專利名稱：用于使用微波發(fā)射器探測材料的傳感器組件及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域大體上涉及用于探測材料存在的系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于在使用微波發(fā)射器來探測材料存在中使用的傳感器組件。
背景技術(shù)：
至少ー些已知的傳感器系統(tǒng)用于探測例如金屬、液體或其他物質(zhì)變化形式等材料的存在。材料的存在或材料存在的缺乏的探測可在各種應(yīng)用中使用，例如控制系統(tǒng)。例如，這樣的探測方法可與用于在各種系統(tǒng)(例如但不限于，制造系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)和安全系統(tǒng))中使用的應(yīng)用的開關(guān)應(yīng)用、水平高度探測器(level detector)和/或計數(shù)器一起使用。材料的探測可使用渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器來進(jìn)行。然而，因為 這樣的傳感器的測量范圍是有限的，可使用這樣的傳感器的位置大體上受到限制。此外，這些傳感器的操作典型地使它們局限于只是沒有復(fù)雜的設(shè)置的導(dǎo)電材料。如此，已知探測系統(tǒng)的有效性可受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供用于在系統(tǒng)中使用的傳感器組件。該傳感器組件包括至少一個探頭，用于探測該系統(tǒng)內(nèi)材料的存在，其中該探頭包括微波發(fā)射器。該微波發(fā)射器從至少ー個微波信號產(chǎn)生至少ー個電磁場，其中當(dāng)材料與該電磁場相互作用時，對該微波發(fā)射器引起加載。數(shù)據(jù)管道耦合于該微波發(fā)射器，其中代表該加載的至少ー個加載信號從微波發(fā)射器反射在數(shù)據(jù)管道內(nèi)。至少ー個信號處理裝置經(jīng)由數(shù)據(jù)管道耦合于該微波發(fā)射器。該信號處理裝置配置成接收加載信號并且產(chǎn)生代表材料存在的電輸出，其中該電輸出能由操作者和/或系統(tǒng)使用。在另ー個實施例中，提供用于探測材料存在的方法。至少ー個微波信號被傳送至微波發(fā)射器。然后由該微波發(fā)射器基于該微波信號產(chǎn)生至少ー個電磁場。此外，當(dāng)材料與電磁場互相作用時，對該微波發(fā)射器引起加載，其中代表該加載的至少ー個加載信號從微波發(fā)射器反射在數(shù)據(jù)管道內(nèi)。該加載信號然后由至少ー個信號處理裝置接收。該信號處理裝置然后產(chǎn)生代表材料存在的電輸出，其中該電輸出能由操作者和/或系統(tǒng)使用。在再另ー個實施例中，提供用于在探測材料存在中使用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個傳感器組件和耦合于該傳感器組件的電裝置。該傳感器組件包括至少ー個探頭，用于探測該系統(tǒng)內(nèi)材料的存在，其中該探頭包括微波發(fā)射器。該微波發(fā)射器從至少一個微波信號產(chǎn)生至少ー個電磁場，其中當(dāng)材料與該電磁場相互作用時，對該微波發(fā)射器引起加載。數(shù)據(jù)管道耦合于該微波發(fā)射器，其中代表該加載的至少ー個加載信號從微波發(fā)射器反射在數(shù)據(jù)管道內(nèi)。至少ー個信號處理裝置經(jīng)由數(shù)據(jù)管道耦合于該微波發(fā)射器。該信號處理裝置配置成接收加載信號并且產(chǎn)生代表材料存在的電輸出，其中該電輸出能由操作者和/或系統(tǒng)使用。


圖I是可在探測材料存在中使用的示范性探測系統(tǒng)的框圖；圖2是可與圖I中示出的探測系統(tǒng)一起使用的示范性傳感器組件的框圖。圖3是用于在使用圖2中示出的傳感器組件來探測材料存在中使用的探測系統(tǒng)的備選實施例的框圖；圖4是可實現(xiàn)以使用圖2中示出的傳感器組件來探測材料存在的示范性方法的流
程圖。
具體實施例本文描述的示范性方法、設(shè)備和系統(tǒng)克服了與用于探測材料存在的已知探測系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的至少ー些劣勢。具體地，本文描述的實施例提供傳感器組件，其使用微波發(fā)射器來探測材料的存在。此外，材料存在的探測或材料存在缺乏的探測(即，未探測到)可在各種應(yīng)用中使用，例如控制系統(tǒng)。例如，這樣的探測方法可與用于在各種系統(tǒng)(例如但不限干，制造系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)和/或安全系統(tǒng))中使用的應(yīng)用的開關(guān)應(yīng)用、水平高度探測器和/或計數(shù)器一起使用。此外，與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器和/或電容傳感器(其與已知系統(tǒng)一起使用)相比，用于探測材料的微波發(fā)射器的使用提供更長的測量范圍和更高的頻率響應(yīng)。圖I圖示可用于探測材料110的存在的示范性系統(tǒng)100。在示范性實施例中，材料110是液體，并且更具體地，材料110是剩余燃料。備選地，材料110可以是使系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的固體，例如金屬、非金屬物體和/或任何其他產(chǎn)品或物質(zhì)變化形式。在示范性實施例中，材料110容納在例如貯槽(sump)等儲存器111內(nèi)。此外，在示范性實施例中，系統(tǒng)100包括機器112。在示范性實施例中，機器112可以是燃?xì)鉁u輪機引擎。盡管示范性實施例包括燃?xì)鉁u輪機引擎，本發(fā)明不限于任何ー個特定的機器和/或系統(tǒng)，并且本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將意識到當(dāng)前的發(fā)明可連同其他機器和/或系統(tǒng)使用。在示范性實施例中，機器112經(jīng)由排放管116耦合于儲存器111。應(yīng)該注意，如本文使用的，術(shù)語“耦合”不限于部件之間的直接的機械和/或電連接，而還可包括多個部件之間的間接的機械和/或電連接。此外，在示范性實施例中，排放管116將材料110從機器112的燃燒室段120輸送到儲存器111，其中可定期對材料110抽樣并且將材料傳輸?shù)教幹貌考?未示出)，例如材料槽、廢物槽和/或其他處置部件。在示范性實施例中，系統(tǒng)100包括監(jiān)視儲存器111的至少ー個傳感器組件124。傳感器組件124是接近度傳感器組件124，其緊密地接近儲存器111定位以用于在探測儲存器111中材料110的存在中使用。傳感器組件124包括探頭(未在圖I中示出)，其包括發(fā)射器(未在圖I中示出)，其中該探頭是包括微波發(fā)射器的微波探頭。傳感器組件124使用一個或多個微波信號來探測材料110的存在或探測材料110的存在的缺乏，即不存在。如本文使用的，術(shù)語“微波”指具有在大約300兆赫茲(MHz)乃至大約300千兆赫茲(GHz)之間的頻率的信號或接收和/或傳送具有在大約300兆赫茲(MHz)和至大約300千兆赫茲(GHz)之間的頻率的信號部件。每個傳感器組件124被安置在系統(tǒng)100內(nèi)的任何相對位置。此外，在示范性實施例中，系統(tǒng)100包括至少ー個電裝置130，其耦合于一個或多個傳感器組件124。更具體地，傳感器組件124經(jīng)由數(shù)據(jù)管道134或經(jīng)由數(shù)據(jù)管道136耦合于電裝置130。備選地，傳感器組件124可無線耦合于電裝置130。在示范性實施例中，電裝置130是診斷系統(tǒng)。電裝置130可以是任何其他類型的電裝置，例如控制系統(tǒng)和/或顯示系統(tǒng)，其使系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用。電裝置130包括計算機140，其處理和/或分析由傳感器組件124產(chǎn)生的ー個或多個信號。如本文使用的，術(shù)語“處理”指對信號的至少ー個特性進(jìn)行調(diào)整、濾波、緩沖和/或更改的操作。計算機140經(jīng)由鍵盤144接收來自操作者的命令。關(guān)聯(lián)的監(jiān)視器146，例如但不限于液晶顯示器(LCD)和陰極射線管，使操作者能夠觀察從計算機140接收的數(shù)據(jù)。監(jiān)視器146提供數(shù)據(jù)的圖形和/或文本表示。監(jiān)視器146可采用例如波形、警告、警報、關(guān)閉、圖表和/或曲線圖等各種形式提供信號表示。操作者供應(yīng)的命令和參數(shù)由計算機140使用來提供關(guān)于從傳感器組件124接收的信號的信息。更具體地，在示范性實施例中，計算機140通知操作者儲存器111中的材料110何時積累到預(yù)定閾值水平高度?？稍趥鞲衅鹘M件124和/或電裝置130中對該閾值水平高度編程。
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在示范性實施例中，計算機140包括裝置(未示出)，例如軟盤驅(qū)動器、⑶-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、磁性光盤(MOD)驅(qū)動器或任何其他數(shù)字裝置，其包括例如以太網(wǎng)裝置等網(wǎng)絡(luò)連接裝置，用于讀取來自例如軟盤、CD-ROM、DVD或另ー個數(shù)字源(例如網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)等)以及尚未被開發(fā)的數(shù)字部件等計算機可讀介質(zhì)(未示出)的指令和/或數(shù)據(jù)。計算機140可執(zhí)行存儲在固件中的指令。對計算機140編程來進(jìn)行本文描述的功能，并且如本文使用的，術(shù)語計算機不限于只是大體上稱為計算機的那些集成電路，而是廣泛地指計算機、處理器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器、專用集成電路以及其他可編程電路，并且這些術(shù)語在本文中能互換地使用。另外，盡管本文描述的方法和系統(tǒng)在エ業(yè)環(huán)境中描述，預(yù)期本發(fā)明的益處也適于非エ業(yè)系統(tǒng)。在操作期間，材料110經(jīng)由排放管116從燃燒室段120輸送至儲存器111。此外，傳感器組件124探測材料110的存在。當(dāng)材料110積累達(dá)到儲存器111內(nèi)的預(yù)定閾值水平高度時，傳感器組件124探測材料110的存在并且在下文更詳細(xì)地解釋該探測。傳感器組件124然后傳送代表材料110的存在的模擬信號(在下文中稱為“探測模擬信號”)或代表材料110的存在的數(shù)字信號(在下文中稱為“探測數(shù)字信號”)至電裝置130用于處理和/或分析。在電裝置130處理和/或分析探測模擬信號或探測數(shù)字信號后，操作者可經(jīng)由監(jiān)視器146觀察數(shù)據(jù)。操作者能夠觀察儲存器111中的材料是否已經(jīng)達(dá)到或超出預(yù)定閾值水平高度。如果超出閾值水平高度，操作者可阻止機器112輸送任何額外的材料110至儲存器111直到儲存器111中的現(xiàn)有材料110已經(jīng)被輸送至處置部件。與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器(其與系統(tǒng)100—起使用)相比，通過使用微波發(fā)射器，傳感器組件124能夠具有更長的測量范圍和更高的頻率響應(yīng)。當(dāng)使用微波發(fā)射器來探測材料存在時，與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器(其可用于探測材料110的存在)相比，探測范圍大幅擴展。與可使用已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器相比，通過使用微波發(fā)射器，可使用傳感器組件124的位置受到的限制少得多。因為與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器相比，頻率響應(yīng)對于微波發(fā)射器更高，傳感器組件124能夠提供更準(zhǔn)確的測量。圖2是可與系統(tǒng)100(在圖I中示出)一起使用的傳感器組件124的框圖。傳感器組件124包括信號處理裝置200和經(jīng)由數(shù)據(jù)管道204耦合于該信號處理裝置200的探頭202。備選地，探頭202可無線耦合于信號處理裝置200。在示范性實施例中，探頭202接近儲存器111安置。備選地，探頭202可安置在儲存器111內(nèi)。探頭202包括發(fā)射器206，其耦合于探頭外殼208并且用于產(chǎn)生電磁場209。發(fā)射器206經(jīng)由數(shù)據(jù)管道204耦合于信號處理裝置200。備選地，發(fā)射器206可無線耦合于信號處理裝置200。探頭202是微波探頭202，其包括微波發(fā)射器206。此外，在示范性實施例中，信號處理裝置200包括定向耦合裝置210，其耦合于傳送功率探測器212、接收功率探測器214和信號調(diào)節(jié)裝置216。信號調(diào)節(jié)裝置216包括信號發(fā)生器218、減法器220和閾值探測電路222。閾值探測電路222經(jīng)由數(shù)據(jù)管道134或經(jīng)由數(shù)據(jù)管道136 (在圖I中示出)耦合于電裝置130。對 閾值探測電路222編程有用于控制儲存器111中的材料110的水平高度的至少ー個閾值。傳感器組件124包括轉(zhuǎn)換器240，其耦合于閾值探測電路222和電裝置130。轉(zhuǎn)換器240經(jīng)由數(shù)據(jù)管道134和136耦合于閾值探測電路222。備選地，轉(zhuǎn)換器240可無線耦合于閾值探測電路222。在示范性實施例中，轉(zhuǎn)換器240還經(jīng)由數(shù)據(jù)管道244耦合于電裝置130。備選地，轉(zhuǎn)換器240可無線耦合于電裝置130。在示范性實施例中，轉(zhuǎn)換器240是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將從閾值探測電路222接收的至少ー個模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。備選地，轉(zhuǎn)換器240可以是數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其將從閾值探測電路222接收的至少ー個數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。在示范性實施例中，在操作期間，信號發(fā)生器218在等于和/或近似等于發(fā)射器206的諧振頻率的微波頻率處產(chǎn)生至少ー個電信號(在下文中稱為“微波信號”)。信號發(fā)生器218傳送微波信號至定向耦合裝置210。定向耦合裝置210進(jìn)而傳送微波信號至傳送功率探測器212和發(fā)射器206。當(dāng)微波信號被傳送通過發(fā)射器206吋，電磁場209從發(fā)射器206向外發(fā)射并且發(fā)射至探頭外殼208外部。如果例如材料110等材料進(jìn)入電磁場209，可在材料110和場209之間發(fā)生電磁耦合。因為材料110在電磁場209內(nèi)的存在，電磁場209由于材料110內(nèi)的感應(yīng)和/或電容效應(yīng)(其可使電磁場209的至少一部分作為電流和/或電荷感應(yīng)地和/或電容地耦合于物體)而被擾亂。在這樣的實例中，發(fā)射器206失諧(即，發(fā)射器206的諧振頻率降低和/或改變，等)并且對發(fā)射器206引起加載。對發(fā)射器206引起的加載使微波信號(在下文中稱為“失諧加載信號”)反射以通過數(shù)據(jù)導(dǎo)管204朝定向耦合裝置210傳送。失諧加載信號具有比微波信號的功率幅值更低的功率幅值和/或具有與微波信號的相位不同的相位。此外，在示范性實施例中，失諧加載信號的功率幅值取決于物體到發(fā)射器206的接近度。定向耦合裝置210傳送失諧加載信號至接收功率探測器214。接收功率探測器214測量包含在失真信號中的功率量，并且傳送代表測量的失諧加載信號功率的信號至信號調(diào)節(jié)裝置216。傳送功率探測器212探測包含在微波信號中的功率量，并且傳送代表測量的微波信號功率的信號至信號調(diào)節(jié)裝置216。減法器220接收測量的微波信號功率和測量的失諧加載信號功率，并且計算微波信號功率和失諧加載信號功率之間的差。減法器220傳送代表所計算的差的信號(在下文中稱為“功率差信號”)至閾值探測電路222。閾值探測電路222將功率差值信號變換成例如電壓輸出信號(即，“探測模擬信號”)等電輸出，其呈現(xiàn)材料與探測模擬信號的幅值之間的大致上線性關(guān)系。探測模擬信號是ニ進(jìn)制輸出，其代表接近于傳感器組件124并且在電磁場209內(nèi)的材料110的存在。更具體地,在示范性實施例中，該ニ進(jìn)制輸出包括數(shù)值0或I,其中0指示材料110不接近于傳感器組件124并且不在電磁場209內(nèi)，并且I指示材料110接近于傳感器組件124并且在電磁場209內(nèi)。備選地，探測模擬信號可以是使傳感器組件124和系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他類型的輸出。閾值探測電路222傳送探測模擬信號至電裝置130(其中啟用比例因子用于在電裝置130內(nèi)處理和/或分析)或至轉(zhuǎn)換器240，其中探測模擬信號在被傳送至電裝置之前被轉(zhuǎn)換為探測數(shù)字信號。在示范性實施例中，電裝置130可以使用模擬或數(shù)字信號處理技木，或作為這兩個的混合組合。例如，在示范性實施例中，探測模擬信號具有每毫米伏特的比例因子。備選地，探測模擬信號可具有使電裝置130和/或系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他比例因子。圖3圖示可在探測材料310的存在中使用的使用傳感器組件124的系統(tǒng)300的備選實施例。在示范性實施例中，材料310是金屬物體。更具體地，物體310是鋁罐。備選地，材料310可以是液體、非金屬物體和/或使系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他物質(zhì)。此外，在示范性實施例中，系統(tǒng)300包括平臺314，例如輸送帶。在示范性實施例中，在平臺314上安置至少ー個物體，例如物體310。此外，平臺314能移動使得安置在平臺314上的物體310可輸送至容器318。在平臺314上安置入口 320，并且在示范性實施例中，打開以及關(guān)閉入口 320以使物體310能夠輸送至容器318。入口 320是打開還是關(guān)閉基于電信號。在示范性實施例中，系統(tǒng)300包括至少ー個傳感器組件124，其監(jiān)視平臺314上的材料310。更具體地，在示范性實施例中，系統(tǒng)300包括兩個傳感器組件124。備選地，系統(tǒng)300可包括任何數(shù)量的傳感器組件。此外，備選地，每個傳感器組件124可監(jiān)視和/或探測系統(tǒng)300的任何其他狀況，其使系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣起作用。在示范性實施例中，當(dāng)材料310靠近平臺314上的傳感器組件124吋，每個傳感器組件124緊密地接近平臺和/或材料310安置。這樣的位置使每個傳感器組件124能夠在材料310靠近平臺314上的傳感器組件124時準(zhǔn)確地探測材料310的存在。備選地，每個傳感器組件124可安置在使系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣起作用的系統(tǒng)300內(nèi)的任何相對位置。在示范性實施例中，系統(tǒng)300包括電裝置330，其耦合于一個或多個傳感器組件124。更具體地，在示范性實施例中，每個傳感器組件124經(jīng)由數(shù)據(jù)管道334或經(jīng)由數(shù)據(jù)管道336耦合于電裝置330。備選地，傳感器組件124可無線耦合于電裝置330。在示范性實施例中，電裝置330是控制系統(tǒng)。備選地，電裝置330可以是使系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他類型的電裝置，例如診斷系統(tǒng)和/或顯示裝置。更具體地，在示范性實施例中，電裝置330是實時控制器，該實時控制器包括任何適合的基于處理器或基于微處理器的系統(tǒng)(例如計算機系統(tǒng))，其包括微控制器、精簡指令集電、路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路和/或能夠執(zhí)行本文描述的功能的任何其他電路或處理器。在一個實施例中，電裝置330可以是微處理器，其包括只讀存儲器(ROM)和/或隨機存取存儲器(RAM)，例如具有2M位ROM和64K位RAM的32位微型計算機。如本文使用的，術(shù)語“實時”指在輸入的變化影響結(jié)果之后的大致上短的時段內(nèi)發(fā)生的結(jié)果，其中時段是設(shè)計參數(shù)，可基于結(jié)果的重要性和/或系統(tǒng)處理輸入以產(chǎn)生結(jié)果的能力來選擇該設(shè)計參數(shù)。在示范性實施例中，電裝置330包括存儲器區(qū)域340，其存儲可執(zhí)行指令和/或一個或多個操作參數(shù)，該ー個或多個操作參數(shù)代表和/或指示入口 320的操作狀況。更具體地，在示范性實施例中，存儲器區(qū)域340存儲與傳感器組件110間隔預(yù)定距離360的材料310的預(yù)定范圍的接近度。經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)366從耦合于電裝置330的用戶計算裝置364接收該預(yù)定范圍。網(wǎng)絡(luò)336可包括，但不限于因特網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、無線LAN (WLAN)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和/或虛擬專用網(wǎng)(VPN)。用戶計算裝置364和電裝置330使用有線網(wǎng)絡(luò)連接(例 如，以太網(wǎng)或光纖)、無線通信手段、例如射頻(RF)、電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)802. 11標(biāo)準(zhǔn)(例如，802. 11(g)或802. 11 (n))、微波接入全球互通(WIMAX)標(biāo)準(zhǔn)、蜂窩電話技術(shù)(例如，移動通信全球標(biāo)準(zhǔn)(GSM))、衛(wèi)星通信鏈路和/或任何其他適合的通信手段來互相通信和/或與網(wǎng)絡(luò)366通信。WIMAX是俄勒岡州比弗頓市的WiMax Forum的注冊商標(biāo)。IEEE是紐約州紐約市的電氣和電子工程師協(xié)會公司的注冊商標(biāo)。在示范性實施例中，電裝置330還包括處理器370，其耦合于存儲器區(qū)域340并且對其編程以至少部分基于ー個或多個操作參數(shù)來計算入ロ 320的狀況。在一個實施例中，處理器370可包括處理單元，非限制地例如，集成電路(1C)、專用集成電路(ASIC)、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)和/或任何其他可編程電路。備選地，處理器370可包括多個處理単元(例如，采用多核配置)。更具體地，在示范性實施例中，對處理器370編程以基于是否在平臺314上探測到材料310的存在來確定是否應(yīng)該打開或關(guān)閉入口 320。另外，還可對處理器370編程來對傳感器組件124探測到的每個物體310計數(shù)。在示范性實施例中，電裝置330還包括控制接ロ 376，其配置成控制入口 320的操作。此外，在示范性實施例中，控制接ロ 376經(jīng)由數(shù)據(jù)管道380耦合于入口 320。備選地，控制接ロ 376可無線耦合于入口 320。在示范性實施例中，控制接ロ 376配置成經(jīng)由數(shù)據(jù)管道380傳送電信號至入口 320以便打開或關(guān)閉入口 320。在示范性實施例中，在操作期間，當(dāng)材料310靠近傳感器組件124吋，由每個傳感器組件124探測材料110的存在并且每個傳感器組件124傳送代表材料110存在的模擬信號(即，“探測模擬信號”)至電裝置130用于處理和/或分析。更具體地，在示范性實施例中，信號發(fā)生器218 (在圖2中示出)在等于和/或近似等于發(fā)射器206 (在圖2中示出)的諧振頻率的微波頻率處產(chǎn)生至少ー個電信號(在下文中稱為“微波信號”)。信號發(fā)生器218傳送該微波信號至定向耦合裝置210 (在圖2中示出)。定向耦合裝置210進(jìn)而傳送該微波信號至傳送功率探測器212 (在圖2中示出)和發(fā)射器206。當(dāng)微波信號被傳送通過發(fā)射器206吋，電磁場209 (在圖2中示出)從發(fā)射器206向外發(fā)射并且發(fā)射至探頭外殼208 (在圖2中示出)外部。如果例如材料310等材料進(jìn)入電磁場209，可在材料310和場209之間發(fā)生電磁耦合。更具體地，因為材料310在電磁場209內(nèi)的存在，電磁場209由于材料310內(nèi)的感應(yīng)和/或電容效應(yīng)(其可使電磁場209的至少一部分作為電流和/或電荷感應(yīng)地和/或電容地耦合于物體)而被擾亂。在這樣的實例中，發(fā)射器206失諧(即，發(fā)射器206的諧振頻率降低和/或改變，等)并且對發(fā)射器206引起加載。對發(fā)射器206引起的加載使微波信號(在下文中稱為“失諧加載信號”)反射以通過數(shù)據(jù)導(dǎo)管204(在圖2中示出)朝定向耦合裝置210傳送。在示范性實施例中，失諧加載信號具有比微波信號的功率幅值更低的功率幅值和/或具有與微波信號的相 位不同的相位。此外，在示范性實施例中，失諧加載信號的功率幅值取決于材料310到發(fā)射器206的接近度。定向耦合裝置210傳送失諧加載信號至接收功率探測器214 (在圖2中示出)。在示范性實施例中，接收功率探測器214測量包含在失真信號中的功率量，并且傳送代表測量的失諧加載信號功率的信號至信號調(diào)節(jié)裝置216 (在圖2中示出)。傳送功率探測器212探測包含在微波信號中的功率量，并且傳送代表測量的微波信號功率的信號至信號調(diào)節(jié)裝置216。在示范性實施例中，減法器220(在圖2中示出)接收測量的微波信號功率和測量的失諧加載信號功率，并且計算微波信號功率和失諧加載信號功率之間的差。減法器220傳送代表所計算的差的信號(在下文中稱為“功率差信號”)至閾值探測電路222 (在圖2中示出)，對該閾值探測電路222編程有材料310到發(fā)射器206的接近度的閾值。更具體地，在示范性實施例中，對該閾值探測電路222編程有代表材料310是否接近發(fā)生器206并且材料310是否在電磁場209內(nèi)的值。在示范性實施例中，閾值探測電路222將功率差值信號變換成例如電壓輸出信號(即，“探測模擬信號”)等電輸出，其呈現(xiàn)材料與探測模擬信號的幅值之間的大致上線性關(guān)系。此外，在示范性實施例中，探測模擬信號是ニ進(jìn)制輸出，其代表接近于傳感器組件124并且在電磁場209內(nèi)的材料310的存在。更具體地，在示范性實施例中，該ニ進(jìn)制輸出包括數(shù)值0或1，其中0指示材料310不接近于傳感器組件124并且不在電磁場209內(nèi)，并且I指示材料310接近于傳感器組件124并且在電磁場209內(nèi)。備選地，探測模擬信號可以是使傳感器組件124和系統(tǒng)300能夠如本文描述的那樣起作用的任何其他類型的輸出。此外，在示范性實施例中，閾值探測電路222傳送探測模擬信號至電裝置330，其中啟用比例因子用于在電裝置330內(nèi)處理和/或分析。在電裝置330處理和/或分析探測模擬信號后，控制接ロ 376經(jīng)由數(shù)據(jù)管道380傳送電信號至入口 320。在示范性實施例中，然后打開入口 320使得材料310可被輸送至容器318。圖4是可用于使用例如傳感器組件124(在圖1、2和3中示出)等傳感器組件來探測例如材料110 (在圖I中示出)或材料310 (在圖3中示出)等材料的存在的示范性方法400。在不范性實施例中，至少ー個微波信號被傳送402至微波發(fā)射器206 (在圖2中不出)。然后由發(fā)射器206從微波信號產(chǎn)生404電磁場209(在圖2中示出)。然后當(dāng)材料110或310與電磁場209相互作用時，對發(fā)射器206引起406加載，其中代表該加載的至少一個加載信號從微波發(fā)射器206反射在數(shù)據(jù)管道204(在圖2中示出)內(nèi)。至少ー個信號處理裝置200 (在圖2中示出)接收408加載信號。然后產(chǎn)生410代表材料110或310的存在的電輸出。材料110或材料310的存在的探測或不存在的探測可在各種應(yīng)用中使用。在ー個實施例中，材料110的探測可用于準(zhǔn)確地監(jiān)視耦合于機器112(在圖I中示出)的儲存器111(在圖I中示出)中的材料110的水平高度。在另ー個實施例中，可基于材料310的存在的探測打開或關(guān)閉入口 320 (在圖3中示出)。上文描述的實施例提供用于在探測材料存在中使用的高效和成本有效的傳感器組件。具體地，本文描述的實施例提供傳感器組件，其使用微波發(fā)射器來探測材料的存在。此外，材料的存在或存在缺乏的探測可在各種應(yīng)用中使用，例如控制系統(tǒng)。例如，這樣的探測方法可用于開關(guān)應(yīng)用、水平高度探測器或計數(shù)器，其用于在各種系統(tǒng)(例如但不限于，制造系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)和安全系統(tǒng))中使用的應(yīng)用。與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器(其與已知系統(tǒng)一起使用)相比，基于微波發(fā)射器的傳感器組件提供更長的測量范圍和更高的頻率響應(yīng)。如此， 當(dāng)使用微波發(fā)射器來探測材料存在時，與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器(其可用于探測材料的存在)相比，探測范圍大幅擴展。此外，可使用該傳感器組件的位置與使用已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器的傳感器組件相比受到的限制少得多。此外，因為與已知的渦流傳感器、磁性拾音傳感器或電容傳感器相比，頻率響應(yīng)對于微波發(fā)射器更高，本文論述的傳感器組件能夠提供更準(zhǔn)確的測量。傳感器組件和用于探測材料存在的方法的示范性實施例在上文詳細(xì)描述。方法和傳感器組件不限于本文描述的具體實施例，相反地，傳感器組件的部件和/或方法的步驟可獨立并且與本文描述的其他部件和/或步驟分開使用。例如，傳感器組件還可結(jié)合其他系統(tǒng)和方法使用，并且不限于只用本文描述的系統(tǒng)實踐。相反，示范性實施例可以連同許多其他測量和/或監(jiān)視應(yīng)用實現(xiàn)和使用。盡管本發(fā)明的各種實施例的具體特征可在ー些圖中而不在其他圖中示出，這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結(jié)合任何其他圖的任何特征來引用和/或要求保護(hù)。該書面說明使用示例以公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想起的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.用于在系統(tǒng)(100)中使用的傳感器組件(124)，所述傳感器組件包括 至少ー個探頭，用于在探測所述系統(tǒng)內(nèi)材料(110)的存在中使用，所述至少一個探頭包括微波發(fā)射器(206),其從至少一個微波信號產(chǎn)生至少ー個電磁場(209),其中當(dāng)所述材料與所述至少ー個電磁場相互作用吋，對所述微波發(fā)射器引起加載； 數(shù)據(jù)管道(204)，其耦合于所述微波發(fā)射器，其中代表所述加載的至少ー個加載信號從所述微波發(fā)射器反射在所述數(shù)據(jù)管道內(nèi)；以及 至少ー個信號處理裝置(200)，其經(jīng)由所述數(shù)據(jù)管道耦合于所述微波發(fā)射器，所述至少ー個信號處理裝置配置成接收所述至少ー個加載信號并且產(chǎn)生代表所述材料存在的電輸出，其中所述電輸出能由操作者和系統(tǒng)中的至少ー個使用。
2.如權(quán)利要求I所述的傳感器組件(124)，其中所述至少ー個信號處理裝置(200)進(jìn)ー步包括閾值探測電路(222)。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器組件(124)，其中對所述閾值探測電路(222)編程有至少ー個閾值使得代表所述材料(110)的存在的所述電輸出基于所述至少ー個閾值。
4.如權(quán)利要求2所述的傳感器組件(124)，其進(jìn)ー步包括耦合于所述閾值探測電路(222)的轉(zhuǎn)換器(240)，其中所述轉(zhuǎn)換器配置成將所述電輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
5.如權(quán)利要求I所述的傳感器組件(124)，其中所述電輸出是模擬信號。
6.如權(quán)利要求I所述的傳感器組件(124)，其中所述材料(110)是液體。
7.如權(quán)利要求I所述的傳感器組件(124)，其中所述材料(110)是金屬物體和非金屬物體中的至少ー個。
8.用于在探測材料(110)的存在中使用的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括 至少ー個傳感器組件(124)，其包括 至少ー個探頭(202)，用于在探測所述系統(tǒng)內(nèi)材料(110)的存在中使用，所述至少ー個探頭包括微波發(fā)射器(206),其從至少一個微波信號產(chǎn)生至少ー個電磁場(209),其中當(dāng)所述材料與所述至少ー個電磁場相互作用吋，對所述微波發(fā)射器(206)引起加載； 數(shù)據(jù)管道(204)，其耦合于所述微波發(fā)射器，其中代表所述加載的至少ー個加載信號從所述微波發(fā)射器反射在所述數(shù)據(jù)管道內(nèi)； 至少ー個信號處理裝置(200)，其經(jīng)由所述數(shù)據(jù)管道耦合于所述微波發(fā)射器，所述至少ー個信號處理裝置配置成接收所述至少ー個加載信號并且產(chǎn)生代表所述材料的存在的電輸出，其中所述電輸出能由操作者和所述系統(tǒng)中的至少ー個使用；以及 耦合于所述至少ー個傳感器組件的電裝置(130)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中所述電裝置(130)是控制系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)中的至少ー個。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中所述至少ー個信號處理裝置(200)進(jìn)ー步包括閾值探測電路(222)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用微波發(fā)射器探測材料的傳感器組件及方法。提供用于在系統(tǒng)(100)中使用的傳感器組件(124)。該傳感器組件包括至少一個探頭(202)，用于探測該系統(tǒng)內(nèi)材料(110)的存在，其中該探頭包括微波發(fā)射器(206)。該微波發(fā)射器從至少一個微波信號產(chǎn)生至少一個電磁場(209)，其中當(dāng)該材料與該電磁場相互作用時，對所述微波發(fā)射器引起加載。數(shù)據(jù)管道(204)耦合于該微波發(fā)射器，其中代表該加載的至少一個加載信號從該微波發(fā)射器反射在該數(shù)據(jù)管道內(nèi)。至少一個信號處理裝置(200)經(jīng)由該數(shù)據(jù)管道耦合于該微波發(fā)射器。該信號處理裝置配置成接收加載信號并且產(chǎn)生代表材料存在的電輸出，其中該電輸出能由操作者和/或系統(tǒng)使用。
文檔編號G01V3/12GK102736115SQ201210100318
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者R·V·詹森, S·K·薩默斯 申請人:通用電氣公司