CN101842669A - 确定填充液位的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于借助雷达液位计系统来确定储罐中的产品的填充液位的方法，所述雷达液位计系统包括：用于生成、发送和接收电磁信号的收发机；与收发机连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐中的产品内，并把由产品的表面反射发送电磁信号而产生的反射电磁信号返回收发机；以及多个参考反射体，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号的一部分反射回收发机。所述方法包括下述步骤：根据由参考反射体反射的接收电磁信号，来识别位于产品表面上方的一组参考反射体；选择包含在一组参考反射体中的第一和第二参考反射体；根据第一和第二参考反射体之间的已知距离、和利用分别由第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的第一和第二参考反射体之间的距离，来确定传播速度补偿因数；以及根据由产品表面反射的接收电磁信号和传播速度补偿因数，来确定填充液位。

Description

确定填充液位的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于确定包含在储罐中的产品的填充液位的雷达液位计系统，和实现这种填充液位确定的方法。
背景技术
雷达液位计系统广泛用于测量包含在储罐中的产品的工艺参数，诸如填充液位、温度、压力等。雷达液位计量通常借助于向包含在储罐中的产品辐射电磁信号的非接触测量，或者借助于由充当波导的探针把电磁信号引导到产品中的接触测量(通常被称为导波雷达)来实现。探针通常从储罐的顶部到底部垂直布置。电磁信号随后在产品的表面被反射，反射信号被包含在雷达液位计系统中的接收机或收发机接收。根据发送信号和反射信号，能够确定到产品表面的距离。
更具体地说，通常根据发送电磁信号和接收其在储罐中的气氛与储罐中的产品之间的界面的反射之间的时间，来确定到产品表面的距离。为了确定产品的实际填充液位，根据上面提及的时间(所谓的渡越时间)和电磁信号沿探针的传播速度来确定从参考位置到所述表面的距离。
该传播速度由各种因素，诸如探针的结构和储罐内的环境条件决定。例如，所述环境条件包括储罐中的产品表面上方的气氛的组成，和由于产品的填充液位在储罐内变化而可能附着在探针上的产品残留。
US6867729和US5249463公开了用于补偿储罐中产品表面上方的气氛中变化的蒸气浓度的不同系统。
在US6867729中公开的液位测量系统通常以较低的增益工作，以确定容纳在储罐中的材料的料位，并且定期以较高的增益工作，以确定到沿探针设置在探针的预期传感区上方的目标标记的距离。确定的到目标标记的距离被用于针对料位上方的蒸气的性质，来补偿所确定的料位。
在US5249463中公开的用于测量水位的液位测量系统包含在最高水位上方设置有一对间隔开的参考不连续点的探针。参考不连续点之间的测量距离和已知距离之间的差值被用于提供水位的测量结果，该测量结果与水位上方的蒸气的介电常数的变化无关。
除蒸气浓度之外，在上述文献中公开的系统和方法都没有考虑影响沿探针的传播速度的其它因素，因此并不适合于在诸如探针污染的其它因素占支配地位的情况下使用。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷和其它缺陷，本发明的一般目的是，提供一种改进的雷达液位计系统和方法，具体地讲，提供一种能够提供针对储罐中的环境条件而调整的测量结果的雷达液位计系统和方法。
按照本发明的第一方面，通过一种借助雷达液位计系统来确定储罐中的产品的填充液位的方法来实现这些和其它目的，所述雷达液位计系统包括：生成、发送和接收电磁信号的收发机；与该收发机相连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐内的产品内，并把由产品表面反射发送电磁信号而产生的反射电磁信号返回收发机；以及多个参考反射体，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号的一部分反射回收发机。所述方法包括下述步骤：根据由参考反射体反射的接收电磁信号，识别位于产品表面上方的一组参考反射体；选择包含在所述一组参考反射体中的第一和第二参考反射体；根据所述第一和第二参考反射体之间的已知距离、和利用分别由第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的第一和第二参考反射体之间的距离，确定传播速度补偿因数；以及根据由产品表面反射的接收电磁信号和所述传播速度补偿因数，确定填充液位。
应注意，按照本发明的方法决不局限于按照任何特定的顺序来执行其步骤。
在本申请的上下文中，“探针”是用于引导电磁信号的波导。可以使用几种类型的探针，例如单线(古博式)探针和双线探针。探针可以是大致刚性或柔性的，并且它们可由诸如不锈钢的金属、诸如PTFE的塑料、或者它们的组合制成。
“收发机”可以是一个能够发送和接收电磁信号的功能单元，或者可以是包含独立的发射机单元和接收机单元的系统。
储罐可以是能够容纳产品的任何容器或器皿，并且可以是金属的、或者部分或完全是非金属的，可以是敞开的、半敞开的或者是封闭的。
每个参考反射体可被实现成能够反射沿探针传播的电磁信号的结构，并且可以借助于探针外部的结构、探针中的内部结构、或者它们的组合来实现。此外，不同的参考反射体可以被设置成相同或不同的反射结构。
每个参考反射体的位置“已知”意味着先前已利用任何适当的测量技术确定了该位置。例如，可根据由相应参考反射体反射的接收电磁信号来确定所述位置，但所述确定是在受控条件下，诸如在雷达液位计系统的生产过程中，或者当安装雷达液位计系统但是探针是干净的并且储罐是空的时进行的。
此外，可通过一般约1-2m的间隔来规则或不规则地隔开参考反射体。尤其是在较长探针，诸如长度大于例如15-20m的探针的情况下，有利的是沿着探针把参考反射体布置成被不规则地间隔，以避免干扰效应。
在本申请的上下文中，如果相邻参考反射体之间的距离的标准偏差大于雷达液位计系统的可实现距离分辨率的四分之一，则参考反射体应当被理解成被不规则地隔开。
对例证的脉冲长度为1ns的脉冲GWR式雷达液位计系统来说，距离分辨率约为150mm，即，为了能够区分两个相邻的回波信号，这些回波信号应由相隔至少150mm的阻抗转变处的反射引起。因此，对于这样的系统，上面提及的标准偏差应至少为150/4＝37.5mm。实际上，标准偏差最好应稍微更大，诸如50mm以上，尤其是对具有许多(大于约20个)参考反射体的长探针(长度大于约20m)来说更是如此。
这将有效降低来自不同参考反射体的反射和多次反射之间的协同效应，并允许更小的间隔距离和/或更多数量的反射体。
本发明的基础在于认识到，利用根据位于待测量产品的表面上方的两个参考反射体之间的测量距离和已知距离而获得的补偿因数，能够提高填充液位测量的精度。此外，发明人认识到，如果这两个参考反射体中的至少一个位于储罐中一个液位范围内的液位，则能够实现改进的补偿，其中在储罐的正常使用期间，填充液位在所述液位范围内波动。从而，参考反射体中的至少一个会被产品覆盖，在所述两个参考反射体之间的探针上会发生产品的累积。结果，除了在表面上方存在蒸气的影响之外，还能够利用确定的传播速度补偿因数，来补偿探针污染对电磁信号的传播速度的影响。
按照一个实施例，通过主要沿探针的长度设置参考反射体，可确保至少一个参考反射体位于上述液位范围内。
此外，探针上的浓缩残留物-“块”-会产生难以与表面回波区分开的干扰回波。通过本发明，能够确定回波是否位于产品表面上方，并从而可能产生于附着在探针的未被浸没部分上的块。
此外，能够改进到包含在储罐中并被上层产品覆盖的产品的距离的测量，因为能够使用到漫没在上层产品中的参考反射体的已知距离和测量距离来准确地确定上层产品的介电常数。
根据每个参考反射体沿探针的已知位置和测量位置之间的差值，能够识别位于产品表面上方的一组参考反射体。
例如，发送电磁信号和接收发送的电磁信号在特定参考反射体的反射之间的时间可被用于确定该参考反射体的测量位置。当按照这种方式确定时，到参考反射体的测量距离，从而参考反射体的测量位置与电磁信号沿探针的传播速度有关。如果某个反射体被浸没在产品中，则与探针的未被浸没部分相比，探针的被浸没部分的传播速度明显较低。因此，与未被浸没的反射体相比，被浸没的参考反射体的测量位置和已知位置之间的差值明显较大。可替换地，相邻参考反射体之间的测量距离和已知距离之间的差值可被用于识别对于储罐中的某个填充液位，哪些参考反射体被浸没。
此外，有利的是，第一参考反射体可被选为上面提及的一组参考反射体中位置最接近产品表面的参考反射体。换句话说，第一参考反射体可被选为最接近产品表面的未被浸没的参考反射体。
通过这种选择，能够根据储罐中尽可能接近产品表面的条件，来确定补偿因数。这通常会导致更准确的补偿，尤其是在探针被产品污染的情况下，因为产品(例如一层油或其它物质)的污染沿探针是很不均匀的。
另外，对于存在于储罐中的蒸气分布不均匀的情况来说，这种选择也会产生更准确的测量结果。
按照一个实施例，第二参考反射体可被选为最接近第一参考反射体的未被浸没的参考反射体，从而能够获得第一参考反射体和产品表面之间的测量条件(诸如，探针污染，蒸气浓度等)的最接近的可能近似。
按照另一个实施例，第二参考反射体可被选为位置在第一参考反射体上方较远的参考反射体，以便在储罐中均匀分布蒸气和/或在探针上均匀分布产品的情况下，获得更准确的补偿因数。例如，第二参考反射体可以是最接近罐顶的参考反射体，或者可选择收发机和探针之间的连接处的阻抗转变作为第二参考反射体。
此外，有利的是，能够通过确定第一参考反射体和表面之间的调整后距离，并把该调整后距离与到第一参考反射体的已知距离相加，来获得到产品表面的补偿后距离。
应明白，上面提及的每个距离是从收发机附近的参考位置，诸如收发机和探针之间的连接处的阻抗转变、或者罐顶、工艺密封件、连接法兰等确定的。
通过使用到第一参考反射体的已知距离，并且只关于沿探针的较短距离补偿传播速度，能够将对于确定补偿因数过程中的误差的敏感性保持在较低的水平。
为了便于分析从收发机接收的返回反射信号获得的回波波形，可从该回波波形中减去由参考反射体处的反射引起的参考反射体回波或者说参考回波。这是有用的，因为参考回波肯定与由储罐中的产品表面反射的电磁信号引起的表面回波具有相同数量级。
按照本发明的第二方面，通过一种用于确定储罐中的产品的填充液位的雷达液位计系统来实现上面提及的目的和其它目的。所述雷达液位计系统包括：用于生成、发送和接收电磁信号的收发机；与收发机连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐内的产品内，并把由产品表面反射发送电磁信号而引起的反射电磁信号返回收发机。雷达液位计系统进一步包括多个参考反射体和处理电路，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号的一部分反射回收发机，其中，所述多个参考反射体包括：位于表面上方并且位于储罐中一个液位范围内的液位的第一参考反射体，以及位于第一参考反射体上方已知距离处的第二参考反射体，其中在储罐的正常使用期间，填充液位在所述液位范围内波动；所述处理电路与收发机连接，用于根据分别由产品表面以及第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号、以及第一和第二参考反射体之间的已知距离，来确定填充液位。
如上结合本发明的第一方面所述，第一参考反射体和第一参考反射体上方的一部分探针通常之前已被漫没在储罐内的产品中，从而已被一层产品污染。通过提供该第一参考反射体，能够更准确地确定填充液位，因为这种填充液位确定能够对于任何探针污染以及储罐内的气氛中的蒸气浓度而被补偿。
本领域的普通技术人员公知，在正常使用期间填充液位波动的典型液位范围是储罐总高度的0％-90％。
为了便于区分由参考反射体反射的电磁信号和由产品表面反射的电磁信号，有利的是，每个参考反射体可包含为发送电磁信号提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；以及为发送电磁信号提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，所述上部和下部沿探针隔开一定距离，选择所述距离，使得由第一阻抗转变反射的电磁信号和由第二阻抗转变反射的电磁信号一起构成具有正部分和负部分的复合反射电磁信号，从而便于区分由参考反射体反射的接收电磁信号。
具有某一极性的发送电磁信号，诸如“正”脉冲在到较低阻抗的转变处的反射信号具有与发送电磁信号相同的极性，而在到较高阻抗的转变处的反射信号将具有相反的极性。由间隔适当距离的这种相反阻抗转变反射的电磁信号将产生具有极性相反的部分的复合电磁信号。这将使这种信号能够容易地与由产品表面反射的信号区分开，因为表面一般只提供一个单独的阻抗转变(一般转变成较低阻抗)。
所述上部和下部之间的适当距离与脉冲时间有关，对于1ns脉冲，约100mm的距离将产生易于区分的复合电磁信号。然而，应明白，在该例证距离左右的许多距离也将达到相同的目的。
本发明的该第二方面的其它实施例，以及通过本发明的该第二方面获得的效果与上面关于本发明的第一方面说明的在很大程度上类似。
按照本发明的第三方面，通过一种确定储罐中的产品的填充液位的雷达液位计系统来实现上面提及的目的和其它目的。该雷达液位计系统包括：用于生成、发送和接收电磁信号的收发机；与收发机连接的探针，用于把发送电磁信号从收发机引导到储罐内的产品内，并在产品表面反射之后把反射电磁信号返回到收发机。该雷达液位计系统进一步包括多个参考反射体和处理电路，每个参考反射体沿探针被布置在相应的已知位置，并被配置成把发送电磁信号的一部分反射回收发机，其中，每个参考反射体具有：为发送电磁信号提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；以及为发送电磁信号提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，所述上部和下部沿探针隔开一定距离，选择所述距离，使得由第一阻抗转变反射的电磁信号和由第二阻抗转变反射的电磁信号一起构成具有正部分和负部分的复合反射电磁信号；所述处理电路与收发机相连接，用于根据由表面反射的接收电磁信号、和至少由包含在多个参考反射体中的第一参考反射体反射的接收电磁信号，来确定填充液位。
本发明的第三方面的各个实施例，以及通过本发明的第三方面获得的效果与上面关于本发明的第一和第二方面说明的在很大程度上类似。
附图说明
下面参考显示目前优选的本发明实施例的附图，更详细地说明本发明的这些和其它方面，其中：
图1a示意地示例了安装在例证储罐中的按照本发明实施例的雷达液位计系统。
图1b是包含在图1a中的雷达液位计系统中的测量电子单元的示意图。
图1c是包含在图1a中的雷达液位计系统中的探针的一部分的示意横截面图。
图2a示意地示例了适合于用在按照本发明的雷达液位计系统中的例证参考反射体。
图2b示意地示例了从图2a中的参考反射体处的反射获得的回波信号。
图3a-c示意地示例了在按照本发明的雷达液位计系统的各个实施例中使用的各种例证参考反射体。
图4a是示意地示例了由图1a中的雷达液位计系统获得的例证回波波形的图。
图4b是示出在除去参考回波之后图4a中的回波波形的图。
图5是示意地示例了按照本发明的方法的优选实施例的流程图。
具体实施方式
在下面详细说明中，主要参照利用刚性单线(或古博)探针的脉冲导波雷达(GWR)液位计系统，来讨论按照本发明的雷达液位计系统的各个实施例。应注意这决不限制本发明的范围，本发明同样适用于各种其它种类的探针，诸如双线探针、柔性探针等。
此外，主要参照借助于测量发送脉冲和反射脉冲之间的时间的填充液位确定。然而，对本领域的技术人员来说，本发明的技术显然同样适用于通过例如调频连续波(FMCW)测量，利用相位信息来确定填充液位的雷达液位计系统。当使用在载波上调制的脉冲时，也可利用相位信息。
图1a示意地示例了按照本发明的一个实施例的雷达液位计系统1，它包含测量电子单元2、和具有多个参考反射体4a-j的探针3。雷达液位计系统1设置在储罐5上，储罐5被部分填充有待测量的产品6。通过分析由探针3引导到产品6的表面7的发送信号ST、和从表面7传播回来的反射信号SR，测量电子单元2能够确定参考位置(诸如罐顶)和产品6的表面7之间的距离，从而能够推断填充液位。应注意，尽管这里讨论的是包含单一产品6的储罐5，但按照类似方式，可以测量到沿探针的任意材料界面的距离。
如图1b中示意所示，电子单元2包含用于发送和接收电磁信号的收发机10；与收发机10连接的处理单元11，用于控制收发机，并处理由收发机接收的信号，从而确定储罐5中的产品6的填充液位。此外，处理单元11能够经由接口12与用于模拟和/或数字通信的外部通信线路13相连接。此外，尽管图1b中未示出，但雷达液位计系统1一般能够与外部电源连接，或者可通过外部通信线路13供电。可替换地，雷达液位计系统1可被配置成无线地进行通信。
在图1c中，示出了包含被浸没部分20和未被浸没部分21的一段探针3。从图1c中可看出，探针3的被浸没部分20具备被漫没的参考反射体4f-j，探针3的未被浸没部分21具备一组未被浸没的参考反射体4a-e。由于储罐5中的产品6的填充液位的变化，一层22产品6可附着在探针3上。显然，探针3的从未被浸没到产品6中的部分将不具有这样的层，而交替地被浸没和未被浸没到产品6中的部分会在其上形成这样的层22。图1c中示意地示例了这种情况，图中示出了一直到所示液位L0，存在产品6的逐渐变薄的附着层22。
由于该不均匀的污染层22，沿探针传播的电磁信号将具有与沿探针3的位置有关的传播速度vp(z)。如果得不到补偿，则这种位置相关传播速度vp(z)会造成显著的测量误差。然而，通过本发明，使用设置在探针3的未被浸没部分21上的参考反射体的已知位置之间的关系来补偿探针3上的层22。
图2a-b示意地示出第一例证参考反射体，和从该参考反射体获得的可区分回波信号。
在图2a中，参考反射体30被示出设置在探针3的一部分上。按照目前示例的例子，以两半31a和31b的形式来设置参考反射体30，借助两个夹具34a-b将所述两半31a和31b夹到探针3上。参考反射体30具有长度为Lc的大致为圆柱形的部分32，和每一个长度为Le的大致为截头圆锥形状的第一和第二端部33a-b，所述第一和第二端部33a-b平滑地朝向探针3倾斜。
通过提供图2a中的参考反射体30，探针3局部变得更厚，从而局部表现出较低的阻抗。因此，沿探针3向下传播的电磁信号ST将部分首先在参考反射体30的顶端被反射，随后在参考反射体的底端被反射。在参考反射体的顶端的反射是到较低阻抗的转变处的反射结果，因此所得到的反射信号SR1具有与输入信号ST相同的符号。类似地，在参考反射体的底端处的反射将产生符号/极性与输入信号ST相反的反射信号SR2。
图2a中的参考反射体30的斜坡端部33a-b的目的是避免形成能够在其上累积储罐5中的产品6并干扰测量的凸出物。此外，参考反射体30的每个斜坡端部33a-b的长度应明显短于脉冲系统的脉冲长度。例如，在1ns脉冲的情况下，脉冲长度约为150mm，每个斜坡端部33a-b的长度Le应小于约20mm。应注意，斜坡端部33a-b可具有彼此不同的长度和/或形状。
选择图2a中的参考反射体30的直径，使得在参考反射体的每个端部，输入信号ST的功率的大约1％被反射。
此外，有利地选择参考反射体30的中心部分的长度Lc，使得顶端和底端的反射信号SR1和SR2组合形成易于区分的波形。
下面提供图2a中的参考反射体的例证尺寸，以便得到适当的参考反射体信号，同时降低过度探针污染的风险，这些尺寸理想地导致图2b中示意所示的波形。
脉冲系统-脉冲长度tp：1ns
探针直径d：6mm
参考反射体直径D：20mm
圆柱形部分的长度Lc：100-150mm
斜坡部分的长度Le＜20mm。
由于沿探针的阻抗的变化，这些参数一般会产生约0.08的反射系数(1mm的PTFE层会产生约0.14的反射系数)。因此，避免了沿探针3发送的电磁信号的过度衰减，同时获得了由参考反射体处的反射引起的可区分信号。
如上所述，将存在时间上分离并且极性相反的两个反射信号SR1和SR2。通过使反射信号SR1和SR2之间的时间tc与脉冲长度tp相匹配，输入的半周期将被反映为易于区分的全周期。
在由上面给出的参数表示的例证情况下，圆柱形部分32的长度Lc可被选择成例如约100mm，以产生如图2b所示的被浸没的参考反射体30的复合反射信号SR1+SR2的全周期曲线(在对微波辐射来说透明的液体中，tp＝1ns对应于约100mm)。可替换地，长度Lc可被选择成约为150mm，以产生未被浸没的参考反射体30的全周期曲线。显然，可以选择其它长度Lc以获得易于区分的复合反射信号。
上面，举例说明了用于脉冲导波雷达GWR系统的参考反射体30的设计，其中以获得易于区分的反射信号的方式，使参考反射体30的长度Lc与脉冲长度tp相关。对于FMCW(调频连续波)式GWR系统来说，参考反射体30的长度Lc应改为与FMCW式系统的扫频特性的中心频率相关。具体地讲，参考反射体30的长度Lc应对应于发送信号的中心频率的波长的四分之一。对FMCW式系统来说，产品(在透明产品的情况下)中的发送信号的波长最相关，因为通过恰当地选择其尺寸，可使被浸没的参考反射体30实际上不可见。作为适配参考反射体30的长度Lc以使得当被浸没时获得希望的不可见性的一种备选方案，可以沿探针间隔四分之一波长(FMCW扫频的中心频率的波长)的两个独立反射体的形式来提供参考反射体。
上面，参考图2a说明了适当的参考反射体的一个例证实施例。由于由金属构成，并且没有任何梯级或棱边，该参考反射体实施例经久耐用，并不易于累积过量的产品污染。然而，其它设计和材料选择也是可能的，并且优选地取决于特定的应用。下面，参考图3a-c说明和讨论许多备选实施例。
按照图3a中示意地示例的第一备选实施例，可以形状大致与图2a中的参考反射体相同的绝缘体的形式来提供参考反射体40。例如，该绝缘参考反射体40可由PTFE或者另一适当绝缘材料或者材料的组合构成。计算指出，与图2a中的金属套筒参考反射体30的情况相比，图3a中的参考反射体40的中心部分41的直径Dd可以较小。为了获得对应的功能，对于6mm的探针直径d来说，绝缘参考反射体40的直径Dd可以是约9-12mm。此外，可以附着在探针3上的集成部分的形式来提供绝缘体，以避免形成否则会被储罐5中的产品6渗入的空间。例如，可围绕探针3模制绝缘体，或者可以分离部件的形式来提供绝缘体，随后所述绝缘体被熔化，并可以在沿探针3的希望位置被硬化。
按照图3b中示意地示例的第二备选实施例，可以由固定器47a-b附于探针上的金属板46的形式来提供参考反射体45。在电气意义上，这种金属板46局部地使探针3变厚。即，在金属板46所在位置，探针3的阻抗较低。例如，宽度W＝2Dc的钢板在电气上对应于图2a中的直径为Dc的套筒式参考反射体30。图3b中的参考反射体45更易于制造和附着，但对储罐中的产品的污染更敏感。
在图3c中，示意地示例了参考反射体46的第三备选实施例，按照该实施例，金属板47被附着在双线探针3上。
通过上面说明的参考反射体配置，便于使用参考反射体更准确地确定储罐中的产品的填充液位，因为能够容易地把来自参考反射体的回波信号与来自产品表面处的反射的回波信号区分开，和/或(在FMCW的情况下)因为对于被浸没在产品中的参考反射体，来自参考反射体的回波信号消失。
下面参考图4a-b示例了对于脉冲GWR系统，布置参考反射体以产生易于区分的回波的优点。
图4a是示例了典型的回波波形50的图，其中示出了接收信号的位置z和幅度A(z)。
参见图4a，回波波形50包括由参考反射体4c-f和产品6的表面7处的反射产生的回波。
如图4a中所示，由于每个参考反射体回波51c-f形成具有正部分53a和负部分53b的全波波形，而表面回波只具有正部分，所以能够区分由参考反射体4c-f处的反射引起的参考反射体回波51c-f和表面回波52。注意，图4中的例证回波波形50中的表面回波52的幅度与参考回波的幅度具有相同数量级。
区分参考反射体回波51c-f和表面回波的能力可被用于例如从回波波形50中除去参考反射体回波，从而形成“干净”的回波波形54，如图4b中示意所示。
下面参考图5中的流程图，说明按照本发明的填充液位确定方法的优选实施例。
在第一步骤501，通过搜索回波波形50(参见图4a)中的可区分参考回波，来确定沿探针3的参考反射体4a-j(参见图1a-c)的近似测量位置。之后，在步骤502，进行曲线拟合，以微调参考反射体4a-j的测量位置。随后，在步骤503，用新测量的参考反射体位置来更新包含先前测量的参考反射体位置的表格。
之后，在步骤504，分析参考反射体4a-j的测量位置和已知位置之间的差值，以确定参考反射体4a-j中有哪些被浸没在产品6中，哪些未被浸没在产品6中。参考反射体的测量位置和已知位置之间的较大差值指示该参考反射体被浸没在产品6中，因为与在产品之外相比，电磁信号沿探针的传播速度在产品中较低。
传播速度vprop由下面的关系式确定：
v prop = v 0 ϵ r
其中，v0是在真空中电磁信号沿探针的传播速度；
εr是产品的相对介电常数。
在这样识别了位于储罐5中的产品6的表面7上方的一组参考反射体4a-e之后，在步骤505中，从位置最接近表面7的未被浸没参考反射体4e，换句话说，从探针3的收发机一侧看来在所述表面上方的最后一个参考反射体的位置开始，搜索回波波形50以寻找表面回波。这样，实质上消除了错误地识别干扰回波，诸如由附着在表面7上方的探针3上的浓缩产品“块”处的反射引起的回波的风险，并补偿了最接近产品6的表面7的条件。
如果在下一步骤506确定没有检测到表面回波，则方法进入步骤507以指示未检测到表面回波。
如果在步骤506确定检测到表面回波42，则在步骤508利用来自两个未被浸没参考反射体的回波，来计算表示传播速度的补偿因数。为了获得关于表面7附近的诸如探针污染、蒸气浓度等的因素的条件的最接近可能近似，优选地使用位置最接近产品6的表面7的两个未被浸没参考反射体4d和4e的数据。利用下面的关系式来计算补偿因数，或者说传播速度比例因子：
PropScaleFact＝[KnownDist(4e)-KnownDist(4d)]/[ElecDist(4e)-ElecDist(4d)]
其中：
KnownDist(4e)是到最接近产品表面7的未被浸没参考反射体4e的已知距离；
KnownDist(4d)是到次接近产品表面7的未被浸没参考反射体4d的已知距离；
ElecDist(4e)是到最接近产品表面7的未被浸没参考反射体4e的测量的电气距离；
ElecDist(4d)是到次接近产品表面7的未被浸没参考反射体4d的测量的电气距离。
在最后的步骤509中，利用到位置最接近表面7的未被浸没参考反射体4e的已知距离、到表面7的测量的电气距离、和在步骤508确定的补偿因数，来计算到表面的距离。利用下面的关系式来确定到表面7的距离：
MeasDistSurface＝KnownDist(4e)+PropScaleFact(ElecDistSurface-ElecDist(4d)
其中，ElecDistSurface是根据发送电磁信号与在表面7处反射之后返回的接收信号之间的延迟确定的到表面7的电气距离。
本领域的技术人员会认识到，本发明决不局限于上面说明的优选实施例。例如，可根据到在表面上方的其它参考反射体的测量距离和已知距离，来确定补偿因数。此外，用于搜索表面回波的起点可以更接近探针的收发机端。另外，可从回波波形中减去参考回波，以便于确定表面回波，尤其是当从接近探针的收发机端的位置开始搜索表面回波时。
此外，关于与之相关的权利要求，发明人意识到，按照本发明的方法和系统可包括确定雷达液位计系统是否正确运行。雷达液位计系统是否正确运行的确定是在远离进行液位测量的地方的位置进行的。只要确定了产品的表面的位置，和至少一个参考反射体，优选是表面上方的参考反射体的位置，即使例如当传播速度近似等于真空的传播速度时不需要传播速度补偿因数来校正测量的填充液位，也可应用该特征。这种安排的一个优点在于，本发明的系统和方法的用户可获得关于雷达液位测量的正确功能性的附加置信度。从而，用户或者由用户支配的监控系统可以采取行动以改善雷达液位测量被确定未正确运行的情况。

Claims (32)

1.一种借助于雷达液位计系统(1)来确定储罐(5)中的产品(6)的填充液位的方法，所述雷达液位计系统(1)包括：
收发机(10)，用于生成、发送和接收电磁信号；
探针(3)，与所述收发机(10)连接，用于把发送电磁信号(ST)从所述收发机(10)引导到储罐内的所述产品内，并把由所述产品的表面(7)反射所述发送电磁信号而产生的反射电磁信号(SR)返回所述收发机(10)；以及
多个参考反射体(4a-j)，每个参考反射体沿探针(3)被布置在相应的已知位置，并被配置成把所述发送电磁信号的一部分反射回所述收发机，
所述方法包括下述步骤：
根据由所述参考反射体反射的接收电磁信号，来识别(504)位于产品的所述表面(7)上方的一组参考反射体(4a-e)；
选择包含在所述一组参考反射体中的第一参考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)；
根据所述第一参考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)之间的已知距离、和利用分别由所述第一和第二参考反射体反射的接收电磁信号确定的所述第一和第二参考反射体之间的距离，来确定(508)传播速度补偿因数；以及
根据由产品的所述表面(7)反射的接收电磁信号和所述传播速度补偿因数，来确定(509)所述填充液位。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述识别步骤包括下述步骤：
对于每个参考反射体，评估该参考反射体的所述已知位置和利用所述接收电磁信号确定的该参考反射体的位置之间的差值。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一参考反射体(4e)被选为所述一组参考反射体中最接近产品的表面(7)的参考反射体。
4.按照权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第二参考反射体被选为所述一组参考反射体中最接近所述第一参考反射体(4e)的参考反射体(4d)。
5.按照权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述第二参考反射体被选为所述一组参考反射体中离所述第一参考反射体(4e)最远的参考反射体(4a)。
6.按照权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述传播速度补偿因数被确定为第一和第二参考反射体之间的所述已知距离和利用所述接收电磁信号确定的第一和第二参考反射体之间的距离的比值。
7.按照权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述确定填充液位的步骤包括下述步骤：
根据利用分别被所述第一参考反射体和所述表面反射的接收电磁信号确定的所述第一参考反射体和所述表面之间的距离、和所述传播速度补偿因数，来确定所述第一参考反射体和所述产品的表面之间的补偿距离；以及
把所述补偿距离与参考位置和所述第一参考反射体之间的已知距离相加。
8.按照权利要求1-7中任意一项所述的方法，进一步包括下述步骤：
根据所述接收电磁信号来确定回波波形；以及
从所述回波波形中减去由所述参考反射体反射所述发送电磁信号而产生的参考回波，从而便于区分由产品的表面反射所述发送电磁信号而产生的表面回波。
9.一种用于确定储罐(5)中的产品(6)的填充液位的雷达液位计系统(1)，所述雷达液位计系统包含：
收发机(10)，用于生成、发送和接收电磁信号；
探针(3)，与所述收发机(10)连接，用于把发送电磁信号(ST)从所述收发机(10)引导到储罐内的所述产品内，并把由所述产品的表面(7)反射所述发送电磁信号而产生的反射电磁信号(SR)返回所述收发机(10)；
多个参考反射体(4a-j)，每个参考反射体沿探针(3)被布置在相应的已知位置，并被配置成把所述发送电磁信号(ST)的一部分反射回所述收发机(10)，其中所述多个参考反射体包括：
第一参考反射体(4e)，位于所述表面(7)的上方，并且位于所述储罐(5)中一个液位范围内的液位，其中在所述储罐(5)的正常使用期间，所述填充液位在所述液位范围内波动；以及
第二参考反射体(4d)，位于所述第一参考反射体(4e)上方的已知距离处；以及
处理电路(11)，与所述收发机(10)连接，用于根据分别由产品的表面(7)以及第一参考反射体(4e)和第二参考反射体(4d)反射的接收电磁信号、以及第一和第二参考反射体之间的所述已知距离，来确定所述填充液位。
10.按照权利要求9所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述第二参考反射体(4d)被布置在所述液位范围内的液位，其中在储罐的正常使用期间，所述填充液位在所述液位范围内波动。
11.按照权利要求9或10所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参考反射体(4a-e)中，所述第一参考反射体(4e)的位置最接近所述表面(7)。
12.按照权利要求9-11中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参考反射体(4a-e)中，所述第二参考反射体(4d)的位置最接近所述第一参考反射体(4e)。
13.按照权利要求9-11中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参考反射体(4a-e)中，所述第二参考反射体(4a)最远离所述第一参考反射体(4e)。
14.按照权利要求9-13中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，每个所述参考反射体(4a-j)包含：
为所述发送电磁信号(ST)提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；以及
为所述发送电磁信号(ST)提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，
所述上部和下部沿探针(3)隔开一定距离(LC)，选择所述距离(LC)，使得由所述第一阻抗转变反射的电磁信号(SR1)和由所述第二阻抗转变反射的电磁信号(SR2)一起形成具有正部分和负部分的复合反射电磁信号，从而便于区分由所述参考反射体(4a-j)反射的接收电磁信号。
15.按照权利要求9-14中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述参考反射体(4a-j)基本上沿所述探针(3)的整个延伸分布。
16.按照权利要求9-15中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述参考反射体(4a-j)沿所述探针(3)被不规则地隔开。
17.按照权利要求9-16中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述探针(3)是单线探针，并且以同轴布置在所述探针(3)上的大致圆柱形结构(30)的形式来提供每个所述参考反射体。
18.按照权利要求17所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述大致圆柱形结构(30)包含在其上端的上部大致截头圆锥形部分(33a)、和在其下端的下部大致截头圆锥形部分(33b)。
19.按照权利要求9-16中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述探针(3)是单线探针，以及以附着在探针上的反射板(46)的形式来提供每个所述参考反射体。
20.一种用于确定储罐(5)中的产品(6)的填充液位的雷达液位计系统(1)，所述雷达液位计系统包含：
收发机(10)，用于生成、发送和接收电磁信号；
探针(3)，与所述收发机(10)连接，用于把发送电磁信号(ST)从所述收发机引导到储罐内的所述产品内，并把在所述产品的表面(7)处反射后的反射电磁信号(SR)返回所述收发机(10)；
多个参考反射体(4a-j)，每个参考反射体沿探针(3)被布置在相应的已知位置，并被配置成把所述发送电磁信号的一部分反射回所述收发机(10)，
其中，每个所述参考反射体具有：
为所述发送电磁信号(ST)提供到较高阻抗的第一阻抗转变的上部；以及
为所述发送电磁信号(ST)提供到较低阻抗的第二阻抗转变的下部，
所述上部和下部沿探针(3)隔开一定距离(LC)，选择所述距离(LC)，使得由所述第一阻抗转变反射的电磁信号(SR1)和由所述第二阻抗转变反射的电磁信号(SR2)一起构成具有正部分和负部分的复合反射电磁信号；以及
处理电路(11)，与所述收发机(10)连接，用于根据由所述表面(7)反射的接收电磁信号、和至少由包含在所述多个参考反射体中的第一参考反射体(4e)反射的接收电磁信号，来确定所述填充液位。
21.按照权利要求20所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述第一参考反射体(4e)位于产品(6)的所述表面(7)的上方。
22.按照权利要求20或21所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述第一参考反射体(4e)位于所述储罐(5)中一个液位范围内的液位，在所述储罐的正常使用期间，所述填充液位在所述液位范围内波动。
23.按照权利要求20-22中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参考反射体(4a-e)中，所述第一参考反射体(4e)的位置最接近所述表面(7)。
24.按照权利要求20-23中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述填充液位确定还基于由位于所述第一参考反射体(4e)上方的第二参考反射体(4d)反射的接收电磁信号。
25.按照权利要求24所述的雷达液位计系统(1)，其中，在位于所述表面上方的参考反射体中，所述第二参考反射体(4d)的位置最接近所述第一参考反射体(4e)。
26.按照权利要求20-25中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述参考反射体(4a-j)基本上沿所述探针(3)的整个延伸分布。
27.按照权利要求20-26中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述参考反射体(4a-j)沿所述探针(3)被不规则地隔开。
28.按照权利要求20-27中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述探针(3)是单线探针，以及以同轴布置在所述探针上的大致圆柱形结构(30)的形式来提供每个所述参考反射体。
29.按照权利要求28所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述大致圆柱形结构(30)包含在其上端的上部大致截头圆锥形部分(33a)、和在其下端的下部大致截头圆锥形部分(33b)。
30.按照权利要求20-27中任意一项所述的雷达液位计系统(1)，其中，所述探针(3)是单线探针，以及以附着在探针(3)上的反射板(46)的形式来提供每个所述参考反射体。
31.按照权利要求1-8中任意一项所述的方法，进一步包括：
在雷达液位计的外部传送表示确定的填充液位的第一值、和表示所述第一和第二参考反射体之间的确定距离的第二值，
根据包括第一值、第二值的至少两个量值，以及所述第一和第二参考反射体之间的已知距离，在雷达液位计的远程确定雷达液位计是否正确运行。
32.按照权利要求9-30中任意一项所述的雷达液位计系统，进一步包括：
位于处理电路附近的第一通信电路，以及布置成远离所述第一通信电路并且包括用于确定雷达液位计系统是否正确运行的确定电路的第二通信电路，
所述第一通信电路用于把第一值和第二值传送给第二通信电路，所述第一值表示由所述表面反射的电磁信号，所述第二值表示由包含在所述多个参考反射体中的至少一个参考反射体反射的电磁信号，
所述确定电路用于根据包括第一值、第二值的至少两个量值，以及所述至少一个参考反射体的已知位置，来确定雷达液位计系统是否正确运行。
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