基于RF空腔的过程流体传感器制造技术

一种用于感测过程流体参数的远程系统，包括空腔、调谐器和信号耦合器。空腔被配置为以中心频率谐振，所述中心频率响应于过程流体参数而移动。调谐器被配置为调谐所述中心频率。信号耦合器被配置为接收查询信号，以及当查询信号与移动后的中心频率匹配时，发送回波信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及流体处理，具体涉及用于过程流体测量和控制的远程感测系统。具体地，本专利技术涉及一种用于远程处理位置的无源传感器系统，其中功耗和通信要求是重要的设计问题。
技术介绍
准确的流体测量对于大量的处理应用(包括大量流体的存储和运输、食品和饮料筹备、化学和制药生产、水和空气的配给、环境控制、农业、碳氢化合物提取、燃料精炼)和(使用热塑性塑料、薄膜、胶水、树脂和其他流体材料的)多种制造过程来说非常重要。许多这些应用需要将传感器布置在远处隔离的位置或限制进入的位置，或者布置在经受高温、极端压力、爆炸性环境、腐蚀性药剂和其他危险条件的处理环境中。在这些应用中，功耗和通信要求会影响系统成本，并且可能对总体系统设计造成限制。存在对远程感测系统的持续需求，该系统能够以成本有效的方式解决功率和通信问题，并且适用于多种远程的、限制进入的且危险的操作环境。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于测量过程流体参数的远程系统。该系统包括：空腔，被配置为以中心谐振频率产生谐振；调谐器，被配置为调谐该谐振频率；以及信号耦合器。空腔包括具有谐振频率的波导或RF空腔谐振器，该谐振频率响应于与过程流体的热力学(压力或热)接触而移动。调谐器耦合至空腔，并通过调整空腔的有效谐振长度来调谐该谐振频率。信号耦合器也耦合至空腔，并且被配置为当输入的查询信号与调谐且移动后的谐振频率匹配时，发送回波(echo)。<br>附图说明图1是示出了在无线实施例中、用于过程流体测量的远程传感器系统的剖面示意图。图2A是示出了在线缆实施例中、图1的远程传感器系统的剖面示意图。图2B是示出了在使用线缆和无线传感器传感器两者的实施例中、图1的远程传感器系统的备选剖面图。图3A是示出了在具有圆柱状空腔谐振器的无线实施例中、图1的系统的远程传感器的透视图。图3B是示出了在具有不同的纵向纵横比的实施例中、图3A中的远程传感器的备选透视图。图4A是用于图1的远程传感器系统的矩形谐振器的透视图。图4B是在具有任意的横向纵横比的实施例中、图4A中的矩形谐振器的备选透视图。具体实施方式图1是示出了在无线实施例中、用于过程流体测量的远程传感器系统10的剖面示意图。系统10包括变送器11和基于空腔的过程流体传感器12，过程流体传感器12与过程贮液器14中的过程流体13热力学接触。在这个无线实施例中，变送器11和传感器12经由从变送器11传播至传感器12的RF(射频)查询信号15A以及从传感器12传播至变送器11的RF响应信号15B形成无线链接。变送器11包括变送器外壳16，该变送器外壳16具有微处理器/控制器17(虚线示出)、信号广播元件18和信号接收元件19。外壳16由坚固耐用的可加工材料(例如铝、钢、不锈钢和其他金属)、耐用的聚合材料(例如PVC塑料或ABS塑料)或者其组合形成。将外壳16塑造为多个侧壁、端壁、盖板和其他结构，其通过机械手段(例如焊接、螺钉或螺栓)装配到一起。外壳16形成变送器11的微处理器17和其他内部组件的保护套，并且提供对外部组件(包括广播元件18和接收元件19)的支撑体。典型地，外壳16还形成流体和压力密封以保护内部不受泄露和腐蚀性或爆炸性药剂的影响。控制器17执行变送器11的通信、控制和信号处理功能，包括广播元件18和接收元件19的操作。经由多种硬件和无线连接(例如，环线或电源/数据总线、红外(IR)、光学或RF系统或其组合)来提供变送器11和过程监控器/系统控制器20之间的通信。过程通信还使用多种不同的命令和控制协议，包括但不限于：标准模拟(4-20mA)协议、诸如的混合模拟-数字协议、以及诸如FoundationTM Fieldbus和NET协议的数字协议。使用这些代表性通信系统的多种变送器和其他现场设备例如可以从位于明尼苏达州Chanhassen市的Rosemount Inc.(一家爱默生过程管理公司)获得。在图1的无线实施例中，信号广播元件18包括用于向传感器12发送无线RF查询信号15A的RF广播天线，信号接收元件19包括用于从传感器12获取无线响应信号15B的RF接收天线。在一些实施例中，广播元件18和接收元件19是不同的(如图1所示)，而在其他实施例中，广播元件18和接收元件19被组合到单个收发机器件中，该收发机器件既具有广播(broadcast)(信号发送)功能又具有接收(信号获取或收集)功能。RF信号15A和15B包含大范围的频段和波段，包括微波、短波无线电信号、高频无线电信号和超高频无线电信号。在典型实施例中，RF信号15A和15B的频率范围是从大约300MHz至大约30GHz，对应于从大约1厘米(1cm)至大约1米(1m)的真空波长。在扩展范围的实施例中，RF信号15A和15B的频率范围是从大约30MHz至大约300GHz，对应于从大约1毫米(1mm)至大约10米(10m)或更大的真空波长。传感器12是用于过程流体测量的基于空腔的传感器，每一个传感器包括谐振器空腔21、信号耦合器22和空腔调谐器23。对传感器12进行定位使得空腔谐振器21与过程流体13热力学接触，例如通过使用传感器座24，将传感器12定位于贮液器14内并使传感器12至少部分地处于流体13内。过程流体13典型地是贮液器14内存储的大量流体，例如水、氨水、化学溶剂或其他化学溶液、或流体碳氢化合物燃料。在备选实施例中，贮液器14表示油罐或其他天然的贮液器，其中在线缆实施例(参见图2A)中典型地将传感器12用于井下应用。在其他实施例中，贮液器14表示压力容器、处理容器、流导管、流管道或另一流体提取、存储、运输元件或处理系统，而且流体13具有液态、气态或多相态。在无线实施例中，贮液器14有时由RF信号相对可穿透的材料(例如塑料或其他聚合材料)形成。在这些实施例中，信号15A和15B传播通过贮液器14的壁，如图1所示。备选地，贮液器14具有一个或更多个RF可穿透窗25，对这些窗25进行定位以允许变送器11和一个或更多个传感器12之间的无线RF通信。传感器12与过程流体13之间的热力学接触包含热接触和压力接触，使得传感器12感受空腔谐振器21处的过程流体13的压力条件和热条件。在一些实施例中，传感器12与过程流体13之间的热力学接触还提供了差压敏感性，使得传感器12响应于沿空腔谐振器21的差压效应(包括由于流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.08 US 12/384,7011.一种用于感测过程流体参数的远程系统，包括：
空腔，被配置为以空腔频率谐振，所述空腔频率响应于过程流体
参数而移动；
调谐器，耦合至所述空腔以调谐所述空腔频率；以及
信号耦合器，耦合至所述空腔以接收查询信号，以及当所述查询
信号与所述空腔频率匹配时发送回波信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过程流体参数包括压
力。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：变送器，被配置为向所
述信号耦合器发送所述查询信号以及从所述信号耦合器接收所述回波
信号。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述变送器还被配置为：
根据所述回波信号来测量所述过程流体参数。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述变送器还被配置为：
根据所述回波信号来识别所述传感器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述变送器还被配置为：
根据所述查询信号和所述传感器信号之间的时间延迟来识别所述传感
器。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述变送器被配置为：通
过向所述空腔广播微波而发送所述查询信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述信号耦合器包括天线，
所述天线被配置为接收所述微波并将所述微波传导至所述空腔。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述变送器包括第二天线，
所述第二天线用于将所述微波广播至传导过程结构内的所述空腔。
10.根据权利要求4所述的系统，其中，所述信号耦合器包括线
缆连接器，所述线缆连接器被配置为：将所述查询信号从线缆传导至
所述空腔，以及将所述回波信号从所述空腔传导至所述线缆。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述空腔由导电材料形
成，并且具有大约为1的内部折射率。
12.一种用于过程流体的远程传感器，包括：
RF真空谐振器，与所述过程流体热力学接触，使得所述谐振器
的谐振频率基于所述热力学接触；
频率调谐器，耦合至所述谐振器，使得所述谐振频率还基于所述
频...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·S·舒梅切尔，卢良驹，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：