[其他]測量容器中液態物質水位的方法和裝置

無效

• 申請號: 85103379
• 申請日: 1985-05-15
• 公開（公告）號: CN85103379A
• 公開（公告）日: 1987-06-03
• 發明（設計）人: 科特·奧洛夫·艾德瓦德森
• 申請（專利權）人: 塞伯海洋電氣公司
• 主分類號: G01S13/08
• 分類號: G01S13/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉暉

本發明是關于測量儲存在容器中的液態物質水位的方法，利用發射機輸出的一種微波信號接通一垂直向下穿入于容器的管狀波導上，管子和容器連通，這樣波導中物質的表面便隨著周圍液態物質的水位而變化，信號被液態物質表面反射，經過波導通向一接收機加以利用，經過電子裝置的信號處理后，用以測定容器中物質的水位。本發明也涉及實現本方案的裝置。

雷達可用來測量裝在水箱、油箱或類似容器中的液體或液態物質的水位，如美國No.4，044，355號專利中描述的那樣。由于雷達波的速度在空氣或其他氣體中非常穩定，所以，可以得到良好的精確度。由于雷達天線可用非常堅固的材料做成，因此這種水位測量器能用于溫度、化學腐蝕以及機械應力的條件都非常惡劣的環境中。由于雷達天線可裝在箱頂的一個孔內，因此容易安裝，進行維修，甚至更換也很容易。

由于雷達束需要裝在箱里的支柱上，梯形過渡器和管子等物之間有一定的距離，所以直到目前仍限制著它的使用。如果采用直徑為D的園形雷達天線，雷達束的可用寬度約為λ/D弧度。考慮到雷達束的漫射邊界，未受干擾的區域應是頂角約為2λ/D的錐區。這里波長λ代表雷達載波的波長，例如波長為3厘米。考慮到從各種實際情況出發，天線的直徑必須限制在一定范圍之內，實際上載波的波長限制在3厘米以下。因為從各方面來看，很高的載波頻率使得雷達發射機和其他部件變得昂貴和關鍵。因此雷達束不能任意變窄。這在一些應用中很不理想，例如當這種裝置用于平穩度和傾斜度在不斷變化著的油船時。在實際情形下，可把5°-15°角作為所需的典型空間。這意味著很多油箱不容許按裝用自由空間傳輸方式的雷達深度測量器。這也不能用于帶有所謂浮頂的水箱或油箱，即帶有直接浮在液化物質上頂板的油箱。

避免上述限制的一種方法是將雷達波通過一根向下穿過油箱的波導管導入。按照這種方法測量深度已經進行了試驗（參看美國No.4，359，908專利），但是要適合于雷達使用波度的標準波導管的直徑相當小，因此這種方法在實用上有很大限制。這種波導管包括矩形或圓柱形的金屬管，管的尺寸只容許單模傳播。對于園形波導管意味著傳播波長應在管子內徑的1.3-1.7倍間，對典型的雷達頻率說來，管子的直徑只有幾厘米大小。

這一種波導存在下列問題：

當箱中的物質是蠟狀原油時，管子被堵塞。

由于利用波導管上的孔確保管內外液體的自由流動，但對雷達波傳播產生了不能允許的影響。

在具有標準高度的油箱中，管內的腐蝕產生了自上至下的不可允許的傳播衰減。因此，必須用昂貴的材料來制管或用貴金屬在管內涂層。

管子的大小和雷達頻率對傳播速度有嚴重的影響，因此要想得到良好的精確度，上述這些數值必須是恒定的或者精確地知道。

本發明的出發點在于意識到這些問題，可通過采用一根堅固的超尺寸波導來解決。將雷達輻射入波導，并抑制掉所有不需要的波導模式。在多數實際情形中，波導可以為由水箱或油箱中一根已有的管子所組成。這意味著所用的結構必須能容許管子尺寸能在各種情形下經受極大的變化，另外亦需容許適量的銹層和油涂層。

兩種實用情形的計算可以說明采用超尺寸園波導的意義。如果通過波導測量出距離，便可得到大于實際距離L的表觀距離Ls，其商數可用下列公式表示：

Ls=L1-(λ λC )2]]>

式中λ（如上所述）可為3厘米。λc是波導的極限波長（截止波長）。對于基模來說λc為管子直徑的1.71倍。從公式中可以看出，如果λc大于λ（即如果管子的直徑大于波長λ），所得的測量值Ls接近于實際距離L。相反，如波導為單模傳播，λ為λc的75%-100%，則Ls比L大得很多。如果現在改變載波頻率，相應改變λ，則商Ls/L將變化，如此變化較小，則Ls/L的相應變化與λ或λc的相應變化成正比，經過推導與化簡，此比例常數可為：