РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ИМЕЮЩЕЕ ПЛОСКОВЫПУКЛУЮ ЛИНЗУ
RADAR MEASURING DEVICE HAVING A PLANE-CONVEX LENS

Ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки № 19 156 513.4, поданной 11 февраля 2019 г., которая путем ссылки в полном объеме включается в настоящий документ.
Область изобретения
Изобретение касается радиолокационного измерительного устройства для контроля уровня наполнения и/или предельного уровня, способа монтажа радиолокационного измерительного устройства и радиолокационной измерительной системы.
Техническое основание
В автоматизации технологических процессов разнообразно применяются радиолокационные датчики для определения уровня наполнения и/или предельного уровня. В некоторых случаях применения с помощью радиолокационного датчика может осуществляться измерение сквозь стенку емкости. Это может осуществляться с помощью радиолокационных датчиков, которые для нахождения уровня наполнения или, соответственно, предельного уровня в емкости располагаются на определенном расстоянии от емкости. При этом расстояние между антенной радиолокационного датчика и емкостью выбирается так, чтобы она находилась в дальнем поле антенны. Это может, в частности, иметь то преимущество, что образуется приблизительно плоский фронт волны, прежде чем волна проникает сквозь стенку емкости. Это расположение может требовать большой площади из-за необходимого расстояния между радиолокационным датчиком и стенкой емкости, так что именно в чувствительных к конструктивному пространству случаях применения, таких как, например, мобильные емкости, возникают проблемы, связанные с площадью и/или расположением.
Краткое изложение изобретения
С помощью описанных далее вариантов осуществления изобретения может предпочтительным образом предоставляться улучшенное радиолокационное измерительное устройство.
Один из аспектов касается радиолокационного измерительного устройства для контроля уровня наполнения и/или предельного уровня, имеющего источник радиолокационных сигналов, который предназначен для того, чтобы создавать, посылать и/или принимать радиолокационный сигнал. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство имеет антенную систему, которая предназначена для того, чтобы ориентировать этот радиолокационный сигнал. Также радиолокационное измерительное устройство имеет плосковыпуклую линзу, имеющую плоскую, в частности обращенную к наполнителю, сторону, которая предназначена для того, чтобы фокусировать ориентированный радиолокационный сигнал. При этом плоская сторона плосковыпуклой линзы выполнена в качестве контактной поверхности, чтобы размещаться на емкости во время измерения уровня наполнения и/или предельного уровня наполнителя в емкости.
Может быть преимуществом, что это радиолокационное измерительное устройство имеет значительно уменьшенную длину протяженности, так как линза может располагаться непосредственно на емкости и, таким образом, не расположена на предопределенном расстоянии от стенки емкости. Это экономит конструктивное пространство, которое может использоваться для других компонентов. Дополнительно радиолокационное измерительное устройство может значительно проще монтироваться, так как радиолокационное измерительное устройство может устанавливаться на емкости плоской стороной плосковыпуклой линзы непосредственно с помощью соединения. В частности, клеевое соединение позволяет крепить радиолокационное измерительное устройство на емкости без других вспомогательных средств. Правда, из-за непосредственного монтажа на наружной стенке емкости могут ухудшаться высокочастотные свойства радиолокационного измерительного устройства, однако преимущества непосредственного монтажа, а также непосредственного контактирования могут превосходить эти возможные недостатки.
Источник радиолокационных сигналов представляет собой, в частности, полупроводниковый чип, который имеет генератор радиолокационных сигналов и радиолокационную антенну. При этом источник радиолокационных сигналов может также представлять собой альтернативные варианты осуществления, которые способны создавать, посылать и/или принимать радиолокационный сигнал. Кроме того, источник радиолокационных сигналов может быть предназначен для того, чтобы принимать радиолокационный сигнал, при этом, в частности, радиолокационная антенна разработана для того, чтобы как посылать, так и принимать радиолокационный сигнал.
Дополнительно радиолокационное измерительное устройство может включать в себя антенную систему, которая предназначена для того, чтобы ориентировать радиолокационный сигнал, так что могут значительно улучшаться свойства отражения, а также подавление боковых лепестков. При этом антенная система может быть закреплена непосредственно на источнике радиолокационных сигналов, а на другой стороне антенной системы помещаться плосковыпуклая линза. Антенная система может быть разработана таким образом, чтобы она ориентировала как передаваемые радиолокационные сигналы, так и принимаемые радиолокационные сигналы.
Также радиолокационное измерительное устройство может иметь плосковыпуклую линзу, имеющую плоскую сторону, которая может быть обращена к наполнителю. Причем эта плосковыпуклая линза может быть предназначена для того, чтобы фокусировать ориентированный радиолокационный сигнал. Наряду с плоской стороной, плосковыпуклая линза может также иметь выпуклую сторону. При этом выпуклая сторона линзы может вдаваться в антенную систему. Кроме того, плосковыпуклая линза может иметь плоскую сторону, которая предназначена для того, чтобы по меньшей мере частично размещаться на емкости. В частности, плоская сторона плосковыпуклой линзы может быть разработана таким образом, чтобы она фиксировалась на емкости, так чтобы плосковыпуклая линза удерживала на емкости все радиолокационное измерительное устройство. При этом плосковыпуклая линза может образовывать контактную поверхность между плосковыпуклой линзой и емкостью, когда плоская сторона плосковыпуклой линзы плоскостным образом размещается на емкости. Плоская сторона плосковыпуклой линзы может также иметь легкую кривизну, так чтобы между плосковыпуклой линзой и емкостью возникала сплошная контактная поверхность, если эта емкость имеет круглое поперечное сечение. Альтернативно радиолокационное измерительное устройство может быть предназначено для того, чтобы по меньшей мере частично размещаться на плоской стороне плосковыпуклой линзы на емкости и образовывать контактную поверхность между плосковыпуклой линзой и емкостью. Также радиолокационное измерительное устройство может располагаться на наружной стороне, а также на внутренней стороне емкости. Альтернативно радиолокационное измерительное устройство может также располагаться на и/или в трубе, байпасе или тому подобном.
По одному из примерных вариантов осуществления плосковыпуклая линза может устанавливаться на емкости с помощью соединения с силовым, с геометрическим замыканием и/или  замыканием по материалу (неразъемного соединения), в частности с помощью клеевого соединения, так чтобы радиолокационное измерительное устройство было закреплено на емкости. Антенная система может представлять собой планарную антенну, планарную антенну, имеющую рупорную антенну и/или рупорную антенну. В одном из примерных вариантов осуществления радиолокационное измерительное устройство может быть зафиксировано на емкости двухсторонней клейкой лентой или подобными клеящими средствами. Например, плосковыпуклая линза может устанавливаться на емкости с помощью винтового или прессового соединения. Также плосковыпуклая линза может располагаться на емкости с геометрическим замыканием с помощью байонетного затвора. Также плосковыпуклая линза может устанавливаться на емкости с помощью соединения с замыканием по материалу, такого как, например, ультразвуковая сварка или фрикционная сварка. Преимуществом этого варианта осуществления может быть, что с помощью соединения с замыканием по материалу радиолокационное измерительное устройство может быстро и просто создавать контакт на емкости, так что осуществляется сокращение времени монтажа и вместе с тем затрат.
По одному из примерных вариантов осуществления плосковыпуклая линза может быть изготовлена из того же самого материала, в частности полимерного композита, что и по меньшей мере некоторая часть емкости. Например, как плосковыпуклая линза, так и емкость могут быть изготовлены из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Альтернативные полимеры, которые имеют проницаемость, подобную ПЭВП, тоже возможны. Кроме того, полимерный композит может также иметь усилительные элементы, такие как, например, короткие стекловолокна или карбоновые волокна. При этом емкость может быть полностью и/или частично изготовлена из полимерного композита. Предпочтительно некоторая часть емкости может быть изготовлена из того же самого материала, что и плосковыпуклая линза, так чтобы на контактной поверхности на плосковыпуклой линзе и емкости оба компонента были изготовлены из одного и того же материала. Преимуществом этой системы может быть, что при адаптации проницаемости этих двух компонентов улучшаются свойства отражения и подавление боковых лепестков, так как имеют место особенно малые скачки импеданса.
По одному из примерных вариантов осуществления антенная система может иметь рупорную антенну, при этом выпуклая сторона плосковыпуклой линзы может иметь диаметр, который соответствует максимальному внутреннему диаметру рупорной антенны. При этом линза может иметь выпуклую сторону, которая может быть выполнена, в частности, вращательно-симметрично. Эта выпуклая сторона плосковыпуклой линзы может при этом вдаваться в рупорную антенну, так чтобы периметр выпуклой стороны соответствовал максимальному внутреннему диаметру рупорной антенны. При этом антенная система может быть также образована рупорной антенной. Это может, в частности, помогать фокусировке радиолокационных сигналов, так как полностью используется имеющаяся в распоряжении площадь рупорной антенны и/или плосковыпуклой линзы, и при этом может происходить равномерная фокусировка радиолокационных сигналов.
2
2
По одному из примерных вариантов осуществления отношение поверхности выпуклой стороны плосковыпуклой линзы к плоской стороне плосковыпуклой линзы может лежать между 0,5 и 5. Поверхность выпуклой стороны и/или плоской стороны может представлять собой площадь, которая указывается в мм и/или см. При этом величина поверхности выпуклой стороны может соотноситься с поверхностью плоской стороны плосковыпуклой линзы. Причем это отношение может лежать между 0,5 и 5. Отношение между поверхностью выпуклой стороны и плоской стороны может, в частности, описывать кривизну выпуклой стороны. Предпочтительно отношение между выпуклой стороной и плосковыпуклой стороной может лежать между 0,8 и 3, особенно предпочтительно между 0,9 и 2. При отношении между 0,9 и 2 неожиданным образом удалось констатировать значительное улучшение свойств отражения и подавления боковых лепестков.
По одному из примерных вариантов осуществления радиолокационное измерительное устройство может включать в себя корпус, причем в этом корпусе расположены антенная система и/или источник радиолокационных сигналов. Кроме того, корпус может иметь по меньшей мере одну нижнюю сторону, причем эта нижняя сторона по меньшей мере частично образована и/или может образовываться плосковыпуклой линзой. Кроме того, нижняя сторона может по меньшей мере частично размещаться я на емкости. Другими словами, радиолокационное измерительное устройство может иметь корпус, в котором могут быть расположены антенная система и/или источник радиолокационных сигналов, и этот корпус может монтироваться на емкости. Нижняя сторона корпуса образуется плосковыпуклой линзой, так что плоская сторона плосковыпуклой линзы может прилегать к емкости. Это может давать то преимущество, что корпус может располагаться непосредственно на емкости, и при этом не требуется никакое другое вспомогательное средство. Кроме того, может осуществляться интеграция функций, так как плосковыпуклая линза как фокусирует радиолокационный сигнал, так и крепит на емкости все компоненты радиолокационного измерительного устройства.
По одному из примерных вариантов осуществления плосковыпуклая линза может состоять из того же самого материала, что и остальной корпус. Другими словами, корпус и плосковыпуклая линза могут быть изготовлены из одного и того же материала, например, полимерного композита, так чтобы два компонента могли соединяться друг с другом, например, способом сварки, таким как ультразвуковая сварка. Альтернативно компоненты радиолокационного измерительного устройства могут также изготавливаться цельно способом многокомпонентного литья под давлением. Это может иметь то преимущество, что при согласовании друг с другом материалов сокращается или, соответственно, упрощается процесс стыкования и/или монтаж в целом, и при этом возникает эффект экономии затрат. При этом цельный вариант может также способствовать уплотнению радиолокационного измерительного устройства.
По одному из примерных вариантов осуществления выпуклую сторону плосковыпуклой линзы может по меньшей мере частично охватывать в окружном направлении буртик линзы. Дополнительно этот буртик линзы может быть выполнен параллельно плоской стороне плосковыпуклой линзы, при этом буртик линзы образует по меньшей мере некоторую часть нижней стороны. Другими словами, сторона плосковыпуклой линзы, которая тоже включает в себя выпуклую сторону, может дополнительно иметь буртик линзы, который выполнен параллельно плоской стороне. Буртик линзы может также образовывать некоторую часть нижней стороны корпуса, так чтобы увеличивалась контактная поверхность между плосковыпуклой линзой и емкостью. Это может иметь то преимущество, что у антенной системы, которая не покрывает всю нижнюю сторону корпуса, буртик линзы может полностью образовывать нижнюю сторону корпуса.
По одному из примерных вариантов осуществления корпус может наполняться наполнительной массой, в частности заливочной массой, причем эта наполнительная масса может быть разработана для того, чтобы защищать антенную систему и/или источник радиолокационных сигналов от влаги. Другими словами, корпус после монтажа антенной системы и/или радиолокационного источника сигналов может полностью наполняться наполнительной массой, такой как, например, пена или гель, так чтобы все компоненты внутри корпуса защищались от влаги. Это может иметь то преимущество, что радиолокационное измерительное устройство может применяться даже в сложных ситуациях, например, в условиях сильного ветра. Например, наполнительная масса или, соответственно, заливочная масса может применяться для радиолокационных измерительных устройств, которым нужен допуск взрывозащиты.
По одному из примерных вариантов осуществления радиолокационное измерительное устройство может иметь аккумулятор энергии, который может быть разработан для того, чтобы длительно снабжать радиолокационное измерительное устройство энергией. Этот аккумулятор энергии представляет собой предпочтительно литиево-ионный аккумулятор или какой-либо сравнимый аккумулятор энергии, который предпочтительно также может заряжаться индуктивно. Этот аккумулятор энергии может быть также расположен в корпусе. Преимуществом этого варианта осуществления может быть, что радиолокационное измерительное устройство может также действовать автономно, так что оно не привязано к какому-либо внешнему источнику электрического тока.
По одному из примерных вариантов осуществления антенная система и плосковыпуклая линза может соединяться и/или быть соединяемой с помощью соединения с геометрическим, с силовым замыканием и/или замыкания по материалу. В одном из вариантов осуществления плосковыпуклая линза может крепиться к антенной системе с помощью клеевого соединения. Альтернативно могут также применяться винтовое соединение, байонетный затвор или соединение с силовым замыканием, такое как, например, винтовое соединение. Преимуществом этого варианта осуществления может быть, что линза и антенная система соединяются друг с другом только при монтаже плосковыпуклой линзы, так что, например, плосковыпуклая линза может образовывать нижнюю сторону корпуса.
По одному из примерных вариантов осуществления соединение с геометрическим, с силовым замыканием и/или замыканием по материалу между антенной системой и плосковыпуклой линзой может иметь уплотнение, которое предназначено для того, чтобы в антенную систему и/или источник радиолокационных сигналов не могли проникать загрязнения и/или влага. Это уплотнение может предусматриваться как на наружной стороне антенной системы, так и на внутренней стороне антенной системы. При этом плосковыпуклая линза может иметь выемку, в которой может располагаться уплотнение, так что при монтаже плосковыпуклой линзы на антенной системе образуется уплотнение между антенной системой и плосковыпуклой линзой. Это уплотнение может представлять собой круглое кольцо или что-либо сравнимое. Преимуществом этого варианта осуществления может быть, что улучшается уплотнение соединения между плосковыпуклой линзой и антенной системой, так что внутренняя сторона антенной системы, а также внутренняя сторона плосковыпуклой линзы защищены от загрязнений и/или влаги, и при этом может обеспечиваться увеличенный срок службы радиолокационного измерительного устройства.
По одному из примерных вариантов осуществления антенная система и плосковыпуклая линза может выполняться вращательно-симметрично. При этом как антенная система, так и плосковыпуклая линза может быть выполнена каждая вращательно-симметрично. Альтернативно антенная система и плосковыпуклая линза могут выполняться вращательно-симметрично друг относительно друга. Преимуществом вращательно-симметричного исполнения антенной системы и плосковыпуклой линзы может быть, что может упрощаться монтаж плосковыпуклой линзы на антенной системе.
Другой аспект касается способа монтажа радиолокационного измерительного устройства, в частности как описано выше и ниже. Этот способ может включать в себя этап, на котором может выполняться соединение, в частности при помощи клея, между плоской поверхностью линзы радиолокационного измерительного устройства и емкостью. Другими словами, плоская поверхность линзы радиолокационного измерительного устройства устанавливается непосредственно на емкость. В одном из примеров осуществления соединение может выполняться при помощи клея или самоклеящейся клейкой ленты между линзой и емкостью. Альтернативно соединение может также выполняться способом ультразвуковой сварки между линзой и емкостью. Преимуществом этого варианта осуществления может быть, что при помощи непосредственного контактирования может экономиться время монтажа, а также радиолокационное измерительное устройство при помощи вспомогательного средства может размещаться в труднодоступных местах.
Другой аспект касается радиолокационной измерительной системы, которая имеет радиолокационное измерительное устройство, как описано выше и ниже. Кроме того, эта радиолокационная измерительная система может иметь емкость, которая предназначена для помещения какой-либо среды. При этом радиолокационное измерительное устройство может по меньшей мере частично размещаться на емкости и образовывать контактную поверхность. Кроме того, емкость может не иметь выемки и/или приемного (посадочного) устройства на контактной поверхности. Другими словами, радиолокационное измерительное устройство может монтироваться на емкости, при этом монтаж образует между радиолокационным устройством и емкостью контактную поверхность, при этом на контактной поверхности емкость не имеет выемки или приемного устройства. Это может иметь то преимущество, что емкость не должна модифицироваться для монтажа радиолокационного измерительного устройства, что может приводить к сокращению времени монтажа, а также издержек монтажа.
Далее, радиолокационная измерительная система может иметь радиолокационное измерительное устройство и емкость, которые на своей контактной поверхности по меньшей мере частично имеют по существу одинаковую проницаемость. По существу одинаковая проницаемость означает в этой связи отклонение проницаемости на плюс/минус 100% от проницаемости радиолокационного измерительного устройства, в частности плосковыпуклой линзы. Преимущество этого варианта осуществления может быть в том, что возникают наименьшие возможные скачки импеданса, которые приводят к улучшенному свойству отражения и/или подавлению боковых лепестков.
Признаки и элементы радиолокационного измерительного устройства, которые описаны выше и ниже, могут представлять собой признаки, элементы и этапы способа, которые описаны выше и ниже, и наоборот.
Далее примеры осуществления изобретения описываются со ссылкой на фигуры.
Краткое описание фигур
На фиг.1 показано схематичное сечение плосковыпуклой линзы по одному из примеров осуществления.
На фиг.2 показано схематичное сечение плосковыпуклой линзы по одному из примеров осуществления.
На фиг.3 показано схематичное сечение радиолокационного измерительного устройства по одному из примеров осуществления.
На фиг.4 показано схематичное сечение радиолокационного измерительного устройства по одному из примеров осуществления.
На фиг.5 показано схематичное сечение радиолокационного измерительного устройства по одному из примеров осуществления.
На фиг.6 показано схематичное сечение радиолокационного измерительного устройства по одному из примеров осуществления.
На фиг.7 показана блок-схема для иллюстрации этапов способа монтажа радиолокационного измерительного устройства по одному из примеров осуществления.
Фигуры являются лишь схематичными и выполнены без соблюдения масштаба. На фигурах одинаковые, одинаково действующие или подобные элементы могут быть снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.
Детальное описание примеров осуществления
На фиг.1 показана плосковыпуклая линза 106 по одному из примеров осуществления. Эта плосковыпуклая линза 106 имеет плоскую сторону 110, а также противоположно плоской стороне выпуклую сторону 114. При этом плоская сторона 110 может фиксироваться на емкости 108. Выпуклая сторона 114 может фиксироваться на антенной системе 104.
На фиг.2 показана плосковыпуклая линза 106 по одному из примеров осуществления. Эта плосковыпуклая линза 106 имеет плоскую сторону 110 и выпуклую сторону 114. Кроме того, плосковыпуклая линза 106 имеет буртик 124 линзы, который распространяется в окружном направлении вокруг выпуклой стороны 114. При этом буртик 124 линзы может образовывать площадь для фиксации радиолокационного измерительного устройства 100 на емкости 108.
На фиг.3 показано радиолокационное измерительное устройство 100 по одному из примеров осуществления. Радиолокационное измерительное устройство 100 имеет источник 102 радиолокационных сигналов, на котором расположена антенная система 104. На антенной системе 104 расположена плосковыпуклая линза 106. Плосковыпуклая линза 106 имеет плоскую сторону 110 и выпуклую сторону 114. Выпуклая сторона 114 вдается в антенную систему 104. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство 100 имеет корпус 120. Корпус 120 имеет нижнюю сторону 122, которая образуется плоской стороной 110 плосковыпуклой линзы 106. При этом плоская сторона 110 плосковыпуклой линзы 106 имеет буртик 124 линзы, который тоже образует часть нижней стороны 122.
На фиг.4 показано радиолокационное измерительное устройство 100 по одному из примеров осуществления. Радиолокационное измерительное устройство 100 имеет источник 102 радиолокационных сигналов, на котором расположена антенная система 104. На антенной системе 104 расположена плосковыпуклая линза 106. Плосковыпуклая линза имеет выпуклую сторону 114, которая имеет такой же диаметр, что и максимальный внутренний диаметр 118 антенной системы 104. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство смонтировано на емкости 108, при этом плосковыпуклая линза 106 плоскостным образом размещается на емкости 108. В частности, соединение между плосковыпуклой линзой 106 и емкостью может создаваться с помощью клеевого соединения.
На фиг.5 показана радиолокационная измерительная система 200, которая имеет радиолокационное измерительное устройство 100, а также емкость 108, в которой помещается среда 130. Радиолокационное измерительное устройство 100 расположено на емкости 108 с помощью плосковыпуклой линзы 106. Плосковыпуклая линза 106 является частью корпуса 120 радиолокационного измерительного устройства 100. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство 100 имеет источник 102 радиолокационных сигналов, на котором расположена антенная система 104. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство имеет аккумулятор 126 энергии для снабжения энергией радиолокационного измерительного устройства 100, который тоже расположен в корпусе 120 радиолокационного измерительного устройства 100.
На фиг.6 показано радиолокационное измерительное устройство 100 по одному из примеров осуществления. Радиолокационное измерительное устройство 100 имеет плосковыпуклую линзу 106, которая разработана для того, чтобы монтироваться на уплотнении 128, установленном на антенной системе 104. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство 100 имеет источник 102 радиолокационных сигналов. Уплотнение 128 установлено предпочтительно между плосковыпуклой линзой 106 и антенной системой 104, так что в антенную систему 104 не попадают влага или загрязнения. Кроме того, радиолокационное измерительное устройство 100 с помощью плосковыпуклой линзы 106 расположено на емкости 108.
На фиг.7 показана блок-схема для иллюстрации этапов способа монтажа радиолокационного измерительного устройства 100 по одному из примеров осуществления. Если не описано иное, радиолокационное измерительное устройство 100 имеет те же самые элементы и признаки, что и радиолокационное измерительное устройство фиг.1-6.
На этапе S1 выполняется соединение между плоской поверхностью 110 линзы радиолокационного измерительного устройства 100 и емкостью 108. Это соединение может создаваться, в частности, при помощи клея или соединения с замыканием по материалу, с геометрическим и/или силовым замыканием.
В дополнение следует указать, что «включающий в себя» и «имеющий» не исключает наличия других элементов, и неопределенные артикли «один» или «одно» не исключают множества. Далее, следует указать, что признаки, которые были описаны со ссылкой на один из вышеприведенных примеров осуществления, могут также применяться в комбинации с другими признаками других вышеописанных примеров осуществления. Ссылочные обозначения в пунктах формулы изобретения не должны считаться ограничениями.