本发明涉及用于确定在罐内装填材料的装填高度的雷达料位计
(radar level gauge)的天线，以及清洗这种天线的方法。 背景技术
检测材料（例如液体或粒状固体）装填高度的雷达料位计（RLG ) 是测量罐、容器等内高度的越来越重要的方法。这些年来，在各种RLG 系统中使用了多种不同的天线，例如喇叭式天线、抛物面天线、平面 天线和杆状天线。迄今对于雷达料位测量，为了产生窄的天线波束， 使用了对称的抛物面、阵列和达一定宽度的喇叭。例如，US6859166 中公开了用于RLG的杆状天线，US2006/0005621中公开了用于RLG 的抛物面天线，US6759977中/>开了用于RLG的阵列天线。
但是，设法寻找用于雷达料位测量的适当天线时的潜在问题是， 通用天线基本不是设计用于解决特殊料位测量问题的。在RGL系统 中，天线受到严重的污染风险，例如，受到容器中将容纳的材料、冷 凝等的污染。因此在料位计应用中，天线需要具有承受如装填材料、 飞濺和冷凝的污染的良好能力，例如，尽可能地没有可聚集污染物的 隐蔽空间等。与大多数常用雷达天线相反，料位测量中的雷达波束近 似垂直，对于这样的安装，许多标准形式的天线会聚积冷凝和污染， 尤其是在几乎水平的表面上。由于水的特殊微波特性，即便是一毫米 或十分之几毫米的湿污物也会对天线的功能和性能产生严重的影响。 特别地，避免天线的敏感部位的污染很重要。 一个典型问题就是其表 面张力可将液体限制在敏感区域的狭窄空间，另 一典型问题是雷达波 束必须通过的绝缘表面上的污染。
因此，设计用于RLG的天线时的首要目标是避免污染。但是，
由于不可能永远避免污染，所以是至少在长时期使用之后，第二目标 是提供尽可能安全和方便的清洗天线的措施。例如，由于罐可能加压 或装填某种有毒物质，所以如果无需打开罐就可进行这种清洗天线是 优选的。
另外，可用于天线的空间常常在罐内和罐开口中都受到限制。喇 叭式天线通常用于雷达料位计系统，但是由于如果需要大直径，这些 天线往往变得相当大和，所以它们可能不适于许多类型的应用和罐形
状。另外，近来具有在RLG系统中使用更短波长的趋势，这使得喇 叭式天线成为更不实用的天线选择，例如，由于尖端处的微小空间， 并且由于在特定直径下需要更长的喇叭。
平面天线例如阵列天线通常受污染的影响很大，难以用于苛刻的 罐内环境。另外，通常难以获得阵列天线的无泄漏安装。另外，阵列 天线比较昂贵。
抛物面天线通常制造比较容易，成本较低，并且操作期间比较可 靠。抛物面天线比喇叭式天线更适于大的直径，并且与阵列天线相比， 抛物面天线可主要由耐用材料制成，例如不锈钢等。但是，抛物面天 线也受污染的较大影响，难以在苛刻的操作条件下使用。在这种环境 下，如船用中一般会出现的这种环境，需要频繁地清洗天线， 一般需 要频繁地每月清洗一次或几次。清洗操作通常是手动的，例如，可通 过将刷子穿过容器顶部可打开的入口来进行。不用说，该清洗过程既 麻烦，又成本高。另外，通常罐装置中的抛物面天线会产生一些隐蔽 空间，例如在抛物面的上方，罐内的物质会在这里聚积。
雷达料位测量系统对天线的另 一潜在需求就是调节雷达波束的方 向，以满足垂直雷达波束射向装填材料的需求，这在实际上依赖于具 体的容器设计可能是困难的。例如，安装天线的法兰可能是非水平的。
因此，仍需要改进用于雷达料位测量的天线，以减轻上述问题。 具体地，需要一种可使用在苛刻环境条件下、并且更不易受污染和/ 或更易清洗的天线。 发明内容
因此，本发明的目的是提供一种至少部分减轻上述现有技术的问 题的用于雷达料位计的天线以及清洗这种天线的方法，其中所述雷达 料位计可用于确定装填材料的装填高度。
该目的通过根据所附权利要求的天线和方法实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于雷达料位计的天线，所 述雷达料位计用于确定容器内含有的装填材料的装填高度，其中所述
天线包括：绕着轴线布置的反射器；以及用于向所述反射器发送和从 其接收微波信号的馈电器，其中所述馈电器为细长形，大体为柱形形 状，所述馈电器的纵向轴线与所述反射器的所述轴线基本重合，并且 其中所述馈电器包括用于向所述反射器发射电磁辐射和接收反射的电 磁辐射的环形辐射馈送区域。
所述环形辐射馈送区域可为由辐射元件覆盖的连续区域，但也可 为由所述辐射馈送区域内展开的辐射元件覆盖至一定程度的区域。所 述环形区域内的实际辐射元件可任取许多的形式和形状，例如纵向或 周向槽，但是将包含在所述馈电器柱形表面上的环形区域内。另外， 所述环形区域不必布置在所述馈电器的相同高度，但是，也可使用如
螺旋形等。
所述馈电器的柱形形状优选为圆柱体，但是也可使用其它柱体形状。
该天线组合了以前的抛物面天线的固有优点，例如耐用、可靠和 紧凑，以及可提供窄的天线波束，并且显著地提高了对污染的抵抗力， 能够使用更加容易有效的方法清洗。
天线的新几何形状解决了对于当前用于雷达料位测量的天线最困 难的限制。其基本几何形状允许若干实用的实现方案，都针对更不易 受污染和/或允许天线的方便清洗，还优选地允许以有限的机械运动来 进行波瓣对准。
本发明人认识到，污染在馈电器上引起的干扰大大高于在反射器 上引起的干扰。因此，最重要的保持清洁以使其不受污染的部分是所
述馈电器上的辐射馈送区域。这里，所述馈电器为细长形，大体为柱 形形状，所述馈电器的纵向轴线与所述反射器的通常沿垂直方向的轴 线基本重合。所述馈电器包括用于向所述发射器发射电磁辐射和接收 反射的电磁辐射的环形辐射馈送区域。由于所述馈电器的外部区域更 少的暴露于下方的污染，并且由于污染物（例如冷凝物）不易粘附在 垂直表面上，所以该几何形状使得所述馈电器在所述辐射馈送区域上 更不易受污染。另外，该几何形状比较简单，没有易被污染的隐蔽空 间等。
另外，本天线的简单几何形状使得天线的维护保养简单，例如在 现有天线中更换所述馈电器。通过其基本的柱体几何形状，无需移动 抛物面，就可以将所述馈电器以向上移动的方式进行连接，以安装或 置换。
并且，所述馈电器的垂直柱形状使得能够通过简单的机械运动以 更加简单的方式清洗所述馈电器，甚至从容器外部执行清洗操作，例 如无需打开容器通过向上拉动柱体或通过使环（如短的空心柱）沿着 柱体移动。因此，无需打开容器就可实现有效的清洗功能，如果必要， 可在压力下进行清洗。
所述环形辐射馈送区域优选布置成沿相对于所述馈电器的纵向轴 线的大致纵向方向收发辐射，并且优选地，来自所述馈电器的辐射图 案基本为圃环状。因此，通过所述反射器的反射，可提供朝着装填材 料的狭窄并且方向性良好的辐射波束。所述反射器为抛物面状，但优 选地，其形状与来自所述馈电器的圆环形图案相匹配，以使垂直的天 线波束最优。
优选地，所述馈电器在馈电器长度上具有基本等直径的圆形截面。 所述反射器可具有许多不同的形状和尺寸。例如，可使用一般的 抛物面形状或一般的锥形形状。优选地，所述反射器的至少外侧部分 即所述反射器距所述馈电器最远的部分为大致锥形。另外，所述反射
器的锥形部分优选相对于所述馈电器具有约45度的倾斜。对于相同的 馈电器，可使用各种直径的反射器。所述反射器的形状优选为基本是
锥形，但是优选地，其形状通过有限元软件进行最优化设计。优选地， 所述反射器的外周连接到所述容器的壁，从而可避免所述反射器上方 的隐蔽空间。所述反射器优选绕着所述反射器轴线并绕着所述馈电器 对称布置。
沿着所述反射器的对称轴线方向、从该反射器的基部观看，所述 辐射馈送区域优选布置在低于所述反射器纵向延伸的高度。
在优选实施例中，所述天线还包括绕着所述馈电器布置的邻接环， 其中所述馈电器与所述邻接环中至少一个可沿着所述馈电器的轴向方 向相对于彼此移动。因此，可通过所述相对移动刮擦掉所述馈电器上 的污染物来清洗所述馈电器。在一个实施例中，所述邻接环可沿着所 述馈电器移动，并且其中所述天线还包括用于从所述容器外部远程定 位所述邻接环的装置。例如，所述用于远程定位所述邻接环的装置可 以包括一个或多个导向杆。可选地，所述邻接环可连接到所述反射器 上，并且其中所述馈电器可相对于所述邻接环和所述反射器轴向移动。
可选择地或者另外，所述馈电器优选可相对于所述反射器沿着径 向或侧向的方向移动，以调整所述天线的辐射图案，例如调整天线波 瓣。因此，在安装了所述天线之后可调整发射辐射的方向，即波瓣方 向，当如安装法兰是非水平时，这是有利的。还可移动整个天线，包 括所述馈电器。为此，所述馈电器或者整个天线可安装在可调球窝接 头上，但是也可使用更加简单的机械布置，其中所述反射器与馈电器 稍微地不对称，使其在安装期间能够旋转以使天线波束可有限地倾斜。 传统的盒式密封是允许通过简单装置进行密封调整的另一方式。
所述柱形馈电器优选具有在5-50mm范围内的直径。更优选地， 所述馈电器直径对应于所述天线使用的电磁辐射的波长的至少一半。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定罐内装填材料的装 填高度的雷达料位计，其包括上述天线。所述雷达料位计优选包括： 用于向所述装填材料的表面发射检测信号的发射器；用于从所述罐接 收回射信号的接收器；用于基于由所述接收器接收的所述回射信号确 定所述罐的装填高度的处理电路。另外，所述天线优选布置在所述罐的上部，并且布置成沿大致垂直方向发射电磁辐射。并且，所述天线 的馈电器优选大致垂直布置在所述罐内。
根据本发明的再一方面，提供了一种用于清洗雷达料位计的天线 的方法，所述雷达料位计可用于确定容器内含有的装填材料的装填高
度，其中所述方法包括： 设置反射器；
设置用于向所述反射器发射或从其接收微波信号的馈电器，其中 所述馈电器为细长形，大体为柱形形状；
设置绕着所述馈电器布置的邻接环；以及
将所述馈电器与所述邻接环中的至少一个相对于彼此沿着所迷馈 电器的轴向方向移动，从而从所述馈电器的表面刮擦掉污染物。
根据该方法，实现了根据第一方面描述的类似优点和优选特征。
参考下述实施例，能够清楚本发明的这些以及其它方面。
附图说明
为示意性目的，下面参考在附图中示出的实施例，对本发明进行 更加详细的描述，其中：
图1为容器的示意性侧视剖面图，其中布置有根据实施例的天线；
图2为根据本发明一个实施例的天线装置的侧视剖面图；
图3为根据本发明第二实施例的天线装置的侧视剖面图；
图4为根据本发明第三实施例的天线装置的侧视剖面图；
图5为根据本发明第四实施例的天线装置的侧视剖面图；
图6为根据本发明第五实施例的天线装置的侧视剖面图；
图7为根据本发明第六实施例的天线装置的侧视剖面图。

图1示意性地示出了包括根据本发明的天线的雷达料位计系统2。 简言之，图1中的系统包括：电子单元3，其用于传递和接收雷达信 号，并处理接收到的雷达信号，以确定罐1内装填材料的高度8;天
线4，其布置在罐内，用于发射雷达波和接收进入罐中的雷达波，这 将在下面更详细描述；和雷达波导组件5，其用于在电子单元3和天 线4之间引导信号。优选地，可以使用同一天线作为发射输出辐射的 发射器和作为接收反射的回射信号的接收器，即使也可以使用单独的
天线用于这些功能。雷达料位计优选布置在罐顶部7上，由此波导件 5布置成通过罐开口 6伸入罐内。
使用中，雷达料位计2沿着波导件5将雷达能量发射通过罐顶部， 并从液体表面8接收反射的能量，以提供罐内液体高度的指示。雷达 料位计2可通过信号线等联接到远程位置（例如，控制间）。
该系统可使用脉沖或连续发射辐射。在使用脉冲信号的情形下， 信号可为长度约为2ns或更短、频率在MHz量级、平均功率水平为 nW或nW区域的DC脉冲。可选地，该脉沖可在GHz频率的载波上 调制。如果需要，该罐可设有布置成允许电磁信号穿过罐壁同时保持 气密性的密封，以防止罐内的物质从罐泄漏。
图2中示出了天线4的第一实施例。天线包括反射器41和用于向 反射器发射及从其接收微波信号的馈电器42。反射器41绕着对称轴 线对称，但也可具有不同的形状和尺寸。但是，在优选实施例中，反 射器包括大致锥形的外侧部分41a (即离馈电器最远的部分）和大体 抛物面的内侧部分41b (即离馈电器最近的部分）。反射器的大致锥 形部分相对于馈电器优选具有约45度的倾斜。对于一定的馈电器和应 用情形，可最优设计反射器的精确形状和大小，例如，通过使用有限 元软件。
馈电器42为细长形，大体为柱形形状，所述馈电器的纵向轴线基 本与反射器的所述对称轴线重合，而所述对称轴线通常沿垂直方向， 即，垂直于装填材料的表面。
柱形馈电器优选在馈电器长度上具有基本为等直径的圆形截面。
柱形馈电器优选具有在5-50mm范围内的直径，最优选具有在 10-20mm范围内的直径。例如，馈电器可由钢制成。
馈电器包括用于向反射器发射电磁辐射和接收反射的电磁辐射的
环状辐射馈送区域43。环状辐射馈送区域优选布置成，在对称轴线的 方向上从反射器基部看时，处在低于反射器轴向延伸的高度，即反射 器比馈电器或者馈电器的支撑辐射馈送区域43的至少一部分更深地 延伸入容器内。辐射馈送区域优选布置成沿相对于所述馈电器的大致 径向的方向收发辐射，并且优选地，来自所述馈电器的天线图案基本 为从馈电器向外的圆环形，如图2中所示意性示出的，由此由反射器 朝向装填材料表面提供窄且方向性良好的波束。
因此，馈电器具有朝着容器内部的比较光滑且甚至柱形的外表面。 如本领域的技术人员所了解的，可以以许多不同的方式实现辐射馈送 区域43和用于在电子单元3与辐射馈送区域43之间引导电磁信号的 波导件5。例如，辐射馈送区域43可实现为环形圆柱曲面式阵列天线， 其可通过普通的电信号线（未示出）连接到电子单元3。同样可选用 垂直（沿着圆柱体）、水平（周向）或倾斜45。布置的辐射半波槽， 其可在钢管等中以孔的形式制成。但是，辐射馈送区域43还可实现为 雷达信号可透过的窗口，由此波导件可为波导管等。但是，其它可选 实现方式也是可行的。
馈电器的形状提供了对污染不太敏感的垂直辐射馈送表面。但是， 上述馈电器形状的另一优点是其可通过简单的机械运动来清洗，例如 不必打开罐而通过向上拉动圆柱体，或者沿着圆柱体移动圆环（例如 短的圆柱体）。因此，无需打开罐就可实现有效的清洗功能，并且如 果必要，还可在压力下实现。现在参考图3和4，对包含这种清洗装 置的两个实施例进行更加详细的描述。本领域的技术人员应当理解， 不同实施例的特征可以各种方式组合。
在图3所示的实施例中，天线还包括绕着馈电器布置、并固定地 连接到反射器41的邻接环44。另外，馈电器42，相对于邻接环可轴向 移动。这里，馈电器可相对于反射器和邻接环上下移动，从而能够通 过所述相对移动刮擦掉馈电器上的污染物以清洗馈电器表面。优选地， 馈电器可移动的距离至少长到足以使辐射馈送区域能够穿过邻接环。 在清洗运动之后，残留的罐物质将落入罐中，或者粘附到在辐射馈送
区域的下方、对污垢不敏感的馈电器最底部。邻接环可为固体材料或 柔性材料例如橡胶，并且可与反射器为一体，或者可设置为分离的元
件。优选地，邻接环还用作密封件，例如，可形为o形环密封件。另 外，还可使用布置在不同高度的两个或多个邻接环。
在该实施例中，可从罐外部致动馈电器，由此无需打开罐、无需 将罐内物质暴露给操作员和外部就进行清洗操作。另外，可在例如保 持罐内的非大气压力的同时进行整个移动操作。
上述馈电器的移动还可用于调整雷达波束特性，还可用于维护与 保养，例如馈电器的修理工作或置换。
在图4中，示出了用于在馈电器与邻接环之间产生相对移动的可 选实施例。在该实施例中，邻接环44，可相对于馈电器42和反射器41 移动。因此，能够进行上面参考图3描述的类似的清洗操作。优选地， 可从容器外部控制邻接环44，，例如，借助于一个或多个导向杆45。 导向杆可为刚性或柔性的，并且在使用柔性杆（例如，金属丝）的情 况下，可沿导向管等引导它们。
可选地或者另外，馈电器还可相对于反射器沿径向或侧向方向移 动，以调整天线波瓣。因此，在安装天线之后可调整所发射辐射的方 向，即波瓣方向。为了调整波瓣方向，整个天线或者只是馈电器圆柱 体是可调的。在图5中，示出了包括反射器41和馈电器42的整个天 线通过球窝接头连接到罐开口，从而能够调节天线相对于罐的角度的 实施例。在图6中，示出了可选的布置，其中球窝接头46，布置在馈 电器与反射器之间，从而只有馈电器是可调的。但是，也可使用用于 天线和/或馈电器的径向或侧向调整的几种可选装置，例如使得反射器 和馈电器稍微不对称，从而旋转给天线波束提供有限倾斜。传统的盒 式密封为允许通过简单装置调整密封的另一方式。由于馈电器的角度 移动小，所以作为上述球窝接头的可选方案，还可以绕着馈电器的枢 转点布置焊接金属表面，以避免污染和隐蔽空间。例如，如果馈电器 由相当薄的材料制成，那么其可直接焊接在反射器上，或者釆用适当 的凹痕来使其局部柔性以允许馈电器的小角度移动。
图7示出另一实施例，其中反射器的外周与罐的开口壁接触。因 此，反射器上面的空间相对于罐内部密封，并不暴露罐内的物质。因 此，避免了反射器后面的隐蔽空间。反射器外周优选连接到罐的开口 壁上，例如，通过焊接或法兰之间的压缩等。
本领域的技术人员应当理解，可将上述实施例以及公开的天线的 具体特征进行各种组合。
已经描述了本发明的具体实施例。但是，本领域的技术人员应当 理解，还可有一些可选方案。例如，可以在许多不同形式的雷达料位 测量系统中使用上述天线。另外，还可使用不同形状和大小的反射器， 可以以各种方式实现通过馈电器的信号传递，可以以不同方式实现馈 电器与邻接环之间的相对移动等。这些及其它修改都落入由所附权利 要求限定的本发明的范围内。