 들어, 루프 전원공급 또는 전용 전력선으로 전원공급되는 프로세스 관리 시스템이나 레이더 레벨 게이지 시스템에 포함되지 않는 레이더 레벨 게이지 시스템을 동일하게 잘 포함하는 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않는다는 것에 주목해야 한다.
도 1은 레이더 레벨 게이지 시스템(2)의 예시적인 실시예와 호스트 시스템(4)에 무선으로 연결되는 온도감지장치(3)를 포함하여, 복수의 필드 디바이스를 포함하는 프로세스 모니터링 시스템(1)을 개략적으로 도시한 것이다. 레이더 레벨 게이지 시스템(2)은 탱크(7)의 외부에 배치된 전자유닛(10), 탱크(7) 내부에 배치된 안테나(5), 및 측정 전자유닛(10)을 안테나(5)에 연결하는 피드-스루(20)를 포함한다.
레이더 레벨 게이지 시스템(2) 및 온도 센서(3)는 모두 피계측 제품(8)을 담은 탱크 상에 배치된다.
레이더 레벨 게이지 시스템(2)의 에너지 소비를 줄이기 위해, 레이더 레벨 게이지 시스템의 적어도 일부는 간헐적으로 작동될 수 있고 비활성 또는 유휴 기간 동안 저장된 에너지가 활성 기간 동안 사용될 수 있다.
간헐적 작동과 에너지 저장장치에 대한 방안이 US 7,952,514, US 8,477,064 및 US 12/603,048에 기술되어 있고, 이들 각각은 그 전문이 본원에 참조로 합체되어 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템(2)은 측정유닛(MU)(210), 무선통신유닛(WCU)(211) 및 배터리 형태의 로컬 에너지 저장장치(212)를 포함한다. 무선통신유닛(211)은 이점적으로 WirelessHART(IEC 62591)를 준수 할 수 있다. 개략적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, MU(210)는 트랜시버(213)와 측정 프로세서(220)를 포함한다. 트랜시버(213)는 24GHz 내지 27GHz와 같은 주파수 대역폭을 정의하는 주파수를 갖는 전자기 신호를 생성, 송신 및 수신하는 측정 프로세서(220)에 의해 제어될 수 있다. 측정 프로세서(220)는 송신신호(ST)와 반사신호(SR) 사이의 관계에 기초하여 탱크(7) 내의 충진수위를 결정하기 위해 트랜시버(213)에 결합된다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 측정유닛(210)은 제 1 출력부(214), 제 2 출력부(215) 및 제 1 입력부(216)를 포함한다. 제 1 출력부(214)는 제 1 전용 분리라인을 통해 무선통신유닛(211)의 제 1 입력부(217)에 연결되고, 제 2 출력부(215)는 무선통신유닛(211)의 제 2 입력부(218)에 연결되며, 제 1 입력부(216)는 제 2 전용 분리라인을 통해 무선통신유닛(211)의 제 1 출력부(219)에 연결된다. 측정유닛(210)의 제 2 출력부(215)와 무선통신유닛(211)의 제 2 입력부(218)는 직렬 또는 병렬 통신 프로토콜에 따라 양방향 데이터 통신을 처리하여 측정유닛(210)과 무선통신유닛(211) 간에 데이터 교환을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 상이한 입출력을 이용한 측정유닛(210)과 무선통신유닛(211) 사이의 통신이 미국특허출원 제13/537,513호에 개시되어 있으며, 그 내용 전체가 본원에 참고로 합체되어 있다.
상기 무선 및 로컬 전원 구성의 예는 당업자에게 본 발명에 따른 레이더 레벨 게이지 시스템의 다양한 태양 및 실시예가 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 상세한 예를 제공하기 위한 것이다. 그러나, 레이더 레벨 게이지 시스템에 전원을 공급하고 인터페이싱하는 다른 많은 방법이 있음을 알아야 한다. 이러한 다른 방법은 당업자에게 널리 접근될 수 있으며 과도한 실험이나 과도한 부담없이 구현될 수 있다.
도 3은 도 1의 레이더 레벨 게이지 시스템(2)의 측면도이다. 도 3을 참조하면, 레이더 레벨 게이지 시스템(2)은 측정유닛(210), 통신유닛(230), 프로세스 연결부(81) 및 안테나(5)를 포함한다. 도 1 및 도 2와 관련하여 상기에서 제공된 설명을 참조하면, 측정유닛(210)은 트랜시버(213), 측정 프로세서(220) 및 피드-스루(20)를 포함하고, 통신유닛(230)은 무선통신유닛(211)과 배터리(212)를 포함한다.
아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 피드-스루(20)는 방폭 엔클로저의 일부를 형성하고, 프로세스 연결부는 탱크(7)의 내부에 밀봉 연결을 제공한다. 이는 탱크(7)의 내부에 노출되지 않으며 측정유닛(210)의 제거 및 교체를 가능하게 한다.
이하에서, 도 4a의 측정유닛(210)의 횡단면도 및 도 4b 및 도 4c의 확대도를 참조로 측정유닛(210)을 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 측정유닛(210), 트랜시버(213) 및 측정 프로세서(220)는 개략적으로 통칭 회로 기판(227)상에 회로(225)로 표시되고, 피드-스루(20)를 통해 송신신호를 안테나(도 4에 미도시)에 제공하기 위한 피더장치(229)가 도시되어 있다. 또한, 도 4a에서 나타낸 바와 같이, 측정유닛(210)은 프로세스 연결 인터페이스(231)와 통신유닛 인터페이스(233)를 포함한다.
프로세스 연결 인터페이스(231)는 통신유닛(210)의 피드-스루(20)를 프로세스 연결부(81)에 기계적 및 전기적으로 연결하도록 구성된다. 통신유닛 인터페이스(233)는 측정유닛(210)을 통신유닛(230)에 기계적 및 전기적으로 연결하도록 구성된다.
도 4b는 레벨 게이지 시스템(2)에 포함된 피드-스루(20)의 일부의 확대도 횡단면도이고, 피드-스루(20)에 포함된 제 1 웨이브가이드부(22)의 사시도를 포함한다. 주로 도 4b를 참조하면, 피드-스루(20)는 제 1 웨이브가이드부(22), 제 2 웨이브가이드부(23), 제 3 웨이브가이드부(24), 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부(26) 및 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부(28)를 포함한다. 도 4b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 제 2 웨이브가이드부(22)는 측정유닛(210)에 포함된 피더장치(229)(또한 도 4a 참조)와 제 1 웨이브가이드부(22) 사이에 배치되고, 제 3 웨이브가이드부(24)는 제 1 웨이브가이드부(22)와 프로세스 연결 인터페이스(231)(또한 도 4a 참조) 사이에 배치되며, 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부(26)는 제 1 웨이브가이드부(22)와 제 2 웨이브가이드부(23) 사이에 배치되고, 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부(28)는 제 1 웨이브가이드부(22)와 제 3 웨이브가이드부(24) 사이에 배치된다.
도 4b의 확대 사시도에 더 상세히 도시된 제 1 웨이브가이드부(22)는 제 1 상대 유전상수(εr1) 가지며, 중공 웨이브가이드부에 밀봉식으로 배치되고, TE11 모드와 같이 단일 전파 모드로 제 1 웨이브가이드부를 통한 전파만 허용하도록 선택된 제 1 중공 도체직경(d1)을 갖는 유전체 플러그, 본 명세서에서, 유리 플러그(30)를 포함한다. 유리 플러그(30)는 이점적으로 금속 디스크의 원통형 구멍에 융합될 수 있다. 그런 후, 용융된 유리와 함께 금속 디스크는 상기 유리 플러그(30)의 길이가 제 1 웨이브가이드부(22)에 의해 정의된 제 1 중공 웨이브가이드부의 길이와 같도록 평평한 매끄러운 단부면을 달성하도록 기계가공될 수 있다. 따라서, 유리 플러그(30)는 평평한 제 1 단부(31) 및 평평한 제 2 단부(32)를 갖는다.
제 2 웨이브가이드부(23)는 제 2 웨이브가이드부를 통해서만 단일 전파 모드(TE11)로 전파를 허용하도록 선택된 제 2 중공 도체직경(d2)을 갖는 제 2 중공도체부(34)를 포함한다. 제 2 웨이브가이드부는 제 2 상대 유전상수(εr2)를 갖는 유전체 재료를 둘러싸고 있다.
제 3 웨이브가이드부(24)는 제 3 웨이브가이드부를 통해서만 단일 전파 모드(TE11)로 전파를 허용하도록 선택된 제 3 중공 도체직경(d3)을 갖는 제 3 중공도체부(35)를 포함한다. 제 3 웨이브가이드부는 제 3 상대 유전상수(εr3)를 갖는 유전체 재료를 둘러싸고 있다.
제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부(26)는 원통형부(38)가 제 1 임피던스 매칭부재 직경(37)(dim1)을 갖는 제 1 유전체 임피던스 매칭부재(37)와, 제 1 웨이브가이드부(22)의 유리 플러그(30)로부터 멀리 대면하는 원추형부(39)를 포함한다. 제 1 임피던스 매칭부재(37)는 제 4 상대 유전상수(εr4)를 갖는다. 도 3a 내지 도 3c에 의해 개략적으로 도시된 예시적인 실시예에서, 제 1 임피던스 매칭부재(37)는 유전체 재료에 내장된 금속핀(40)을 더 포함한다.
제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부(28)는 원통형부(43)가 제 2 임피던스 매칭부재 직경(dim2)을 갖는 제 2 유전체 임피던스 매칭부재(42)와, 제 1 웨이브가이드부(22)의 유리 플러그(30)로부터 멀리 대면하는 원추형부(44)를 포함한다. 제 2 임피던스 매칭부재(42)는 제 5 상대 유전상수(εr5)를 갖는다. 도 3a 내지 도 3c에 의해 개략적으로 도시된 예시적인 실시예에서, 제 2 임피던스 매칭부재(42)는 유전체 재료에 내장된 금속핀(45)을 더 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제 2 웨이브가이드부(23) 및 제 3 웨이브가이드부(24)은 모두 유전체로서 공기를 사용할 수 있다. 이 경우 및 약 24GHz 내지 약 27GHz의 주파수 대역폭에 대해, 제 2 중공 도체직경(d2) 및 제 3 중공 도체직경(d3)은 모두 약 8.1mm 일 수 있다. 약 3.9의 상대 유전상수(εr1)를 제공하도록 선택된 유리 타입과의 적절한 유리 플러그를 이용하면, 제 1 중공 도체직경(d1)은 약 4.1mm일 수 있다.
이 상대 유전상수 및 유리 플러그(30)의 직경의 이런 선택으로, 주파수 대역폭에 걸친 단일 모드 전파가 제 1, 제 2 및 제 3 웨이브가이드부(22, 23, 24)에서 달성될 수 있다. 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부(26, 28)의 제공 및 적절한 구성을 통해, 피드-스루 내부의 원치 않는 반사로 인한 신호 손실이 상당히 감소될 수 있다.
도 4a-c의 예시적인 실시예에서, 피드-스루(20)는 실질적으로 전기적으로 대칭이므로 제 1 및 제 2 임피던스 매칭부재(37, 42)의 구성 및 배열이 실질적으로 같아지게 된다. 따라서, 제 1 임피던스 매칭부재(27)의 상세한 구성 및 배열에 대해서만 하기에 설명한다.
개략적으로 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 임피던스 매칭부재(37)는 유리 플러그(30)와 상기 제 1 임피던스 매칭부재(37) 사이에 갭이 전혀 없는 것을 보장하도록 제 1 웨이브가이드부(22)의 유리 플러그(30)에 대해 가압된다. 시뮬레이션은 유리 플러그(30)와 임피던스 매칭부재 사이에 0.05mm 만큼 얇은 수층(water layer)이라도 신호에 상당한 손실을 초래할 수 있음을 보여준다.
또한, 제 1 임피던스 매칭부재(27)의 제 4 상대 유전상수(εr4)는 유리 플러그(30)의 제 1 상대 유전상수(εr1)보다 낮고 제 2 웨이브가이드부(23)에 있는 유전체 재료의 제 2 유전상수(εr2)보다 높다. 제 1 임피던스 매칭부재(27)에 대한 적절한 유전체 재료는 유전상수(εr4)가 약 3.2인 PEEK일 수 있다.
이와 같이, 유전상수의 중간 단계는 피드-스루에 더 완만한 임피던스 전이를 제공하기 위해 피드-스루에 감소된 신호의 손실을 제공하고, 상기 제 1 임피던스 전이부재(37)에는, 또한 상술한 바와 같이, 유리 플러그(30)로부터의 거리가 증가함에 따라 반경방향 확장이 감소하는 것을 나타내는 부분(39)이 제공된다.
제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부(26)에서 다음의 전파 모드(TM01)의 형성을 억제하기 위해, 제 1 임피던스 매칭부재(37)는, 또한 상술한 바와 같이, 웨이브가이드부의 원통 축을 따라 배열된 금속핀(40) 형태의 모드 필터를 포함한다.
도 4c를 참조로 트랜시버(213)와 피드-스루(20) 사이에서 마이크로파 신호(송신신호(ST) 및 반사신호(SR))를 중계하기 위한 피더장치(229)를 설명한다. 도 4c를 참조하면, 피더장치(229)는 마이크로파 회로판(227)에 프로브 피더(235), 및 실질적으로 제 2 웨이브가이드부(23) 맞은편에 송신신호(ST)의 중심 주파수의 1/4 파장에 해당하는 길이를 갖는 원통형 도전"캡"(237)을 포함한다. 프로브 피더(235)와 캡(237)은 트랜시버(213)와 신호 반사로 인한 신호 손실이 낮은 피드-스루의 제 2 웨이브가이드부(23) 사이에 마이크로파의 통과를 허용하는 1/4파장 안테나로서 함께 작용한다.
도 5a-b를 참조하면, 프로세스 연결부(81)는 약 26GHz의 동작 주파수에 대해 설계된다. 예시된 경우에서, PTFE의 충진부재와 함께, 상기 중공 웨이브 가이드(80)는 5-6mm 크기의 직경을 갖는다.
주로 도 5b를 참조하면, 프로세스 연결부(81)는 고정형 탱크 연결부(23)를 포함한다. 기본적으로 원통형 탱크 연결 어댑터(86)가 개구(85)에 끼워진다. 어댑터(86)는 탱크 연결부(23)에 의해, 그러나 이 경우 탱크 연결부(23)의 하부 접촉부(28a)에 의해서만 현가된다.
도시된 경우에서, 어댑터(86)는 고정형 탱크 연결부(23)의 하부(내부로 향하는 부분)(23a)에 현가되므로, 상기 탱크 연결부(23)의 상부(외부로 향하는 부분)(23b)가 어댑터(86) 위로 뻗게 된다. 어댑터(86)는 대안으로 고정형 탱크 연결구조의 상부면(23b)과 동일 면에 있거나, 심지어 상부면(23c) 위로 뻗어 있다. 또한, 도시된 예에서, 어댑터(86)의 하부(내부로 향하는 부분)(86a)는 탱크 연결부(23)의 하부(23d) 너머로 뻗어 있다. 본 명세서에서 하부(86a)의 외주면에 스레딩(87)이 형성되고, 안테나 혼(82)은 상응하는 스레딩(88)을 가져, 상기 안테나 혼(82)을 탱크 연결 어댑터(81)에 쉽게 마운팅을 할 수 있다.
어댑터(86)는 웨이브가이드(80)의 하부를 형성하는 채널(89)을 갖는다. 채널의 하부(89a)는 혼 안테나(82)와 매칭을 제공하기 위해 외부로 테이퍼진다. 즉, 탱크 내부에 가까워 질수록 더 넓어진다. 상기 채널(89)에, 여기서 PTFE와 같이 통상 상대적으로 소프트한 유전체 재료로 된 유전체 웨이브가이드 소자(91)를 포함하는 커플링 장치(90)가 배열된다. 부재(91)는 제 1 세장형 중앙부(92), 상기 중앙부로부터 뻗어 있는 제 2 디스크형부(93), 및 상기 디스크형부의 주변부로부터 상방으로 뻗어 있는 제 3 원통형부(94)를 갖는다. 이로써, 제 2 부 및 제 3 부가 버킷 모양을 만든다. 디스크형부(93)의 상부면(93a)에는 1/4 파장 초크로서 작용하도록 의도된 환형 돌출부(95)가 더 형성된다.
중앙부(92)는 채널(89)의 테이퍼부(89a)로 뻗어 있는 테이퍼진 하단부(92a)를 갖는다. 중앙부(92)의 상단부(92b)도 또한 약간 테이퍼져 있고, 상단부에 수지, 유리 또는 산화 알루미늄과 같은 구조적으로 강유전체 재료로 된 핀(97)이 끼워지는 함몰부(96)가 있다.
핀(97)은 버킷의 내부에 맞도록 형성된 중간 금속소자(98)에 의해 적소에 유지되며, 중앙부(92)의 상단부(92b)를 수용하도록 형성된 내부 공간(99)이 있다. 금속부재(98)는 핀(97)이 관통해 뻗치는 개구(100)가 있다. 제 2 웨이브가이드 유전체 충진요소(101)는 금속소자(98) 상에 배열되고, 그 하단에 핀을 수용하기에 적합한 함몰부(102)가 있다.
금속부재(98)로 적소에 보유된 핀(97)은 상대적으로 소프트한 유전체 웨이브가이드 충진요소가 탱크 내부의 압력에 의해, 특히 상승된 온도 조건 동안, 채널(89) 밖으로 밀려지는 것을 방지하도록 이용된다. 이러한 설계로, 웨이브가이드를 PTFE로 채우는 26GHz용으로 설계된 프로세스 연결부(81)는 섭씨 200도까지의 온도에서 40바까지의 압력을 견딜 수 있다.
프로세스 연결부(81)는 웨이브가이드 충진요소(91, 101)뿐만 아니라, 핀(97)과 금속소자(98)를 포함하는 커플링 장치(90)가 탱크 연결부(23)와 금속체결부재(103) 사이에 끼워지도록 탱크 연결부(23)에 고정되게 배열된 금속체결부재(103)를 더 포함한다. 예시된 경우에서, 체결부재(103)는 탱크 연결부(23)의 상부(23b) 내부에 있는 스레딩(105)에 대응하는 외부 스레딩(104)이 있어, 체결부재(103)가 적소에 단단히 스레드될 수 있다. 체결부재(103)는 웨이브가이드(80)의 상부를 형성하기 위해 제 2 웨이브가이드 충진요소(101)를 둘러싸도록 형성된 채널(106)을 더 포함한다.
프로세스 연결부(81)는 또한 프로세스 씰, 즉, 탱크에서 나가는 가스 형태의 제품을 잠정적으로 포함하는 탱크 분위기를 방지하는 씰을 포함할 수 있다. 이는 예를 들어, 커플링 장치에 포함되는 복수의 밀봉요소들에 의해 수행될 수 있다. 이 실시예에서, 밀봉요소는 도 5a-b에서 실시예가 상승된 온도용으로 의도되어 있기 때문에 충진부재(91) 주위에 배치되지 않는다. 이러한 조건 하에서, PTFE 충진부재 직경의 변화 가능성으로 인해 밀봉이 어려워진다. 이를 위해, 충진부재는 상술한 버킷 모양을 가지며, 0-링(108a)과 같은 밀봉요소가 원통형부(94)의 내부와 체결부재(103) 사이에 제공된다. 원통형부(94)의 재료 두께가 훨씬 더 작으므로, 열팽창 가능성이 더 작아지게 된다. 다른 밀봉요소, 본 명세서에서는 평평한 링(108b)이 탱크 연결부(23)의 상부 환형 접촉부(28B)와 디스크형부(93)의 외주부 사이에 제공된다.
탱크 내부에 발생가능한 과도한 압력이 피드-스루(20)에 손상을 주지 않도록 보장하기 위해, 탱크 연결부(23)의 상부(23b)는 상기 탱크 연결부(23)의 외부와 개구(85)를 연결하는 유체 유동이 있는 홀(미도시)을 포함한다. 밀봉요소(108a, 108b)가 고장나면, 이 홀은 가스에 대한 안전한 배출경로를 제공하여, 피드-스루(20)를 통해 다른 구성요소들에 작용하는 갑작스러운 압력 증가를 예방한다.
도 6의 흐름도 및 도 7a-f의 개략도를 참조로 피드-스루를 제조하는 본 발명에 따른 방법의 실시예를 아래에 설명한다.
제 1 단계(S1)에서, 제 1 상대 유전상수(εr1)를 가지며 제 1 웨이브가이드부(22)의 제 1 중공도체부에 밀봉식으로 배치된 유리 플러그(30)를 포함하는 제 1 웨이브가이드부(22)가 제공된다.
제 2 단계(S2)에서, 제 2 웨이브가이드부(50)가 제공된다. 도 5a를 참조하면, 제 2 웨이브가이드부(50)는 제 1 상대 유전상수(εr1)보다 낮은 제 2 상대 유전상수(εr2)를 갖는 (공기와 같은) 재료를 둘러싼 제 2 중공부(23)를 포함한다.
제 3 단계(S3)에서, 제 1 유전체 임피던스 매칭부재(37)가 제공된다. 제 1 임피던스 매칭부재(37)는 제 1 상대 유전상수(εr1)보다 낮고 제 2 상대 유전상수(εr2)보다 높은 상대 유전상수(εr4)를 갖는 유전체 재료를 포함한다.
도 7a를 참조하면, 제 1 임피던스 매칭부재(37)는 원통형부(38), 원뿔대형 부(39) 및 상기 원통형부(38)보다 직경이 큰 숄더부(41)를 갖는다. 제 1 유전체 임피던스 매칭부재(37)에 매입된 금속핀(40)이 또한 있다. 계속 도 7a를 참조하면, 제 2 웨이브가이드부(50)는 제 1 임피던스 매칭부재(37)의 숄더부(41)가 제 2 오목부(53)에 놓일 수 있게 하는 방식으로 제 1 웨이브가이드부(22)를 수용하기 위한 치수로 된 제 1 오목부(52)와 제 1 임피던스 매칭부재(37)를 수용하기 위한 치수로 된 상기 제 1 오목부(52) 내부에 있는 제 2 오목부(53)를 포함한다.
이어지는 단계(S4)에서, 제 1 임피던스 매칭부재(37)가 제 2 웨이브가이드부(50)에 삽입되어 숄더부(41)가 제 2 오목부(53)에 놓이게 된다. 이로써, 제 1 임피던스 매칭부재(37)가 제 2 웨이브가이드부(23)와 정렬된다.
그 후, 단계(S5)에서, 제 1 웨이브가이드부(50)가 제 1 임피던스 매칭부재(37)의 상단에 있는 제 2 웨이브가이드부(50)의 제 1 오목부에 삽입된다. 제 2 웨이브가이드부(50)의 제 1 오목부(52)는 제 1 웨이브가이드부(22)의 제 1 중공 웨이브가이드부의 원통형 축을 제 2 웨이브가이드부(50)의 제 2 중공 웨이브가이드부의 원통형 축 및 제 1 임피던스 매칭부재(37)의 축과 정렬시키도록 구성된다. 유리 플러그(30)와 제 1 임피던스 매칭부재(37) 간에 얇은 갭의 형성 위험을 줄이기 위해, 제 1 및 제 2 오목부(52 및 53)는 제 1 웨이브가이드부(22)가 제 2 웨이브가이드부(50)에 삽입될 때 유리 플러그(30)와 제 1 임피던스 매칭부재(37) 간에 직접 접촉을 보장하기 위한 치수 또는 허용오차로 될 수 있다.
제 1 임피던스 매칭부재(37)와 제 2 웨이브가이드부(50)에 있는 제 1 웨이브가이드부의 삽입 후, 제 1 웨이브가이드부(22)와 제 2 웨이브가이드부(50)는 단계(S6)에서 주변 인터페이스를 따라 함께 용접된다. 이는 레이저 빔(55)에 의해 도 7b에 개략적으로 표시된다. 제 1 웨이브가이드부(22)에서 유리-금속 인터페이스와 제 1 웨이브가이드부(22)의 주변에서 용접(56)으로 피제조 피드-스루(20)의 기밀 씰의 일부가 형성된다.
이어지는 단계(S7)에서, 제 2 임피던스 매칭부재(42) 및 상기 제 2 임피던스 매칭부재(42)용 홀더(58)가 제공된다.
개략적으로 도 7c에 도시된 바와 같이, 제 2 임피던스 매칭부재(42)와 홀더(58)는 그런 후 단계(S8)에서 홀더(58)를 수용하고 제 2 임피던스 매칭부재(42)를 피드-스루의 기존 웨이브가이드부에 정렬시키도록 치수화된 제 2 웨이브가이드부(50)의 제 3 오목부(59)에 삽입된다
다음 단계(S9)에서, 홀더(58)와 제 2 웨이브가이드부(50)는 제 2 임피던스 매칭부재(42)를 적소에 유지하고 유리 플러그(30)와 제 2 임피던스 매칭부재(42) 간에 갭의 형성을 방지하기 위해 주변 인터페이스를 따라 함께 용접된다. 이 용접 단계(S9) 후에, 복합 웨이브가이드부(60)가 형성된다.
단계(S10)에서 제 3 웨이브가이드부(62)가 제공된다. 도 7e를 참조하면, 제 3 웨이브가이드부(62)는 제 3 상대 유전상수(εr3)가 제 1 상대 유전상수(εr1)보다 낮은 (공기와 같은) 재료를 둘러싸는 제 3 중공도체부(24)를 포함한다. 제 3 웨이브가이드부(62)는 복합 웨이브가이드부(60)를 수용하기 위한 오목부(63)를 또한 포함한다.
다음 단계(S11)에서, 복합 웨이브가이드부(60)는 전도되어 도 7e에 개략적으로 나타낸 바와 같이 제 3 웨이브가이드의 오목부(63)에 삽입된다.
제 3 웨이브가이드부(62)에 복합 웨이브가이드부(60)의 삽입 후, 상기 복합 웨이브가이드부(60)와 제 3 웨이브가이드부(62)는 최종 단계(S12)에서 주변 인터페이스를 따라 함께 용접되어 용접부(65)를 이룬다. 이는 레이저 빔(55)으로 도 7f에 개략적으로 나타낸다. 제 1 웨이브가이드부(22)에서 유리-금속 인터페이스, 제 1 웨이브가이드부(22)의 외주에 용접부(56), 및 복합 웨이브가이드부의 외주에 용접부(65)가 함께 기밀 씰을 형성하므로, 피드-스루(20)는 소위 단일 씰 피드-스루가 된다.
당업자는 본 발명이 상술한 바람직한 실시예에 결코 국한되지 않는다는 것을 안다. 반대로, 청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다.
Claims (29)
- 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버;
제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나;
상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루(feed-through); 및
상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서,
상기 피드-스루는:
제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부;
상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고,
상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체직경을 가지며,
상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체직경보다 큰 제 2 중공 도체직경을 갖고,
제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체직경보다 큰 제 3 중공 도체직경을 가지며,
제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고,
제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 제 4 중공 도체직경을 갖는 제 4 원통형 중공도체부를 포함하고,
상기 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 제 5 중공 도체직경을 갖는 제 5 원통형 중공도체부를 포함하며,
상기 제 4 중공 도체직경은 상기 제 1 중공 도체직경보다 크고 상기 제 2 중공 도체직경보다 작고,
상기 제 5 중공 도체직경은 상기 제 1 중공 도체직경보다 크고 상기 제 3 중공 도체직경보다 작은 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 중공 도체직경보다 크고 상기 제 2 중공 도체직경보다 작은 제 1 임피던스 매칭부재 직경을 갖는 원통형부를 포함하고,
상기 제 2 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 중공 도체직경보다 크고 상기 제 3 중공 도체직경보다 작은 제 2 임피던스 매칭부재 직경을 갖는 원통형부를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 제 1 단부로부터 거리가 증가함에 따라 직경이 감소하는 것을 나타내는 부분을 포함하고,
상기 제 2 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 제 2 단부로부터 거리가 증가함에 따라 직경이 감소하는 것을 나타내는 부분을 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부들 중 적어도 하나는 상기 단일 전파 모드 이외의 모드에서의 전파를 억제하기 위한 모드 필터를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 모드 필터는 상기 제 1 임피던스 매칭부재 및 상기 제 2 임피던스 매칭부재 중 적어도 하나에 내장된 금속핀을 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 제 1 폴리머 재료를 포함하고, 상기 제 2 임피던스 매칭부재는 제 2 폴리머 재료를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 제 1 단부에 대해 가압되고; 및
상기 제 2 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 제 2 단부에 대해 가압되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 유전체 플러그의 길이가 상기 제 1 중공형 도체부의 길이와 동일한 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 유전체 플러그와 상기 제 1 중공도체 사이에 물리적 또는 화학적 결합이 형성되는 식으로 상기 제 1 중공도체부 내에 상기 유전체 플러그가 밀봉식으로 배치되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 물리적 또는 화학적 결합은 상기 제 1 웨이브가이드부의 축방향을 따라 적어도 3 밀리미터 확장되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 물리적 또는 화학적 결합은 상기 제 1 웨이브가이드부의 축방향을 따라 10 밀리미터 미만으로 확장되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체 플러그는 상기 제 1 중공형 도체부의 내면에 융합된 유리 플러그로서, 상기 유리 플러그와 상기 제 1 중공 도체 사이에 유리-금속 씰을 형성하기 위한 것인 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 중공도체부는 제 1 용접에 의해 상기 제 2 중공도체부에 기계적으로 연결되고,
상기 제 2 중공도체부는 제 2 용접에 의해 상기 제 3 중공도체부에 기계적으로 연결되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 용접은 상기 제 1 중공도체부와 상기 제 2 중공도체부를 밀봉식으로 연결하는 연속 용접이며,
상기 제 2 용접은 상기 제 2 중공도체부와 상기 제 3 중공도체부를 밀봉식으로 연결하는 연속 용접인 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 피드-스루는 IEC 60079-1 표준에 따른 난연 하우징 구조 또는 이에 상응하는 구조로 구성된 그룹에서 선택된 구조물; 표준 IEC 60079-0에 따라 장비보호수준 Ga와 Gb 사이의 분리-구역; 및 ANSI/ISA-12.27.01-2011 표준에 따른 단일 씰 중 적어도 하나와 조합해 마이크로파 통로를 제공하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버;
제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나;
상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및
상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서,
상기 피드-스루는:
제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부;
상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고,
상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체 횡단면 구성의 스케일식 복제인 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고,
제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 상기 제 1 중공 도체 횡단면 구성의 스케일식 복제인 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고,
제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 피드-스루는 IEC 60079-1 표준에 따른 난연 하우징 구조 또는 이에 상응하는 구조로 구성된 그룹에서 선택된 구조물; 표준 IEC 60079-0에 따라 장비보호수준 Ga와 Gb 사이의 분리-구역; 및 ANSI/ISA-12.27.01-2011 표준에 따른 단일 씰 중 적어도 하나와 조합해 마이크로파 통로를 제공하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버;
제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나;
상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및
상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서,
상기 피드-스루는:
제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부;
상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부에 대해 가압되는 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부에 대해 가압되는 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고,
상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고,
제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고,
제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 피드-스루는 IEC 60079-1 표준에 따른 난연 하우징 구조 또는 이에 상응하는 구조로 구성된 그룹에서 선택된 구조물; 표준 IEC 60079-0에 따라 장비보호수준 Ga와 Gb 사이의 분리-구역; 및 ANSI/ISA-12.27.01-2011 표준에 따른 단일 씰 중 적어도 하나와 조합해 마이크로파 통로를 제공하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 주파수 대역폭을 갖는 주파수 대역을 정의하는 주파수들을 갖는 전자기 신호들을 생성, 송신 및 수신하기 위한 트랜시버;
제품의 표면을 향하여 전자기 송신신호를 내보내고 상기 표면에서 상기 전자기 송신신호의 반사로 인한 전자기 반사신호를 상기 트랜시버를 향해 복귀시키기 위한 안테나;
상기 트랜시버와 상기 안테나를 연결하는 피드-스루; 및
상기 송신신호 반사와 상기 반사신호 간의 관계에 기초하여 상기 충진수위를 결정하기 위해 상기 트랜시버에 연결된 처리회로를 포함하는 탱크 내의 제품의 충진수위를 결정하기 위한 레이더 레벨 게이지 시스템으로서,
상기 피드-스루는:
제 1 원통형 중공도체부에 밀봉식으로 배치되며 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부;
상기 트랜시버로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 제 1 웨이브가이드부를 향해 상기 송신신호를 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 트랜시버 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 원통형 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부로부터 상기 송신신호를 수신하고 상기 송신신호를 상기 안테나를 향해 가이드하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 안테나 사이에 배치되며, 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 원통형 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부;
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 2 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 1 단부와 직접 접촉한 제 1 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부; 및
상기 제 1 웨이브가이드부 및 상기 제 3 웨이브가이드부에 사이에 배치되고, 상기 제 1 웨이브가이드부에 포함된 유전체 플러그의 제 2 단부와 직접 접촉한 제 2 유전체 임피던스 매칭부재를 포함하는 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 포함하고,
상기 제 1 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 1 웨이브가이드부를 통해 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 1 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
상기 제 2 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 2 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 2 중공 도체 횡단면 구성을 갖고,
제 3 원통형 중공도체부는 상기 주파수 대역에 대해 상기 제 3 웨이브가이드부를 통해 상기 단일 전파 모드로 전파하도록만 선택된 제 3 중공 도체 횡단면 구성을 가지며,
제 1 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고,
제 2 유전체 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 유전체 플러그는 상기 제 1 웨이브가이드부의 축방향으로 제 1 거리까지 확장되고,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 상기 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부의 축방향으로 상기 제 1 거리보다 긴 제 2 거리까지 확장되며,
상기 제 2 임피던스 매칭부재는 상기 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부의 축방향으로 상기 제 1 거리보다 긴 제 3 거리까지 확장되는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 상기 제 1 단부로부터의 거리가 증가함에 따라 횡단면적이 감소하는 것을 나타내고,
상기 제 2 임피던스 매칭부재는 상기 유전체 플러그의 상기 제 2 단부로부터의 거리가 증가함에 따라 횡단면적이 감소하는 것을 나타내는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 피드-스루는 IEC 60079-1 표준에 따른 난연 하우징 구조 또는 이에 상응하는 구조로 구성된 그룹에서 선택된 구조물; 표준 IEC 60079-0에 따라 장비보호수준 Ga와 Gb 사이의 분리-구역; 및 ANSI/ISA-12.27.01-2011 표준에 따른 단일 씰 중 적어도 하나와 조합해 마이크로파 통로를 제공하는 레이더 레벨 게이지 시스템. - 제 1 중공도체부 내에 밀봉식으로 배치된 제 1 유전상수를 갖는 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부와, 상기 제 1 유전상수보다 낮은 제 2 유전체 상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 2 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부를 구비하고, 상기 제 1 중공도체부 및 상기 제 2 중공도체부가 복합 중공도체부를 형성하도록 정렬된 복합 웨이브가이드부를 제공하는 단계;
상기 제 1 유전상수보다 낮은 제 3 유전상수를 갖는 재료를 둘러싸는 제 3 중공도체부를 포함하는 제 3 웨이브가이드부를 제공하는 단계;
상기 복합 중공도체부와 상기 제 3 중공도체부를 정렬시키는 단계; 및
상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 복합 웨이브가이드부를 제공하는 단계는:
상기 제 1 중공도체부에 밀봉식으로 배치된 상기 유전체 플러그를 포함하는 제 1 웨이브가이드부를 제공하는 단계;
상기 제 2 중공도체부를 포함하는 제 2 웨이브가이드부를 제공하는 단계;
상기 제 1 중공도체부와 상기 제 2 중공도체부를 정렬시키는 단계; 및
상기 복합 중공도체부를 갖는 복합 웨이브가이드부를 형성하기 위해 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 제 2 웨이브가이드부는 상기 제 1 웨이브가이드부를 수용하기 위한 제 1 오목부를 포함하고,
상기 제 3 웨이브가이드부는 상기 복합 웨이브가이드부를 수용하기 위한 제 2 오목부를 포함하는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법. - 제 26 항에 있어서,
상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부는 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 1 오목부 사이의 인터페이스를 따라 함께 용접되고,
상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부는 상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 2 오목부 사이의 인터페이스를 따라 함께 용접되는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법. - 제 25 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부 사이에 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 배열한 다음 상기 제 1 웨이브가이드부와 상기 제 2 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계; 및
상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부 사이에 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부를 배열한 다음 상기 복합 웨이브가이드부와 상기 제 3 웨이브가이드부를 함께 용접하는 단계를 더 포함하고,
상기 제 1 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 2 유전상수보다 높은 제 4 유전상수를 갖고,
상기 제 2 임피던스 매칭 웨이브가이드부는 상기 제 1 유전상수보다 낮고 상기 제 3 유전상수보다 높은 제 5 유전상수를 갖는 레이더 레벨 게이지 시스템용 피드-스루를 제조하는 방법.
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