ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ АНТЕННА С ПРОМЫВОЧНЫМ ШТУЦЕРОМ
PARABOLIC ANTENNA WITH RINSING UNION

Родственные заявки
По этой заявке испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки №60/726863 на патент США, поданной 14 октября 2005, и заявки №10 2005049243.6 на патент Германии, поданной 14 октября 2005, положения которых включены в данное изобретение путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технологии измерения уровня. В частности, настоящее изобретение относится к параболической антенне для радара уровня, радару уровня, содержащему такую параболическую антенну, способу использования такой параболической антенны для измерения уровня и способу измерения уровня с помощью параболической антенны.
Предпосылки создания изобретения
Известные из уровня техники инструменты для измерения уровня имеют параболическую антенну, которая испускает или принимает микроволны для определения уровня заполнения среды в контейнере для заполнения материалом. В этом случае параболическая антенна такого инструмента для измерения уровня размещена, например, внутри контейнера.
Качество измерительных сигналов, принимаемых при измерении уровня с помощью радара уровня, имеющего параболическую антенну, в значительной степени зависит от качества приемопередающего модуля. В частности, загрязнение антенного фидера или облучателя, которое может быть вызвано, например, загрязнением пылью или жидкостью при заполнении материала, может значительно ухудшить качество результатов измерения. В критическом случае серьезное загрязнение облучателя (который при этом используется и в качестве приемника излучения) может даже привести к полному прекращению передачи сигналов.
Краткое изложение сущности изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованной технологии измерения уровня с помощью радара уровня, позволяющей проводить измерения даже в загрязненной окружающей среде.
В соответствии с типичным вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается параболическая антенна для радара уровня, содержащая параболический отражатель, облучатель/приемник для испускания электромагнитных волн в направлении параболического отражателя, рассеивающую панель и промывочное устройство с выпускным каналом для промывного реагента, предназначенное для промывания облучателя промывным реагентом, причем выпускной канал для промывного реагента смонтирован в рассеивающей панели, а рассеивающая панель смонтирована на параболическом отражателе.
Таким образом, кроме параболического отражателя и облучателя/приемника, параболическая антенна согласно изобретению имеет промывочное устройство, которое предназначено для промывания и очистки облучателя/приемника с помощью промывного реагента или для защиты этого облучателя/приемника от загрязнений. При этом промывной реагент инжектируется, подается каплями или же выпускается из выпускного канала для промывного реагента в рассеивающую панель на параболическом отражателе в облучатель/приемник. Монтаж выпускного канала для промывного реагента, который может быть выполнен, например, в форме выпускных сопел, непосредственно на параболическом отражателе облучателя позволяет осуществлять очистку облучателя/приемника от загрязнений. В этом случае рассеивающая панель может быть смонтирована на параболическом отражателе после изготовления параболического отражателя или же она может быть изготовлена в виде единой детали с параболическим отражателем. Кроме того, рассеивающая панель может быть смонтирована на волноводе, который соединен с облучателем/приемником.
Рассеивающая панель может быть изготовлена независимо от формы и размера параболического отражателя. Число выпускных отверстий и каналов для промывного реагента может быть спроектировано в соответствии с используемым облучателем/приемником, так чтобы получить наиболее высокую эффективность очистки. Центральное положение рассеивающей панели обеспечивает самое короткое расстояние от облучателя/приемника.
Таким образом, возможно простое и недорогое индивидуальное изготовление радара уровня или антенны с последующим оборудованием различных антенных систем соответствующими отдельными выпускными элементами на стадии окончательной сборки, что обеспечивает высокую гибкость при низких производственных затратах.
Кроме того, рассеивающая панель согласно изобретению может обеспечить высокую стабильность соединения между волноводом и параболическим отражателем. Например, рассеивающая панель может быть привинчена к волноводу и приварена к параболическому отражателю.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения промывочное устройство имеет канал подачи промывного реагента, причем этот канал подачи промывного реагента предназначен для подачи промывного реагента в выпускной канал для промывного реагента, а выпускной канал для промывного реагента предназначен для выпускания промывного реагента в направлении облучателя/приемника.
Например, канал подачи промывного реагента может быть смонтирован в антенной развязке (которая выполнена в виде волновода). Канал подачи промывного реагента, таким образом, объединен с антенной развязкой в одно целое и, следовательно, выполнен в процессе изготовления антенной развязки.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения промывочное устройство имеет также промывочный штуцер, причем этот промывочный штуцер предназначен для соединения промывочного устройства с резервуаром с промывным реагентом.
При этом промывочный штуцер соединен с каналом подачи промывного реагента, так что промывной реагент подается из резервуара через промывочный штуцер и канал подачи промывного реагента (т.е. непосредственно через антенную развязку) в выпускной канал для промывного реагента.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения рассеивающая панель выполнена в виде кольца и это кольцо смонтировано в центре относительно параболического отражателя.
Осевая симметрия рассеивающей панели и ее монтаж в центре параболического отражателя обеспечивают глобальную осесимметрию и простоту конструкции параболической антенны. Отверстие в центре кольца позволяет направить через это кольцо волновод. В этом случае кольцо может быть смонтировано непосредственно на волноводе.
Следует отметить, что рассеивающая панель может также иметь другие формы, например прямоугольную, пирамидальную или овальную форму.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения выпускной канал для промывного реагента выполнен в виде множества отверстий в кольце, сообщающихся с каналом подачи промывного реагента.
При этом может быть несколько сопел, через которые промывной реагент может испаряться или выпускаться на облучатель.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения указанная параболическая антенна имеет антенную развязку, а промывочный штуцер снабжен резьбой для ввинчивания в эту антенную развязку.
Согласно этому типичному варианту осуществления настоящего изобретения указанная резьба гарантирует простоту монтажа промывочного штуцера на антенной развязке.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения промывочное устройство имеет запорный клапан, который предназначен для предотвращения обратного переноса материала.
Наличие этого клапана позволяет разобщить внешнее пространство (резервуар с промывным агентом) и внутреннюю часть контейнера (выпускной канал для промывного реагента) одно с другим, например, при падении давления промывного реагента до уровня ниже предварительно заданного значения. Таким образом может быть создана, например, защита от взрыва.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения запорный клапан имеет пружину и шар.
Пружина и шар обеспечивают простую, но эффективную систему запирания.
Промывочное устройство может быть предназначено, с одной стороны, для предотвращения загрязнения облучателя/приемника, а с другой стороны, для очистки облучателя/приемника после загрязнения.
Например, облучатель/приемник может содержать конус из тефлона.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения промывной реагент может представлять собой воздух, азот или воду. В случае необходимости также возможно добавление средств очистки. Кроме того, промывной реагент может быть подвергнут нагреву для повышения эффективности очистки. Возможно испарение промывного реагента на облучатель/приемник под высоким давлением. Разумеется, возможно также использование других промывных реагентов типа, например, природных газов или же химически активных смесей, которые могут дополнительно повысить эффективность очистки.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения электромагнитные волны, испускаемые облучателем/приемником, представляют собой первичные электромагнитные волны, и параболический отражатель предназначен для фокусирования этих первичных электромагнитных волн.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения электромагнитные волны, испускаемые облучателем/приемником, содержат вторичные электромагнитные волны и рассеивающая панель предназначена для направления вторичных электромагнитных волн в сторону за границы облучателя.
Это, следовательно, позволяет направить нежелательное излучение в сторону от рассеивающей панели или рассеять это излучение так, чтобы оно не достигало облучателя/приемника и таким образом не могло ухудшить или исказить результат измерения.
Качество измерения, таким образом, повышается двумя путями. С одной стороны, оно обеспечивается тем, что облучатель/приемник всегда находится в чистом состоянии и свободен от загрязнений. С другой стороны, оно обеспечивается тем, что мешающее излучение рассеивается в сторону от облучателя/приемника и таким образом больше не попадает в электронный блок измерения и анализа.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения рассеивающая панель имеет коническую форму с осью вращения, так что пучок параллельных лучей, падающих в направлении этой оси вращения на рассеивающую панель, в результате процесса обратного рассеяния направляется в сторону от оси вращения.
Коническая форма позволяет направить, например, все параллельные лучи, падающие на рассеивающую панель, под одним и тем же углом в сторону от оси вращения параболической антенны. Такая коническая рассеивающая панель проста в изготовлении. Следовательно, себестоимость и стоимость производства могут быть уменьшены.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения предлагается радар уровня, который содержит описанную выше параболическую антенну.
Кроме того, предлагается применение параболической антенны согласно изобретению для измерения уровня.
Кроме того, предлагается способ очистки облучателя/приемника параболической антенны, в соответствии с которым обеспечивают испускание электромагнитных волн в направлении параболического отражателя посредством облучателя/приемника, выпускание промывного реагента на облучатель/приемник посредством промывочного устройства с выпускным каналом для промывного реагента и промывание облучателя/приемника с помощью промывного реагента. При этом выпускной канал для промывного реагента смонтирован в рассеивающей панели, которая смонтирована на параболическом отражателе.
Таким образом, предлагается способ, позволяющий поддерживать качество измерительных сигналов даже при неблагоприятных условиях окружающей среды в результате обеспечения промывания облучателя/приемника промывным реагентом для очистки.
Согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения промывной реагент подается из резервуара с промывным реагентом в промывочный штуцер промывочного устройства и затем направляется из промывочного штуцера в выпускной канал для промывного реагента через канал подачи промывного реагента.
Другие типичные варианты осуществления, задачи и преимущества изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание предпочтительных типичных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на фигуры.
На Фиг.1 представлен вид в поперечном сечении параболической антенны согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.2 - вид в поперечном сечении другой параболической антенны согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - вид сверху параболической антенны, представленной на Фиг.2, в перспективе.
На Фиг.4 представлен схематичный вид в поперечном сечении параболической антенны согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.5 - схематичный вид в поперечном сечении параболической антенны согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.6 - схематичный вид в поперечном сечении запорного клапана для промывочного устройства, соединенного с рассеивающей панелью согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
На Фиг.7 - схематичный вид рассеивающей панели согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание типичных вариантов осуществления
В следующем ниже описании для обозначения одинаковых или подобных элементов на фигурах будут использованы одни и те же ссылочные позиции.
На Фиг.1 представлен схематичный вид в поперечном сечении параболической антенны согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.1, параболическая антенна 100 по существу состоит из параболического отражателя 2 с рассеивающей панелью 1 и облучателя/приемника 3. При этом параболический отражатель 2 имеет кольцевую кромку 20. Кромка 20 параболического отражателя переходит в дополнительный воротник 9 с внешней кромкой 90 воротника. Стенка воротника 9 проходит в осевом направлении приблизительно параллельно центральной оси Х параболического отражателя 2.
Кроме того, параболическая антенна 100 содержит облучатель и/или приемник 3, который размещен на оси Х параболического отражателя и отделен от задней стенки параболического отражателя 2 волноводным элементом, например антенной трубкой или волноводом 4. На заднем участке волновод 4 переходит в волноводную антенную решетку по меньшей мере одного волновода 5, на задней концевой секции которого размещен разъем 6 для приемопередающего устройства. Приемопередающее устройство содержит электронный блок и компоненты для формирования электромагнитной волны, в частности радарной волны или микроволны.
Полученное в результате формирования электромагнитное излучение передается из разъема 6 через волновод 5 и волновод 4 в облучатель/приемник 3. Облучатель/приемник 3 испускает излучение в направлении параболического отражателя, который отражает это излучение в осевом направлении, параллельном оси Х параболического отражателя.
Когда испускаемая таким образом электромагнитная волна достигает некоторого материала заполнения, эта волна отражается материалом заполнения и обычно принимается по меньшей мере частично параболическим отражателем 2. Стенка параболического отражателя 2 частично отражает обратно отраженную волну на приемник 3 сборки облучателя/приемника. Из приемника 3 принятая волна передается посредством волновода 4 и волновода 5 через разъем 6 в приемное устройство приемопередающего устройства и считывается в этом устройстве. Электронный блок приемопередающего устройства или другое устройство анализа нисходящего информационного потока определяет разность между временем испускания электромагнитной волны и временем приема электромагнитной волны, отраженной материалом заполнения или его поверхностью. По этой разности можно определить уровень заполнения материала в контейнере.
Для закрепления параболической антенны 100 в стенке контейнера, в частности во фланце 8 контейнера, компоненты с задней стороны на волноводе 5 имеют крепежное устройство 7, например, с фланцем. Облучатель/приемник 3 расположен внутри сборки, составленной из параболического отражателя 2 и воротника 9, так что облучатель/приемник 3 частично размещен в границах кромки 20 параболического отражателя и частично - за границами кромки 20 параболического отражателя. Один участок облучателя/приемника 3 выступает в область параболического отражателя 2, а другой участок выступает из области параболического отражателя 2 в область воротника 9. В варианте осуществления, иллюстрацией которого является Фиг.1, облучатель/приемник 3 полностью размещен в границах, определенных кромкой 9 воротника и параболическим отражателем 2.
Таким образом, облучатель/приемник 3 является механически защищенным. Кроме того, в случае полного возбуждения такое размещение облучателя/приемника 3 позволяет в максимально возможной степени предотвратить появление боковых и задних лепестков, которые являются нежелательными вторичными лепестками, например, вследствие приема паразитных сигналов параболического отражателя 2.
Согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения отношение фокусного расстояния f к диаметру D параболической антенны составляет 0,27. Однако в равной степени возможными являются и совершенно другие значения как больше, так и меньше приведенного значения.
Кроме того, параболический отражатель 2 и воротник 9 могут быть выполнены в виде единой детали. По выбору воротник 9 может быть изготовлен из того же самого материала, что и параболический отражатель 2, или из другого материала, отличного от материала отражателя. В частности, на внутреннюю стенку воротника 9 может быть нанесено покрытие из материала, поглощающего падающие электромагнитные волны, или весь воротник может быть выполнен из такого материала.
Для дополнительного снижения мешающих отражений (помех) и минимизации или уменьшения влияния "звона" в ближнем окружении в центре параболического отражателя 2 размещают рассеивающую панель 1, позволяющую направить в сторону электромагнитные волны, испускаемые облучателем/приемником 3, и предотвратить падение отраженных волн на облучатель/приемник 3. Как показано на Фиг.1, рассеивающая панель 1 при этом имеет такую форму, что лучи, падающие от облучателя/приемника 3 на рассеивающую панель 1, отражаются в сторону от оси Х вращения. Таким образом, удается в значительной степени снизить влияние "звона" в ближнем окружении. В этом случае форма рассеивающей панели 1 не обязательно должна быть конической, необходимым условием является только наличие наклона по отношению к плоскости, перпендикулярной оси Х вращения, обеспечивающего рассеяние лучей, параллельных оси, в сторону. В другом варианте изобретения или дополнительно рассеивающая панель 1 может быть изготовлена из материала, поглощающего излучение, чтобы обеспечить по меньшей мере частичное поглощение падающего излучения.
Наличие такой панели, рассеивающей электромагнитные волны в сторону, которые в противном случае после испускания облучателем/приемником 3 и отражения параболическим отражателем 2 немедленно поглощались бы облучателем/приемником 3 вновь, позволяет снизить опасность перегрузки приемного электронного блока. Поскольку нежелательное мешающее излучение рассеивается в сторону или поглощается рассеивающей панелью 1 (и не считывается), то возможно, например, повышение запаса по мощности рассеяния без риска перегрузки приемного электронного блока.
Глобальное снижение фонового шума измерений может способствовать улучшению результатов измерений.
Кроме того, рассеивающая панель 1 согласно изобретению имеет выпускные каналы для промывного реагента (не показанные на Фиг.1), через которые промывной реагент для очистки облучателя/приемника 3 может инжектироваться, подаваться каплями или переноситься иным путем в направлении облучателя/приемника 3.
В случае необходимости вся параболическая антенна 2 с облучателем/приемником 3 и волноводом 4 может быть покрыта простым защитным материалом, образующим так называемый защитный кожух, который доходит до кромки 9 воротника параболической антенны. Это может быть, например, политетрафторэтилен (PTFE). Возможно также использование пластин из PTFE или, по возможности, изогнутой крышки для покрытия параболической антенны.
На Фиг.2 представлен схематичный вид в поперечном сечении параболической антенны согласно другому типичному варианту осуществления изобретения. Параболическая антенна, показанная на Фиг.2, по существу соответствует параболической антенне, представленной на Фиг.1. При этом рассеивающей панели 1 придана коническая форма и, следовательно, эта панель имеет неизогнутую поверхность, направленную в сторону падающего электромагнитного излучения. Кроме того, для поддержания антенной решетки 100 или закрепления этой решетки на крышке контейнера с материалом заполнения имеются крепежные элементы 22, 23.
Промывочное устройство 11 имеет промывочный штуцер 14, который снабжен резьбой для его крепления в антенной развязке 21. Через канал 13 подачи промывного реагента промывочный штуцер соединен с несколькими выпускными каналами 12, 25, 26, 27 промывного реагента (см. Фиг.5 и 7).
На Фиг.3 представлен вид сверху антенной решетки, изображенной на Фиг.2, в перспективе. В частности, показано расположение крепежных элементов 22, 23 и других крепежных элементов 301-304.
На Фиг.4 представлена антенная решетка на схематичном виде в поперечном сечении согласно другому типичному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.4, облучатель/приемник 3 снабжен (например, металлическим) фиксатором 24.
На Фиг.5 представлен другой схематичный вид, иллюстрирующий другой типичный вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг.5, антенная развязка 21 размещена на корпусе 29 антенны. Внутри корпуса 29 антенны и антенной развязки 21 проходят каналы 13 подачи промывного реагента, по которым промывной реагент подается из промывочного штуцера 14 в выпускной канал 12. Выпускной канал 12, выполненный в виде отверстия, расположен в рассеивающей панели 1, предназначенной для рассеяния нежелательного излучения в сторону. Промывочный штуцер 14 предназначен для очистки облучателя/приемника 3 посредством струи промывного реагента или для сохранения чистоты облучателя/приемника 3.
На Фиг.6 представлен схематичный вид в поперечном сечении запорного клапана 15, используемого для предотвращения обратного переноса материала. Как показано на Фиг.6, запорный клапан 15 имеет шар 17 и пружину 16, которые смонтированы в корпусе 20. При этом пружина 16 толкает шар 17 в сторону подводящего трубопровода 18, соединенного с резервуаром с промывным реагентом. Если давление промывного реагента, который движется из резервуара в подводящий трубопровод 18 и толкает шар 17 в противоположном направлении, является достаточно высоким (обычно более 0,5 бар), то пружина 16 сжимается и шар 17 открывает доступ к корпусу 20, так чтобы промывной реагент мог двигаться через корпус 20 к отводному трубопроводу 19. Отводной трубопровод 19 при этом соединен с выпускным каналом 12. Однако, если положительное давление промывного реагента падает ниже заданного порогового значения, то пружина 16 толкает шар 17 в сторону устья подводящего трубопровода 18 так, чтобы перекрыть этот подводящий трубопровод 18 и таким образом остановить дальнейший перенос материала. В случае воспламенения взрывчатой газовой смеси вне контейнера наличие запорного клапана 15 позволяет избежать как распространения взрыва внутрь контейнера, так и его влияния на контейнер. Это гарантирует защиту от взрыва.
На Фиг.7 представлен схематичный вид сверху рассеивающей панели 1. При этом рассеивающая панель 1 имеет несколько выпускных каналов 12, 25, 26, 27 для промывного реагента, по которым промывной реагент может быть выпущен для промывания облучателя/приемника 3. Кроме того, рассеивающая панель 1 имеет отверстие 28 под волновод для возбуждения облучателя/приемника 3. При этом рассеивающей панели 1 придана коническая форма, обеспечивающая рассеяние электромагнитных волн, падающих на рассеивающую панель 1 перпендикулярно плоскости чертежа, в сторону в направлении, отличном от оси падения. Разумеется, число выпускных каналов для промывного реагента может быть как больше четырех, так и меньше.
Рассеивающая панель 1 выполнена, например, как отдельный компонент и смонтирована во время сборки на параболическом отражателе 2 или же, например, на волноводе 4. Монтаж может быть осуществлен, например, путем пайки, сварки, с помощью заклепок или винтов или методом обжима. Разумеется, параболический отражатель 2 и рассеивающая панель 1 могут быть выполнены и в виде единой детали. В виде единой детали могут быть выполнены также рассеивающая панель 1 и волновод 4.
Дополнительно следует отметить, что слово "содержащий" не исключает никаких других элементов или этапов и что употребление существительного в единственном числе не исключает возможности множественного числа этого существительного. Кроме того, следует отметить, что признаки или этапы, описанные со ссылками на один из вышеупомянутых типичных вариантов осуществления, могут быть также использованы в комбинации с другими признаками или этапами других вариантов осуществления, описанных выше. Ссылочные позиции в формуле изобретения не должны трактоваться в ограничительном смысле.