Präzise Radarfüllstandsmessungen in Schwallrohren

Abstract

Zusammenfassung Dieser Beitrag befasst sich mit der geführten Radarentfernungsmessung in Schwall- bzw. Bypassrohren im Bereich der industriellen Prozessmesstechnik zur exakten und zuverlässigen Füllstandsbestimmung in Tankanlagen. Ziel ist es, in der hoch dispersiven Umgebung der Rohre, welche aufgrund ihrer Größe als übermodete Rundhohlleiter fungieren, eine submillimetergenaue Füllstandsbestimmung zu erreichen. Normalerweise verursacht die in diesem Szenario auftretende Ausbreitung mehrerer Moden eine starke Herabsetzung der Messgenauigkeit. In dieser Veröffentlichung werden daher die Effekte der messfehlerverursachenden intermodalen Dispersion grundsätzlich untersucht und basierend darauf zwei unterschiedliche Lösungsansätze präsentiert, um die Nachteile dieser Messumgebung hinsichtlich des dispersiven Ausbreitungsverhaltens von elektromagnetischen Feldverteilungen zu umgehen. Auf der einen Seite wird ein Prototyp eines neuartigen Konzepts für kompakte, modenerhaltende Wellenleiterübergänge präsentiert. Dieses Konzept vermeidet wirkungsvoll die Anregung höherer Moden im Schwallrohr und ermöglicht gleichzeitig die Anwendung herkömmlicher, eigentlich für den Freiraum optimierter, wenig rechenintensiver Signalverarbeitungsalgorithmen. Auf der anderen Seite wird ein alternativer korrelationsbasierter Signalverarbeitungsalgorithmus präsentiert. Der Algorithmus ist in der Lage, die bisher als parasitär eingestuften Dispersionseffekte auszunutzen, um die Messgenauigkeit in Verbindung mit einfachen bzw. willkürlich ausgewählten Wellenleiterübergängen zu verbessern. Der Trade-off zwischen der Komplexität der Signalverarbeitung und dem Aufwand für den Wellenleiterübergang wird hervorgehoben und diskutiert. Um die Leistungsfähigkeit beider Ansätze zu zeigen, werden Messergebnisse im Frequenzbereich von 8,5 bis 10,5 GHz für unterschiedliche Arten von Wellenleiterübergängen präsentiert.