專利名稱：物位計(jì)系統(tǒng)及用于物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備。
背景技術(shù)：
雷達(dá)物位計(jì)(RLG)系統(tǒng)被廣泛用于確定容器中所容納的物品的填充物位。雷達(dá)物位計(jì)量一般借助于非接觸式測(cè)量或通常被稱為導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)的接觸式測(cè)量來執(zhí)行，其中，在非接觸式測(cè)量中，朝向容器中所容納的物品輻射電磁信號(hào)，在接觸式測(cè)量中，通過用作波導(dǎo)的探頭將電磁信號(hào)導(dǎo)向物品并導(dǎo)入物品中。探頭一般被布置為從容器的頂部向容器的底部豎直延伸。探頭也可以被布置在連接到容器的外壁并與容器內(nèi)部呈流體連通的測(cè)量管(所謂的室)中。發(fā)射的電磁信號(hào)在物品的表面處被反射，并且反射信號(hào)被包括在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)中的接收器或收發(fā)器所接收?；诎l(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)，可以確定距物品表面的距離。更具體地，通?；陔姶判盘?hào)的發(fā)射與該電磁信號(hào)在容器中的空氣和容器中所容納的物品之間的界面處的反射的接收之間的時(shí)間來確定距物品表面的距離。為了確定物品的實(shí)際填充物位，基于上述時(shí)間(所謂的行程時(shí)間)和電磁信號(hào)的傳播速度確定從基準(zhǔn)位置到該表面的距離。目前市場(chǎng)上的大多數(shù)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)或者是所謂的脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，其基于在脈沖的發(fā)射與其在物品的表面處的反射的接收之間的時(shí)間差異來確定距容器中所容納的物品的表面的距離，或者是如下系統(tǒng):其基于所發(fā)射的調(diào)頻信號(hào)與其在表面處的反射之間的頻率差異來確定距表面的距離。后一種系統(tǒng)通常被稱為FMCW (調(diào)頻連續(xù)波)類型。在一些情況下，甚至是法律所要求的，對(duì)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行定期測(cè)試以檢驗(yàn)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量精度或校準(zhǔn)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)是有益的?？梢匀缦聢?zhí)行測(cè)試:暫時(shí)去除雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)，手動(dòng)測(cè)量距容器中物品的表面的距離，然后將如此獲得的距離與由雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)提供的距離進(jìn)行比較。然而，由于多種原因這通常不是理想的。例如，容器可能是加壓的和/或物品可能是危險(xiǎn)的或敏感的。此外，這樣的測(cè)試可能是耗時(shí)的、麻煩的且不夠精確。當(dāng)雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量單元可以與信號(hào)傳播裝置(布置在容器內(nèi)部)拆開而不需要破壞工藝連接時(shí)，可以使用已知長(zhǎng)度的波導(dǎo)針對(duì)對(duì)應(yīng)于波導(dǎo)長(zhǎng)度的特定距離來測(cè)試?yán)走_(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。然而，針對(duì)一些應(yīng)用，期望針對(duì)在該特定容器中的當(dāng)前測(cè)量距離或在雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量范圍上測(cè)試波導(dǎo)的性能。旨在實(shí)現(xiàn)上述目的的一個(gè)方案是由Endress+Hauser (http://www.endress.com)銷售的Levelflex M FMP43校準(zhǔn)套件。該校準(zhǔn)套件包含多個(gè)不同長(zhǎng)度的同軸纜線，其可以被連接以提供最聞達(dá)1860mm的最大距尚的若干參考距尚。然而，期望能夠針對(duì)更多數(shù)目的測(cè)量距離以及非常大的最大距離來測(cè)試?yán)走_(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的性能。
實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述，本實(shí)用新型的總體目的是提供一種用于雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的改進(jìn)的測(cè)試設(shè)備。因此，根據(jù)本實(shí)用新型提供了一種用于物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備，該物位計(jì)系統(tǒng)包括測(cè)量單元和連接到該測(cè)量單元的信號(hào)傳播裝置，該測(cè)試設(shè)備包括:波導(dǎo)，其能夠在連接點(diǎn)處連接到物位計(jì)系統(tǒng)，以允許通過波導(dǎo)來傳播由測(cè)量單元發(fā)射的電磁發(fā)射信號(hào)；第一信號(hào)反射裝置，其沿著所述波導(dǎo)布置在沿所述波導(dǎo)與所述連接點(diǎn)相距第一距離處，所述第一信號(hào)反射裝置被配置成允許來自測(cè)量單元的電磁發(fā)射信號(hào)的至少一部分通過該第一信號(hào)反射裝置并進(jìn)一步沿波導(dǎo)前進(jìn)；以及第二信號(hào)反射裝置，其沿著所述波導(dǎo)布置在沿波導(dǎo)與所述連接點(diǎn)相距第二距離處，所述第二距離大于所述第一距離，以用于將來自第一信號(hào)反射裝置的、沿著所述波導(dǎo)行進(jìn)的電磁信號(hào)反射回朝向第一信號(hào)反射裝置，其中，第一信號(hào)反射裝置被配置成:將來自第二信號(hào)反射裝置的、沿著波導(dǎo)行進(jìn)的電磁信號(hào)反射回朝向第二信號(hào)反射裝置，并且至少在電磁發(fā)射信號(hào)從測(cè)量單元發(fā)射之后的預(yù)定時(shí)間處所發(fā)生的時(shí)間段內(nèi)允許來自第二信號(hào)反射裝置的、沿著所述波導(dǎo)朝向第一信號(hào)反射裝置行進(jìn)的電磁信號(hào)通過第一信號(hào)反射裝置，以允許所述電磁信號(hào)被物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量單元接收。在本申請(qǐng)的上下文中，“波導(dǎo)”應(yīng)該被理解為能夠引導(dǎo)電磁信號(hào)(特別是微波信號(hào))的結(jié)構(gòu)。因此，波導(dǎo)可以是例如同軸纜線、微帶線、中空波導(dǎo)、表面波導(dǎo)等中的任一種。波導(dǎo)能夠連接到物位計(jì)系統(tǒng)的“連接點(diǎn)”可以是直接連接測(cè)量單元和波導(dǎo)的連接器。對(duì)于包括傳輸線探頭的物位計(jì)系統(tǒng)，例如所謂的導(dǎo)波雷達(dá)(GWR)物位計(jì)系統(tǒng)，測(cè)量單元可以例如與傳輸線探頭分離，并且測(cè)試設(shè)備中所包括的連接器可以連接至所述測(cè)量單元而非傳輸線探頭。然而，可替代地，波導(dǎo)可以經(jīng)由信號(hào)傳播裝置的至少一部分連接到物位計(jì)系統(tǒng)。例如，在信號(hào)傳播裝置為輻射天線(諸如喇叭式天線)的自由輻射型物位計(jì)系統(tǒng)的情況下，所述“連接點(diǎn)”可以位于物位計(jì)系統(tǒng)的輻射天線和包括在測(cè)試設(shè)備中的用于接收由天線輻射的電磁發(fā)射信號(hào)的接收器之間，使得可以由測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)來傳播所述電磁發(fā)射信號(hào)。電磁信號(hào)的“一部分”應(yīng)當(dāng)被理解為指電磁信號(hào)的就時(shí)間和/或“信號(hào)強(qiáng)度”(功率、振幅或能量)而言的一部分。本實(shí)用新型基于如下認(rèn)識(shí):可以使用經(jīng)過波導(dǎo)的選定次數(shù)的通過來模擬經(jīng)過更長(zhǎng)波導(dǎo)的通過，并且這允許使用高質(zhì)量的波導(dǎo)，否則高質(zhì)量的波導(dǎo)依據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域太大、太重或太貴而不能使用。由此，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)緊湊且具有成本效益的測(cè)試設(shè)備，其提供物位計(jì)系統(tǒng)的高質(zhì)量測(cè)試，尤其是針對(duì)長(zhǎng)的測(cè)量距離和/或許多不同的測(cè)量距離。根據(jù)本實(shí)用新型的測(cè)試設(shè)備的各實(shí)施例，第一信號(hào)反射裝置可以包括阻抗轉(zhuǎn)變部。阻抗轉(zhuǎn)變部(其可以是不具有可控電子元件的無源結(jié)構(gòu))可以被配置成反射入射到阻抗轉(zhuǎn)變部上的電磁信號(hào)的功率的第一部分并允許所述電磁信號(hào)的功率的第二部分通過。沿著測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)從第一信號(hào)反射裝置朝向第二信號(hào)反射裝置行進(jìn)的電磁信號(hào)將在第二信號(hào)反射裝置處被反射。反射的電磁信號(hào)將沿著波導(dǎo)返向第一信號(hào)反射裝置行進(jìn)。當(dāng)該電磁信號(hào)到達(dá)第一信號(hào)反射裝置時(shí)，該電磁信號(hào)的第一部分將被反射回朝向第二信號(hào)反射裝置，并且該電磁信號(hào)的第二部分將通過第一信號(hào)反射裝置并被允許朝向物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量單元繼續(xù)行進(jìn)。以這種方式，將允許具有降低的功率水平的一系列電磁信號(hào)通過第一信號(hào)反射裝置并朝向測(cè)量單元行進(jìn)?；谶@些電磁信號(hào)的功率和/或定時(shí)，測(cè)量單元可以確定哪個(gè)或哪些電磁信號(hào)應(yīng)當(dāng)用于正在進(jìn)行的測(cè)試。在這些實(shí)施例中，第一信號(hào)反射裝置的阻抗轉(zhuǎn)變部可以有利地被配置成反射入射的電磁信號(hào)的絕大部分，使得可以在往返行進(jìn)于第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間的信號(hào)變得太弱之前實(shí)現(xiàn)在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間的若干次信號(hào)通過。例如，阻抗轉(zhuǎn)變部可以被配置成反射入射的電磁信號(hào)的功率的至少20%。有利地，阻抗轉(zhuǎn)變部可以被配置成反射入射的電磁信號(hào)的功率的至少40%、至少60%或甚至至少80%。最佳范圍可以為40%至80%。因此，阻抗轉(zhuǎn)變部應(yīng)當(dāng)為“嚴(yán)重失配”，該“嚴(yán)重失配”例如不能通過兩根同軸纜線之間的普通連接來實(shí)現(xiàn)。用于纜線連接器的商業(yè)規(guī)格取決于類型和質(zhì)量而將功率反射典型地限制為1%至4%。取決于測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)的配置，可以以不同的方式來實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)變部。對(duì)于中空波導(dǎo)，該波導(dǎo)中的薄電介質(zhì)盤可以提供期望的嚴(yán)重失配，而對(duì)于同軸纜線，可以布置薄金屬線以使內(nèi)部導(dǎo)體和屏蔽體短路。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易地實(shí)現(xiàn)給波導(dǎo)提供嚴(yán)重失配的各種其它方式。例如，在波導(dǎo)為同軸纜線的實(shí)施例中，可以使用短接的T形交叉(T-CTossing)或在中央導(dǎo)體中的小間隙來實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)變部(以阻抗不連續(xù)的形式)。這是實(shí)現(xiàn)具有一定泄漏的強(qiáng)反射的兩種示例性方式。在中空波導(dǎo)的情況下，可以通過跨接波導(dǎo)設(shè)置平坦的介電片來實(shí)現(xiàn)期望的強(qiáng)反射。例如，四分之一波長(zhǎng)厚的陶瓷材料片(er 10)將反射67%的入射功率。在第二信號(hào)反射裝置處的反射可以有利地接近100%，并且可以是短路或開路(open line)。根據(jù)測(cè)試設(shè)備的各個(gè)實(shí)施例，第一信號(hào)反射裝置可以包括能夠在信號(hào)傳導(dǎo)狀態(tài)和信號(hào)反射狀態(tài)之間控制的切換電路。在這些實(shí)施例中，可以控制第一信號(hào)反射裝置以首先允許信號(hào)進(jìn)入在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間的波導(dǎo)部分，然后可以控制第一信號(hào)反射裝置以“保持”信號(hào)在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間往返行進(jìn)，直到經(jīng)過給定的時(shí)間為止。此后，可以控制第一信號(hào)反射裝置以允許信號(hào)通過第一信號(hào)反射裝置并允許信號(hào)行進(jìn)而返回測(cè)量單元。為此，測(cè)試設(shè)備可以有利地還包括定時(shí)控制電路，該定時(shí)控制電路連接到切換電路并且連接到所述連接和切換電路之間的波導(dǎo)，該定時(shí)控制電路被配置成感測(cè)由測(cè)量單元發(fā)射的電磁發(fā)射信號(hào)并基于電磁發(fā)射信號(hào)的定時(shí)來控制切換電路的切換狀態(tài)?；陔姶虐l(fā)射信號(hào)的定時(shí)和沿著測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間傳播并返回的已知傳播時(shí)間，定時(shí)控制電路可以控制切換電路以實(shí)現(xiàn)電磁發(fā)射信號(hào)在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間的期望的往返“反彈”。 為了減小由于切換電路的切換狀態(tài)轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的瞬時(shí)脈沖的振幅，有利地是，切換電路應(yīng)當(dāng)不要太快。預(yù)計(jì)基本上長(zhǎng)于一納秒的切換時(shí)間對(duì)于充分降低如下風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)當(dāng)是理想的:由于切換電路的切換所導(dǎo)致的脈沖被誤認(rèn)為回波脈沖的風(fēng)險(xiǎn)。在基本上長(zhǎng)于一納秒的同時(shí)，切換時(shí)間還應(yīng)當(dāng)短于電磁信號(hào)沿著波導(dǎo)從切換電路到第二信號(hào)反射裝置并返回切換電路的傳播時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，可以有利地配置和/或控制切換電路以具有在2ns與20ns之間的切換時(shí)間(從信號(hào)傳導(dǎo)狀態(tài)到信號(hào)反射狀態(tài))，諸如在5ns與15ns之間或在IOns與15ns之間。切換電路可以包括例如簡(jiǎn)單的通-斷開關(guān)(所謂的單刀單擲開關(guān)，SPST)。然而，為了降低通過切換電路的信號(hào)泄漏，切換電路可以有利地包括雙刀開關(guān)。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，第二信號(hào)反射裝置可以被有利地布置在波導(dǎo)的端部。在許多情況下，波導(dǎo)的端部本身將提供充分的反射，但取決于波導(dǎo)類型或配置，期望適合的端子。短路或開路端是兩種可能。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的各實(shí)施例的測(cè)試設(shè)備可以有利地被包括在物位計(jì)系統(tǒng)中，物位計(jì)系統(tǒng)還包括測(cè)量單元以及連接到測(cè)量單元的信號(hào)傳播裝置，所述信號(hào)傳播裝置用于將電磁發(fā)射信號(hào)從測(cè)量單元朝向物品的表面?zhèn)鞑?，并將由于該電磁發(fā)射信號(hào)在表面處的反射所產(chǎn)生的電磁反射信號(hào)返回至測(cè)量單元，其中物位計(jì)系統(tǒng)能夠在物位確定狀態(tài)和測(cè)試狀態(tài)之間控制，其中，在填充物位確定狀態(tài)下，測(cè)量單元基于電磁反射信號(hào)來確定填充物位，在測(cè)試狀態(tài)下，測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)連接到測(cè)量單元，使得通過波導(dǎo)來傳播由測(cè)量單元發(fā)射的電磁發(fā)射信號(hào)。由于根據(jù)本實(shí)用新型的各實(shí)施例的測(cè)試設(shè)備提供了緊湊且具有成本收益的方案，因此，這可以有利于將測(cè)試設(shè)備包括在物位計(jì)系統(tǒng)中并將物位計(jì)系統(tǒng)配置為能夠在如下狀態(tài)之間切換:來自測(cè)量單元的電磁信號(hào)被路由至傳播裝置(諸如探頭或輻射天線)的狀態(tài)，以及來自測(cè)量單元的電磁信號(hào)被路由至測(cè)試設(shè)備的波導(dǎo)的另一狀態(tài)。為了便于由測(cè)試設(shè)備返回的信號(hào)的說明，物位計(jì)系統(tǒng)其測(cè)試狀態(tài)下可以被配置成僅在對(duì)應(yīng)于物位計(jì)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被測(cè)試的特定距離的時(shí)間段內(nèi)基于從測(cè)試設(shè)備接收到的電磁信號(hào)來確定測(cè)試結(jié)果。這對(duì)于測(cè)試設(shè)備的如下的實(shí)施例是特別有用的:在這些實(shí)施例中，第一信號(hào)反射裝置包括阻抗轉(zhuǎn)變部，阻抗轉(zhuǎn)變部反射入射到其上的每個(gè)電磁信號(hào)的一部分。為了允許針對(duì)取決于溫度的效應(yīng)來調(diào)節(jié)測(cè)試結(jié)果，測(cè)試設(shè)備和/或物位計(jì)系統(tǒng)可以包括溫度傳感器。溫度傳感器可以是可用于感測(cè)測(cè)試設(shè)備和/或物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量單元的至少一部分的溫度的任何傳感器。由溫度傳感器提供的信號(hào)例如可以為電信號(hào)，諸如取決于溫度的電流或電壓。

現(xiàn)在將參照示出了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的附圖來更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的這些和其它方面，其中:圖1示意性地示出了包括測(cè)量單元和傳輸線探頭形式的傳播裝置的示例性物位計(jì)系統(tǒng)；圖2示意性地示出了圖1中的物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量單元，其中該測(cè)量單元附接到根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的測(cè)試設(shè)備；圖3是圖2中的測(cè)試設(shè)備的第一實(shí)施例的示意性框圖；[0044]圖4a至圖4c示意性地示出了圖3中的測(cè)試設(shè)備的操作；圖5是示意性地示出了在使用圖3中的測(cè)試設(shè)備時(shí)電磁信號(hào)的示例性定時(shí)的圖；圖6是圖2中的測(cè)試設(shè)備的第二實(shí)施例的示意性框圖；圖7a是示出了作為圖6中的測(cè)試設(shè)備的第一信號(hào)反射裝置的反射特性的函數(shù)的衰減的圖；圖7b是示意性地示出了在使用圖6中的測(cè)試設(shè)備時(shí)電磁信號(hào)的示例性定時(shí)的圖；以及圖8是概述了驗(yàn)證方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
在本詳細(xì)說明中，主要參考GWR (導(dǎo)波雷達(dá))型脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試來討論根據(jù)本實(shí)用新型的測(cè)試設(shè)備的各實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出這絕不限制本實(shí)用新型的范圍，本實(shí)用新型還覆蓋用于測(cè)試其它類型的物位計(jì)系統(tǒng)(諸如不是脈沖式而是發(fā)射基本上連續(xù)的信號(hào)的物位計(jì)系統(tǒng)，例如所謂的FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)系統(tǒng))的測(cè)試設(shè)備。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的各實(shí)施例的測(cè)試設(shè)備可以完全等同地用于測(cè)試自由輻射雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。圖1示意性地示出了被布置在容器2的頂部以用于使用微波來確定容器2中所容納的物品3的填充物位的物位計(jì)系統(tǒng)I。因此，以下將物位計(jì)系統(tǒng)I稱為雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)或RLG系統(tǒng)。雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)I包括測(cè)量單元5和傳播裝置，傳播裝置在此處為傳輸線探頭6形式，其用于朝向容器2中容納的物品3的表面7傳播微波。當(dāng)測(cè)量容器2中所容納的物品3的填充物位時(shí)，雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)I通過探頭6朝向物品3的表面7發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)ST，該信號(hào)在表面7處被反射為表面回波信號(hào)SK。然后，基于表面回波信號(hào)Sk的行程時(shí)間(從雷達(dá)物位計(jì)I到表面7并返回)與由容器2頂部的基準(zhǔn)位置反射的回波信號(hào)的行程時(shí)間的差值來確定容器2頂部的基準(zhǔn)位置與物品3的表面7之間的距離。在圖1中，表面回波由負(fù)回波9表示，而基準(zhǔn)回波由正回波10表示。根據(jù)表面回波和基準(zhǔn)回波之間的距離(時(shí)間)以及容器2的已知尺寸，可以推斷出填充物位。應(yīng)當(dāng)指出，盡管在本文中討論包含單種物品3的容器2，但是只要由測(cè)量單元發(fā)射的電磁信號(hào)不是衰減得太多使得不能獲得有用的反射信號(hào)，就可以以相似的方式測(cè)量距容器中存在的任何材料界面的距離。對(duì)于諸如以上參照?qǐng)D1所述的物位計(jì)系統(tǒng)I，理想的是可以不時(shí)測(cè)試和/或檢驗(yàn)測(cè)量精度。為了避免破壞所謂的工藝密封，物位計(jì)系統(tǒng)I的測(cè)量單元5可以與傳輸線探頭6斷開并連接到測(cè)試設(shè)備。這被示意性地示出在圖2中，圖2示出了連接到容置測(cè)試設(shè)備的箱11的測(cè)量單元5。圖2還示出了經(jīng)由箱11連接到測(cè)量單元5的計(jì)算機(jī)12。取決于測(cè)試設(shè)備的配置，計(jì)算機(jī)還可以連接到測(cè)試設(shè)備，以用于控制測(cè)試設(shè)備的操作。現(xiàn)在參照?qǐng)D3中的示意性框圖來描述根據(jù)本實(shí)用新型的測(cè)試設(shè)備的第一實(shí)施例，圖3示出在連接點(diǎn)21處連接到測(cè)試設(shè)備20的測(cè)量單元5。參照?qǐng)D3，測(cè)試設(shè)備20包括波導(dǎo)22、第一信號(hào)反射裝置23、定時(shí)控制電路24以及第二信號(hào)反射裝置25。第一信號(hào)反射裝置23包括切換電路(其在此處被示出為單極開關(guān)27)，并且定時(shí)控制電路24連接到連接點(diǎn)21與開關(guān)27之間的波導(dǎo)22并且連接到開關(guān)27，以基于連接點(diǎn)21與開關(guān)27之間的波導(dǎo)22上的電磁信號(hào)(諸如脈沖)的定時(shí)來控制開關(guān)27的狀態(tài)。波導(dǎo)22可以有利地包括具有相對(duì)低衰減的同軸纜線，并且第二信號(hào)反射裝置可以被布置在同軸纜線的端部，該端部可能包括用于同軸纜線的合適端子?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D4a至圖4c來描述圖3中的測(cè)試設(shè)備20的操作，圖4a至圖4c示意性地示出了處于物位計(jì)系統(tǒng)I的測(cè)量單元5的測(cè)試的不同階段的測(cè)試設(shè)備20。首先參照?qǐng)D4a，定時(shí)控制電路24已感測(cè)到來自測(cè)量單元5的電磁發(fā)射信號(hào)30，并已經(jīng)閉合開關(guān)27以允許該電磁發(fā)射信號(hào)通過開關(guān)27沿著波導(dǎo)22朝向位于波導(dǎo)22端部的第二信號(hào)反射裝置25行進(jìn)，該信號(hào)在第二信號(hào)反射裝置25處被反射，如圖4a中的波導(dǎo)22右手側(cè)的脈沖31所示。在電磁發(fā)射信號(hào)30通過開關(guān)27之后但在反射信號(hào)31從波導(dǎo)22的端部25行進(jìn)到開關(guān)27之前，定時(shí)控制電路將開關(guān)27控制為斷開狀態(tài)，使得從波導(dǎo)22的端部25朝向開關(guān)27行進(jìn)的脈沖31在開關(guān)27處被反射回朝向波導(dǎo)22的端部25，如圖4b中的波導(dǎo)22左手側(cè)的脈沖32所示。由于開關(guān)27處于斷開狀態(tài)，因而允許信號(hào)沿著波導(dǎo)在開關(guān)27與波導(dǎo)22的端部25之間往返傳播。這持續(xù)到信號(hào)已經(jīng)傳播了測(cè)量單元5應(yīng)當(dāng)被測(cè)試的距離為止。在此發(fā)生時(shí)，定時(shí)控制電路24再次將開關(guān)27控制為閉合狀態(tài)，使得允許已沿著波導(dǎo)22往返反射的信號(hào)通過開關(guān)27并返回至測(cè)量單元5?；谕ㄟ^測(cè)量單元5的測(cè)量和信號(hào)沿著波導(dǎo)22已傳播的已知距離，可以確定測(cè)試結(jié)果?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D5來討論包括在上述測(cè)試過程中的信號(hào)的示例性定時(shí)。圖5的示意圖中所示信號(hào)從上到下分別為來自測(cè)量單元5的電磁發(fā)射信號(hào)Tx，從定時(shí)控制電路24到開關(guān)27的控制信號(hào)CTRL以及由測(cè)量單元5接收的電磁接收信號(hào)Rx。在初始時(shí)間h，測(cè)量單元5發(fā)射第一發(fā)射脈沖40。其后不久，測(cè)量單元接收到由于第一發(fā)射脈沖在連接點(diǎn)21處的反射所產(chǎn)生的第一返回脈沖41。在第一發(fā)射脈沖40通過開關(guān)27之后，定時(shí)控制電路24在時(shí)間h從“高”變?yōu)椤暗汀币钥刂崎_關(guān)從其閉合狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)。由于開關(guān)27呈現(xiàn)一定的“信號(hào)泄漏”，從時(shí)間t2開始小的反射信號(hào)42、43、44周期性地通過開關(guān)27，其中相鄰信號(hào)之間的時(shí)間對(duì)應(yīng)于從開關(guān)27到波導(dǎo)22的端部25并沿著波導(dǎo)22返回到開關(guān)27的傳播時(shí)間。在與斷開開關(guān)27和探頭22的端部25之間的期望次數(shù)的信號(hào)往返通過對(duì)應(yīng)的時(shí)間t3之后，開關(guān)27再次閉合以允許下一信號(hào)朝向測(cè)量單元5通過開關(guān)。這在圖5中通過在開關(guān)27被控制為閉合狀態(tài)之后的時(shí)間t4到達(dá)測(cè)量單元的更大的脈沖45來示出?；诎l(fā)射脈沖40的發(fā)射與返回脈沖45的接收之間的時(shí)間、波導(dǎo)22的已知的信號(hào)傳播特性、已知的在開關(guān)27和波導(dǎo)22的端部25之間的往返通過次數(shù)，可以確定測(cè)量單元的測(cè)試結(jié)果?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D6中的框圖來描述根據(jù)本實(shí)用新型的測(cè)試設(shè)備的第二實(shí)施例。像圖3中的框圖一樣，圖6中的框圖示出了連接到測(cè)試設(shè)備50的測(cè)量單元5。圖6中的測(cè)試設(shè)備50與圖3中的測(cè)試設(shè)備20的不同之處在于:取代由定時(shí)電路有源地控制的開關(guān)27而以“強(qiáng)”阻抗轉(zhuǎn)變部51的形式來提供第一信號(hào)反射裝置。阻抗轉(zhuǎn)變部51可以有利地被配置成反射入射到阻抗轉(zhuǎn)變部51上的電磁信號(hào)(尤其是在微波頻率范圍內(nèi))的功率的至少20%(諸如40%至80%)。這將導(dǎo)致由測(cè)量單元5接收的電磁發(fā)射信號(hào)的若干次反射。這些反射針對(duì)沿著波導(dǎo)22在波導(dǎo)22的端部25和阻抗轉(zhuǎn)變部51之間往返的逐漸增加的反射次數(shù)將具有逐漸降低的功率。通過將測(cè)量單元5配置為僅處理在給定強(qiáng)度范圍和/或定時(shí)范圍內(nèi)接收到的信號(hào)，可以有助于反射的分析。在圖6中的測(cè)試設(shè)備的阻抗轉(zhuǎn)變部51處的反射應(yīng)當(dāng)既不“太弱”也不“太強(qiáng)”。如果反射非常弱，則對(duì)于每次雙向通過(two-way passage),在阻抗轉(zhuǎn)變部51和波導(dǎo)22的端部25之間往返反彈的電磁信號(hào)的一大部分將離開阻抗轉(zhuǎn)變部51和波導(dǎo)的端部25之間的空間。這意味著通過的次數(shù)將被限制，因?yàn)榈竭_(dá)測(cè)量單元5的信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度隨著在阻抗轉(zhuǎn)變部51和波導(dǎo)22的端部25之間的往返通過次數(shù)而迅速下降。另一方面，如果反射非常強(qiáng)，則到達(dá)測(cè)量單元5的信號(hào)可能顯著弱于通常的表面回波。這在圖7a中被示出，圖7a是如下圖表:在該圖表中，dB形式的總衰減(排除纜線損失)被繪制為針對(duì)阻抗轉(zhuǎn)變部51的一些不同的反射特性的、從阻抗轉(zhuǎn)變部51到探頭22的端部25并返回的通過次數(shù)的函數(shù)。探頭22的端部25被假設(shè)為反射入射功率的100%。該圖示出了具有反射入射功率的25%的阻抗轉(zhuǎn)變部的測(cè)試設(shè)備50能夠用于對(duì)應(yīng)于四次雙向通過的距離，但由于信號(hào)衰減快速增加而對(duì)于更多次的通過可能不適用。還可以從該圖中看出，反射入射功率的90%的阻抗轉(zhuǎn)變部將導(dǎo)致到達(dá)測(cè)量單元5的所有信號(hào)的至少_20dB的衰減。對(duì)于一些應(yīng)用，該衰減可能太高。根據(jù)基于圖7a中圖表的仿真，發(fā)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)變部51的最佳功率反射范圍為大約40%至 80%。現(xiàn)在將參照?qǐng)D7b中的圖表討論使用圖6中的測(cè)試設(shè)備時(shí)所涉及的信號(hào)的示例性定時(shí)。在該示例中，參考了脈沖式雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，圖6中的測(cè)試設(shè)備50等同地適用于FMCW型的雷達(dá)物位計(jì)系統(tǒng)。在圖7b的示意圖中示出的信號(hào)從上到下分別是來自測(cè)量單元5的電磁發(fā)射信號(hào)Tx和由測(cè)量單元5接收到的電磁接收信號(hào)Rx。在初始時(shí)間h，測(cè)量單元5發(fā)射發(fā)射信號(hào)40。此后不久，測(cè)量單元5接收由于第一發(fā)射脈沖在連接點(diǎn)21處的反射所產(chǎn)生的第一返回脈沖41。在第一時(shí)間h，測(cè)量單元接收具有相對(duì)高的振幅的第一反射信號(hào)60。該反射信號(hào)60對(duì)應(yīng)于在阻抗轉(zhuǎn)變部處的第一反射。發(fā)射信號(hào)40的一部分通過阻抗轉(zhuǎn)變部51、被波導(dǎo)22的端部25反射并再次朝向測(cè)量單元5通過阻抗轉(zhuǎn)變部51，在測(cè)量單元5處在第二時(shí)間t2將其接收為第二反射信號(hào)61。在沿著波導(dǎo)22的另外的往返通過之后，測(cè)量單元5在隨后的時(shí)間t3至t5處接收另外的反射信號(hào)62至64?；谒邮盏降姆瓷湫盘?hào)的定時(shí)、信號(hào)已沿著波導(dǎo)22行進(jìn)的已知距離以及波導(dǎo)22的已知的信號(hào)傳播特性，可以確定測(cè)量單元5的測(cè)試結(jié)果。信號(hào)不是按比例繪制的，并且僅意在示出在多次通過波導(dǎo)并通過阻抗轉(zhuǎn)變部51之后信號(hào)的逐漸減小的振幅?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D8中的流程圖來描述驗(yàn)證方法。參照?qǐng)D8，在第一步驟100中從測(cè)量單元5發(fā)射電磁發(fā)射信號(hào)。在后續(xù)的步驟101中，電磁發(fā)射信號(hào)被傳播通過測(cè)試設(shè)備的第一信號(hào)反射裝置，然后沿著波導(dǎo)往返于第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間。之后，在步驟102中，在測(cè)量單元處接收由于在第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置之間往返行進(jìn)預(yù)選次數(shù)的電磁發(fā)射信號(hào)而產(chǎn)生的電磁反射信號(hào)。最后,在步驟103，確定與電磁發(fā)射信號(hào)的發(fā)射和電磁反射信號(hào)的接收之間的時(shí)間相對(duì)應(yīng)的距離，可以根據(jù)該距離獲得測(cè)試結(jié)果。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到本實(shí)用新型絕不限于上述優(yōu)選實(shí)施例。相反，可以在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)進(jìn)行許多修改和變型。
權(quán)利要求1.一種用于物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備，所述物位計(jì)系統(tǒng)包括測(cè)量單元和連接到所述測(cè)量單元的信號(hào)傳播裝置，所述測(cè)試設(shè)備包括: 波導(dǎo)，其能夠在連接點(diǎn)處連接到所述物位計(jì)系統(tǒng)，以允許通過所述波導(dǎo)來傳播由所述測(cè)量單元發(fā)射的電磁發(fā)射信號(hào)； 第一信號(hào)反射裝置，其沿著所述波導(dǎo)布置在沿所述波導(dǎo)與所述連接點(diǎn)相距第一距離處，所述第一信號(hào)反射裝置被配置成允許來自所述測(cè)量單元的所述電磁發(fā)射信號(hào)的至少一部分通過所述第一信號(hào)反射裝置并進(jìn)一步沿所述波導(dǎo)前進(jìn)；以及 第二信號(hào)反射裝置，其沿著所述波導(dǎo)布置在沿所述波導(dǎo)與所述連接點(diǎn)相距第二距離處，所述第二距離大于所述第一距離，所述第二信號(hào)反射裝置用于將來自所述第一信號(hào)反射裝置的、沿著所述波導(dǎo)行進(jìn)的電磁信號(hào)反射回朝向所述第一信號(hào)反射裝置， 其中，所述第一信號(hào)反射裝置被配置成:將來自所述第二信號(hào)反射裝置的、沿著所述波導(dǎo)行進(jìn)的電磁信號(hào)反射回朝向所述第二信號(hào)反射裝置；以及至少在從所述測(cè)量單元發(fā)射所述電磁發(fā)射信號(hào)之后的預(yù)定時(shí)間處發(fā)生的時(shí)間段內(nèi)允許來自所述第二信號(hào)反射裝置的、沿著所述波導(dǎo)朝向所述第一信號(hào)反射裝置行進(jìn)的電磁信號(hào)通過所述第一信號(hào)反射裝置，以允許該電磁信號(hào)被所述物位計(jì)系統(tǒng)的所述測(cè)量單元接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述第一信號(hào)反射裝置包括阻抗轉(zhuǎn)變部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述阻抗轉(zhuǎn)變部被配置成反射入射到所述阻抗轉(zhuǎn)變部上的電磁信號(hào)的功率的第一部分，并允許所述電磁信號(hào)的所述功率的第二部分通過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述第一部分為入射到所述阻抗轉(zhuǎn)變部上的電磁信號(hào)的所述功率的至少2 0%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述第一信號(hào)反射裝置包括能夠在信號(hào)傳導(dǎo)狀態(tài)和信號(hào)反射狀態(tài)之間控制的切換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述測(cè)試設(shè)備還包括定時(shí)控制電路，所述定時(shí)控制電路被連接到所述切換電路并且被連接到所述連接點(diǎn)與所述切換電路之間的所述波導(dǎo)， 所述定時(shí)控制電路被配置成感測(cè)由所述測(cè)量單元發(fā)射的所述電磁發(fā)射信號(hào)，并基于所述電磁發(fā)射信號(hào)的定時(shí)來控制所述切換電路的切換狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述切換電路被配置成具有長(zhǎng)于一納秒的、從所述信號(hào)傳導(dǎo)狀態(tài)到所述信號(hào)反射狀態(tài)的切換時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述切換電路被配置成具有短于如下傳播時(shí)間的、從所述信號(hào)傳導(dǎo)狀態(tài)到所述信號(hào)反射狀態(tài)的切換時(shí)間:所述傳播時(shí)間為電磁信號(hào)沿著所述波導(dǎo)從所述切換電路到所述第二信號(hào)反射裝置并返回所述切換電路的時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述第二信號(hào)反射裝置被布置在所述波導(dǎo)的端部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試設(shè)備，其中所述波導(dǎo)為同軸纜線。
11.一種用于確定容器中所容納的物品的填充物位的物位計(jì)系統(tǒng)，包括: 測(cè)量單元； 連接到所述測(cè)量單元的信號(hào)傳播裝置，所述信號(hào)傳播裝置用于將來自所述測(cè)量單元的電磁發(fā)射信號(hào)朝向所述物品的表面?zhèn)鞑?，并且將由于所述電磁發(fā)射信號(hào)在所述表面處的反射所產(chǎn)生的電磁反射信號(hào)返回至所述測(cè)量單元；以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試設(shè)備； 其中所述物位計(jì)系統(tǒng)能夠控制在如下兩種狀態(tài)之間: 填充物位確定狀態(tài)，其中所述測(cè)量單元基于所述電磁反射信號(hào)來確定所述填充物位；以及 測(cè)試狀態(tài)，其中所述測(cè)試設(shè)備的所述波導(dǎo)連接到所述測(cè)量單元，使得通過所述波導(dǎo)來傳播由所述測(cè)量單元發(fā)射的所述電磁發(fā)射信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的物位計(jì)系統(tǒng)，其中所述物位計(jì)系統(tǒng)在所述測(cè)試狀態(tài)下被配置成:基于僅在與針對(duì)所述物位計(jì)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)被測(cè)試的特定距離相對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)從所述測(cè)試設(shè)備接收到的電磁信號(hào)來·確定測(cè)試結(jié)果。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種物位計(jì)系統(tǒng)以及用于物位計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試設(shè)備。所述測(cè)試設(shè)備包括波導(dǎo)、第一信號(hào)反射裝置和第二信號(hào)反射裝置。第一信號(hào)反射裝置被配置成將來自第二信號(hào)反射裝置的、沿著波導(dǎo)行進(jìn)的電磁信號(hào)反射回朝向第二信號(hào)反射裝置，并至少在一定時(shí)間段內(nèi)允許來自第二信號(hào)反射裝置的、沿著波導(dǎo)朝向第一信號(hào)反射裝置行進(jìn)的電磁信號(hào)通過第一信號(hào)反射裝置。由此，可以使用通過波導(dǎo)的選定次數(shù)的通過來模擬通過較長(zhǎng)的波導(dǎo)的通過，并且這允許使用高質(zhì)量波導(dǎo)，如果不是這樣，高質(zhì)量的波導(dǎo)取決于應(yīng)用領(lǐng)域而太大、太重或太貴而無法使用。
文檔編號(hào)G01F23/284GK203163812SQ20122062917
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者奧洛夫·愛德華松 申請(qǐng)人:羅斯蒙特儲(chǔ)罐雷達(dá)股份公司