TW201531670A - 包含摺疊式天線裝置之料位量測儀 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種用於測定散裝物料表面之拓撲的料位量測儀，其具有摺疊式天線裝置。該天線裝置具有收起狀態及展開狀態。在將該量測儀安裝至容器時，在收起狀態中該天線裝置可穿過相對較小之容器開口移動。在該量測儀安裝完畢後，將該天線裝置展開。如此便能減小安裝複雜度。

Description

包含摺疊式天線裝置之料位量測儀

本發明係有關於針對填料及散裝物料之料位、體積及質量測定。特定言之，本發明係有關於一種用於測定散裝物料表面之拓撲的對應量測儀、應用此種量測儀來測定運動液體之黏度，以及應用此種量測儀來測定位於傳送帶上之散裝物料的物料通過量。

就習知的應用於物件監測或散裝物料監測領域之料位量測儀或其他量測儀而言，其會發射在填料、散裝物料或相應物件之表面上至少被部分反射的電磁波或超音波。隨後可藉由量測儀之天線裝置對至少被部分反射的發射訊號進行接收，並藉由相連的電子裝置對該發射訊號進行分析。

透過對填料或散裝物料之表面進行掃描，便能測定該表面之拓撲。在本申請案之範圍內，“拓撲”係指填料或散裝物料(或物件)之表面的形狀。就此而言，亦可採用“構形”概念。

此類用於拓撲偵測之量測儀的製造、安裝及操作複雜度通常較高。

本發明之目的在於提供一種用於對散裝物料表面進行拓撲偵測的裝置，其易於安裝在容器中或容器上。

本發明用以達成上述目的之解決方案為獨立項之特徵。本發明 的進一步方案參閱附屬項及下文之描述。

本發明之第一態樣係有關於一種用於測定散裝物料表面之拓撲的量測儀。該量測儀具有本體、驅動軸、天線裝置及旋轉裝置。該驅動軸係以旋轉式支承之方式緊固在該本體上。該旋轉裝置適於以某種方式將該天線裝置旋轉式緊固在該驅動軸上，使得該天線裝置可進入收起狀態或展開狀態。

在將該量測儀安裝在填料容器上或填料容器中的情況下，藉由上述方案便能在收起狀態中使得該天線單元穿過相對較小之安裝口移動。該安裝口例如具有內螺紋(例如：G 1 1/2")，以供該量測儀旋入。藉此便能大幅減小安裝複雜度，因為毋需先將無天線之量測儀設置在容器上或容器中，且毋需於隨後自該容器之內部出發將該天線設置在該量測儀上。

該天線可在安裝或操作該量測儀期間透過該接頭(旋轉裝置)自安裝位置出發運動至工作位置。故與採用習知之量測儀的情形相比，可針對該安裝採用較小的容器開口。

藉由該天線裝置之摺疊機構，便能透過設定的較小的容器開口來安裝包含就物理特性而言相對較大之天線裝置的量測儀。

根據本發明的一種實施方式，該旋轉裝置適於以某種方式將該天線裝置旋轉式緊固在該驅動軸上，以便在將該量測儀設置在散裝物料容器上後，改變該驅動軸之旋轉軸(即其縱軸)與該天線裝置之縱向延伸度間的角度。

該旋轉裝置可採用某種實施方案，使其僅允許該天線裝置圍繞一相對該旋轉裝置呈剛性的軸線進行軸向旋轉。

根據本發明的另一實施方式，該旋轉裝置與該天線裝置在不位於天線裝置之重心處的位置上連接，使得該天線裝置僅憑藉由該驅動軸使該天線裝置旋轉時所產生的離心力便能自收起狀態進入展開狀 態。

可將包含該收起之天線的量測儀安裝在該容器上。在此，透過該容器開口將該收起之天線移入該容器之內部。若啟動該量測儀，則該驅動軸開始旋轉，從而使得該天線裝置發生旋轉。該旋轉裝置並非設於該天線之重心上，故一轉矩因該旋轉而作用於該天線上，該轉矩係由作用於該天線上之離心力所引起。此轉矩導致該天線裝置自收起狀態運動至展開狀態，可在該展開狀態中進行量測。

毋需彈簧機構或拉力機構或其他用於將該天線展開之機構，因為僅憑離心力便能實現展開。

相反地，根據本發明之另一實施方式，該旋轉裝置可與該天線裝置在不位於天線裝置之重心處的位置上連接，使得該天線裝置在該驅動軸靜止的情況下(亦即驅動軸不旋轉)僅憑作用於天線裝置上之重力及與此關聯之轉矩便能自收起狀態進入展開狀態。

為實現此點，例如可在該天線裝置上緊固有一質量元件，其用於在該天線裝置不旋轉從而無離心力起作用的情況下使得一轉矩作用於該天線裝置。該轉矩導致該天線收起。

而若在天線旋轉的情況下離心力足夠大，則該轉矩沿相反的方向起作用，從而使得該天線展開。

根據本發明的另一實施方式，該量測儀具有用於該天線裝置及該旋轉裝置的柔性包套，以便保護天線裝置及旋轉裝置免受污染。該柔性包套足以供該天線所發射之量測訊號透過。該柔性包套例如係指PTFE編織袋。

根據本發明的另一實施方式，該量測儀具有第一及第二緊固凸緣。該第一緊固凸緣係與該量測儀之本體剛性連接。該第二緊固凸緣係以可沿該驅動軸移動之方式佈置，並在將該量測儀安裝在容器上之過程中沿該驅動軸朝該第一緊固凸緣移動，因此，在將該量測儀設置 在該容器之凸緣上後，該第二緊固凸緣位於該容器凸緣與該第一緊固凸緣之間。

根據本發明的另一實施方式，設有拉力元件，其緊固在該天線裝置上以及適於使該天線裝置自收起狀態進入展開狀態。

該拉力元件例如可實施為鮑登線並與該第二緊固凸緣連接，故在將該量測儀安裝在該容器上時，該第二緊固凸緣在其朝該第一緊固凸緣運動的過程中在該拉力元件上進行牽拉，從而將該天線裝置自收起狀態拉入展開狀態。但該“拉力元件”亦可適於對該天線裝置施加壓力，使得該天線裝置自展開狀態進入收起狀態。

根據本發明的另一實施方式，設有止動裝置，其在該天線裝置不旋轉的情況下將該天線裝置保持在展開狀態中。可在拆卸該儀器前將該止動裝置自該容器取下。舉例而言，此時該天線自行摺疊從而進入收起狀態，或者，透過將該量測儀自該容器開口拉出使得該天線摺疊從而進入收起狀態。

根據本發明的另一實施方式，設有驅動單元，其用於使得該驅動軸發生旋轉，進而使得該天線裝置圍繞沿該驅動軸之縱向延伸的旋轉軸旋轉。

根據本發明的另一實施方式，該天線裝置具有一陣列，其適於對該天線裝置所發出之量測訊號進行發射及接收。在該天線裝置之展開狀態中，該陣列佈置於一與該驅動單元之旋轉軸構成不等於90°的角度α的平面中。舉例而言，該角度α為30至60度，例如為45度。

藉此便能與旋轉相結合來增大該天線之量測範圍。

當該天線裝置安裝在包含填料之容器中或容器上時，該驅動軸之旋轉軸例如可為豎直旋轉軸。

舉例而言，該陣列例如係指包含單獨一列發射器元件之一維陣列，該列沿該天線裝置之縱向延伸度延伸。該等發射器元件例如係指 大體為二維的、呈平面狀之貼片。但該等發射器元件亦可實施為其他形式的發射器。

該陣列亦可為包含多個彼此平行之列及多個與該等列垂直之行的二維陣列，該等列及該等行皆由該等獨立之發射器元件構成。該陣列之列沿該天線單元之縱向延伸，且該陣列之行沿該天線單元之橫向延伸。該陣列的每行的發射器元件皆通導式相連。

根據本發明的另一實施方式，該天線裝置具有用於產生量測訊號的高頻單元，其中，該高頻單元係整合至該天線單元。該高頻單元亦可整合至該驅動單元。

根據本發明的另一實施方式，該天線單元具有一分析電子裝置，當透過該驅動單元使得該天線裝置發生旋轉時，該分析電子裝置隨該天線裝置一同旋轉。

舉例而言，該分析電子裝置位於該天線裝置之背面上，即位於背離該填料或散裝物料的一側上。

根據本發明的另一實施方式，該分析電子裝置整合在該天線裝置或該驅動單元中。

根據本發明的另一實施方式，該量測儀為料位量測儀，例如為料位雷達。

根據本發明的另一實施方式，該料位量測儀僅透過一雙線連接獲取量測所需之能量，其中，該雙線線路適用於通信，特別是適於將至少一拓撲量測值或一由此導出之量測值(例如容器中之質量)輸出。該料位量測儀例如具有供電及通信介面，其用於將該料位量測儀連接至一雙線線路，可透過該雙線線路為該料位量測儀供應量測操作所需之能量，且可透過該雙線線路將量測資料傳輸至遠距離的控制單元。

根據本發明的另一態樣，應用上下文述及之量測儀來測定運動液體的黏度。

根據本發明的另一態樣，應用上下文述及之量測儀來測定位於傳送帶上之散裝物料的物料通過量。

101‧‧‧料位量測儀

102‧‧‧量測訊號

103‧‧‧填料表面

104‧‧‧容器

105‧‧‧發射單元及/或接收單元

106‧‧‧機械配接器

107‧‧‧開口

108‧‧‧機械尺寸B

202‧‧‧散裝物料表面，填料表面

203‧‧‧天線裝置，一維天線陣列，發射單元及/或接收單元，發射元件及/或接收元件

205‧‧‧機械尺寸b1

206‧‧‧發射器元件

301‧‧‧量測儀，料位量測儀

302‧‧‧驅動軸，驅動體

303‧‧‧質量元件

305‧‧‧旋轉裝置，旋轉接頭

306‧‧‧值b2

307‧‧‧角度α，工作角α

308‧‧‧緊固凸緣

309‧‧‧本體

310‧‧‧箭頭

311‧‧‧旋轉軸

403‧‧‧容器開口

404‧‧‧天線罩

502‧‧‧第一緊固凸緣

504‧‧‧第二緊固凸緣

505‧‧‧彈簧裝置，彈簧機構

506‧‧‧拉力元件

510‧‧‧容器凸緣

512‧‧‧轉向裝置

513‧‧‧驅動單元

701‧‧‧傳送帶

702‧‧‧散裝物料

703‧‧‧表面

801‧‧‧步驟

802‧‧‧步驟

803‧‧‧步驟

804‧‧‧步驟

805‧‧‧步驟

圖1為安裝於容器上之第一料位量測儀；圖2為同樣安裝於容器上之第二料位量測儀；圖3為本發明的一種實施例中的安裝於容器上之量測儀；圖4為本發明的另一實施例中的安裝於容器上之量測儀；圖5為本發明的另一實施例中的量測儀；圖6為包含展開之天線機構的圖5所示量測儀；圖7為本發明的一種實施例中的用於對位於傳送帶上之散裝物料的物料通過量進行測定的量測儀；及圖8為本發明的一種實施例中的方法的流程圖。

下面參照附圖對本發明之實施例進行描述。

附圖僅用作示意且並非採用精確比例。

若在下列對不同附圖的描述中採用相同的元件符號，則此等元件符號表示相同或相似之元件。但相同或相似之元件亦可能係用不同的元件符號表示。

本發明應用於料位量測儀之領域，特別是當此等料位量測儀適於對填料表面或散裝物料表面之拓撲進行測定時。

本發明亦可應用於物件監測領域。另一應用領域為對可自由接近的散裝物料堆進行質量測定及/或體積測定。

圖1示出料位量測儀101，其透過朝填料表面103發射量測訊號102(例如為電磁量測訊號)來對容器104中之反射條件的繪圖進行偵測。

藉由例如為凸緣或螺紋的機械配接器106將料位量測儀101或者 至少將發射單元及/或接收單元105緊固在該容器之現有開口107上。該容器開口107可具有機械延伸度B 108，其大小足以至少將該料位量測儀101之發射單元及/或接收單元107裝入容器104。

圖2示出能夠對散裝物料表面202之拓撲進行偵測的料位量測儀301。為此，量測儀301例如具有一維天線陣列203，其由多個沿單獨一列佈置之發射器元件206構成。該天線陣列用於發射及接收雷達訊號。可設有能對該天線陣列之主發射方向及/或接收方向進行調節的電子射束控制裝置。

為對填料表面202之不同區域中的反射條件進行偵測，透過驅動單元513所驅動的驅動軸302使得該發射單元及/或接收單元(下文亦稱作天線裝置)發生旋轉。發射單元及/或接收單元203可具有相對較大之機械尺寸b1 205，該機械尺寸通常大於常用容器開口108之尺寸(參閱圖1)。

故通常僅以與上開式容器或曝露式散裝物料堆相結合的方式使用該料位量測儀之天線裝置203。作為替代方案，在將本體309安裝至該容器之緊固凸緣後，自該容器之內部出發將天線裝置203安裝至本體309。此方案較為複雜，且需要安裝人員進入該容器之內部。

圖3為本發明的一種實施例中的量測儀。該量測儀301具有一本體309，在該本體中例如佈置有驅動單元513。在該本體上設有緊固凸緣308，其將量測儀301與該容器凸緣連接。在該本體上連接有驅動體302，在量測儀安裝完畢後，該驅動體之旋轉軸311係豎直定向。在旋轉軸302之末端上設有一旋轉裝置305，天線裝置203藉由該旋轉裝置與驅動軸302連接。箭頭310表示天線裝置203之縱向延伸度。

在該天線裝置之底面上設有由若干獨立之發射器元件206構成的陣列，例如一維陣列。但亦可設有二維陣列，其中，一行中之發射器元件例如皆通導式相連。

天線單元305透過驅動軸302而被旋轉式支承，並與該旋轉軸構成不等於90°的角度α。45°的角度被證實為特別有利，藉此便能對源自容器308之寬廣分區的訊號進行偵測。

若採用數位射束整形來對±45°的角度範圍進行偵測，則可以與該天線之旋轉相結合的方式來對包含該散裝物料的整個半空間進行量測。但亦可採用<45°的角度，例如用以避免數位射束整形過程中的含混性或提高分辨率。

沿該天線之延伸度設有多個發射元件及/或接收元件。此等元件中的每個皆能對源自不同角方向之訊號進行處理。可藉由習知之數位射束整形算法，使用該等元件各自接收之訊號在可設定的角度範圍內改變該天線裝置之主發射方向及/或接收方向。若選擇與豎直主射束方向成±45°的角度範圍，則可在將附加旋轉考慮在內之情形下對填充介質之表面的每個點進行計量式偵測。

該機構有利地將對該主射束方向進行機械式改變(在此：旋轉)的優點與電子式射束回轉的優點相結合。如此便能實現極快的量測比率(例如小於10秒)，並同時實現較為簡單之機械構造(轉速較小，通常為約60轉/分鐘)及(例如基於該天線陣列之一維構造)大幅減小電子裝置複雜度。數目m20的元件通常便足以實現該一維陣列行。

若在下游訊號處理過程中對各陣列元件所偵測之量測訊號中的因該天線之旋轉而產生的都卜勒頻移進行分析，則還能顯著改進沿橫向(徑向(X_A延伸))之聚焦。為此可採用習知之算法，如SAR(Synthetic Aperture Radar)及ROSAR(Rotor Synthetic Aperture Radar，基於旋轉式天線)。

該天線例如可由包含m個單個元件之一維天線陣列構成。該等單個元件可實施為以對應方式構建的印刷電路板貼片或者適宜的波導端或其他習知之發射裝置。

藉由該天線陣列之發射器元件中的每個來接收該填料表面所反射的訊號，並將該等訊號獨立導入一數位分析單元。該數位分析單元例如佈置在該驅動單元中。在採用數位射束整形算法的情況下，特別是以與該天線單元之垂線309成±45°的角度的方式，該分析單元能夠透過將該等訊號相組合來改變該天線之主射束及/或接收方向。

在該天線裝置之背面上可設有質量元件303。

與圖2所示儀器相比，該量測儀具有略微延長的驅動軸302，在該驅動軸上透過旋轉裝置305(下文亦稱作旋轉元件)以某種方式緊固有發射元件及/或接收元件203(亦稱作天線裝置或發射單元及/或接收單元)，使得該發射元件及/或接收元件可改變其相對旋轉軸302之角度α 307。

裝入現有容器104之操作極為簡單，因為料位量測儀301(特定言之在此為發射單元及/或接收單元203)之機械尺寸因該天線裝置之豎直定向(亦即該天線裝置之縱向延伸以與該旋轉裝置之縱軸平行之方式定向)而被減小為相對較小的值b2 306。

此值小於容器開口117之機械尺寸B 108，故有助於簡化裝入操作及感測器301之機械緊固。特定言之，可設有螺紋緊固裝置或包含凸緣308之凸緣緊固裝置，而毋需在將該量測儀安裝在容器上時對該天線進行後續加裝。

在該量測儀之啟動過程中，透過旋轉式驅動軸302使得天線裝置203發生旋轉運動。在此情形下，作用於安裝在天線裝置203上之質量元件303上的、與轉速相關的離心力會造成該天線裝置偏轉至為偵測散裝物料表面之拓撲而需要的工作角α 307。在量測儀301停止運行後，質量元件303之重力使得天線裝置203返回原始收起位置，從而可對該量測儀進行拆卸。

圖4為量測儀之另一實施例。容器104具有一直徑例如為1 1/2或2 吋的螺紋口403，可透過旋入將料位量測儀301機械緊固在該螺紋口中。量測儀301又具有一可透過旋轉接頭305偏轉的天線裝置203，啟動完畢後該天線裝置在離心力之作用下偏轉至工作角α 307(所謂“展開狀態”)。為保護該量測機構，特別是天線裝置203及該實施為旋轉接頭305的旋轉裝置免受污染，可設有例如可實施為PTFE編織袋的天線罩404。該天線罩具備機械柔性，故可透過極小的容器開口403進行安裝。

在該量測儀之另一實施例中，在量測儀之運行階段內完全不利用離心力來對發射單元及/或接收單元203進行定位。對應實施例參閱圖5及圖6。

圖5為量測儀301之在容器凸緣上的安裝階段。儀器301具有與該量測儀之本體(殼體)309靜態連接的第一凸緣502及可沿驅動軸203移動的第二緊固凸緣504，在拆卸狀態中，透過彈簧裝置505使得該第二緊固凸緣保持與靜態緊固凸緣502的預定義距離。

第二緊固凸緣504透過一拉力元件506與旋轉式支承的發射單元及/或接收單元203連接，該拉力元件可具有轉向裝置512。

在將量測儀301安裝在容器上時，朝容器104之容器凸緣510下壓(參閱箭頭508)。在此，透過轉向裝置512使得天線裝置203偏轉至工作角α 307，從而操作量測儀301來對介質之表面202的拓撲進行偵測。該儀器之拆卸以相反的順序進行，其中，彈簧機構505使得天線裝置203返回原位(收起狀態)。藉此便能將該量測儀拆卸，而不必先將該天線裝置取下。

該拉力元件之形式例如可為拉索或鮑登線。在此情形下，為使該天線裝置自展開狀態(圖6)進入收起狀態(圖5)，需要作用於該天線上的重力產生相應轉矩來將該天線收起。透過以下方式來實現此點：該天線之在收起時向下傾轉的區域的重量大於在收起時向上傾轉的區 域。

作為替代方案，該拉力裝置不僅能施加拉力，亦能施加壓力。

圖7示出傳送帶701，在該傳送帶上對散裝物料702進行輸送。該散裝物料構成一不規則表面703，可用量測儀301對該表面進行量測。舉例而言，量測儀301可為料位量測儀，例如除散裝物料表面之構形外亦能對填料之料位進行計算及輸出的料位雷達儀。整體言之，該儀器能夠對位於該傳送帶上之散裝物料的物料通過量進行測定。

圖8為根據本發明的一種實施例的方法的流程圖。在步驟801中，透過填料容器之開口將設於量測儀之驅動軸上的天線裝置插入。在步驟802中將該量測儀緊固在該容器上，以及在步驟803中使得該天線裝置自收起狀態進入展開狀態。隨後，在步驟804中透過該驅動軸使得該天線發生旋轉，以及，在步驟805中對該填料表面之拓撲進行測定。

此外需要指出的是，“包括”及“具有”並非將其他元件或步驟排除在外，且“一”或“一個”並非將多個排除在外。還需要指出的是，亦可將參照上述實施例中的任一個描述的特徵或步驟與上述其他實施例的其他特徵或步驟組合使用。請求項中的元件符號不構成限制。

104‧‧‧容器

107‧‧‧開口

203‧‧‧天線裝置，一維天線陣列，發射單元及/或接收單元，發射元件及/或接收元件

206‧‧‧發射器元件

301‧‧‧量測儀，料位量測儀

302‧‧‧驅動軸，驅動體

303‧‧‧質量元件

305‧‧‧旋轉裝置，旋轉接頭

306‧‧‧值b2

307‧‧‧角度α，工作角α

308‧‧‧緊固凸緣

309‧‧‧本體

310‧‧‧箭頭

311‧‧‧旋轉軸

513‧‧‧驅動單元

Claims (13)

1. 一種用於測定散裝物料表面之拓撲的量測儀，具有：本體(309)；驅動軸(302)，其以旋轉式支承之方式緊固在該本體上；天線裝置(203)；旋轉裝置(305)，其用於以某種方式將該天線裝置旋轉式緊固在該驅動軸上，使得該天線裝置可進入收起狀態及展開狀態。
2. 如請求項1之量測儀，其中，該旋轉裝置(305)適於以某種方式將該天線裝置(203)旋轉式緊固在該驅動軸上，以便在將該量測儀設置在散裝物料容器上後改變該驅動軸(302)之旋轉軸(311)與該天線裝置之縱向延伸度(310)間的角度。
3. 如前述請求項中任一項之量測儀，其中，該旋轉裝置(305)與該天線裝置(203)在不位於該天線裝置之重心處的位置上連接，使得該天線裝置僅憑藉由該驅動軸(302)使該天線裝置旋轉時所產生的離心力便能自該收起狀態進入該展開狀態。
4. 如前述請求項中任一項之量測儀，其中，該旋轉裝置(305)與該天線裝置(203)在不位於該天線裝置之重心處的位置上連接，使得該天線裝置在該驅動軸(302)靜止的情況下僅憑作用於該天線裝置上之重力及與此關聯之轉矩便能自該展開狀態進入該收起狀態。
5. 如前述請求項中任一項之量測儀，具有該天線裝置(203)之柔性包套(404)，以便保護該天線裝置及該旋轉裝置(305)免受污染。
6. 如前述請求項中任一項之量測儀，具有：第一緊固凸緣(502)，其與該本體(309)剛性連接；第二緊固凸緣(504)，其以可沿該驅動軸(302)移動之方式佈置，以及，在將該量測儀設置在容器凸緣(510)上後，該第二緊固凸緣位於該容器凸緣與該第一緊固凸緣之間。
7. 如前述請求項中任一項之量測儀，具有：拉力元件(506)，其緊固在該天線裝置(203)上並適於使得該天線裝置自該收起狀態進入該展開狀態。
8. 如前述請求項中任一項之量測儀，還具有：驅動單元(513)，其用於使得該驅動軸(302)發生旋轉以及使得該天線裝置(203)圍繞旋轉軸(311)旋轉。
9. 如前述請求項中任一項之量測儀，其中，該天線裝置(203)具有陣列，其適於對該量測訊號進行發射及/或接收。
10. 如請求項9之量測儀，其中，該陣列為包含單獨一列發射器元件(206)之一維陣列，該列沿該天線裝置(203)之縱向延伸度(310)延伸。
11. 如前述請求項中任一項之量測儀，其中，該量測儀為料位量測儀。
12. 一種如請求項1至11中任一項之量測儀之應用，用於測定運動液體的黏度。
13. 一種如請求項1至11中任一項之量測儀之應用，用於測定位於傳送帶上之散裝物料的物料通過量。