NL1031209C2

NL1031209C2 - Werkwijze en inrichting voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen.

Info

Publication number: NL1031209C2
Application number: NL1031209A
Authority: NL
Inventors: Bin Sai
Original assignee: Enraf Bv
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-24
Also published as: JP5276451B2; CN101389935B; AU2007230003B2; RU2008137555A; CN101389935A; AU2007230003A1; CA2640427C; WO2007111498A3; US20110163910A1; JP2009527760A; EP1994379B1; MX2008010118A; CA2640427A1; RU2431809C2; NO20084017L; WO2007111498A2; EP1994379A2; US8319680B2

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen.

5

BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een fase-gebaseerde werkwijze voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door het vloeistofniveau 10 gereflecteerde radarsignalen.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau van een vloeistof aan de hand van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding, tenminste omvattende een boven de vloeistof opgestelde radarantenne voor het uitstralen van radarsignalen naar de 15 vloeistof en het ontvangen van door het oppervlak van de vloeistof gereflecteerde radarsignalen, alsmede middelen voor het vaststellen van het vloeistofniveau op basis van de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen.

Radar (Radio Detection And Ranging) wordt breed toegepast voor contactloze afstandsbepalingen. Een zeer bekend principe de tijdsverschilmethode. 20 Hierbij zendt een radarantenne een radarsignaal uit dat op een voorwerp, bijvoorbeeld een vloeistofniveau invalt. Het voorwerp reflecteert een gedeelte van het uitgezonden radarsignaal/golf terug in de richting van de radarantenne, die het gereflecteerde radarsignaal/golf ontvangt.

Hoewel het mogelijk is om zowel voor het uitgestraalde radarsignaal 25 als voor het gereflecteerde radarsignaal aparte radarantennes te gebruiken is het gebruikelijk om voor zowel het uitstralen als ontvangen dezelfde radarantenne te gebruiken. Het radarsysteem meet het tijdsverschil At tussen het uitgezonden en ontvangen radarsignaal. Als de snelheid van het uitgezonden radarsignaal bekend is kan eenvoudig met geschikte meetmiddelen de afstand ten opzichte van het 30 oppervlak van de vloeistof worden vastgesteld.

Een inrichting volgens bovengenoemde aanhef dat gebruikt maakt van bovengenoemd meetprincipe wordt veel gebruikt om met behulp van radarsignalen het niveau van een vloeistof, bijvoorbeeld water of olie nauwkeurig vast te stellen in een opslagtank in de procesindustrie of in een olieraffinaderij. De 1031209 2 gebruikte radarsignalen zijn daarbij veelal gepulste radarsignalen.

De thans bekende methodieken zijn met name gebaseerd op het faseverschil tussen het uitgezonden en het gereflecteerde radarsignaal. Jammer genoeg kan het daadwerkelijke faseverschil niet rechtstreeks door een thans 5 gebruikte radarontvanger worden gemeten. Door de onbetrouwbaarheid en de onzekerheid van het gemeten faseverschil, kan geen eenduidige enbetrouwbare waarde worden vastgesteld van het daadwerkelijke niveau van de vloeistof.

De werkwijze overeenkomstig de uitvinding beoogt bovengenoemde bezwaar te ondervangen en een meer nauwkeurig meetprincipe te introduceren, die 10 met de genoemde onnauwkeurigheden in de thans gehanteerde meetmethoden rekening houdt. Hiertoe omvat de werkwijze overeenkomstig de uitvinding de stappen van i) het in de tijd opeenvolgend naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen met frequenties f^ f2.....en fasen φη,, ........

15 ii) het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen met frequenties f1( f2.....en fasen φ^, (p2j,...; iii) het vaststellen van het faseverschil Δφ,, Δφ2, ... tussen de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen; iv) het mede op basis van het vastgestelde faseverschil afleiden van het 20 niveau L.

Meer specifiek wordt de werkwijze overeenkomstig de uitvinding gekenmerkt, doordat de stap iv) de stappen omvat van v) het vaststellen van het frequentie-verschil Δί^, ... tussen de opeenvolgende uitgezonden radarsignalen met frequenties f,, f2.....; 25 vi) het vaststellen van de fase-verschuiving Δψ^, ... tussen de opeenvolgend vastgestelde fase-verschillen Δφ,, Δφ2.....

Vervolgens wordt overeenkomstig de uitvinding in stap vii een minder nauwkeurige niveauwaarde L’ afgeleid op basis van het in de stappen v en vi vastgestelde frequentie-verschil Δί,.2 en de fase-verschuiving Δψ,.;,.

30 Door overeenkomstig de uitvinding vervolgens in stap viii op basis van de in stap vii afgeleide minder nauwkeurige niveauwaarde L’ het getal k tussen de uitgezonden en gereflecteerde radarsignalen af te leiden kan vervolgens het daadwerkelijk fase-verschil worden bepaald op basis waarvan vervolgens zeer nauwkeurig het niveau L van de vloeistof op basis van het in de stap viii vastgestelde 3 getal k en het in stap iii vastgestelde faseverschil wordt vastgesteld.

Dit biedt een meer nauwkeurig beeld van het daadwerkelijk vloeistofniveau dan met de gebruikelijke meetmethodieken kan worden bereikt. De nauwkeurigheid in de niveaumeting kan beter dan 1 mm bedragen door de op fase-5 gebaseerde signaalverwerking. De uitvinding maakt gebruik van de fase-verschillen in radarsignalen bij verschillende frequenties

Overeenkomstig de meetmethodiek volgens de uitvinding wordt het niveau L wordt bepaald door: L = Δ <p1tv / (4πΓ,), met 10 v de snelheid van het radarsignaal door het medium; f, de frequentie van het radarsignaal; Δ <p1t het werkelijke faseverschil tussen het uitgezonden en gereflecteerde radarsignaal met frequentie fv

Met de werkwijze wordt eerst een onnauwkeurige niveau-meting 15 uitgevoerd, waarbij het onnauwkeurige niveau L’ wordt bepaald door: L’ = Δψ12ν / (4πΔί12), met v de snelheid van het radarsignaal door het medium; Δί12 de frequentie-verschil tussen de radarsignalen f, en f2; Δψ12 de fase-verschuiving tussen de faseverschillen Δφη en Δφ2.

20 Daarbij wordt het werkelijke faseverschil tussen het uitgezonden en gereflecteerde radarsignaal met frequentie f, bepaald door: Δ <p1t = Δφ, + 2kn\ met A<pt het gemeten faseverschil tussen het uitgezonden en gereflecteerde radarsignaal met frequentie f,; 25 k het getal.

Het getal k kan met de meetmethodiek overeenkomstig de uitvinding bepaald worden aan de hand van k = | 2fL7v |, na vaststelling van het getal k het daadwerkelijke faseverschil tussen het uitgezonden en gereflecteerde radarsignaal met frequentie f, kan worden vastgesteld op basis waarvan de daadwerkelijke 30 niveaumeting L kan worden gerealiseerd.

De inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de radarantenne is ingericht voor het in de tijd opeenvolgend naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen met frequenties f1t f2, .... en fasen φ1(, <p2i, ...; alsmede het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde 4 radarsignalen met frequenties ίυ f2.....en fasen φ^, cp2j, en waarbij de middelen zijn ingericht voor het vaststellen van het faseverschil Δφ^ Δφ2, ... tussen de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen en het mede op basis van het vastgestelde faseverschil afleiden van het niveau L.

5 Meer specifiek zijn de middelen ingericht in het vaststellen van het frequentie-verschil Δί^, ... tussen de opeenvolgende uitgezonden radarsignalen met frequenties f,, f2, ... en het vaststellen van de fase-verschuiving Δψ1.2, ... tussen de opeenvolgend vastgestelde fase-verschillen Δφ1; Δφ2, ..., waarbij de middelen voorts zijn ingericht in het afleiden van een minder nauwkeurige niveauwaarde L’ op basis 10 van het vastgestelde frequentie-verschil ΔΓ,.2 en de fase-verschuiving Δψ,_2 en het voorts op basis van de minder nauwkeurige niveauwaarde L’ afleiden van het getal k tussen de uitgezonden en gereflecteerde radarsignalen.

Analoog aan de hierboven geschetste meetmethodiek zijn overeenkomstig de uitvinding de middelen ingericht in het vaststellen van het niveau 15 L op basis van het vastgestelde getal k en het vastgestelde faseverschil.

De werkwijze en inrichting overeenkomstig de uitvinding zullen nu aan de hand van tekeningen nader worden toegelicht.

Zoals hierboven toegelicht heeft de uitvinding betrekking op een fase-gebaseerde methodiek voor het op een betrouwbare en zeer nauwkeurige wijze 20 vaststellen van het niveau van een vloeistof. De methodiek maakt gebruik van radarsignalen voor het vaststellen van het niveau van een product opgeslagen bijvoorbeeld in een opslagtank waarbij de meet-methodiek niet verstoord wordt door allerlei obstakels of onderdelen in de tank.

Een bekend principe voor een niveaumeting is gebruik te maken van 25 gepulste radarsignalen. In Figuur 1 wordt schematisch een inrichting voor het vaststellen van het niveau van de vloeistof in een tank volgens dit bekende meetprincipe getoond. De inrichting 10 is opgesteld boven in een tank 1, welke is opgebouwd uit wanden 1a, een dak 1b en bodem 1c. De hoogte van de tank 1 wordt aangeduid met de letter H.

30 In de tank 1 is een hoeveelheid vloeistof 2 opgenomen waar de hoogte van het vloeistofniveau 3 aangeduid wordt met de letter L.

De inrichting 10 bezit ten minste één radarantenne 12 voorzien van een uitstraalvlak 11 voor het in de richting van het vloeistofniveau 3 uitzenden van een radarsignaal 4a. Het radarsignaal 4a wordt gedeeltelijk door het 5 vloeistofoppervlak 3 gereflecteerd en het gereflecteerde radarsignaal 4b wordt wederom door de radarantenne 12 opgevangen. Uiteraard is het ook mogelijk om een afzonderlijke antenne voor het uitzenden van de radersignalen naar het oppervlak en een afzonderlijke ontvanger voor het opvangen van de gereflecteerde radarsignalen 5 in te zetten.

De inrichting 10 overeenkomstig de stand van de techniek is tevens voorzien van middelen 13 voor het vaststellen van het vloeistofniveau 3 (L) op basis van het uitgestraalde radarsignaal 4a en het gereflecteerde radarsignaal 4b, waarbij het meetsysteem gebaseerd is op het vaststellen van het tijdsverschil At tussen de 10 uitgezonden en de ontvangen signaalpuls. Omdat de snelheid van het radarsignaal bekend is kan de afstand tot aan het meetobject of hier het niveau worden bepaald door: L = H - h = 1Av.At (1) 15 waarbij H = de hoogte van de tank [m] L = de afstand tussen de radarantenne en het vloeistofniveau [m] h = de hoogte van het vloeistofniveau [m] v = de voortplantingssnelheid van de radargolven door het medium [m/sec] 20 At = het tijdsverschil tussen het uitgestraalde radarsignaal en het gereflecteerde radarsignaal [sec]

Een niveaumeting gebaseerd op gepulste radarsignalen bezit als nadeel dat de tijdmeting tussen het uitgezonden en het ontvangen radarsignaal zeer hoog moet zijn. Een onnauwkeurige tijdmeting resulteert onherroepelijk ook in een 25 onnauwkeurige niveaumeting. De meting onder gebruikmaking van gepulste radarsignalen is onder andere afhankelijk van de pulsvorm van het radarsignaal en in mogelijk ook van de pulsamplitude. Daarnaast wordt deze methodiek verstoord door reflecties van het radarsignaal door andere objecten dan het oppervlak van de vloeistof.

30 Een uitgebreidere methodiek maakt gebruik van frequentiemodulatie (Frequency-Modulation Continuous-Wave radar), waarbij de frequentie van het radarsignaal in de tijd verandert. Het signaal kan bijvoorbeeld een driehoeksvorm bezitten zoals weergegeven in Figuur 3. Als gevolg van de tijdvertraging, die veroorzaakt wordt door de af te leggen afstand tussen de antenne en het 6 doeloppervlak, bestaat tussen het uitgezonden radarsignaal 4a en het gereflecteerd radarsignaal 4b een frequentie-verschil fbeal. Deze frequentie fbeat kan door middel van Fourier-transformatie berekend worden (zie hiervoor figuur 4). De afstand L kan aldus vastgesteld worden voor het driehoeksvormsignaal: 5 L = ^beaiV (2) 4Δ% waarbij fm = de modulatie-frequentie [Hz] AF = ‘sweep’ frequentie-band [Hz] W = de ‘beat’ frequentie tussen het uitgezonden en ontvangen radarsignaal 10 [Hz] v = de voortplantingssnelheid van de radargolven door het medium [m/sec]

De FMCW-techniek bezit niet de nadelen van de gepulste radarmeting. De tijdvertragingsmeting wordt vervangen door meer nauwkeurige frequentietelling. In de digitale signaalverwerking kan een Fast Fourier Transformatie 15 (FFT) worden gebruikt teneinde een vermogensdichtheidsspectrum te verkrijgen (Power Spectrum Density, is PSD), waarin de vermogensverdeling gezien over de frequentieband van het beatsignaal als een enkelvoudige piek wordt getoond. Indien reflecties optreden, zoals veroorzaakt door tussenliggende voorwerpen (belemmeringen), zullen de reflecties als meervoudige pieken in het PSD-diagram 20 schijnen, zoals ook getoond in figuur 4. Een gewoon software-algoritme kan gebruikt worden om de middenfrequentie fbeat van de correct gekozen piek vast te stellen, welke overeenkomt met de reflectie van het vloeistofoppervlak.

Echter de hierboven beschreven meetmethodiek van de FMCW-radar bezit een aantal significante nadelen. Allereerst worden strenge eisen gesteld 25 aan de stabiliteit van de helling van de frequentie-'sweep', die in hoge mate constant dient te zijn. Ten tweede is het moeilijk om de hoge lineariteit van de ‘sweep’-vorm te handhaven en is zo doende de middenfrequentie van de frequentieband onduidelijk. Ten derde is de berekening met behulp van Fourier Transformatie van het exacte midden van de beatfrequentie zeer gevoelig voor interferenties door reflecties (in 30 Figuur 1 aangeduid met referentie-cijfer 4') veroorzaakt door obstakels, zoals tank-menginrichtingen (in Figuur 1 aangeduid met referentie-cijfer 5 en voorzien van 7 roerelementen 5a), de tankbodem (1c), de tankwand (1a), ladders, warmtewisselaars, etc. en dit kan zodoende tot fouten van enkele millimeters leiden.

Hiertoe is een meettechniek ontwikkeld die aangeduid wordt met Stepped-Frequency Continuous-Wave (SF-CW). De SF-CW radarmethodiek zendt en 5 ontvangt een serie sinusvormige signalen bij discrete frequenties die de frequentieband vullen, die vereist is bij de meting en de regeling (Figuur 5). Met behulp van een SFCW-radarinstallatie kan de doelafstand vastgesteld worden aan de hand van het bepalen van de fase-afstandsamenhang, of:

Λ W

&<pt =- (3) v 10 waarbij Δφ( = het faseverschil tussen het referentie en het gereflecteerde signaal L = de afstand tussen de radarantenne en het meetobject [m] f = één van de‘discrete’frequenties [Hz] v = de voortplantingssnelheid van de radargolven door het medium [m/sec] 15 Dit daadwerkelijke fase-verschil Δφ, kan niet direct gemeten worden met behulp van een radarinstrument, als gevolg van de fase-onduidelijkheid 2tt en onduidelijke verstoringen in de fase-karakteristiek. Het gemeten faseverschil wordt als Δφ* weergegeven. Gewoonlijk wordt het fase-signaal weergegeven als een sinussignaal, gelijk cos(AcpJ of βϊη(Δφ*). Daar geldt dat: 8ίη(Δφ) = sin(A<p+2kir) met k een 20 geheel getal, gaat nauwkeurige informatie verloren. Door de onbekendheid met de exacte waarde k wordt ook de meting onnauwkeurig. De factor k wordt de zg. 'wrapping’-factor genoemd en resulteert in een fase-onduidelijkheid ‘wrapped phase’ Δφ*. Zie ook Figuur 6. Deze fase-onduidelijkheid wordt bij een discreet signaal weergeven als: 25 = (4)

In (4) is k een geheel getal, zodanig dat 0 <; Δφ* < 2ττ. De onnauwkeurigheid die door de waarde van het k-getal wordt veroorzaakt, kan het 30 beste geïllustreerd worden indien de te meten afstand L uitgedrukt wordt als functie van het k-getal: δ L = ~~(A<pv + 2to) (5)

Atf

Bijvoorbeeld, op RADAR gebaseerde niveau-meetinrichtingen werken overwegend in de frequentie-bandbreedte van 8-12.5 Ghz (de X-band). Een frequentie van 10GHz komt overeen met een golflengte λ gelijk aan 30 mm in 5 vacuüm. Indien het getal k met 1 verandert, komt dat overeen met een afstandverandering van 15 mm. Voor een nauwkeurige meting van de niveauafstand L is derhalve het getal k van groot belang.

In gedigitaliseerde datagegevens kan de fase-onduidelijkheid berekend worden bij de centrale of middenfrequentie van de frequentiebandbreedte.

10 Een gebruikelijke wijze (de zogenoemde PSD-methodiek, zoals hiervoor beschreven) voor het vaststellen van de afstand L uit een cos(A<pw)-signaal is het vaststellen van het aantal periodes van de sinus-golfvorm tijdens een frequentiemeting zoals getoond in Figuur 7. Dit is hetzelfde als de Fourier-transformatie bij de PSD-methodiek. Zodoende kan worden afgeleid dat voor de afstand geldt: r v 15 LPSD = m---— (6) 2( f - f . ï \J max J nnn / waarbij m het aantal periodes zijn van het signaal. Door gebruik te maken van de amplitude-gebaseerde (PSD) begin-afstand LPSD kan de onduidelijkheidsfactor of het getal k wordt bepaald aan de hand van:

V

20 Hierbij duidt de factor int[..] een afrondingsfactor aan, die k afrond op het dichtstbijzijnde hele getal. Met behulp van de aldus verkregen onduidelijkheidsfactor (‘wrapping factor’) k kan analoog als in (5) de gewone op fase-gebaseerde afstand Lconv worden verkregen: 9

Lconv - (A<pw + 2kPSDn) (8)

Indien echter de fout in de PSD-gebaseerde afstand LPSD groter is dan een kwart van de golflengte, dat wil zeggen 7.5 mm bij 10 GHz resulteert dit in de verkeerde onduidelijkeheidsfactor kPSD en dienovereenkomstig ook de verkeerde 5 fase-afstand LC0NV met een fout van meervouden van een halve golflengte. Dit betekent dat de nauwkeurigheid van de gewone op fase gebaseerde niveau zeer afhankelijk is van het PSD-gebaseerde niveau. Het is algemeen bekend dat de op PSD-gebaseerde werkwijze gevoelig is voor diverse interferenties. Wanneer een interfererend voorwerp aanwezig is in de radarbundel, is de kans op het verkrijgen 10 van een fout van tienden van millimeters in de PSD-gebaseerde niveaumeting aannemelijk. De interfererende voorwerpen of obstakels kunnen bijvoorbeeld de wand 1a, de bodem 1c en zo van het opslagvat 1 zijn, als ook menginrichtingen (5-5a) warmtespoelen of ladders. Zie Figuur 1.

Gebleken is dat een fout van enkele % nabij een piek in het PSD-15 spectrum voldoende is om een verkeerde onduidelijkheidsfactor kPSD te genereren. Daarnaast kan de verstoring vanuit het nabije antennegebied eveneens tot aanzienlijke fouten leiden wanneer het niveau van het medium in de opslagtank stijgt tot dichtbij de antenne. In het algemeen is de gebruikelijke PSD-methodiek zeer gevoelig en leidt dit tot een instabiele en onnauwkeurige berekeningsmethodiek. Als 20 gevolg hiervan behelst de fout een “niveausprong” van de helft van de golflengte bij de gewone ‘fase-gebaseerde’ methodiek, welke 15 mm bedraagt in de X-bandbreedte. Dergelijke niveausprongen zijn bij sommige toepassingen zeer ongewenst.

Bovendien maken sommige bekende FMCW en/of SFCW fase-25 gebaseerde meetmethodieken gebruik van de relatieve fasemeting om te corrigeren voor de afstandsverandering tussen twee opeenvolgende metingen.

lconv = Lo+AL^ALz + ..+ ALj (9) 30 waarbij L0 = de beginafstand [m] 10 AL,, AL2= de verschilafstanden tussen twee opeenvolgende metingen[m]

Het mag duidelijk zijn dat elkaar cumulerende fouten zeer groot kunnen worden, zelfs als enkel de eenmalige verkeerde onduidelijkheidsfactor wordt weergegeven door LPSD. Zodoende heeft de kwetsbaarheid van de gewone fase-5 gebaseerde afstandsberekening last van incorrecte PSD-gebaseerde methodiek en resulteert dit in een gebrekkige nauwkeurigheidsperformance.

De methodiek overeenkomstig de uitvinding probeert deze meetfout te neutraliseren. En uit de vergelijking (3) zoals hierboven weergegeven is reeds vastgesteld dat indien de werkelijke fase bij één of meer frequenties bekend is, de 10 absolute afstand tot het doel (L) kan worden vastgesteld, aan de hand van: (10)

Een bekende eigenschap van de digitaal geregelde SF-CW-radartechnologie is dat elke opgewekte stapfrequentie bekend is. Overeenkomstig de uitvinding maakt de methodiek gebruik van de fasevariaties bij verschillende 15 frequenties teneinde de fase-onduidelijkheid van een halve golflengte op te lossen en zodoende de absolute afstand L nauwkeurig vast te stellen. De methodiek overeenkomstig de uitvinding is gericht op het gebruik van de gemeten of gevormde fase bij twee verschillende frequenties teneinde de ruwe afstand te bepalen, aan de hand van: 20 (11) 4nAf waarin Af = f, - f2 en Δψν = Δφ^) - A<pw{f2). Het hele getal k kan vervolgens worden vastgesteld met behulp van de ruwe niveaumeting Lvolgens: £ -int 2fl~‘coarse (12) ψ l v

Ook hier duidt de factor int[..] een afrondingsfactor aan, die k afrond 25 op het dichtstbijzijnde hele getal. Zodoende kan de fase en het getal worden benut 11 voor het bepalen van de absolute fase tussen het uitgezonden en gereflecteerde signaal en derhalve ook voor het vaststellen van de absolute, zeer nauwkeurige niveauafstand LINV: linv = + (13> 5 De meetmethodiek overeenkomstig de uitvinding wordt gekenmerkt als een onafhankelijke op fase gebaseerde signaalverwerking. Aan de hand van de hierboven geschetste methodiek kan zeer betrouwbare en repeterende nauwkeurigheden worden verkregen van ±1 mm of beter, ook onder complexe meet-omstandigheden.

10 De werkwijze overeenkomstig de uitvinding maakt derhalve geen gebruik van de bekende minder nauwkeurige PSD-methodiek als referentie voor de fase-onduidelijkheid. In tegenstelling tot de bekende methodieken maakt de methodiek overeenkomstig de uitvinding geen gebruik van de relatieve fase-afstandverandering ten opzichte van de voorgaande meting die de huidige afstand 15 beïnvloedt. Het berekent de absolute fase en afstand bij elke meting, welke een absolute maat geeft van de huidige doelafstand. Zodoende, met behulp van deze werkwijze, is dat de fase-foutaccumulatie uit voorgaande metingen volledig wordt tegengegaan.

Overeenkomstig de uitvinding zijn bij de inrichting 10 zoals getoond 20 in Figuur 1 de niveau-vaststelmiddelen 13 verder voorzien van een informatie-verwerkingseenheid 13a, die is ingericht voor het vaststellen van het faseverschil Δφ,, Δφ2, ... tussen de uitgestraalde 4a en gereflecteerde radarsignalen 4b en het mede op basis van het vastgestelde faseverschil afleiden van het niveau L overeenkomstig de stappen van de werkwijze van de uitvinding.

25 Enkele testresultaten van meetgegevens worden weergegeven in figuur 8, 9 en 10. De obstakeltest wordt getoond in figuren 8a-8b-8c.

Deze zogenoemde obstakeltest bij de niveaumeting wordt uitgevoerd, waarbij ongewenste voorwerpen tijdens de doelmeting in de radarbundel verschijnen. De ongewenste voorwerpen kunnen zogenoemde tankmenginrichtingen 30 5-5a, ladders, warmtespoelen, de tankbodem 1c, de tankwand 1a, etcetera zijn (zie

Figuur 1). Deze ongewenste voorwerpen of obstakels kunnen elektromagnetisch 12 infereren met de gewone doeldetectie en -metingen.

Om dit te illustreren worden in de figuren 8a-8c testresultaten getoond verschillende meetmethodieken voor het vaststellen van het niveau in een opslagtank, de bekende op amplitude gebaseerde methodiek (fig. 8a getiteld 5 “Niveaufout bij gebruikmaking van de PSD-amplitude methode LPSD”), de op fase gebaseerde methodiek (fig. 8b getiteld “Niveaufout bij gebruikmaking van de gewone fase-methodiek LC0NV") en de werkwijze overeenkomstig de uitvinding (fig. 8c getiteld “Niveaufout bij de methodiek volgens de uitvinding L,NV”). Het is duidelijk dat de nauwkeurigheid en de herhaalbaarheid van de nieuwe fase-onafhankelijke werkwijze 10 zoals beschreven in deze octrooiaanvrage veel groter is dan de bekende fase- en/of PSD-gebaseerde methodieken. Zijn nauwkeurigheid is ongeveer 50 keer beter dan de bekende methode.

De testen gericht op de tankwandeffecten, obstakels en nabije effecten worden getoond in figuur 9a “L,NV - nieuwe methodiek”, waarbij de 15 nauwkeurigheid van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding vergeleken is met die van gewone PSD-gebaseerde methodieken (figuur 9b getiteld “LPSD - bekende Fourier FMCW methodiek”). Zijn nauwkeurigheid is 55 keer beter dan de gebruikelijke.

Het resultaat uitgevoerd op het effect van de bodem op de meting wordt weergegeven in figuur 10 (getiteld “Obstakel (verwarmingselement) nabij de 20 bodem”). De lege tank wordt gevuld met een chemische vloeistof. De bodemreflectie geeft een grote bijdrage op het vloeistofniveau zoals dat gemeten wordt door de bekende methodiek, terwijl slechts een kleine invloed bestaat op het niveau zoals gemeten door de werkwijze overeenkomstig de uitvinding.

25 1031209

Claims

1. Werkwijze voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau L van een vloeistof met behulp van naar het vloeistofniveau uitgestraalde radarsignalen en door 5 het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen omvattende de stappen van i) het in de tijd opeenvolgend naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen met frequenties fv f2,.... en fasen φ,ι, ........; ii) het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen met frequenties f„ f2,.... en fasen φ1)? <p2j,...; 10 iii) het vaststellen van het faseverschil Δφ,, Δφ2, ... tussen de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen; iv) het mede op basis van het vastgestelde faseverschil afleiden van het niveau L.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stap iv) de 15 stappen omvat van v) het vaststellen van het frequentie-verschil Δί^, ... tussen de opeenvolgende uitgezonden radarsignalen met frequenties f1f f2,....; vi) het vaststellen van de fase-verschuiving Δψ^, ... tussen de opeenvolgend vastgestelde fase-verschillen Δφ,, Δφ2.....

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat in stap vii) een minder nauwkeurige niveauwaarde L’ wordt afgeleid op basis van het in de stappen v en vi vastgestelde frequentie-verschil Δί,_2 en de fase-verschuiving Δψ1.2.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in de stap 25 viii) op basis van de in stap vii afgeleide minder nauwkeurige niveauwaarde L’ het getal k tussen de uitgezonden en gereflecteerde radarsignalen wordt afgeleid.

4 υ

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat voor het afleiden van het getal k de fase wordt gefilterd.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat in de stap ix) het niveau L op basis van het in de stap viii vastgestelde getal k en het in stap iii vastgestelde faseverschil wordt vastgesteld.

7. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaan de conclusies, met 1031209 < u het kenmerk, dat het niveau L wordt bepaald door: L = Δ cp1tv / (4πί1), met v de snelheid van het radarsignaal door het medium; f, de frequentie van het radarsignaal; 5 Δφ1( het werkelijke fase-verschil tussen de uitgezonden en gereflecteerhet radarsignaal met frequentie fv

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het niveau L’ wordt bepaald door: L’ = Δψ12ν / (4πΔί12), met 10. de snelheid van het radarsignaal door het medium; Δί12 de frequentie-verschil zoals bepaald stap v; Δψ12 de fase-verschuiving zoals bepaald stap vi.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het werkelijke fase-verschil wordt bepaald door: 15 Δφ„ = Δφ, + 2k π, met Δφ1 het faseverschil zoals bepaald stap iii; k het getal.

10. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 7-9, met het kenmerk, dat het getal k wordt bepaald door: 20 k = | 2fL7v |.

11. Inrichting voor het nauwkeurig vaststellen van het niveau van een vloeistof, tenminste omvattende een boven de vloeistof opgestelde radarantenne voor het uitstralen van radarsignalen naar de vloeistof en het ontvangen van door het oppervlak van de vloeistof gereflecteerde radarsignalen, alsmede middelen voor het 25 vaststellen van het vloeistofniveau op basis van de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen, met het kenmerk, dat de radarantenne is ingericht voor het in de tijd opeenvolgend naar het vloeistofniveau uitstralen van radarsignalen met frequenties f,, f2..... en fasen φ1|ρ <p2i, ...; alsmede het in de tijd ontvangen van door het vloeistofniveau gereflecteerde radarsignalen met frequenties f1f f2.....en fasen φ,,. 30 φ2), ...; en waarbij de middelen zijn ingericht voor het vaststellen van het faseverschil Δφ1( Δφ2, ... tussen de uitgestraalde en gereflecteerde radarsignalen en het mede op basis van het vastgestelde faseverschil afleiden van het niveau L.

12. Inrichting volgens 11, met het kenmerk, dat de middelen verder zijn ingericht in het vaststellen van het frequentie-verschil ... tussen de * a- opeenvolgende uitgezonden radarsignalen met frequenties f1? f2..... en het vaststellen van de fase-verschuiving Δψ,.2, ... tussen de opeenvolgend vastgestelde fase-verschillen Δφ^ Δφ2.....

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de middelen 5 voorts zijn ingericht in het afleiden van een minder nauwkeurige niveauwaarde L’ op basis van het vastgestelde frequentie-verschil ΔΓ,.2 en de fase-verschuiving Δψ^ en het voorts op basis van de minder nauwkeurige niveauwaarde L’ afleiden van het getal k tussen de uitgezonden en gereflecteerde radarsignalen.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de middelen 10 zijn ingericht in het vaststellen van het niveau L op basis van het vastgestelde getal k en het vastgestelde faseverschil. 1031209