專利名稱：用于測量輸送管中的固體/液體混合物的濃度參數(shù)的系統(tǒng)和方法
用于測量輸送管中的固體/液體混合物的濃度參數(shù)
的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的、用于測量固體/液體 混合物中的濃度的系統(tǒng)。
該系統(tǒng)還涉及用于測量固體/液體混合物中的濃度的方法。此類型 的系統(tǒng)和方法用于，例如，挖掘機(jī)的輸送管。
為了最優(yōu)有效地運(yùn)送輸送管中的固體/液體混合物，使用傳感器測 量可表示輸送過程的性質(zhì)的過程參數(shù)。這些過程參數(shù)也可用來(自動(dòng)) 調(diào)節(jié)輸送過程。
一個(gè)過程參數(shù)與混合物濃度有關(guān)，所述混合物濃度即輸送液體(例 如水)中固體物質(zhì)(例如沙)的濃度。
調(diào)節(jié)混合物濃度對挖掘過程是重要的。過低的混合物濃度導(dǎo)致效 率低的挖掘過程，因?yàn)槊繂挝粫r(shí)間通過輸送液體泵送的固體太少。另 一方面，過高的濃度也是不希望的，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致管淤塞。因此為 了最優(yōu)有效的挖掘過程，常規(guī)的是在挖掘期間盡可能使混合物濃 度一_其隨固體類型、挖掘深度、開挖速度、泵的揚(yáng)程(lift)、泵 的可用容量以及期望的混合速度而變化一一保持穩(wěn)定。
為了確定混合物濃度，在挖掘工業(yè)中使用借助放射源確定管中混 合物濃度的系統(tǒng)和方法。
可通過測量在通過輸送管運(yùn)送挖掘混合物的過程中通過輸送管的
放射性(y )輻射的相對強(qiáng)度，推導(dǎo)出混合物濃度。然而，放射源的 使用存在一些缺陷。
在一些國家，對放射源的運(yùn)輸和/或使用有法律限制。這經(jīng)常使在 挖掘機(jī)上的使用復(fù)雜化。將放射源從核電廠運(yùn)輸?shù)酵诰驒C(jī)或存儲放射 性物質(zhì)也不是不受法律限制的。此外，放射源的使用受與輻射保護(hù)和 安全有關(guān)的各種要求影響。此外，輿論一般不贊成使用放射源。 現(xiàn)有技術(shù)利用電磁波確定液體/固體混合物中的密度。 JP 07346080描述了一種借助無線電波輻射測量固體/液體混合物中固體物質(zhì)的量的系統(tǒng)和方法。天線被置于輸送管的外緣上。為了允 許輻射混合物，輸送管應(yīng)該在天線處由塑料材料制成。
JP 07346080的缺點(diǎn)是，無防護(hù)地使用無線電波輻射。另外，考 慮到塑料材料對由例如像沙子之類的固體顆粒導(dǎo)致的磨損具有相對較 低的抗性，在例如像挖掘系統(tǒng)之類的、于其中泵送固體/液體混合物的 系統(tǒng)中使用塑料材料管是不希望的。由于挖掘輸送管中使用的壓力， 塑料材料相對低的耐壓強(qiáng)度也可能成為障礙。
本發(fā)明的目的是提供一種用于測量固體/液體混合物中的濃度的 系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法相比于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)沒有缺點(diǎn)或具 有較少的缺點(diǎn)。
該目的通過如權(quán)利要求l中限定的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明利用以下事實(shí)天線可抵靠管壁定位，從而不會(huì)對天線的 電磁機(jī)能產(chǎn)生不利的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，輸送管可完全由金屬制成，從而允許相對于 現(xiàn)有技術(shù)增加管壁的強(qiáng)度。此外，本發(fā)明通過金屬管壁從環(huán)境中屏蔽
掉從天線發(fā)出的輻射，從而提供更好的信噪比，并因此保護(hù)環(huán)境免受 管中輻射的影響，如此獲得了更好的電磁兼容性。因?yàn)榭蓪⑻炀€直接 定位在管壁上，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)保護(hù)覆蓋層可基本不變地經(jīng)由 天線附接到管壁內(nèi)側(cè)。
下文中將參照描繪本發(fā)明示例性實(shí)施方案的各附圖更詳細(xì)描述本 發(fā)明。這些示例性實(shí)施方案意在僅為了說明的目的，而不限制由權(quán)利 要求書限定的本發(fā)明的要旨。
在附圖中


圖1為設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的輸送管的示意性橫截面；
圖2為取自圖l橫截面的一部分的放大圖3是天線的示意性平面圖4是根據(jù)圖4的天線的示意性橫截面；
圖5示出了一替代實(shí)施方案；
圖6是設(shè)有附加的外部電導(dǎo)計(jì)的輸送管的示意性橫截面；以及
7圖7示出了一包括多個(gè)用于以"層析(tomographic)"圖的形式 測量混合物分布的天線的實(shí)施方案。
圖l是設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的輸送管T的示意性橫截面。輸送 管T的一部分充當(dāng)測量體積V的殼，在該測量體積V中系統(tǒng)可測量固 體/液體混合物M的濃度參數(shù)。術(shù)語"濃度參數(shù)，，指描述固體/液體混 合物的組成的參數(shù)，諸如混合物的密度或混合物中固體物質(zhì)的濃度。
測量體積V的殼設(shè)有第一天線Al和第二天線A2，第一和第二天 線A1、 A2為片狀天線(patch antenna)類型的。"片狀天線"類型 也被稱為微帶天線。在下文中將更詳細(xì)分析在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)這種類型 天線的方式。
天線Al和A2均位于輸送管T的在測量體積V中的壁W上。 優(yōu)選地，第二天線A2位于第一天線Al對面(即，在直接視線 (direct visibility line)上)，測量體積位于第一和第二天線之 間。
壁W襯有覆蓋層C,該覆蓋層C電氣且機(jī)械地保護(hù)壁W以及第一 和第二天線Al、 A2免受在使用期間含有固體/液體混合物M的測量體 積V影響。
因此，抵靠壁定位天線的可能性為輸送管提供了沒有障礙物的通 道，用于使混合物沿管流動(dòng)。
覆蓋層C由耐磨介電材料制成，該介電材料是相對耐固體/液體混 合物M的磨蝕作用的。
測量體積的殼的壁W由合適的金屬制成，以便能夠在運(yùn)行期間承 受管內(nèi)出現(xiàn)的壓力。另外，這將天線與輸送管T外部的環(huán)境屏蔽開。
第一發(fā)射器Al連接到發(fā)射器Rl,用以將無線電信號從發(fā)射器Rl 發(fā)射到圍繞天線Al的介質(zhì)。
第二天線A2連接到接收器R2，用以將無線電信號從圍繞第二天 線A2的介質(zhì)發(fā)射到接收器R2。
在使用期間，發(fā)射器R1將具有輻射能量E1的無線電信號發(fā)射到 輸送管T的含有待測混合物M的測量體積V中。穿過介質(zhì)傳播的無線 電信號(電磁輻射)用箭頭RS表示。接收器R2接收在通過測量體積之后具有殘余能量E2的無線電信號。
根據(jù)混合物的物理性質(zhì)，諸如介電常數(shù)和導(dǎo)磁率，來自電磁場的 能量以原則上可根據(jù)由發(fā)射器Rl發(fā)射到測量體積中的能量El與如接 收器R2所測得的殘余能量E2之比率所確定的方式被吸收。
可根據(jù)該比率推導(dǎo)混合物M的組成。
此外，關(guān)于混合物的更精確信息還可根據(jù)無線電信號通過測量體 積時(shí)經(jīng)受的時(shí)延獲得。
各種形式的可用無線電信號是可能的。例子包括脈沖，其周圍振 幅(surrounding amplitude )隨時(shí)間正弦地變化的信號以及掃頻信號。
在圖1中，Rl表示一發(fā)射器，R2表示一接收器?？捎肦1和R2表 示既可用作發(fā)射器又可用作接收器的收發(fā)器，如此測量方向可隨意顛 倒。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，收發(fā)器Rl和R2連接到諸如計(jì)算機(jī)之類的 控制單元B，以便能夠自動(dòng)地，可能在一規(guī)定時(shí)段內(nèi)和/或按照一可調(diào) 模式，測量在混合物M中的能量損失和/或延時(shí)?？刂茊卧€可根據(jù)獲 得的測試結(jié)果提供對混合物濃度參數(shù)的計(jì)算。
圖2是在第一實(shí)施方案中取自圖1的橫截面的一部分的放大圖。 在圖2中，如在前面的圖1中所用的相同參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
第一和第二片狀天線Al、 A2各由一金屬基板Pl和一金屬帶P2組 成，該金屬基板P1和金屬帶P2借助電介質(zhì)P3彼此隔開。盡管在該 圖一一圖2 — 一中未示出，但基板P1和帶P2連接在一起，如在圖4 和5中將更精確圖解的。
基板P1與輸送管T的壁W接觸。由于片狀天線A1、 A2的性質(zhì)， 在壁W與天線的基板Pl之間可能存在導(dǎo)電接觸，而這不妨礙天線的功 能(電磁效應(yīng))。結(jié)果，且與要求天線和壁之間絕緣的其它類型天線 不同，片狀天線A1、 A2可有利地非常接近壁W定位。
在該實(shí)施方案中，位于壁W與基板Pl之間的是填充有填充物D的 穴。該填充物D用來支撐天線Al、 A2，使得在運(yùn)行期間輸送管T內(nèi)的 升高的壓力不使天線A1、 A2變形。
替代地，板P1的導(dǎo)電功能可由壁W實(shí)現(xiàn)，使得可省去板P1。為此，壁w被制成平坦的。
替代地，在該實(shí)施方案中，板P1、電介質(zhì)P3和帶P2可彎曲為壁 W的內(nèi)緣的形狀，如此可省去填充物D。
覆蓋層C將帶P2與在運(yùn)行期間含有固體/液體混合物M的空間隔開。
填充物D由耐壓材料制成，可包括諸如Irathane之類的塑料材料 或其它塑料材料，但也可由例如像氧化鋁之類的陶瓷材料制成。
覆蓋層C由電絕緣塑料材料一一其對在使用期間沿管流動(dòng)的固體 /液體混合物M導(dǎo)致的磨損具有高的抗性——制成。例子包括 Irathane。根據(jù)該固體/液體混合物的組成，覆蓋層C也可由不同的電 絕緣材料或由瓷磚制成，該瓷磚可由或不由塑料材料包住。為了防止 過多量的由片狀天線Al發(fā)出的能量El經(jīng)由覆蓋層C沿管壁W傳播到 片狀天線A2，可使覆蓋層是局部導(dǎo)電的，例如通過在這些位置處在塑 料材料中摻雜以金屬顆粒實(shí)現(xiàn)。
圖3是在輸送管的縱向X上的片狀天線的示意性平面圖。
天線A1、 A2是"片狀天線"類型，"片狀天線"類型也被稱為"微 帶"。典型的微帶天線由利用絕緣元件P3與導(dǎo)電矩形基板P1隔開的 細(xì)導(dǎo)電矩形帶P2組成，該導(dǎo)電矩形帶P2也被稱為"片"，該絕緣元 件P3也被稱為"基底"。這兩個(gè)空間上隔開的導(dǎo)體P1、 P2本質(zhì)上形 成微帶天線。
為了出于進(jìn)行密度測量的目的測量無線電信號，重要的是天線性 質(zhì)是這樣的，即使得所用的無線電信號可具有的頻率和波長使得測量 體積的直徑(即，從第一天線經(jīng)由測量體積到第二天線的直線距離) 等于無線電信號的至少半波長。
在本發(fā)明中，天線的尺寸因此隨測量體積的直徑而變化而適應(yīng)該 要求。
結(jié)合電磁波的相應(yīng)所選頻率，帶P2的長度(平行于輸送管T的縱 向X)基本與輸送管的直徑為同一數(shù)量級。帶P2的寬度小于帶P2的 長度。該寬度可以被修改以致最優(yōu)化沿壁的定位。天線的連接阻抗隨 寬度減小而增大；上述帶的寬度還影響天線的輻射輪廓，不過這不妨 礙系統(tǒng)的功能性。根據(jù)天線的設(shè)計(jì)，基板P1的長度可等于或大于帶P2的長度?；?板Pl的寬度也可等于或大于帶P2的寬度，取決于所希望的天線性能。
將注意到，代替寬度恒定的矩形形狀，帶P2可具有任何其它寬度 隨長度而變化的期望形狀，例如在縱向X上逐漸變細(xì)的形狀。帶P2的 伸展寬度使天線相比于具有矩形形狀的帶P2的天線，能形成具有相對 較大帶寬的輻射輪廓。
在一側(cè)，片狀天線A1、 A2的帶P2包括到基板P1的連接P5。片 狀天線A1、 A2還包括用于帶P2上的收發(fā)器的連接P4。
待測定混合物M的相對介電常數(shù)也在天線的設(shè)計(jì)中起一定作用， 因?yàn)檫@可影響連接阻抗。
絕緣元件P3的介電常數(shù)對片的必要尺寸有顯著影響，在常規(guī)微帶 天線中該絕緣元件P3也可由一空氣隙組成。
如果元件P3的介電常數(shù)與固體/液體混合物的介電常數(shù)一致，那 么由天線與固體/液體混合物之間的過渡導(dǎo)致的、來自天線的損失可減 小到最小值。固體/液體混合物的介電常數(shù)在選擇的頻率范圍內(nèi)一般在 10與80之間改變，取決于固體物質(zhì)的濃度。
在本發(fā)明中，絕緣元件P3由介電常數(shù)在固體/液體混合物的介電 常數(shù)的典型極限以內(nèi)的材料制成。如果輸送液體是水的話，例子包括 這樣的聚合物其中混有弄成粉的或細(xì)粒的鈦酸鋇或另一介電常數(shù)相 對較高的材料以便提供約80的介電常數(shù)。絕緣元件P3也可由具有合 適介電常數(shù)的陶瓷層一一例如介電常數(shù)為約10的氧化鋁一一組成，或 由復(fù)合材料組成。鑒于具有高介電常數(shù)的材料的高成本價(jià)，使用具有 相對較低介電常數(shù)的材料可能是所希望的。介電常數(shù)低于IO但無論如 何大于1的材料的使用提供了(較便宜的)替代方案一一如果固體/ 液體混合物的電導(dǎo)率保持是有限的則可使用該替代方案，如此次最佳 的天線是足夠的。
絕緣元件P3的介電常數(shù)相對較高，還確保在發(fā)射頻率保持不變 時(shí)，天線A1、 A2的尺寸可(與介電常數(shù)的平方根成比例地)減小。這 對天線在輸送管中的實(shí)際效用有極大好處，因?yàn)檫@允許天線的尺寸適 應(yīng)輸送管的尺寸。在此方面也重要的是，天線性能是這樣的，以致使 所用的無線電信號能夠具有的頻率和波長使得測量體積(即，輸送管)
ii的直徑等于至少半波長。
名稱"微帶"在本發(fā)明中僅表示類型，因此"微，，不以任何方式
表示天線的尺寸在常規(guī)機(jī)栽微帶天線具有一至數(shù)十毫米的片長度和 寬度的情況下，根據(jù)輸送管的待輻射直徑并根據(jù)電磁波的所選頻率， 用于本發(fā)明的天線可具有一至數(shù)十厘米的片長度和寬度 一般地，片 長度與輸送管的直徑為同一數(shù)量級。
在本發(fā)明中可在直徑在約1 Ocm到約15 Ocm的范圍內(nèi)的輸送管中使 用上述系統(tǒng)。
絕緣元件P3和帶P2均被埋入覆蓋層C。除了保護(hù)天線A1、 A2中 的每個(gè)以及壁W免受沿管刮擦的固體/液體混合物影響，該覆蓋層還擴(kuò) 大了天線的可能活動(dòng)范圍如果沒有絕緣覆蓋層C，過大比例的由片 狀天線Al發(fā)出的能量El將由于導(dǎo)電的結(jié)果而在導(dǎo)電固體/液體混合物 中損失掉。覆蓋層C防止由導(dǎo)電引起的該損失。另外，覆蓋層C影響 天線的諧振頻率，并且天線的布置補(bǔ)償這一點(diǎn)。為了能夠調(diào)節(jié)片狀天 線的諧振頻率，使用數(shù)值模型計(jì)算包括覆蓋層C的片狀天線。
圖4是沿線IV-IV截取的、根據(jù)圖3的天線的示意性橫截面。 在圖4中，如在之前的附圖中所用的相同參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
絕緣元件P3附接到基板P1。帶P2位于絕緣元件P3上?；錚1 經(jīng)由到帶P2的窄頭側(cè)的連接P5連接到帶P2。
帶P2經(jīng)由連接S連接到收發(fā)器R1、 R2。由內(nèi)導(dǎo)體S、導(dǎo)電保護(hù)器 I和絕緣體(未示出)組成的同軸電纜被饋送通過壁W中和絕緣元件 P3中的開口，內(nèi)導(dǎo)體S經(jīng)由連接P4與導(dǎo)電帶P2電接觸，并且導(dǎo)電保 護(hù)器I與壁W和/或基板P1電接觸。內(nèi)導(dǎo)體S經(jīng)由基板P1中和絕緣元 件P3中的饋通件連接到帶P2。
圖5是在一替代實(shí)施方案中取自圖l的橫截面的一部分的放大圖。
在圖5中，如在之前的附圖中所用的相同參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
在該替代實(shí)施方案中，在壁W上附接有其中可容納基板的平展隱 藏式表面(flattened, recessed surface) Wl， 其中片狀天線Al、 A2可利用基板P1的整個(gè)表面區(qū)域，與壁W接觸。尤其對于直徑相對較小的輸送管，為了能夠安裝具有合適尺寸的 片狀天線，該替代實(shí)施方案可能是有利的。
在另一實(shí)施方案中，壁W充當(dāng)片狀天線的基板P1。壁w承擔(dān)基板
Pl的電磁功能。
圖6是設(shè)有在又一實(shí)施方案中的系統(tǒng)的輸送管的示意性橫截面。 在圖6中，如在之前的附圖中所用的相同參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
在又一實(shí)施方案中，除了在圖1中已示出的元件，系統(tǒng)還包括一 外部電導(dǎo)計(jì)GM,該電導(dǎo)計(jì)GM連接到控制單元B，用于發(fā)射導(dǎo)電率信號 給控制單元B，并且該電導(dǎo)計(jì)GM被配置用于在使用期間測量僅輸送液 體的導(dǎo)電率。
該電導(dǎo)計(jì)在使用期間基本上位于固體/液體混合物的輸送液體中。 已知，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的衰減與介質(zhì)的導(dǎo)電率以及電磁波的 頻率協(xié)同地增加。作為該增加的衰減的結(jié)果，待使用頻率的上限由在 導(dǎo)電介質(zhì)中的最大可容許信號衰減決定。電磁波的待使用頻率的下限 以這種方式選擇，即使得以平均混合物組成，兩個(gè)天線之間至少容納 半波長。
如上文中所述，固體/液體混合物的密度可根據(jù)從第一天線通過測 量體積傳送到第二天線的無線電信號的能量損失或時(shí)延確定。該能量 損失或該時(shí)延與被測量的固體/液體混合物M的有效相對介電常數(shù)有 關(guān)。組成該混合物的部分(即，固體和液體)本身具有不同的相對介 電常數(shù)。
由于測得的相對介電常數(shù)對應(yīng)于在單獨(dú)(兩個(gè))部分的相對介電 常數(shù)值之間變化的有效相對介電常數(shù)這一事實(shí)，上述部分的體積比可 根據(jù)測得的相對介電常數(shù)確定。
混合物的介電常數(shù)可利用電磁波借助輻射測量，傳播時(shí)間t，其 被定義為波前從第一天線Al到達(dá)第二天線A2所需的時(shí)間，指示固體/ 液體混合物的視在介電常數(shù)(apparent permiUivi ty )。在混合物的 任何導(dǎo)電率的影響都被包含在視在介電常數(shù)中的意義上來說，視在介 電常數(shù)不同于有效介電常數(shù)。
傳播時(shí)間t由上述天線之一所發(fā)出的源信號確定，該源信號將被與由另一天線接收的信號進(jìn)行比較。固體/液體混合物的濃度可根據(jù)無
線電信號在固體/液體混合物中的傳播時(shí)間tm與無線電信號在僅輸送 液體中的傳播時(shí)間tO之差tr確定。
在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，根據(jù)被規(guī)定為tr=tm-tO的傳播時(shí)間tr的 改變，確定相對于輸送液體濃度的固體/液體混合物濃度。
因?yàn)樾盘栐趦H輸送液體中的傳播時(shí)間t0還依賴于輸送液體的導(dǎo) 電率——其一般在對于河水的0.5 S/m和對于海水的4 S/m之間變化， 對導(dǎo)電率的該依賴應(yīng)被包括在對固體/液體混合物密度的計(jì)算中。
為此，(在運(yùn)行期間)在測量期之前進(jìn)行校準(zhǔn)，在僅輸送液體中測 量傳播時(shí)間t0。倘若在系統(tǒng)的隨后正常運(yùn)行過程中輸送液體的導(dǎo)電率 不顯著改變的話，可使用該校準(zhǔn)。
然而，在系統(tǒng)的正常運(yùn)行過程中，輸送液體的導(dǎo)電率可能改變， 這例如可能在潮水、河口、沿岸水等等中發(fā)生。
如果由電導(dǎo)計(jì)GM測得的輸送液體的導(dǎo)電率顯著改變，控制單元B 可使用來自電導(dǎo)計(jì)GM的導(dǎo)電率信號來修正從固體/液體混合物獲得的 傳輸時(shí)間測量結(jié)果。
外部電導(dǎo)計(jì)GM測量輸送管外部而非其內(nèi)部的導(dǎo)電率，因?yàn)樵谳斔?管中電導(dǎo)計(jì)(明顯)依賴固體/液體濃度。
在挖掘機(jī)的情況下，通過將電導(dǎo)計(jì)GM定位在開挖點(diǎn)區(qū)域，可在水 中測量導(dǎo)電率，如此測得的導(dǎo)電率盡可能對應(yīng)于輸送液體的導(dǎo)電率。
在校準(zhǔn)期間以及在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，電導(dǎo)計(jì)確定僅輸送液體的 瞬時(shí)導(dǎo)電率。如此確定的導(dǎo)電率變化應(yīng)用來修正在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間 的傳播時(shí)間to。
還應(yīng)注意，在輸送液體具有相對較高導(dǎo)電率的情況下，使用盡可 能低的無線電信號頻率可能是有利的，因?yàn)樵谠擃l率，無線電信號經(jīng) 受相對最小限度的衰減。因?yàn)樵陬l率保持恒定時(shí)，在導(dǎo)電率相對較高 的介質(zhì)中的波長減小，這允許在導(dǎo)電率增加時(shí)降低發(fā)射頻率，而不輕 視以下要求以平均混合物組成，兩個(gè)天線之間必須容納至少半波長。 通過基于測得的導(dǎo)電率主動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射頻率，從而對于更寬范圍的混合 物導(dǎo)電率，可獲得最佳測量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，兩個(gè)以上天線被沿測量體積V的壁
14W的內(nèi)周邊相接地定位。所有這些天線以諸如上文中所描述的針對包 括兩個(gè)天線的系統(tǒng)的方式連接到控制單元。通過在控制單元的控制下， 從一個(gè)天線發(fā)射信號并借助剩余天線接收發(fā)射信號，可在每一介于發(fā) 射天線與接收天線之一之間的測量路徑上獲得關(guān)于混合物濃度的信 息。所述兩個(gè)以上天線連接到控制單元，以^使得該控制單元被配置為， 通過結(jié)合每個(gè)測量路徑測得的混合物濃度，例如以確定管中混合物的 層析圖的形式，獲得關(guān)于整個(gè)管直徑上混合物濃度分布的數(shù)據(jù)。
圖7示出了包括六個(gè)天線Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6的測量系統(tǒng)的 實(shí)施例，這六個(gè)天線Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6各單獨(dú)連接到收發(fā)器 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6中的相應(yīng)一個(gè)。這些收發(fā)器連接到控制單元 B，該控制單元B被配置用于控制每個(gè)收發(fā)器(用于發(fā)射和/或接收信 號)以及用于從每個(gè)收發(fā)器接收信號?？刂茊卧狟還能夠根據(jù)所接收 的信號確定關(guān)于測量體積M內(nèi)的混合物濃度分布的信息。
例如，控制單元B控制第一收發(fā)器Rl，以經(jīng)由第一天線A1發(fā)射 一無線電信號RS,其它收發(fā)器R2-R6被調(diào)整為接收該無線電信號(一 旦該信號通過測量體積M)。根據(jù)所接收的信號，控制單元然后將關(guān)于 測量體積中的混合物組成的信息確定為隨從第一天線與每個(gè)剩余天線 之間通過的相應(yīng)測量路徑而變化。
控制單元可以循環(huán)的(round-robin )方式周期性地執(zhí)行這種測量， 其中在每種情況下，上述天線之一接連發(fā)射無線電信號，其它天線接 收該信號，并且控制單元以合適的方式收集和處理所述信號。
將注意到，以替代形式，控制單元可經(jīng)由多路復(fù)用器連接到上述 收發(fā)器。
權(quán)利要求
1. 一種用于測量固體/液體混合物(M)的濃度參數(shù)的系統(tǒng)，包括測量體積(V)、第一天線(A1 )和至少一個(gè)第二天線(A2)，其中-所述第一和第二天線各為片狀天線類型，并且每個(gè)天線(A1 ；A2)包括一導(dǎo)電基板(P1)、一導(dǎo)電帶(P2)和一絕緣元件(P3)，所述絕緣元件(P3)位于所述基板(P1)與所述帶(P2)之間，并且所述帶在頭側(cè)具有一到所述基板(P1)的導(dǎo)電連接(P5)；-所述第一和第二天線通過所述導(dǎo)電基板(P1)附接到所述測量體積的壁(W)，以及-所述測量體積的所述壁(W)由金屬制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一用于無線電信號(RS) 的發(fā)射器(Rl )、用于所述無線電信號的接收器(R2 )以及一控制單元(B)，其中所述發(fā)射器(R1)的輸出連接到所述第一天線(A1);所述 接收器(R2)的輸入連接到所述第二天線(A2);所述控制單元(B) 連接到所述發(fā)射器和所述接收器，并且所述控制單元(B)被配置用于 控制所述發(fā)射器和所述接收器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元(B)連接到 所述發(fā)射器的數(shù)據(jù)輸出用于經(jīng)由所述發(fā)射器所產(chǎn)生的無線電信號接收 數(shù)據(jù)，并且還連接到所述接收器的數(shù)據(jù)輸出用于經(jīng)由所述接收器所接 收的無線電信號接收數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述無線電信號的波長被選 擇為使得，在使用期間從所述第 一天線經(jīng)由所述測量體積到所述第二 天線的直線距離基本等于所述無線電信號的至少半波長。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元(B)被配置 以在使用期間確定所述固體/液體混合物(M)的濃度參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括一電導(dǎo)計(jì) (GM)，所述控制單元(B)連接到所述電導(dǎo)計(jì)用于接收導(dǎo)電率信號，并且所述控制單元被配置以在使用期間根據(jù)所述導(dǎo)電率信號確定用于 所述濃度參數(shù)的導(dǎo)電率修正。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述電導(dǎo)計(jì)(GM)被定位， 以使得在使用期間基本僅測量所述固體/液體混合物(M)中的液體的導(dǎo)電率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中一覆蓋層(C)附接到所述 壁(W)以及附接到所述壁的所述第一和第二天線(Al， A2)，用于保 護(hù)所述壁和所述天線免受所述固體/液體混合物(M)影響。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中填充物(D)被定位在所述 第一和第二天線(Al， A2)中的每一個(gè)與所述測量體積(V)的所述壁U)之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中用于將一片狀天線(Al; A2)容納在所述基板(Pl)內(nèi)的所述壁(W)包括一用于所述天線的平 展表面(Wl)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基板(P1 )、電介質(zhì)(P3) 和導(dǎo)電帶(P2)具有曲面結(jié)構(gòu)，使得它們直接連接到所述壁(W)。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述壁(W)為一片 狀天線(Al; A2)的基板(Pl)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述絕緣元件(P3)為電 介質(zhì)，該電介質(zhì)具有比空氣高的相對介電常數(shù)，優(yōu)選具有所述固體/ 液體混合物中的液體的、與無線電信號的一頻率或頻率范圍相稱的相 對介電常數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述絕緣元件由塑料材料 /鈦酸鋇復(fù)合物或陶乾材料組成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述基板(Pl)和所述帶 (P2)在所述測量體積(V)的縱向(X)上延伸，所述帶(P2)的長度和所述第一天線與所述第二天線之間的距離基本為同一數(shù)量級。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述基板(Pl)的長度等 于至少所述帶(P2)的長度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一天線(Al)或所 述第二天線(A2)與所述發(fā)射器(Rl)之間的連接相應(yīng)包括所述接 收器(R2)、 一信號承載導(dǎo)體(S)和另一導(dǎo)體(1)，所述信號承栽導(dǎo) 體連接(P4)到相應(yīng)天線(Al; A2)的所述帶(P2),所述另一導(dǎo)體連 接到所述測量體積(V)的所述壁(W)和/或相應(yīng)天線(Al; A2)的所 述基板(P2 )。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中一饋通件設(shè)置在所述絕緣 元件(P3 )以及所述基板(Pl)中，用于所述信號承載導(dǎo)體(S )的饋 通。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述天線(A1; A2)的所 述帶(P2)為矩形。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述天線(A1; A2)的所 述帶(P2)具有隨長度而變化的寬度。
21. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元(B) 被配置為在使用期間使來自所述發(fā)射器(Rl)的無線電信號的基頻隨 所述液體的導(dǎo)電率一一其由電導(dǎo)計(jì)測得一一而變化，以使得隨所測得 的導(dǎo)電率而變化的所述無線電信號的波長基本恒定。
22. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中兩個(gè)以上天線被沿 所述壁(W)的內(nèi)周邊定位，并且其中所述兩個(gè)以上天線被連接，以使 得在使用期間，在發(fā)射天線與每個(gè)接收天線之間存在相關(guān)聯(lián)的測量路 徑，可以沿該測量路徑確定所述混合物濃度，所述控制單元被配置為， 通過結(jié)合隨所述測量路徑而變化的混合物濃度，確定與所述測量體積 中的混合物濃度分布有關(guān)的數(shù)據(jù)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述控制單元被配置用于 以循環(huán)的方式周期性地進(jìn)行測量，其中在每種情況下， 一個(gè)天線發(fā)射 無線電信號，其余天線接收所述信號，并且所述控制單元以合適的方 式收集和處理所述信號。
24. —種用于測量固體/液體混合物(M)的濃度參數(shù)的方法，包 括提供用于容納所述固體/液體混合物(M)的測量體積(V);提供 第一天線(Al )和第二天線(A2)，所述第一天線(Al )和第二天線(A2) 為片狀天線類型的天線，每個(gè)天線(Al; A2)包括一導(dǎo)電基板(Pl)、 一導(dǎo)電帶(P2)和一絕緣元件(P3),其中所述絕緣元件(P3)位于所 述基板(Pl)與所述帶(P2)之間，并且所述帶在頭側(cè)具有一到所述 基板(P1)的連接(P5);所述第一和第二天線中的每一個(gè)通過所述導(dǎo) 電基板(Pl)附接到所述測量體積的壁(W)，并且所述測量體積的所 述壁由金屬制成。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括通過所述第一天線發(fā)射無線電信號，通過所述第二天線接收所述無線電信號，以及根據(jù)所 發(fā)射的無線電信號與所接收的無線電信號之間的差別確定所述固體/ 液體混合物的濃度參數(shù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括僅測量所述固體/液 體混合物的液體的導(dǎo)電率，以及借助所測得的所述液體的導(dǎo)電率修正 所述固體/液體混合物的所述濃度參數(shù)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24 - 26中任一項(xiàng)所述的方法，包括提供兩個(gè)以 上沿所述壁(W)的內(nèi)周邊定位的天線；將所述兩個(gè)以上天線連接在一 發(fā)射天線和每個(gè)接收天線之間，以使得在使用期間存在用于確定所述 混合物濃度的相關(guān)聯(lián)測量路徑；結(jié)合隨所述測量路徑而變化的混合物 濃度以確定所述測量體積中的混合物濃度分布。
全文摘要
用于測量固體/液體混合物的濃度參數(shù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括測量體積、第一天線和至少一個(gè)第二天線。所述第一和第二天線各為片狀天線類型，并且每個(gè)天線包括一導(dǎo)電基板、一導(dǎo)電帶和一絕緣元件。所述絕緣元件位于所述基板與所述帶之間，并且所述帶在頭側(cè)具有一到所述基板的導(dǎo)電連接。所述第一和第二天線通過所述導(dǎo)電基板附接到所述測量體積的壁，所述測量體積的所述壁由金屬制成。
文檔編號G01N22/04GK101548179SQ200780044995
公開日2009年9月30日 申請日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者A·G·泰瑞斯, C·德凱澤, H·C·W·貝杰瑞克, M·J·C·范伊頓 申請人:Ihc系統(tǒng)股份有限公司