裝置與單導(dǎo)體探針之間的適當(dāng)?shù)钠ヅ溲b置一起可以被成功 組合。
[0018] "匹配電連接件"在此意在指具有與從第一輸入阻抗到第二輸入阻抗的直接過渡 相比的改進(jìn)的阻抗匹配的電連接件。如以下將詳細(xì)討論的，這樣的直接過渡將導(dǎo)致干擾反 射。已知FMCW系統(tǒng)的傳輸路徑中的這樣的強(qiáng)反射為所述問題的潛在根源。已知該反射也 干擾TDR系統(tǒng)但是通常FMCW系統(tǒng)對(duì)于這樣的干擾更敏感。匹配裝置通過減少這樣的反射 來確保令人滿意的檢測(cè)特性。
[0019] "FMCW型"的表達(dá)應(yīng)當(dāng)被理解為包括下述任何系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中調(diào)頻發(fā)射信號(hào)與反 射的返回信號(hào)被混頻以形成中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)又被用于確定至罐中的表面的距離。在 傳統(tǒng)的FMCW(調(diào)頻連續(xù)波）系統(tǒng)中，發(fā)射信號(hào)具有恒定的幅度和通常為線性變化頻率（頻 率掃描）的變化頻率。在更最近的系統(tǒng)中，頻率掃描被實(shí)現(xiàn)為有時(shí)被稱為"步進(jìn)式"FMCW的 一系列離散頻率。還提出了其他變型，包括：發(fā)射信號(hào)包括一系列分離的、每個(gè)具有不同頻 率的恒定頻率脈沖（參見例如美國公布申請(qǐng)12/981 995)。
[0020] FMCW系統(tǒng)的共同之處在于它們使得能夠進(jìn)行非常準(zhǔn)確的頻率控制，這在確保在受 限帶寬上的令人滿意的阻抗匹配時(shí)顯著有利。脈沖TDR系統(tǒng)也具有在特定頻帶內(nèi)的發(fā)射信 號(hào)但是頻率不像在FMCW系統(tǒng)中在給定范圍內(nèi)變化。更確切地，發(fā)射信號(hào)將包括取決于準(zhǔn)確 脈沖形狀的頻譜，該脈沖形狀將不時(shí)變化并且其極限并不銳利。
[0021] 相對(duì)低的上限頻率降低了電阻損耗（沿探針每米的dB大致增加如頻率的功率的 2/3)。與現(xiàn)有FMCW系統(tǒng)相比，電力耗用和部件成本也可以被降低。至少IGHz的帶寬確保 令人滿意的距離分辨率。
[0022] 在根據(jù)本實(shí)用新型組合單導(dǎo)體探針與任何基于FMCW的系統(tǒng)時(shí)，探針與電氣饋通 裝置的匹配變成關(guān)鍵方面。
[0023] 電氣饋通裝置通常具有相對(duì)低的阻抗（例如，如果使用商用部件，則同軸饋通 裝置具有40ohm至75ohm的阻抗）。另一方面，罐中自由空間中的探針的阻抗通常大于 250ohm，或者甚至大于350ohm(被定義為傳輸功率除以沿線纜的電流的平方）。作為示例， 在針對(duì)相關(guān)工作頻率的自由空間中的、具有4_至IOmm直徑的未涂覆的不銹鋼絲探針具有 在300ohm至400ohm的范圍內(nèi)的阻抗。
[0024] 由于這樣的阻抗失配，傳統(tǒng)的基于TDR的導(dǎo)波雷達(dá)（GWR)系統(tǒng)通常在饋電點(diǎn)處具 有大約1:7的VSWR(50ohm與350ohm之比），這意味著由于反射產(chǎn)生的雙向損耗為7dB。電 氣饋通裝置與探針之間的阻抗過渡的反射系數(shù)通常為大約-2. 5dB，這（連同由反射損耗產(chǎn) 生的傳輸損耗一起）使得來自該阻抗過渡的反射比來自油面的正?；夭◤?qiáng)20dB并且在液 化氣的情況下甚至強(qiáng)更多。
[0025] 在脈沖TDR系統(tǒng)中，這樣的失配通常用來生成校準(zhǔn)脈沖。如果試圖匹配，則匹配 由于脈沖TDR系統(tǒng)所要求的大的相對(duì)帶寬（通常為10:1的量級(jí)）而存在問題。對(duì)于這樣 的頻率，可以使用沿線路的步進(jìn)阻抗匹配并且仍保持線纜的機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)于1:7的轉(zhuǎn)換比 (50ohm與350ohm之比）和5至10的帶寬（0. IGHz至IGHz或者略小，如0.2GHz至IGHz)，這 樣的轉(zhuǎn)換器的長度將超過lm。因此，轉(zhuǎn)換器必須被設(shè)計(jì)成在其部分地位于液面以下時(shí)也能 起作用。很大程度上，現(xiàn)有技術(shù)匹配方案關(guān)注于解決該特定問題，參見例如US 7, 636, 059。
[0026] 在根據(jù)本實(shí)用新型將FMCW系統(tǒng)與單導(dǎo)體探針組合使用時(shí)，不需要這樣的校準(zhǔn)脈 沖，并且確實(shí)消極影響近區(qū)檢測(cè)（接近于罐頂?shù)臋z測(cè)）。然而，本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到：FMCW型 系統(tǒng)還使得能夠使用比脈沖TDR系統(tǒng)小得多的相對(duì)帶寬。小于2. 5的相對(duì)帶寬通過將匹配 裝置的長度針對(duì)同一阻抗步進(jìn)減小近十倍，提供了該匹配問題的意外緩和。這樣受限的相 對(duì)帶寬在使用基帶脈沖的系統(tǒng)中不能實(shí)現(xiàn)。
[0027] 在一些實(shí)施例中，匹配裝置提供了小于-IOdB的反射系數(shù)。換言之，反射信號(hào)的功 率為輸入信號(hào)的功率的-10dB。這小于通過使用基帶脈沖的傳統(tǒng)GWR系統(tǒng)的探針饋送的反 射的20%。很明顯這提高了對(duì)接近于罐最上部處的物位準(zhǔn)確測(cè)量的可能性。
[0028] 在一些實(shí)施例中，匹配裝置提供小于-15dB或者甚至小于_20dB的反射系數(shù)。借 助于這樣的匹配，能夠確保來自電匹配連接件的反射比由罐中的液面引起的反射弱。
[0029] 有利地，匹配裝置不延伸至罐的正常操作區(qū)中，即罐的在其中物品表面可以預(yù)期 符合正常操作條件（或者預(yù)期可能偏離正常操作條件）的區(qū)域中。換言之，在正常使用期 間，匹配裝置將不延伸至容納在罐中的物品中。這意味著由匹配裝置提供的匹配件將在使 用期間不受物品的消極影響。甚至更優(yōu)選地，匹配件的延伸被限制以使得其可以被安裝在 罐頂中的管嘴中。只要密封完整，物品表面將不超過邊界地進(jìn)入管嘴。作為示例，匹配裝置 的物理縱向延伸可以小于20cm。
[0030] 在大多數(shù)應(yīng)用中，探針被電氣饋通裝置機(jī)械地懸掛?？赡艿臋C(jī)械負(fù)荷的通常的規(guī) 范點(diǎn)為30kN至40kN，因此中心導(dǎo)體必須由非常良好的鋼制成并且相當(dāng)厚（5mm的量級(jí)）以 經(jīng)受該力。由于這些機(jī)械約束，電氣饋通裝置從而將具有甚至更低的阻抗，通常大約40ohm 或更小。
【附圖說明】
[0031] 將參照示出了本實(shí)用新型的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。
[0032] 圖1示意性示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)量系統(tǒng)。
[0033] 圖2更詳細(xì)地示出了圖1中的雷達(dá)物位計(jì)。
[0034] 圖3示出了罐饋通結(jié)構(gòu)的一種示例。
[0035] 圖4示出了匹配裝置的另一示例。
[0036] 圖5示出了罐饋通結(jié)構(gòu)的第二示例。
[0037] 圖6示出了圖2中的收發(fā)器和處理電路的框圖。
[0038] 圖7示出了適于本實(shí)用新型的頻率圖。
[0039] 圖8示出了作為最大失配的函數(shù)的步進(jìn)阻抗轉(zhuǎn)換器的長度的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 圖1示意性示出了物位計(jì)量系統(tǒng)1，其包括雷達(dá)物位計(jì)2和被示為控制室的主機(jī)系 統(tǒng)3。在此雷達(dá)物位計(jì)2安裝在從罐5的頂部基本上堅(jiān)直延伸的管狀安裝結(jié)構(gòu)4 (通常被稱 為"管嘴"）上。罐5可以為能夠容納待測(cè)量物品的任何容器或器皿。通常管嘴4是罐上的 現(xiàn)有零件并且最初并不意在用于特定類型的物位計(jì)。因此管嘴4可能具有對(duì)此目的而言不 理想的特?-性。雷達(dá)物位計(jì)當(dāng)然還可以安裝在沒有任何管嘴的罐上。
[0041] 安裝雷達(dá)物位計(jì)2以通過檢測(cè)至物品6的上表面7的距離來測(cè)量容納在罐5中的 物品6的填充物位。還可以檢測(cè)至下界面例如油品與油以下的水之間的界面的距離。雷達(dá) 物位計(jì)2包括測(cè)量單元8和具有表面波導(dǎo)形式的傳播設(shè)備9,該傳播設(shè)備9從測(cè)量單元8朝 向物品6延伸通過管嘴4并且延伸至物品6中。在圖1的示例性實(shí)施例中，表面波導(dǎo)裝置 是柔性單導(dǎo)體探針9,該柔性單導(dǎo)體探針9具有連接至測(cè)量單元8的第一端9a和連接至將 探針保持為直的并且堅(jiān)直的負(fù)重10的第二端％。可替選地，探針可以附接至罐底部。
[0042] 參照?qǐng)D2,電子單元8包括電連接至探針9的發(fā)射器11，以及電連接至收發(fā)器11的 處理電路12。"收發(fā)器"可以是一個(gè)能夠發(fā)射和接收電磁信號(hào)的功能單元，或者可以是包括 獨(dú)立的發(fā)射器單元和接收器單元的系統(tǒng)。收發(fā)器11的元件通常以硬件實(shí)現(xiàn)，并且形成通常 稱為微波單元的集成單元的一部分。處理電路可以包括用硬件實(shí)現(xiàn)的模擬處理與通過由嵌 入式