雷达测量装置和雷达测量装置在容器上的布置

文档序号:747009 发布日期:2021-04-23 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 雷达测量装置和雷达测量装置在容器上的布置 (Radar measuring device and arrangement of a radar measuring device on a container ) 是由 罗兰·韦勒 莱温·迪特尔勒 于 2020-10-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种具有至少一个发射器(8)以发射电磁波的雷达测量装置(2),所述至少一个发射器(8)布置在壳体(4)内部。所述雷达测量装置(2)旨在牢固且持久地附接至柔性壁(18)。为此,所述壳体(4)的至少一部分(14)具有能够弹性变形的设计。此外,本发明公开了雷达测量装置(2)的应用于可填充容器的布置。(The invention relates to a radar measuring device (2) having at least one transmitter (8) for transmitting electromagnetic waves, wherein the at least one transmitter (8) is arranged inside a housing (4). The radar measuring device (2) is intended to be firmly and permanently attached to a flexible wall (18). For this purpose, at least one part (14) of the housing (4) has an elastically deformable design. Furthermore, the invention discloses an arrangement of a radar measuring device (2) applied to a fillable container.)

雷达测量装置和雷达测量装置在容器上的布置

技术领域

本发明涉及根据在权利要求1中使用的通用术语的雷达测量装置。特别地,本发明涉及一种能够用于测量容器内的料位的雷达料位测量装置。本发明还涉及这种雷达测量装置在具有柔性设计的壁的容器上的布置。

背景技术

用于确定和/或监控容器内的料位的料位测量装置的各种实施方式是已知的。雷达料位测量装置(例如根据渡越时间原理工作的料位测量装置)发射一定波长的电磁辐射脉冲,然后将反射的电磁辐射的时间变化作为回波曲线进行检测。此外,这些装置尤其检测待测液体的表面和/或容器内容物的表面上的反射。然后,反射的总和会产生一个信号,该信号可以作为时间的函数而被测量并且表示为随时间变化的回波曲线,其通常具有多个峰值。然后使用该回波曲线的轨迹确定容器内部液体的料位。

为了测量容器内的料位,通常将雷达测量装置安装在容器盖的内部或容器中为此目的而创建的孔口中。在由对于相关频率范围内的电磁辐射而言的透明的材料(例如HD-PE)制成的塑料容器的情况下,也可以考虑通过容器壁进行测量。容器的壁通常设计为是柔性的,并且根据容器内部的料位而变形。或者,上述装置能够安装在不平坦的表面上。在其它众多选项之中,能够使用粘合剂附接上述装置。具体地,在雷达测量装置附有粘合剂的情况下,附接至不平坦的壁(例如,壁是拱形的或波纹状的)上的雷达测量装置可能会由于壁的变形而松动。测量结果因此将被破坏,或者测量甚至将完全失败。

发明内容

基于上述问题,本发明的基本目的是提供一种雷达测量装置和雷达测量装置在容器上的布置,使得能够牢固且持久地附接至不平坦的基底或者会随时间而轻微变形的基底。

本发明的上述目的是通过根据权利要求1的雷达测量装置并且通过根据权利要求11的布置而实现的。在从属权利要求中描述了各优选实施例。

根据本发明的雷达测量装置和/或根据本发明的雷达料位测量装置包括至少一个发射器,以发射至少一个波长的电磁波。电磁波由发射器主要沿着主发射方向E发射。发射器可以是具有至少一个集成式主激励器的雷达芯片。可替代地,也可以设置单独的贴片天线或喇叭式天线。根据本发明的雷达料位测量装置还包括用于被反射的电磁波的至少一个接收器。发射器和接收器也可以被设计为组合的发射接收单元。

所述至少一个发射器布置在壳体内部,所述壳体被设计为(在主发射和/或主接收方向上)是至少部分弹性的。具体地,壳体完全包围所述至少一个发射器/接收器和任何电子部件,并且包括一个或多个周向侧壁。壳体特别地形成用于发射器/接收器的机械保护,并且优选地被设计为是密闭的以使得湿气或液体无法渗透到壳体中。在本发明中,术语“能够弹性变形的”应当用来表征壳体的如下部分,该部分在变形后能够恢复至其原始形状。

能够弹性变形的部分可以是壳体的侧壁和/或壁。具体地,壳体可以使用双组分注射成型来制造,其中壳体的刚性部分由第一组分制成,而壳体的弹性部分由第二组分制成。

替代地或附加地,设置在侧壁的外侧上的能够弹性变形的补偿元件被认为是壳体的能够弹性变形的部分。这样的能够弹性变形的补偿元件例如可以是被插入在刚性侧壁与容器之间的诸如泡沫橡胶等柔性材料或橡胶状材料。

壳体的能够弹性变形的部分将允许根据本发明设计的雷达测量装置的壳体在壳体的该部分中在很大程度上适应不平坦的表面,例如拱形或波浪形的壁,从而使其能够特别牢固地附接至那个壁。这会防止雷达测量装置由于壳体的过度的弯曲强度而部分地或全部地从壁上松脱。至少部分地能够弹性变形的壳体的形成特别有利于壳体是使用粘合剂而被附接至柔性壁的雷达测量装置。特别地,这会防止壳体部分地从粘接表面上脱落,并且能够防止水渗入壳体与壁之间的空间,而这样的渗入可能是错误测量的原因。

用于测量容器内的料位的雷达测量装置通常以使得从上方对内容物的表面进行测量的方式而被附接至容器的壁上。特别地,雷达测量装置布置在容器壁外部,位于内容物上方。容器壁的变形和/或拱起取决于容器内的料位或压力以及温度。优选地,雷达测量装置具有在相对于发射器的主发射方向上定向的并且被设计为能够弹性变形的壳壁形式的部分。雷达测量装置特别地布置在容器的上方,使得壳体利用该壳壁抵靠于容器的外侧。

特别地,能够弹性变形的壳壁以及能够弹性变形的补偿元件是由对于发射和接收的电磁波透明的材料(例如,诸如聚乙烯、聚丙烯等塑料或类似材料)制成的。

优选地,壳体的其它部件,例如,额外的侧壁和后壁以及用于附接发射器的任何固定装置都具有较高的抗弯强度(flexural strength),从而形成能够弹性变形的壳壁与发射器之间的连接。因此,壳体的其它部分对于作用在壳体上的任何力都是稳定的,并且发射器在壳体内部的位置能够被尽可能地保持。

为了聚焦和集中发射和/或接收的电磁辐射,朝着主发射方向的能够弹性变形的壳壁可以具有透镜。所述透镜可以被设计为本身是能够弹性变形的。具体地,透镜可以由凝胶状的能够遵循壳壁的任何变形的介电材料制成。

透镜也可以设计为刚性的,并通过能够弹性变形的设施与柔性壳壁连接。这样的能够弹性变形的设施例如可以是可折叠的和/或风琴褶皱式的结构,如果壳壁变形,该结构会变长或变短。

优选地,能够弹性变形的壳壁上的透镜一体地形成和/或被集成至壁中。换句话说,能够弹性变形的壳壁形成透镜。

在根据本发明的雷达测量装置的一个实施例中,透镜是菲涅尔透镜。这样的设计将在柔性壳壁中包含同心圆结构,该结构能够会聚电磁波。与具有相同焦距的传统镜头相比,菲涅尔透镜具有更薄且更轻的优点,因此在这里能够将它们设计为特别具有柔性。壳壁可以具有与菲涅尔透镜等效的表面结构。具体而言,菲涅尔透镜设置在壳壁的内部。为了获得尽可能均匀的发射波的发射特性,菲涅尔透镜可以是平凸透镜,其平坦侧面朝壳壁。

可替代地,衍射光学元件(DOE)可以被设置为透镜。在这样的设计中,由于发射的电磁波的部分波束的光程长度不同,因此能够聚焦发射的电磁波的不同的微结构被具体应用于壳壁。同样地,在这种情况下,微结构可以被应用于壳壁本身,特别是应用于壳壁的内侧。

具体地,能够弹性变形的部分具有至少一个凹槽。在凹槽区域内的壳体材料更薄,因此壳体变得更加地可扩展和可压缩。具体地,能够弹性变形的部分具有以一定距离间隔开的几个凹槽。

在另一个实施例中,壳体(特别是壳壁)的能够弹性变形的部分在其无应力状态下是凸起的。这意味着该部分在相对于外端部的中心处挠曲。具体而言,该部分向外拱起。具体地,最大挠度在0.1mm至5mm之间,优选地在0.1mm至3mm之间。所述“无应力状态”是指雷达测量装置被附接至墙壁之前的状态,或者没有力作用于该部分的状态。能够弹性变形的部分的凸起形状有利于其与柔性壁的连接。具体而言,如果使用粘合剂来接合该单元,则能够实现能够变形的部分与接合表面之间的最大接触,并且避免了含有气泡。

此外,能够弹性变形的部分的面向壳壁内部的且优选地朝向主发射方向E定向的那一侧可以具有柔性的介电自适应层。介电自适应层被设置用于避免在壳壁处的反射。

在根据本发明的雷达测量装置的另一实施例中,壳体的能够弹性变形的部分以及特别是沿着壳体内侧的方向的能够弹性变形的壁只能够被挠曲到使得它不与至少一个发射器接触的程度。这是为了防止发射器与壳壁发生接触并且若壳壁因此变形而被损坏。如果允许这样的接触,则在具有可能的接触点的区域中的能够弹性变形的部分可以被设计为特别柔性的或者由特别柔软的材料制成。

本发明还涉及如上所述的雷达测量装置在可填充的容器上的布置。特别地,所述可填充容器在雷达测量装置的方向上具有可变形的和/或柔性的壁,所述壁有时不是平面的,并且具有能够弹性变形的壳壁的雷达测量装置的壳体被附接至所述壁。

关于所述布置的益处,在此参考以上说明。

具体地,壳壁和壁被布置为彼此间接相邻,并且在它们之间具有粘合剂层。粘合剂优选是双面的闭孔式丙烯酸酯粘合胶带。粘合剂层可以覆盖壳体与壁之间的整个表面。可替代地,也可以想到仅部分地施加粘合剂,例如,可能是粘合剂的环形应用。

能够部分弹性变形的壳体与同样地能够变形的粘合剂的相互作用提供了雷达测量装置相对于容器的特别牢固的附接,最重要的是,它不受水的渗入的影响。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明。附图示出了:

图1是根据本发明的雷达测量装置的示意性剖视图,其中示出了第一实施例中的能够弹性变形的壳壁;

图2是第二实施例中的壳壁的示意性剖视图;

图3是第三实施例中的壳壁的示意性剖视图;

图4是第四实施方式的壳壁的示意性剖视图;

图5是第五实施例中的壳壁的示意性剖视图;

图6是根据本发明的雷达测量装置的示意性剖视图,其中示出了第六实施例中的能够弹性变形的壳壁;以及

图7是根据本发明的雷达测量装置的示意性剖视图,其中示出了第七实施例中的能够弹性变形的壳壁。

具体实施方式

图1示出了雷达测量装置2的第一实施例。在这种情况下,雷达测量装置2是为了测量容器(未图示)内部的内容物的料位而布置在容器的壁18上的雷达料位测量装置。

雷达测量装置2被壳体4包围,壳体4的内部包含带有发射接收单元8的印刷电路板6,该发射接收单元8用于产生、发射和接收电磁波。在该实施例中,发射接收单元8是壳体4内部的具有集成的主激励器(primary exciter)的雷达芯片。在图1中示出了从发射接收单元8向下延伸的主发射方向E。壳体4具有两个抗挠曲侧壁10和一个抗挠曲后壁12。壳体4还具有能够弹性变形并且朝着主发射方向E定向的一部分14(在图示情况下是壳壁16)。

从图1中可以看出,具有能够弹性变形的壳壁16的壳体4被附接到壁18(在图示情况下是容器的柔性盖)。壳体使用粘合剂附接。为此,在容器壁18与壳壁16之间布置有粘合剂层20。在本发明中,粘合剂是丙烯酸酯粘合胶带。图1已经清楚地示出了容器壁18是柔性的并且可以变形,特别地是波纹状的或拱形的。粘合剂层20和能够弹性变形的壳壁16的变形遵循容器壁18的变形。壳体的其它部件10、12在很大程度上保持刚性。

壳壁16和粘合剂层20以及容器壁18都被设计成对发射的波透明,并且在本发明中是能够弹性变形的。容器内的料位由电磁波测量,这些电磁波从发射接收单元8穿过壳壁16、粘合剂层20和容器壁18传播,然后撞击容器的内容物。随后,从撞击处反射的光线被接收器8检测。

下面结合图2至图5说明雷达测量装置2的其它实施例。这些图中国中的每个图仅示出了壳体4的一部分、能够弹性变形的壳壁16和粘合剂层20。

相对于第一实施例的说明而言,相同的附图标记用于相同的元件或至少具有相同功能的元件,以描述其它实施例。

图2示出了设计为菲涅尔透镜22的能够弹性变形的壳壁16。壳壁16的内部以使其充当菲涅尔透镜22的方式而被构造。壳壁16具有多个同心环形结构,在图中以横截面示出。

图3示出了雷达测量装置2的另一实施例,壳壁16的内部以使其形成衍射光学元件24的方式而被构造。

图4示出了雷达测量装置2的另一实施例。在该实施例中,在壳壁16的内部布置有单独的透镜26。该透镜26由凝胶状介电材料构成,该凝胶状介电材料也是能够弹性变形的,并且能够遵循壳壁16的变形。

图2至图4中所示的透镜22、24、26中的每一者都被设计为使得沿着主发射方向E从发射器8发射的波尽可能以均匀、平行的波阵面从壳体4射出,并且相反地,从待测介质反射的波被主要聚焦在接收器8上。

图5示出了雷达测量装置2的另一实施例,在这种情况下,具有凸面的壳壁16,即,具有向外拱起的设计。在这种情况下,最大挠度a为3mm。因此,具有能够弹性变形的壳壁16的雷达测量装置2使用粘合剂更容易附接至容器盖18。

图6示出了雷达测量装置2的第六实施例,与结合图1说明的第一实施例的主要区别在于,使用设置在壳体4内的喇叭式天线28来发送和接收电磁信号。它还可以包含附加透镜。能够弹性挠曲的壳壁16被设计为即使在最大挠曲朝向壳体的内部的情况下也不会与喇叭式天线28接触。

图7示出了雷达测量装置2的第七实施例。在本实施例中,能够弹性变形的部分14由具有多个凹槽30的壳壁16形成。此外,在这种情况下,仅将环形的粘合剂层20应用于壳体4以将壳体4附接至容器。

应当注意,具体地,图1和图6中所示的实施例也可以与根据图2至图5以及图7中所示的实施例的壳壁16组合。如下的另一实施例也是可行的:其中,壳体具有刚性壁并且经由能够弹性变形的补偿元件形式的能够弹性变形的部分14与容器连接。

附图标记列表

2 雷达测量装置

4 壳体

6 固定装置

8 发射接收单元

10 侧壁

12 后壁

14 部分

16 壳壁

18 容器壁,容器盖

20 粘合剂层

22 菲涅尔透镜

24 衍射光学元件

26 透镜

28 喇叭式天线

30 凹槽

E 主发射方向

a 最大挠度

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