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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag August 10, 2010

Präzise Radarfüllstandsmessungen in Schwallrohren

Precise Radar Filling Level Measurements in Still Pipes
Eckhard Denicke, Gunnar Armbrecht and Ilona Rolfes
From the journal tm - Technisches Messen

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.

Abstract

This contribution deals with guided radar distance measurements in the field of industrial tank level control. The aim is to achieve a submillimeter gauging accuracy even when conducting the measurement within the highly dispersive environment of large and thus overmoded cylindrical waveguides. In this case normally multimode propagation causes a decrease in measurement precision. Therefore, the effects of intermodal dispersion are fundamentally reviewed and based on these results two different approaches for overcoming the drawbacks of this measurement scenario are derived. On the one hand a prototype of a novel concept for compact mode-preserving waveguide transitions is presented, efficiently avoiding the excitation of higher-order modes. By applying this concept, free-space optimized signal processing algorithms can be used advantageously. On the other hand, an alternative correlation-based signal processing method is presented. The method is able to exploit the otherwise parasitic dispersion effects to enhance the measurement accuracy even in combination with an intentionally simple waveguide transition. Finally, the trade-off between the signal processing and the waveguide transition complexity is highlighted and discussed. Measurement results in a frequency range of 8.5 to 10.5 GHz are provided for different kinds of waveguide transitions proving the capability of both approaches.


* Correspondence address: Leibniz Universität Hannover, Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme, Appelstr. 9a, 30167 Hannover,

Published Online: 2010-08-10
Published in Print: 2010-08

© by Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Hannover, Germany

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