KR20080049831A - 레이더 수위 측정시스템 및 이러한 시스템에 사용을 위한전송선 - Google Patents

레이더 수위 측정시스템 및 이러한 시스템에 사용을 위한전송선 Download PDF

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올로프 에드바르드손
미카엘 에릭손
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로즈마운트 탱크 레이더 에이비
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Abstract

본 발명에 따르면 탱크 외부에 배열되고 마이크로파 에너지를 전송하도록 구성된 송신기와, 상기 탱크 외부에 배열되고 반사된 마이크로파 에너지를 수신하도록 구성된 수신기와, 전송된 마이크로파 에너지를 내용물로 오가게 가이드하도록 구성된 적어도 하나의 프로브선을 포함하며 상기 탱크 내에 적어도 부분적으로 배치된 전송선 프로브를 구비하는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하는 레이더 수위 측정 시스템으로서, 상기 전송선 프로브는 상기 적어도 하나의 프로브선의 적어도 상당한 부분을 둘러싸는 유전체 포위구조를 더 구비하고, 상기 유전체 포위구조는 상기 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이도록 조정되는 레이더 수위 측정 시스템이 제공된다. 상기 시스템이 갖는 이점은 내용물에 의해 발생된 감쇠가 유전체 포위구조에 의해 줄어들 수 있기 때문에 탱크내에 포함된 내용물의 충진 수위를 측정할 때 정확도가 향상된다는 것이다.
레이더 수위 측정시스템, 전송선, 프로브

Description

레이더 수위 측정시스템 및 이러한 시스템에 사용을 위한 전송선{Radar Level Gauge System and Transmission Line Probe for Use in Such a System}
본 발명은 탱크내에 포함된 내용물의 충진수위를 측정하기 위한 레이더 수위 측정시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 시스템에 사용하기 위한 전송선에 관한 것이다.
처리제어 및 수송업계는 처리 파라미터 게이지들을 이용해 화학제, 석유, 약제, 음식 등에 대한 업계에서의 고체, 액체 및 기체와 같은 물질과 관련된 처리 파리미터를 감시한다. 처리 파라미터는 압력, 온도, 유량, 수위, 화학 조성물 및 다른 특성들을 포함한다. 탱크에 포함된 재료의 측정 수위에 대해, 레이더 수위측정시스템이 종종 사용된다. 이들 시스템은 통상적으로 마이크로파 에너지를 전달하기 위한 송신기와, 상기 전송된 마이크로파 에너지의 반사된 일부를 수신하기 위한 수신기와, 상기 레이더 에코로부터 거리를 평가하기 위한 컨트롤러를 이용한다. 많은 경우, 표면으로 지향된 협소한 빔 안테나(비접촉식 레이더)가 사용되나, 탱크의 구조 및 설계에 따라, 그리고 탱크 내에 적층된 재료에 따라, 전송선 프로브가 사용될 수 있다. 전송선 레이더를 접촉식 레이더 또는 가이드 웨이브 레이더(Guided Wave Radar, GWR)라 하며, 이는 표면으로부터 레이더 에코들이 탱크내 다양한 장애 물들로부터의 에코에 의해 방해되는 문제를 방지하는 한가지 방법이다.
2개의 물질들(예컨대 공기와 기름) 간의 경계면을 측정하는 경우 전송선 프로브들을 이용하는 것이 특히 적합하다.
이를 위해, 2개의 전송선 프로브, 약간 구멍이 난 동축선 또는 단일 와이어 면 도파관를 이용할 수 있다. 다른 타입의 전송선들이 사용되는 경우 튜브내 침전물 더미에 대한 제어가 없기 때문에 실질적인 제한들 예컨대 동축선이 매우 투명한 액체에만 사용될 수 있는 것으로 정해진다. 일반적으로 수직한 전송선이 액체 표면 또는 양 액체 간의 경계면을 지나가는 경우, 상기 전송선 주위로 재료의 유전상수로 인해 전송선의 특성에 변화가 있게 된다. 전송선을 따라 전파하는 레이더파는 부분적으로 경계면에서 반사되고 상기 반사는 수위측정을 위해 전송선에 연결된 레이더 수위측정에 의해 이용될 수 있다.
US 60855589는 용기내에 있는 재료와 접촉하도록 위치되기에 적합한 전송선 프로브를 포함하는 용기내 재료 수위 측정시스템을 개시하고 있다. 프로브를 따라 마이크로파 복사를 개시하고 용기내에 있는 공기/재료 경계면에 있는 전기 임피던스 불연속성에 의해 반사되는 복사를 탐지하기 위한 전송선 프로브에 전자 구성부품들이 결합되어 있다. 용기내 공기/재료 경계면의 수위는 시간영역 반사측정(Time Domain Reflectometry, TDR) 기술을 이용하여 결정된다. 개시된 시스템의 일실시예에 따르면, 평행한 프로브선들을 포함하는 전송선 프로브가 기술되어 있으며, 상기 평행한 프로브선들은 유전체 스페이서에 의해 서로 이격되어 있다. 이는 프로브선들의 충분한 이격과 평행한 정렬을 가능하게 한다.
그러나, 예컨대, 3가지 물질들(예컨대, 공기/기름/물) 사이의 2개 경계면을 측정하는 경우 측정의 불충분한 정확도를 제공하는 경향이 있기 때문에, 평행한 프로브선들을 이용하는 종래 기술에 개시된 이러한 시스템과 다른 유사한 시스템들이 갖는 문제들이 있다. 몇몇 탱크 분위기들, 예컨대, 압력하에 있는 암모니아는 레이더 신호가 표면 아래로 지나가는 동안 레이더 신호를 감쇠시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 경우에 대표적인 문제는 예컨대 상부 액체가 감쇠를 야기하여, 레이더가 상부 액체의 두꺼운 층을 통과해야하는 경우 간섭 에코를 너무 약하게 한다는 것이다. 더욱이, 전송선 프로브를 이용하는 종래 기술의 시스템은 탱크내에 포함된 컨텐츠로 인해 부식 문제를 갖는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제들 중 적어도 일부에 대한 해결방안을 제공하는 향상된 전송선 프로브를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하기 위한 레이더 수위 측정시스템과 청구의 범위에 정의된 바와 같은 전송선 프로브 수단에 의해 달성된다. 첨부된 청구의 범위들은 본 발명에 따르는 이점적인 실시예들을 정의한다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 마이크로파 에너지를 전송하도록 구성된 송신기와, 탱크 외부에 배열되고 반사된 마이크로파 에너지를 수신하도록 구성된 수신기와, 전송된 마이크로파 에너지를 내용물로 오가게 가이드하도록 구성된 적어도 하나의 프로브선을 포함하며 상기 탱크 내에 적어도 부분적으로 배치된 전송선 프로브를 구비하는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하는 레이더 수위 측정 시스템으로서, 상기 전송선 프로브는 상기 적어도 하나의 프로브선의 적어도 상당한 부분을 둘러싸는 유전체 포위구조를 더 구비하고, 상기 유전체 포위구조는 상기 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이도록 조정된 두께를 갖는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하는 레이더 수위 측정 시스템이 제공된다. 상기 시스템이 갖는 이점은 내용물에 의해 발생된 감쇠가 유전체 포위구조에 의해 감소되기 때문에 탱크에 포함된 컨텐츠의 충진수위 측정시 정확도가 향상된다는 것이다. 본 발명에 의해 상기 유전체 재료를 통과한 감쇠가 줄어들게 되고, 분위기는 감쇠가 큰 경우에도 동일하게 적용된다. 이에 의해, 전송선 프로브가 유전체 환경을 통해 뻗어있고, 측정되는 수위가 유전체 재료의 층 아래에 위치해 있는 경우에도 정확한 측정을 할 수 있다. "적어도 하나의 프로브선의 적어도 상당한 부분을 둘러싸는"이라는 표현은 프로브의 작동부의 면적의 상당한 부분이 둘러싸이는 것을 의미하는 것으로 이해되어 진다. 바람직하게는 탱크에 삽입되는 전송선 프로브의 일부가 기본적으로 완전히 둘러싸이거나 탱크내에 포함된 내용물과 접촉하게 되는 전송선 프로브의 적어도 일부가 둘러싸이게 된다. 바람직하기로, 상기 전성선 프로브의 활성부는 또한 축방향으로 상당히 또는 완전히 둘러싸여 진다. 게다가, 유전체 포위구조는 또한 적어도 하나의 전송선 프로브용의 보호실드를 형성하고, 이에 의해 탱크내 내용물에 의해 야기되는 부식 등에 대해 적어도 하나의 선을 보호한다. 일실시예에서, 전송선 프로브는 평행한 프로브선들을 구비하고, 상기 평행한 프로브선들의 상당한 부분이 상기 유전체 포위구조에 의해 둘러싸이게 된다. 그러나, 제 1 프로브선이 예컨대 상술한 바와 같이 포위된 프로브선으로 구성되고, 제 2 프로브선이 예컨대 탱크벽 또는 앵글바(angle bar)로 구성되는 경우와 같은 대안들이 있을 수 있다.
특히, 본 발명은 동시에 여러 개의 수위로부터 반사를 측정하는데 유용하다. 이러한 경우, 시스템은 바람직하게는 상기 탱크내 적어도 2개 재료 경계면으로부터 반사를 수신하도록 구성된다. 이 구성이 갖는 이점은 예컨대 탱크가 다층 물질로 채워지는 경우 정확하게 다수의 수위를 측정하고 따라서 탱크의 바닥에 최근접한 제 2 내용물의 수위도 측정할 수 있다는 것이다. 한가지 경우, 가이드되는 내용물이 기름인 경우, 바닥에 가까이 있는 내용물은 물이 되며, 본 실시예에 따른 시스템을 이용해 바닥 내용물(물)을 보상하고 이에 따라 가이드되는 "실제" 내용물(기름)의 더 정확한 측정을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 유전체 포위구조는 상기 전송선 프로브의 외부면을 형성하는 외부면을 구비하는 레이더 수위 측정 시스템이 제공된다. 바람직하기로, 상기 유전체로 둘러싸인 전송선 프로브의 외부면으로부터 적어도 하나의 프로브선의 외부면까지의 거리(D)는 상기 적어도 하나의 프로브선의 반경(R)의 절반보다 더 크고, 더 바람직하게는 상기 적어도 하나의 프로브선의 반경(R)보다 더 크며, 가장 바람직하게는 상기 적어도 하나의 프로브선의 반경(R)의 2배보다 더 크다. 원형 횡단면을 갖는 프로브선에 대한 통상적인 반경 뿐만 아니라 다른 비원형 횡단면의 경우 중앙지점과 외부 경계면 사이의 최소 거리도 이 상황에서는 반경으로 인식된다. 상술한 두께를 갖는, 상술한 유전체 포위구조는 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과의 매우 효과적인 절감을 제공하다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명의 이 실시예는 또한 탱크내 내용물에 의해 야기된 부식영향을 심지어 더 낮게 한다. 이 실시예의 가능한 실행은 예컨대 플라스틱 튜브내 적어도 하나의 프로브를 배치하는 것이다. 이 경우, 파이프 및 상기 파이프와 적어도 하나의 프로브선 사이의 공간은 유전체 포위구조의 일부가 되며, 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 더 작게 한다.
파이프와 적어도 하나의 프로브 사이의 공간은 주변 대기와 같은 가스로 채워질 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 상기 유전체로 둘러싸인 구조의 내부면과 상기 적어도 하나의 프로브선 사이의 공간은 고체 유전체 충진재로 적어도 부분적으로 채워진다. 두꺼운 플라스틱 봉입물이 직접적으로 가능하나, 대안으로, 결정재료 및 세라믹 또는 유리와 같은 비정질 재료에서 고체 유전체 충진재가 선택될 수 있다. 이 실시예는 낮은 전파속도를 갖게 되며, 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 더 작게하는 이점이 있다.
본 발명의 전송선 프로브는 부분적인 외부 유전체(Partially External Dielectric, PED) 전송선 프로브로서 간주될 수 있다. 본 발명에 따른 상기 PED 전송선 프로브는 상기 탱크내 배열된 상기 유전체 포위구조에 의해 둘러싸인 전송선 프로브로 형성된다.
전송선을 따른 전파속도는 (하나 이상의 재료일 수 있는) 전송선 자체내의 절연 유전상수(εint)와 주변 매질(공기, 기름 등)의 유전상수(εext) 사이의 일종의 평균인 유효유전상수(εeff)에 의해 특징된다. 전파속도는 빛의 속도를εeff의 제곱근으로 나눈 것이며, 거리측정을 아는데 중요하다. PED 전송선의 일반적인 특성은 선 자체(εint)와 주변 매질(εext) 모두에 따른다는 것이다.
유전체 포위구조와 주변재료에 의해 제공된 절연 정도는 "절연인수"(α)를 특징으로 하며, 상기 절연인수는 εext의 함수로서 εeff에 대한 상대 도함수이다. 절연인수(α)는 기본적으로:
Figure 112008027745748-PCT00001
이다. α=0의 조사는 주변의 영향이 없는 임의의 곳에서 설치될 수 있는 동축 케이블 등에 대해 통상의 경우인 외부 유전체의 영향이 없고, α=1 또는 1에 가까운 값은 종래기술의 레이더 수위측정에 사용된 (즉, 기본적으로 나선(裸線)들, 가능하게는 PTFE 등의 보호층을 갖는) 전송선인 것을 의미한다. 도함수가 차로서 계산되는 경우, εext가 대부분의 기름 종류를 포함하여 2에서 3으로 변하면 α를 εeff의 변화로 간주하는 것이 가장 적합하다. 절연인수(α)는 εext의 보다 느린 의존성을 가지므로 α를 특징하기 위한εext의 선택은 중요하지 않으며, 일반적으로 α는 주변매질이 1-3과 같은 낮은 유전상수를 갖는 경우 최대 값에 가까워진다. 실험실 측정에서 α를 찾기 위해, εeff는 2개 도체선의 경우 선들 간의 커패시턴스에 매우 가깝고 εeff 식에서 커패시턴스로 교체될 수 있다.
제안된 시스템은 바람직하게는 0.2≤α≤0.8 및 더 바람직하게는 0.2≤α≤0.5와 같이 중간 값을 사용하여 상부층의 감쇠를 줄이는 가능성을 제공하는 한편, 여전히 측정될 수 있는 하부 경계면의 반사를 보존한다. 이에 의해, 하부 수위 경계면의 반사가 감소되어지나, 상부층 재료를 통과하는 감쇠가 두께에 따라 증가되기 때문에, 경계면 반사는 두께에 무관해져 두꺼운 층을 통과해 측정할 가능성이 상당히 향상되어 진다. 상술한 관점에서 당업자들이 이해하는 바와 같이, 이는 예컨대 3개 물질들(예컨대, 공기/기름/물) 간의 2개 경계면 수위를 측정하는 향상된 방법을 제공한다. 이는 또한 탱크 분위기에 있는 소정 가스들의 감쇠를 줄이는 방법이다.
절연인수(α)의 영향을 나타내기 위해, 2개의 계산된 예들이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 레이더 수위 측정은 (1ns 펄스 길이에 해당하는) 0.5GHz 주파수로 나타난다. 더욱이, 상부층은 도 5a 및 도 5b에서 0.05 및 0.02의 손실인수를 갖는 2.5의 유전상수(ε)를 갖는다. 상부층의 3개의 다른 두께(12.8m, 5.3m 및 0.2m)에 대해, 액체를 통과하는 유전체 감쇠와 경계면에서 반사 감쇠의 합이 계산된다. 사용된 레이더 시스템은 2개의 감쇠의 합이 40dB 이하인 경우 측정 능력을 갖는다면, 도 5a에서의 곡선은 측정이 0 - 5.3m의 기름을 통과하며, 절연인수(α)의 매우 작은 값을 제외하고는, 특히 종래기술에 대해 α=1의 선택에 대한 것을 나타낸 것이다. α~1에서 두꺼운 층 측정은 가능하지 않으나, (0.15인 경우) 절연인수(α)의 최적값을 이용해 12.8m의 두꺼운 기름층까지 측정이 가능하다. 액체내 더 작은 손실인수(0.02)에 대해, 곡선은 도 5b에서 알 수 있는 바와 같이 약간 변한다. 이 도면에서. 도 5a에서와 같이 동일한 거리들이 사용되며, 모든 3개의 거리들(즉, 12.8m 까지)이 종래기술의 α~1의 선택에 의해 측정될 수 있으나, 감쇠는 α의 최적치를 이용함으로써 약 5배 감소될 수 있다. 실제 설치에 있어서, 최대 발생 손실인수는 모든 하위의 손실인수들이 감쇠가 덜하게 됨에 따라 최적 절연인수를 선택하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 탱크에 포함된 내용물의 충진 수위를 측정하도록 배열된 레이더 수위 측정시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브로서, 상기 전송선 프로브는 전송된 마이크로파 에너지를 상기 내용물로 오가게 가이드하도록 구성된 적어도 하나의 프로브선과 상기 적어도 하나의 프로브선을 기본적으로 둘러싸는 유전체 구조를 구비하고, 상기 포위구조는 상기 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이도록 배열되는 전송선 프로브가 제공된다. 본 발명의 제 1 태양에 대해 상술한 바와 같이, 이 신규한 전송선 프로브는 내용물에 의해 도입된 감쇠가 유전체 포위구조에 의해 줄어들기 때문에 예컨대 탱크내 포함된 내용물의 충진수위 측정시 향상된 정확도와 같은 다수의 이점들을 제공한다. 더욱이, 본 발명에 따른 전송선 프로브는 탱크의 바닥에 가장 가까운 내용물의 수위를 보다 더 정확한 방식으로 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 이점은 청구의 범위와 하기의 상세한 설명을 연구하는 경우 명백해지게 된다. 당업자는 본 발명의 다른 특징들이 하기에 기술된 실시예들과는 다른 실시예들을 다른 방식으로 만들기 위해 조합될 수 있음을 알게 될 것이다.
예로써, 본 발명은 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 기술되어 있다.
도 1은 탱크 시스템에 설치된 본 발명에 따른 레이더 수위 측정시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이더 수위 측정시스템의 상세도이다.
도 3은 바람직하게는 본 발명에 따른 레이더 수위 측정시스템에 사용되는 전송선 프로브의 예를 도시한 것이다.
도 4는 종래 기술과 본 발명에 따른 재료 경계면로부터 반사된 신호를 각각 2개의 별도의 도면으로 도시한 것이다.
도 5는 유전체 포위구조의 일부 예시적인 두께에 대한 다른 절연인수α에 대한 감쇠를 도시한 2개의 도표를 도시한 것이다.
본 명세서에서, 동일한 참조부호는 해당하거나 동일한 구조와 구성부품을 나타낸다.
도 1에서, 본 발명에 따른 레이더 수위 측정시스템의 예가 도시되어 있다. 여기서, 레이더 수위 측정시스템(1)이 탱크(2)에 설치되어 있다. 탱크(2)내에, 기름과 같은 내용물(3)이 적재되어 있다. 탱크(2)가 완전히 채워지지 않은 경우, 탱크의 상단부는 가스층, 일반적으로 공기(4)를 포함하게 된다. 적은 양의 물이 종종 (응축으로 인해) 탱크에 있게 되며, 이 물층(5)은 탱크(2)의 바닥에서 볼 수 있다. 그러나, 본 레이더 수위 측정시스템은 다른 많은 타입의 탱크들과 컨테이너, 및 다른 많은 타입의 충진재료들에도 사용될 수 있음을 당업자들은 인식할 것이다.
레이더 수위 측정시스템(1)은 송신기와 수신기, 및 바람직하게는 마이크로파 에너지를 송수신하도록 구성된 송신기와 수신기가 결합된 트랜시버(6)를 더 구비한다. 더욱이, 상기 시스템은 탱크(2)내 내용물로 오가는 전송된 마이크로파 에너지를 가이드하도록 구성된 전송선 프로브(7)를 구비한다. 전송선 프로브(7)는 레이더 수위측정시스템(1)으로부터 탱크(2)의 바닥으로 수직하게 뻗어 있고 이에 의해 기름 내용물(3)과 탱크(2)내 물 내용물(5) 모두와 적어도 부분적으로 접촉하게 된다.
측정 절차동안, 펄스 마이크로파 에너지가 전송선 프로브(7)를 통해 트랜시버(6)의 송신부로부터 전송되어지며, 이에 의해 각각의 내용물 경계면 8(공기/기름) 및 9(기름/물)에 의해 야기된 제 1 및 제 2 반사가 전송선 프로브(7)를 통해 다시 트랜시버(6)의 수신부로 전송되어 진다. 마이크로파 에너지가 전송될 때부터 반사파가 수신될 때까지의 시간을 분석하기 위해 시간영역 광전자파 분석기(Time Domain Reflectometry: TDR) 기술을 이용한 컨트롤러가 사용되고, 이에 의해 제 1 및 제 2 내용물 경계면(8 및 9)까지의 거리가 계산될 수 있다. 탱크의 바닥에서부터 제 1 경계면(8)까지의 거리에서 상기 탱크의 바닥으로부터 제 2 경계면(9)까지의 거리를 뺌으로써, "실제 내용물"(기름)을 나타내는 정확한 측정수위가 제공될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기술된 전송선 프로브들과 레이더 수위 레벨 측정시스템은 또한 자체적으로 잘 알려져 있는 다른 타입의 측정절차에도 사용될 수 있음을 당업자는 알고 있을 것이다. 예컨대, TDR과는 다른 펄스측정절차들이 사용될 수 있거나, FMCW와 같이 연속적으로 방출된 마이크로파 에너지가 사용될 수 있다. 상기 기능적 설명은 예로서 공기/기름/물을 이용하며 1 미만의 절연인수(α)를 이용 해 물을 통과하는 바닥 에코를 측정하고 정확한 바닥 에코를 측정할 수 있음에 유의해야 한다. 이 가능성은 종래 기술의 프로부가 통상 물을 통과하는 바닥 에코를 가려 레이더에 대해 거의 불투명하기 때문에 정확도를 높인다.
도 2의 a에는 도 1에 도시된 레이더 수위측정시스템(1)의 상세도가 도시되어 있다. 도 1에서와 같이, 레이더 수위 측정시스템(1)이 탱크(2)에 설치되어 있고(탱크의 상부가 도시되어 있음), 트랜시버(6)와 전송선 프로브(7)를 더 구비하고 있다. 전송선 프로브는 탱크(2)에 수직하게 설치되어 있고 탱크 내용물(3, 4 및 5)과 적어도 부분적으로 접촉하고 있다. 또한, 제 1 경계면(8) 및 제 2 경계면(9) 수위(공기/기름 및 기름/물)를 볼 수 있다.
도 2의 b는 도 2의 a로부터 수직하게 뻗어 있는 전송선 프로브(7)의 상세 단면도를 도시한 것이다. 전송선 프로브(7)는 평행한 프로브선(10)과 유전체 포위구조(11)를 구비하며, 상기 유전체 포위구조(11)는 상기 피측정 내용물에 의해 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이고 상기 전송선을 부식 등으로부터 보호하도록 구성되어 있다.
도 3a는 본 발명에 따른 전송선 프로브(7)의 반경방향 횡단면도이다. 이 실시예에서, 프로브선(10)은 유전체 구조(11)에 의해 둘러싸여 있다. 유전체로 둘러싸인 전송선 프로브(7)의 외부면으로부터 각각의 평행한 프로브선들(10)의 외부면까지의 거리(D)는 상기 각각의 평행한 프로브 선들의 반경(R)보다 더 크다. 이는 향상된 측정성능을 가지며 부식에 대항하여 유효한 내성을 갖는 전송선 프로브(7)를 제공한다. 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송선 프로브(7)의 반경 방향 횡단면도이다. 이 실시예에서, 프로브선(10)은 상기 프로브선(10)의 외부 구조 포위물로서 역할을 하는 플라스틱 튜브(12)내에 위치되어 있다. 구조 포위 튜브(12)의 내부면 사이의 공간(13)은 공기와 같은 가스로 구성되거나 고체 또는 액체 유전체 충진재로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 공간(13)이 고체 유전체 충진재로 채워지는 경우, 세라믹 또는 유리와 같은 결정체 및/또는 비정질 재료로부터 선택되는 것이 바람직할 수 있다.
도 3c는 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송선 프로브(7)의 반경방향 횡단면도이다. 이 실시예에서, 유전체로 포위된 전송선 프로브(7)의 외부면으로부터 각각의 팽행한 프로브선(10)의 외부면까지의 거리(D)는 상기 유전체로 포위된 전송선 프로브(7)의 외부면 주위의 임의의 지점에서도 같다. 이 실시예는 시스템의 총 유전상수가 피측정 내용물에 의해 야기된 마이크로파 에너지가 유전체로 포위된 전송선 프로브(7)의 외부면 주위의 임의의 지점에서 동일하기 때문에 더 쉽게 계산될 수 있는 전송선 프로브(7)를 제공한다.
도 3d는 또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송선 프로브(7)의 반경방향 횡단면도이다. 이 경우, 단일선 프로브선(10)은 프로브선(10)의 외부구조 포위물로서 역할을 하는 플라스틱 튜브(120내에 위치되어 있다. 상기 튜브를 둘러싼 구조의 내부면 사이의 공간(13)은 공기와 같은 가스로 구성되거나 고체 또는 액체 유전체 충진재로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다.
도 3e는 도 3d와 동일한 방식으로 플라스틱 튜브(12)내에 위치된 단일 프로브선(10)을 도시한 것이다. 이 실시예에서, 센터피스(15)가 프로브선(10)을 튜 브(12)내 중앙에 지지하고 있다.
도 3f에서, 절연재료로(16)에 의해 단일 프로브선(10)이 덮여져 있다. 절연 프로브선(10)은 예로서 앵글바(angle bar)(17)상에 또한 배열되어 있다. 이 경우, 금속리본 또는 앵글바(17)가 제 2 도체로서 역할을 한다. 또 다른 경우, 탱크의 벽이 앵글바(17) 대신에 제 2 도체로서 역할을 한다.
동일한 방식으로, 도 3g는 절연재료(16)로 덮여진 단일선 프로브선(10)을 도시한 것이다. 금속 커버링(17)이 프로브선(10)의 약 60 내지 80%를 둘러싼다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 금속 커버링(17)은 제 2 도체로서 역할을 한다.
단일선 프로브와 제 2 도체의 조합이 상술한 평행 프로브선들을 작용하게 한다. 이 경우, 평행한 프로브선들이 비대칭적으로 배열되어 있다.
더욱이, 절연 단일선 프로브의 사용은 보호된 도체에 대한 도전성 재료의 새로운 선택을 가능하게 한다. 바람직하게는 구리가 도체로서 선택된다.
도 4a는 (도 2의 a에 도시된 바와 같이) 2개 물질의 경계면(8 및 9)으로부터 반사된 신호피크(8' 및 9')를 개략적으로 도시한 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 반사된 신호(9')는 가이드되는 내용물로부터의 유전체 영향으로 인해 감쇠된다.
도 4b에서, 도 4a에서와 동일한 반사 신호피크가 개략적으로 도시되어 있으나, 여기서는 본 발명에 따라 유전체로 포위된 전송선 프로브가 사용된다. 도 4a에서와 동일한 방식으로, 2개의 재료 경계면(8 및 9)반사된 신호 피크들(8" 및 9")이 있다. 이 실시예에서, 포위구조는 피크(8")에 작은 감쇠효과를 도입하게 하는 한편, 피크(9")를 감쇠시키는 마이크로파 에너지 감쇠효과가 낮아지게 하여, 이에 따 라 바닥재료로부터 더 큰 피크 경계면 반사를 이룬다.
당업자는 상기 논의된 본 발명의 상세한 설명에 대한 많은 변형과 대안들이 가능하며 본 발명은 결코 상술한 바람직한 실시예에 국한되지 않는 것을 이해한다. 대조적으로, 많은 변형들과 변경들이 청구의 범위내에 있을 수 있다. 예컨대, 요약한 바와 같은 전송선 프로브는 기본적으로 모든 이용가능한 종류의 레이더 수위측정에 사용될 수 있다. 또한, 둘러싼 유전체커버는 다른 많은 방식들로 예컨대 다른 두께, 다른 유전재료 등을 이용해 구현될 수 있다. 또한, 전송선 프로브는 4개 또는 6개 선과 같이 2이상의 프로브선들을 가질 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims (23)

  1. 마이크로파 에너지를 전송하도록 구성된 송신기와,
    탱크 외부에 배열되고 반사된 마이크로파 에너지를 수신하도록 구성된 수신기와,
    전송된 마이크로파 에너지를 내용물로 오가게 가이드하도록 구성된 적어도 하나의 프로브선을 포함하며 상기 탱크 내에 적어도 부분적으로 배치된 전송선 프로브를 구비하는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하는 레이더 수위 측정 시스템으로서,
    상기 전송선 프로브는 상기 적어도 하나의 프로브선의 적어도 상당한 부분을 둘러싸는 유전체 포위구조를 더 구비하고, 상기 유전체 포위구조는 상기 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이도록 조정된 두께를 갖는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하는 레이더 수위 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송선 프로브는 평행한 프로브선들을 구비하고, 상기 유전체 포위구조에 의해 상기 평행한 프로브선들의 적어도 상당한 부분들이 둘러싸이는 레이더 수위 측정 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탱크내 배열된 상기 유전체 포위구조에 의해 둘러싸인 상기 전송선 프로브는 부분적인 외부 유전체(Partially External Dielectric, PED) 전송선 프로브인 레이더 수위 측정 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조는 0.2 이상 및 0.8 이하인 절연인수 α를 제공하는 레이더 수위 측정 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조는 0.2 이상 및 0.5 이하인 절연인수 α를 제공하는 레이더 수위 측정 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 탱크내 적어도 2개의 재료 경계면에서의 반사를 수신하도록 구성된 레이더 수위 측정 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조는 상기 전송선 프로브의 외부면을 형성하는 외부면을 구비하고, 내부면은 상기 적어도 하나의 프로브선으로부터 떨어져 있게 배열되어 있는 레이더 수위 측정 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 표면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)의 절반보다 더 큰 레이더 수위 측정 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 표면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)보다 더 큰 레이더 수위 측정 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 표면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)보다 2배 더 큰 레이더 수위 측정 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전체로 포위된 구조의 내부면과 상기 적어도 하나의 프로브선 사이의 공간이 고체 유전체 충진재로 적어도 부분적으로 채워지는 레이더 수위 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고체 유전체 충진재는 결정재료, 비정질 재료, 세라믹 및 유리로 구성된 그룹에서 선택되는 레이더 수위 측정 시스템.
  13. 전송된 마이크로파 에너지를 내용물로 오가게 가이드하도록 구성된 적어도 하나의 프로브선과,
    기본적으로 상기 프로브선을 둘러싸며, 상기 내용물로 가이드됨으로써 야기된 마이크로파 에너지 감쇠효과를 줄이도록 조정된 유전체 포위구조를 구비하는 탱크내 포함된 내용물의 충진수위를 측정하기 위해 배열된 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전송선 프로브는 평행한 프로브선들을 구비하고, 상기 평행한 프로브선들의 상당한 부분이 상기 유전체 포위구조에 의해 둘러싸여지는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 탱크내 배열된 상기 유전체 포위구조에 의해 둘러싸인 상기 전송선 프로브는 외부 유전체(Partially External Dielectric, PED) 전송선 프로브인 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조는 0.2 이상 및 0.8 이하인 절연인수 α를 제공하는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조는 0.2 이상 및 0.5 이하인 절연인수 α를 제공하는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포위구조는 상기 전송선 프로브의 외부면을 형성하는 외부면을 구비하고, 내부면은 상기 적어도 하나의 프로브선으로부터 떨어져 있게 배열되어 있는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 표면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)의 절반보다 더 큰 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 표면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)보다 더 큰 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조를 갖는 상기 프로브선의 외부면으로부터 상기 프로브선의 외부면까지의 거리(D)가 상기 프로브선의 직경(R)보다 2배 더 큰 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 유전체 포위구조의 내부면과 상기 적어도 하나의 프로브선 사이의 공간이 고체 유전체 충진재로 적어도 부분적으로 채워지는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 고체 유전체 충진재는 결정재료, 비정질 재료, 세라믹 및 유리로 구성된 그룹에서 선택되는 레이더 수위 측정 시스템에 사용하기 위한 전송선 프로브.
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