Радарный датчик для обнаружения объектов
Изобретение относится к измерительной технике, а именно радарным датчикам. Радарный датчик содержит сенсорный блок, электронный блок оценки, блок связи, блок энергоснабжения. Корпус радарного датчика полностью охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи. Сенсорный блок выполнен с возможностью излучения и приема радарного сигнала через корпус, причем корпус выполнен таким образом, что радарный сигнал проходит через корпус. Электронный блок оценки выполнен для обнаружения объекта на основе радарного сигнала и/или для определения расстояния между радарным датчиком и объектом, а также для определения по меньшей мере одного параметра, характерного для обнаруженного объекта и/или для определенного расстояния. Блок связи настроен для передачи по меньшей мере одного параметра по беспроводной связи через корпус на приемник. Достигается простота в изготовлении, компактность и надежность. 8 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Ссылка на связанные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки №. 18 187 120.3, поданной 02.08.2018, которая в полном объеме включена в настоящий документ посредством отсылки.
Область техники изобретения
Изобретение относится к радарному датчику, применению такого радарного датчика, а также способу изготовления такого радарного датчика.
Предпосылки создания изобретения
Радарные датчики в основном могут использоваться для обнаружения объекта и/или для определения расстояния между радарным датчиком и объектом, например, на основе измерения времени прохождения.
В частности, радарные датчики могут использоваться в качестве уровнемеров для определения уровня наполнения среды, например среды в емкости, и/или для определения предельного уровня среды. В качестве среды можно указать, например, жидкость и/или сыпучий материал. Основанные на радарах уровнемеры посылают радарные сигналы на поверхность наполняющего материала. Время прохождения радарного сигнала от радарного датчика до поверхности наполняющего материала и обратно пропорциональна длине пройденного пути, так что уровень наполнения может быть определен из измеренного времени прохождения, например, зная положение радарного датчика и геометрию емкости.
Во многих вариантах применения необходимо использовать специальные меры для безопасной и надежной работы радарных датчиков, в особенности в области измерения уровня наполнения. Например, на объектах химической промышленности могут образовываться взрывоопасные газы, которые, предпочтительно, не должны входить в контакт с электроникой радарного датчика. Кроме того, может потребоваться предотвратить коррозию электроники радарного датчика под действием агрессивных жидкостей или газов. Пыль также может негативно влиять на работу электроники радарного датчика.
Для обеспечения надежной работы радарных датчиков электроника радарного датчика, как правило, защищается корпусом. Корпус имеет отверстия для кабельных вводов, в частности для энергоснабжения и/или проводных линий связи. Отверстия в корпусе должны быть тщательно и затратно герметизированы, чтобы избежать проникновения пыли, жидкостей или газов в корпус радарного датчика. По этой причине радарные датчики требуют сложных производственных процессов для получения высокого уровня международной защиты (IP), что сопряжено с высокими производственными издержками.
Сущность изобретения
В вариантах осуществления изобретения предлагается простой в изготовлении, компактный и надежный радарный датчик.
Это обеспечивается посредством объектов независимых пунктов формулы изобретения. Дальнейшие усовершенствования изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы и последующем описании.
В первом аспекте изобретение относится к радарному датчику. Радарный датчик, в основном, выполнен для обнаружения объекта и/или для определения расстояния между радарным датчиком и объектом. В частности, радарный датчик может использоваться для измерения уровня наполнения и/или предельного уровня наполняющего материала в емкости. Радарный датчик имеет сенсорный блок, электронный блок оценки, блок связи, блок энергоснабжения и корпус. Сенсорный блок выполнен с возможностью излучения и/или приема радарного сигнала через корпус, в частности через стенку корпуса, при этом корпус выполнен с возможностью по меньшей мере частичного прохождения радарного сигнала через корпус, в частности через стенку корпуса. Другими словами, корпус может быть выполнен таким образом, что радарный сигнал может быть по меньшей мере частично излучен и/или принят через корпус. Электронный блок оценки выполнен с возможностью обнаружения объекта на основе радарного сигнала и/или для определения расстояния между радарным датчиком и объектом. Кроме того, блок оценки выполнен для определения по меньшей мере одного параметра, который является характерным для обнаруженного объекта и/или для определенного расстояния. Например, электронный блок оценки может быть выполнен для того, чтобы определять на основе времени прохождения и/или измерения времени прохождения между излучением и приемом радарного сигнала по меньшей мере один связанный с уровнем и/или предельным уровнем среды (или объектом) параметр. Блок связи выполнен для передачи и/или отправки по меньшей мере одного параметра по беспроводной связи через корпус на приемник, например в виде сигнала и/или сигнала измерения. Блок связи может быть выполнен, в частности, для передачи через корпус сигнала измерения, связанного по меньшей мере с одним параметром, и/или индикативного и/или характерного для по меньшей мере одного параметра измерительного сигнала. Кроме того, блок связи может быть выполнен для приема через корпус, например, сигнала управления. Таким образом, корпус может быть выполнен таким образом, чтобы сигнал измерения и/или сигнал управления могли передаваться по меньшей мере частично через корпус, оболочку корпуса и/или стенку корпуса. Корпус полностью охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи.
Это позволяет предпочтительным образом обеспечить компактный, надежный, стабильно работающий и экономически эффективный радарный датчик. В частности, вся электроника радарного датчика может быть надежно и стабильно защищена от внешних воздействий, таких как пыль, влага, газ, жидкость и тому подобное. Радарный датчик может соответствовать высокому уровню IP, например IP 68 и/или IP 69.
Сенсорный блок радарного датчика предназначен для излучения и/или приема радарного сигнала через корпус, в частности через оболочку корпуса. Радарный сигнал, как правило, может быть обозначен как передаваемый сигнал, который может излучаться радарным датчиком и/или сенсорным блоком в направлении объекта, например, в направлении среды и/или наполняющего материала, и как принимаемый сигнал, который может быть отражен от объекта и может быть принят сенсорным блоком. Аналогичным образом, сенсорный блок может быть выполнен для излучения передаваемых сигналов в направлении объекта и приема принимаемого сигнала, отраженного от объекта. Для этого сенсорный блок может иметь антенну. Например, можно использовать параболическую антенну, роговую антенну, антенну Кассегрейна или патч-антенну. Сенсорный блок также может иметь антенную группу, и/или характеристика направленности антенной группы могут быть адаптивно устанавливаемыми, для достижения, например, фокусировки излучения.
Антенна сенсорного блока может быть выполнена как для излучения радарного сигнала и/или передаваемого сигнала, так и для приема радарного сигнала и/или принимаемого сигнала, отраженного объектом, например, поверхностью наполняющего материала. Для этого сенсорный блок может, например, иметь входной частотно-разделительный фильтр (дуплексер), который выполняет переключение между сдвинутыми во времени операциями передачи и приема. Частотно-разделительный фильтр может быть выполнен и/или настроен, например, для временного различения (дискриминации) передаваемых сигналов и принимаемых сигналов. Однако также возможно, что сенсорный блок использует различные антенны для отправки и получения радарного сигнала.
В контексте настоящего раскрытия объект может быть любым объектом в окружающей среде радарного датчика. Объект может быть статичным или подвижным. Кроме того, объект и/или геометрия объекта могут быть переменными во времени. Объект, как правило, может быть твердым объектом, таким как транспортируемый материал, транспортное средство, сыпучий материал, или любой другой объект. Кроме того, объект может обозначать любую среду и/или наполняющий материал, такие как жидкость или жидкая среда.
Радарный датчик может быть предназначен для выполнения периодических измерений. Например, радарный датчик может быть выполнен для измерения уровня и/или предельного уровня наполняемого материала в емкости в указанное время, например периодически. Соответственно, сенсорный блок может быть настроен для излучения радарного сигнала в заданное время, в частности периодически. Таким образом, излучение и прием радарного сигнала могут повторяться периодически. Альтернативно, или в дополнение, радарный датчик может быть выполнен для измерения уровня и/или предельного уровня наполнения в ответ на запрос другого устройства, например центра управления или устройства пользователя. Например, блок связи может получать сигнал управления и/или радарный датчик может выполнять измерения уровня и/или предельного уровня наполнения в ответ на сигнал управления.
Электронный блок оценки выполнен для определения по меньшей мере одного параметра на основе радарного сигнала, например на основе времени прохождения и/или измерения времени прохождения между излучением и приемом радарного сигнала. По меньшей мере один параметр может, например, соотноситься с уровнем и/или предельным уровнем наполнения. Для этого электронный блок оценки может использовать сигналы и/или данные, предоставленные ему сенсорным блоком. Электронный блок оценки может быть также настроен для получения сигнала от сенсорного блока и/или блока связи, с помощью которого электронный блок оценки срабатывает и/или побуждается к определению по меньшей мере одного параметра.
Параметр, определяемый электронным блоком оценки, может, например, быть характерным и/или указывать время прохождения между излучением радарного сигнала и приемом отраженного объектом, например, поверхностью наполняющего материала, радарного сигнала, при наличии объекта в непосредственной близости от радарного датчика, на расстояние между объектом и радарным датчиком, на уровень среды в емкости, на достижение предельного уровня наполнения и/или на превышение уровня наполнения или предельного уровня наполнения.
Например, если известна скорость распространения радарного сигнала в среде между радарным датчиком и поверхностью наполняющего материала, по времени распространения радарного сигнала можно рассчитать и/или определить расстояние между радарным датчиком и поверхностью наполняющего материала. Во многих приложениях эта скорость распространения может быть достаточно точно аппроксимирована со скоростью света. Высота наполняющего материала может быть определена, например, если высота радарного датчика над дном емкости заранее известна. Поскольку радарный сигнал в некоторых случаях лишь частично отражается от поверхности наполняющего материала, в то время как другая часть радарного сигнала распространяется через наполняющий материал, уровень может быть измерен путем определения интервала времени между приемом части радарного сигнала, отраженного от поверхности наполняющего материала, и приемом части радарного сигнала, отраженного от дна емкости.
Для определения времени прохождения электронный блок оценки может использовать как аналоговые, так и цифровые методы обработки сигналов. Соответственно, электронный блок оценки может иметь, например, по меньшей мере один усилитель, низкочастотный фильтр, частотный микшер и/или фильтр полосового пропускания для аналоговой обработки сигналов. Кроме того, электронный блок оценки может иметь один или несколько аналогово-цифровых преобразователей, которые сканируют и квантуют аналоговые сигналы. Кроме того, электронной блок оценки может иметь один или несколько процессоров для цифровой обработки сигналов, например микропроцессоры, цифровые процессоры сигналов и/или другие процессоры со специфическими для приложений наборами инструкций (ASIPs). Кроме того, электронный блок оценки может иметь один или несколько выделенных модулей памяти для данных и/или программного кода, в частности энергозависимую или энергонезависимую память. Кроме того, электронный блок оценки может иметь одну или несколько специфических для приложений интегральных схем (ASICs).
Блок связи радарного датчика выполнен для передачи по меньшей мере одного параметра по беспроводной связи через корпус и/или для передачи через корпус сигнала измерения, связанного по меньшей мере с одним параметром, и/или сигнала измерения характерного и/или индикативного для по меньшей мере по одного параметра. Для этого блок связи может использовать, в частности, известные стандарты связи, такие как Bluetooth (например, Bluetooth Low Energy), ZigBee, Wi-Fi (например, Wi-Fi HaLow) или сотовые стандарты мобильной связи, такие как 2G, 3G или 4G (например, LTE Cat 0). Блок связи также может быть выполнен для установления оптического коммуникационного соединения. Таким образом, блок связи может иметь, например, модуль Bluetooth, инфракрасный модуль и/или модуль WLAN.
Блок связи может быть выполнен для отправки измеренного значения и/или сигнала измерения в фиксированное время, в частности периодически. Блок связи также может быть выполнен для приема и обработки сообщений и/или сигналов управления от других устройств. Например, блок связи может быть выполнен для приема и обработки сигнала управления, с помощью которого другое устройство запрашивает показания уровня наполнения в емкости. Блок связи может быть выполнен так, чтобы в ответ на запрос или контрольный сигнал другого устройства побуждать сенсорный блок и/или электронный блок оценки проводить измерения уровня и/или предельного уровня наполнения в емкости. Кроме того, блок связи может быть выполнен так, чтобы в ответ на запрос или сигнал управления от другого устройства отправлять параметр, измеряемую величину и/или сигнал измерения, определяемый электронным блоком оценки в ответ на побуждение.
Блок связи также может быть также выполнен для получения и обработки сообщения или сигнала управления от другого устройства, с помощью которого другое устройство передает измеренное значение, например, измеряемое другим устройством значение уровня наполнения в емкости. Блок связи может быть выполнен для корректировки параметра, определяемого блоком электронной оценки, с использованием измеренного значения, полученного от другого устройства, и/или для отправки откорректированного параметра. Блок связи также может быть выполнен для получения и/или отправки данных параметризации для параметризации радарного датчика.
Вместо или в дополнение к блоку связи, радарный датчик может иметь устройство отображения, например, жидкокристаллический дисплей, с помощью которого может отображаться измеренное значение, например измеренное значение для уровня наполнения.
Блок энергоснабжения радарного датчика предназначен для снабжения сенсорного блока, электронного прибора оценки и блока связи, по меньшей мере частично, электрической энергией. Блок энергоснабжения может иметь батарею, причем батарея может быть заменяемой или не заменяемой.
Корпус радарного датчика предназначен для полного охватывания, ограждения и/или инкапсулирования сенсорного блока, электронного блока оценки, блока энергоснабжения и блока связи. В частности, корпус может не иметь отверстий для входа кабеля. Корпус может иметь и/или образовывать закрытое внутреннее пространство, в котором размещены и/или установлены сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи. За счет полного охвата корпусом сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи надежно защищаются от пыли, газов и жидкостей в окружающей среде радарного датчика. Это обеспечивает безопасную и надежную работу радарного датчика. В частности, радарный датчик может эксплуатироваться в емкости, в котором должен быть измерен уровень наполнения. Альтернативно, радарный датчик может помещаться в отверстие емкости, в которой находится наполняющий материал и/или эксплуатироваться за пределами емкости.
Корпус радарного датчика далее выполнен таким образом что радарный сигнал, передаваемый сигнал и/или принимаемый сигнал можно передавать через корпус, в частности через оболочку корпуса. Аналогичным образом, корпус может быть оборудован, выполнен и/или скомпонован таким образом, чтобы можно было обнаруживать объект, измерять уровень и/или предельный уровень наполнения через корпус. Например, корпус может быть изготовлен из пластика, например, полиэтилена (ПЭ) и/или полиэтилена высокой плотности (HDPE), который по существу прозрачен для радарного сигнала, излучаемого сенсорным блоком. Возможно также, что только часть корпусов является прозрачной для радарного сигнала, излучаемого сенсорным блоком, а сенсорный блок может быть предназначен для распространения радарного сигнала через прозрачный участок корпуса. Кроме того, может быть предусмотрена возможность выбора толщины оболочки корпуса по меньшей мере в частичной области корпуса, в которой происходит излучение и прием радарного сигнала, с тем чтобы радарный сигнал не поглощался или лишь незначительно поглощался корпусом. Толщина и/или толщина стенки оболочки корпуса может быть примерно в диапазоне от 1 мм до 5 мм для обеспечения достаточной механической устойчивости. Толщина оболочки корпуса в частичной области может быть меньше толщины другой части корпуса.
Согласно одному из вариантов осуществления, корпус является полностью закрытым. В качестве альтернативы или дополнительно, корпус охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи герметично, в частности пыленепроницаемо, водонепроницаемо и/или газонепроницаемо. Например, корпус радарного датчика может быть спроектирован таким образом, чтобы обеспечить класс защиты IP68 и/или IP69, то есть корпус радарного датчика является пылезащитным и обеспечивает защиту от поступления воды даже в случае длительного погружения. Кроме того, корпус может быть выполнен и/или скомпонован таким образом, чтобы предотвратить проникновение газов во внутреннее пространство корпуса. Это актуально, например, в установках химической промышленности, где могут образовываться взрывоопасные или коррозионные газы.
Согласно одному из вариантов осуществления, радарный датчик выполнен полностью бескабельным наружу, в направлении наружу и/или снаружи. В качестве альтернативы или дополнительно, корпус не имеет кабельного ввода. Это означает, что радарный датчик может эксплуатироваться, по меньшей мере временно, полностью автономно и без кабельного соединения. Это также обеспечивает эффективное и гибкое прикрепление радарного датчика к любой емкости, например, с внешней или внутренней стороны емкости. Это также может значительно сократить усилия по установке, необходимые для установки радарного датчика.
Например, радарный датчик и/или корпус радарного датчика могут быть установлены, смонтированы и/или прикреплены к емкости снаружи. Кроме того, радарный датчик также может быть установлен, смонтирован и/или прикреплен к емкости на внутренней стороне. Например, радарный датчик может быть прикреплен к внешней или внутренней стороне стенки емкости, например, с помощью клейкого соединения, сварного соединения, винтового соединения и/или любого другого соединения. Радарный датчик может быть прикреплен к боковой стене емкости, крышке емкости или дну емкости путем как внешнего, так и внутреннего монтажа радарного датчика. В основном, емкость может иметь любую геометрию и любой материал, такой как пластик и/или металл. Емкость может, в частности, быть среднетоннажным грузовым контейнером, также называемый контейнер IBC (Еврокуб).
Когда радарный датчик установлен на емкости изнутри, радарный датчик может быть установлен на крышке (потолке) контейнера, например, внутри контейнера. В частности, радарный датчик или корпус могут быть сварены и/или приклеены к крышке емкости. За счет этого может оптимизировать, например, антенну и/или объектив радарного датчика для фактического измерения. Кроме того, радарный датчик не может быть удален из емкости снаружи и/или защищен от механического воздействия и/или повреждений. Таким образом, радарный датчик также может быть защищен от кражи.
Согласно другому варианту осуществления, корпус радарного датчика выполнен таким образом, что он постоянно охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи. Другими словами, корпус радарного датчика может быть скомпонован таким образом, что он не может быть открыт. Это предотвращает, в частности, то, что агрессивные газы или жидкости вступают в контакт с сенсорным блоком, электронным блоком оценки, блоком энергоснабжения или блоком связи при непреднамеренном открытии корпуса. Постоянный корпус, охватывающий сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи, обеспечивает безопасность и надежность радарного датчика.
Согласно другому варианту осуществления, корпус радарного датчика выполнен для того, чтобы вызвать фокусировку радарного сигнала, излучаемого сенсорным блоком, и/или фокусировать радарный сигнал. В частности, материал и/или форма корпуса могут быть выбраны для достижения желаемой диаграммы направленности радарного датчика.
Например, корпус радарного датчика может быть выполнен таким образом, чтобы сделать главный лепесток диаграммы направленности более узким, чем заданный угол. Кроме того, корпус радарного датчика может быть выполнен так, чтобы сделать боковые лепестки слабее на заданный коэффициент, чем главный лепесток. Альтернативно или дополнительно, корпус может быть выполнен таким образом, чтобы доля энергии, излучаемой по главному лепестку, была максимальной. Сильная фокусировка излучаемого радарного сигнала может позволить надежно определить и/или установить уровень и/или предельный уровень наполнения даже при низкой мощности передачи радарного сигнала. Таким образом, при более сильной фокусировки излучаемого радарного сигнала можно добиться сокращения потребления энергии. Это может привести к продлению срока службы и/или времени работы радарного датчика.
Согласно дальнейшему варианту осуществления, блок энергоснабжения имеет аккумулятор. При необходимости, блок энергоснабжения может иметь зарядный блок для зарядки аккумулятора. Аккумулятор может быть использован для снабжения сенсорного блока, электронного блока оценки и блока связи электрической энергией. Подзарядка аккумулятора через зарядный блок может продлить срок службы радарного датчика.
Блок энергоснабжения может также иметь устройство для определения состояния заряда аккумулятора. Радарный датчик может быть настроен для повторения измерения уровня и/или предельного уровня наполнения в емкости через определенные интервалы, при этом интервал времени зависит от состояния заряда аккумулятора. В частности, сенсорный блок может быть скомпонован для того, чтобы излучать радарный сигнал реже, когда уровень заряда батареи низкий. Соответственно, электронный блок оценки может быть выполнен для определения параметра, коррелируемого с уровнем и/или предельным уровнем наполнения, реже, когда состояние заряда аккумулятора низкое и/или достигает определенного или предопределенного порога. Кроме того, блок связи может быть предназначен для отправки параметра и/или сигнала измерения реже, когда состояние заряда аккумулятора низкое и/или достигает определенного или предопределенного порога.
Согласно другому варианту осуществления, зарядный блок блока энергоснабжения имеет солнечный элемент и/или корпус радарного датчика выполнен светопропускающим. Для этого, по меньшей мере одна часть корпуса может быть выполнена, например, из светопропускающего пластика, такого как полиэтилен или полипропилен. Это позволяет целесообразным образом увеличить время работы радарного датчика и/или радарный датчик может работать автономно в течение длительного периода времени.
Согласно другому варианту осуществления, зарядный блок блока энергоснабжения имеет генератор для выработки электрической энергии от вибраций. Это позволяет целесообразным образом увеличить время работы радарного датчика и/или радарный датчик может работать автономно в течение длительного периода времени.
Согласно другому варианту осуществления, зарядный блок блока энергоснабжения имеет приемник для беспроводной передачи энергии с помощью электромагнитной индукции. Например, беспроводной приемник энергоснабжения может быть совместим со стандартом Qi. Это позволяет эффективно и безопасно заряжать блок энергоснабжения без необходимости в кабеле для передачи электроэнергии.
Согласно другому варианту осуществления, зарядный блок блока энергоснабжения имеет термоэлектрический генератор для выработки электрической энергии от пространственных перепадов температур. Это также позволяет целесообразным образом увеличить время работы радарного датчика.
Согласно другому варианту осуществления, корпус радарного датчика выполнен из пластика инжекционным формованием, например в виде единой детали. Изготовление корпуса путем литьевой облицовки пластиком может быть особенно выгодным, так как корпус не имеет точек соединения, где различные компоненты корпуса соединены друг с другом и в которых могут произойти утечки, особенно если корпус выполнен в виде единой детали. Таким образом, литьевая облицовка пластиком сенсорного блока, электронного блока оценки, блока энергоснабжения и блока связи для формирования корпуса в виде единой детали приводит к созданию особо безопасных и надежных радарных датчиков.
Согласно другому варианту осуществления, корпус радарного датчика состоит из по меньшей мере двух частей корпуса, причем по меньшей мере две части корпуса соединены с помощью сварки и/или клея. Например, корпус может состоять из двух частей корпуса, которые склеиваются с помощью подходящего клея и/или соединены ультразвуковой сваркой, так что точка соединения состоит из расплавленного материала двух частей корпуса. Предпочтительно, по меньшей мере две части корпуса выполнены из того же пластика, такого как термопласт (например, полиэтилен или полипропилен). Кроме того, части корпуса могут быть изготовлены из различных материалов.
Согласно другому варианту осуществления, корпус радарного датчика полностью выполнен из пластика, например термопласта. Это обеспечивает рентабельное производство путем экструзионного формования. В частности, это выгодно, если корпус изготовлен из пластика с низкой относительной диэлектрической проницаемостью (примерно 1,5-3 и/или 2-3), таких как полиэтилен или полипропилен. Так как измерение радарным датчиком осуществляется через корпус, это уменьшает фоновый шум антенны, улучшает качество принимаемого сигнала в близкой области и тем самым уменьшает мертвую зону датчика. Мертвая зона - это расстояние, в пределах которого невозможно или невозможно надежное измерение/оценка принимаемых сигналов.
Настоящее раскрытие далее касается применения радарного датчика, как описано выше и далее, для обнаружения объекта и/или для обнаружения присутствия объекта в окружающей среде радарного датчика. Окружающая среда радарного датчика, в целом, может быть определена и/или ограничена диапазоном зрения и/или дальностью действия радарного датчика. Объектом может быть любой объект, например статичный или движущийся объект. Объект, геометрия объекта, форма объекта и/или положение объекта могут быть переменными. При необходимости, радарный датчик может быть скомпонован, чтобы определять изменения или модификации объекта, его геометрию, форму и/или положение.
Например, радарный датчик может быть настроен и/или использован для обнаружения объекта на складе. Для этого радарный датчик может быть расположен, установлен и/или закреплен на любой структуре, такой как стенка и/или крыша склада. Например, радарный датчик может быть расположен на складе и установлен для обнаружения и/или подсчета одного или нескольких объектов в окружающей среде радарного датчика. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, радарный датчик может быть настроен и/или использоваться для определения запасов склада.
Согласно другому варианту осуществления, радарный датчик, описанный выше и далее, может быть установлен и/или использоваться для подсчета объектов в окружающей среде радарного датчика и/или для определения числа объектов в окружающей среде радарного датчика.
Например, радарный датчик можно настроить для определения запасов склада. Таким образом, объект или объекты могут быть складским товаром, например поддоном с материалом для хранения. Например, радарный датчик может определить количество поддонов в окружающей среде радарного датчика для определения запасов.
В качестве альтернативы или дополнительно, радарный датчик, как описано выше и далее, может быть настроен и/или использоваться для определения свободного пространства в окружающей среде радарного датчика. Это может позволить мониторить и/или определять состояние склада, например, на складе и/или в хранилище.
Радарный датчик также может быть использован, например, для определения уровня в контейнере для отходов, например, контейнера для стеклянных отходов.
Объект также может быть транспортным средством. Например, радарный датчик может быть установлен, закреплен и/или установлен на автостоянке, на стоянке, в гараже и/или на подземной парковке. Радарный датчик может обнаруживать и/или считать транспортные средства, находящаяся поблизости, припаркованные транспортные средства и/или транспортные средства, двигающие мимо радарного датчика. Радарный датчик также может обнаружить ряд свободных парковочных мест в окружающей среде радарного датчика.
В качестве альтернативы или в качестве дополнения можно настроить радарный датчик и/или использовать его, например, для подсчета и/или обнаружения поездов. Например, радарный датчик может быть установлен, расположен и/или прикреплен к станции и/или к пути.
В качестве альтернативы или дополнительного, радарный датчик, как описано выше и далее, может быть предназначен и/или использован для обнаружения подвижного объекта, в частности объекта на транспортировочном устройстве и/или конвейерной ленте. Например, радарный датчик может находиться рядом с конвейерной лентой, на которой расположены объекты, перемещающиеся мимо радарного датчика. Объектами могут быть любые перемещаемые материалы, например, для промышленного производства. Кроме того, объектами могут быть, например, пакеты и/или упаковки, которые могут быть обнаружены и/или подсчитаны радарным датчиком.
Таким образом, в целом радарный датчик может применяться и/или использоваться в любой отрасли, включая обрабатывающую промышленность, автоматизацию процессов и/или технология автоматизации.
Под термином технология автоматизации понимается область техники, которая включает в себя все меры по эксплуатации машин и установок без участия человека. Одной из целей автоматизации связанных процессов является автоматизация взаимодействия отдельных компонентов установок в области химии, пищевой промышленности, фармацевтики, нефтяной, бумажной, цементной промышленности, судоходстве или добыче полезных ископаемых. Для этого можно использовать различные датчики, которые особенно адаптированы к конкретным требованиям процессов, таким как механическая стабильность, нечувствительность к загрязнению, экстремальные температуры и экстремальное давление. Измеренные значения от этих датчиков обычно передаются в диспетчерскую, в которой можно контролировать параметры процесса, такие как уровень, предельный уровень наполнения, расход, давление или плотность, а настройки для всей установки могут быть изменены вручную или автоматически.
Одним из подразделов технологии автоматизации является автоматизация логистики. С помощью датчиков расстояния и угла в области автоматизации логистики автоматизируются процессы внутри здания или в рамках единой логистической системы. Типичными применениями являются, например, системы автоматизации логистики в области обработки багажа и грузов в аэропортах, в области мониторинга дорожного движения (платных систем), в торговле, в распределении посылок или также в области обеспечения безопасности зданий (контроль доступа). В целом к ранее перечисленным примерам можно сказать, что обнаружение присутствия в сочетании с точным измерением размера и местоположения объекта требуется соответствующей стороне приложения. Для этого можно использовать датчики, основанные на методах оптического измерения, с помощью лазеров, светодиодов, 2D-камер или 3D-камер, которые определяют расстояния в соответствии с принципом времени пролета (time of flight, ToF).
Еще одна подобласть технологии автоматизации касается автоматизации изготовления/производства. Варианты использования можно найти в широком диапазоне отраслей, таких как автомобильное производство, производство продуктов питания, фармацевтическая промышленность или, в более общем плане, упаковка. Целью автоматизации производства является автоматизация производства товаров машинами, производственными линиями и/или роботами, т.е. работа без участия человека. Используемые датчики и конкретные требования в отношении точности измерений при обнаружении положения и размера объекта сопоставимы с теми, которые использовались в предыдущем примере автоматизации логистики. В результате, датчики, основанные на методах оптического измерения, как правило, также используются в области автоматизации производства в больших масштабах.
Оптические датчики доминируют в области автоматизации логистики, а также автоматизации производства и технологиях безопасности. Они являются быстрыми (быстрые операции наполнения с >= 10 измерений в секунду) и недорогие и могут надежно определить положение и/или расстояние до объекта за счет относительно легкой фокусировки оптического излучения, которое является основой измерения.
Второй аспект изобретения относится к способу изготовления радарного датчика, как описано выше и далее. На первом этапе предусматривают сенсорный блок, электронный блок оценки, блок связи и блок энергоснабжения. Кроме того, сенсорный блок, блок электронной оценки, блок связи и блок энергоснабжения радарного датчика полностью облицовывают пластиком для формирования корпуса в виде единой детали, так что корпус полностью охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи. Особенно предпочтительным является корпус в виде единой детали, поскольку он не имеет точек соединения деталей корпуса, в которых могут происходить утечки. Таким образом, литьевая облицовка сенсорного блока, электронного блока оценки, блока энергоснабжения и блока связи для формирования корпуса в виде единой детали приводит к созданию особо безопасных и надежных радарных датчиков.
Признаки, элементы и/или функции радарного датчика, как описано выше и далее, могут быть признаками, элементами и/или этапами способа изготовления радарного датчика, описанного выше и ниже, и наоборот.
Далее со ссылкой на фигуры описаны варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематично показывает радарный датчик для измерения уровня наполняющего материала в емкости в соответствии с уровнем техники.
Фиг.2 схематично показывает радарный датчик в соответствии с изобретением для измерения уровня наполняющего материала в емкости.
Фиг.3 показывает блок-схему для иллюстрации этапов способа изготовления радарного датчика в соответствии с осуществлением изобретения.
Сходные, имеющие сходное действие, идентичные или одинаково действующие элементы на фигурах представлены сходными или идентичными ссылочными позициями. Цифры являются лишь схематичными и не соответствует масштабу.
Подробное описание вариантов осуществления
Следующее описание фигур относится главным образом к определению уровня с помощью радарного датчика в соответствии с изобретением. Однако это лишь образцовое, иллюстративное и неограничивающее применение и/или использование радарного датчика. Радарный датчик, в целом, может быть настроен и/или использоваться для обнаружения любого объекта и/или расстояния между радарным датчиком и любым объектом, что подробно описано выше.
На фиг. 1 схематично показан радарный датчик 100 для измерения уровня наполняющего материала в емкости в соответствии с предшествующим уровнем техники. Радарный датчик 100 имеет антенну 101, электронный и оценивающий блок 102, корпус 105 и крышку 106. Корпус 105 имеет герметизированный кабельный ввод 130, через который может быть введен кабель 110 для снабжения радарного датчик 100 электрической энергией и обеспечения связи. Крышка 106, например резьбовая пробка, может быть удалена для подключения кабеля 110 к разъему 140. Для защиты электронного и оценивающего блока 102 радарного датчика 100 от газов и или жидкостей корпус 105 должен быть герметизирован. Для этого предусмотрено уплотнение 120 крышки 106. Кроме того, требуется уплотнение кабельного ввода 130. Поскольку антенна 101 и корпус 105 в основном выполнены из различных материалов, является обязательным и дальнейшее уплотнение 160. Для герметизации между фланцем 165 емкости и антенной требуется еще одно уплотнение 170. Поэтому для радарных датчиков для измерения уровня требуется несколько уплотнений для защиты электронного и сенсорного блока от воздействия окружающей среды и/или для уплотнения отверстия емкости для радарного датчика.
На фиг.2 схематично показан радарный датчик 200 в соответствии с изобретением для измерения уровня и/или измерения предельного уровня наполнения. Радарный датчик 200 имеет сенсорный блок 210, электронный блок 220 оценки и блок 230 энергоснабжения.
Сенсорный блок 210 имеет антенну, которая схематично представлена на фиг.2 с сенсорным блоком 210, посредством которых излучается и/или принимается радарный сигнал через корпус 250, оболочку 251 корпуса и/или стенку 251 корпуса. Радарный сигнал распространяется к поверхности наполняющего материала в емкости, частично отражается там и распространяется обратно к антенне сенсорного блока 210. Сенсорный блок 210 снабжает электронную блок 220 оценки сигналами и/или данными, из которых электронный блок оценки на основе времени прохождения между излучением и приемом радарного сигнала определяет по меньшей мере один параметр, коррелированный с уровнем и/или предельным уровнем наполнения.
Определяемый электронным блоком 220 оценки по меньшей мере один параметр и/или скоррелированная с ним измеренная величина, предоставляется пользователю через блок 240 связи. Блок 240 связи предназначен для передачи параметра, определяемого электронным блоком оценки 220 и/или измеряемой величины, например по радио, Bluetooth, WLAN, инфракрасным и/или оптическим сигналом.
Кроме того, радарный датчик может также иметь непоказанное устройство отображения, например, жидкокристаллический дисплей. Устройство отображения может быть использовано для отображения определенного электронным блоком оценки уровня наполняющего материала в емкости.
Блок 230 энергоснабжения предназначен для обеспечения сенсорного блока 210, электронного блока 220 оценки и блок 240 связи электрической энергией.
Корпус 250 охватываете и/или полностью закрывает сенсорный блок 210, электронный блок 220 оценки, блок 230 энергоснабжения и блок связи 240. В частности, корпус 250 может быть выполнен таким образом, чтобы предотвратить проникновение пыли, жидкостей или газов в корпус, что делает радарный датчик надежным и безопасным, особенно против агрессивных или взрывоопасных сред. Измерение уровня и/или предельного уровня наполнения осуществляется через полностью закрытый корпус 250.
Вследствие конечной емкости блока 230 энергоснабжения, радарный датчик 200 имеет ограниченное количество энергии, доступной для работы. Для продления срока службы радарного датчика 200 блок энергоснабжения может иметь аккумулятор и/или зарядный блок 260, при этом зарядный блок предназначен для зарядки аккумулятора. Например, зарядный блок может иметь приемник для беспроводной передачи энергии с помощью электромагнитной индукции, например, с использованием стандарта Qi. Кроме того, зарядный блок может иметь солнечный элемент и/или генератор для выработки электрической энергии от вибраций. Кроме того, зарядный блок может иметь термоэлектрический генератор для выработки электрической энергии из пространственных перепадов температур.
На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая этапы способа изготовления радарного датчика 200 в соответствии с осуществлением изобретения. Радарный датчик 200 может быть, например, радарным датчиком 200, описанным со ссылкой на фиг. 2.
На первом этапе S1 предусматривают сенсорный блок 210, электронный блок 220 оценки, блок 240 связи и блок 230 энергоснабжения. На дальнейшем этапе S2, сенсорный блок 210, электронный блок 220 оценки, блок 240 связи и блок 230 энергоснабжения радарного датчика подвергают литьевой облицовке пластиком с образованием корпуса 250 в форме единой детали, так что корпус 250 полностью заключает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи
Кроме того, следует отметить, что термины "содержащие" и "имеющие" не исключают каких-либо других элементов или этапов, а термин "один" или "одна" не исключают большего числа. Кроме того, следует отметить, что признаки или этапы, описанные со ссылкой на один из вышеуказанных вариантов осуществления, также могут быть использованы в сочетании с другими признаками или этапами других вариантов осуществления, описанных выше. Ссылочные позиции в формуле не должны рассматриваться как ограничения.
1. Радарный датчик (200), содержащий:
сенсорный блок (210), электронный блок (220) оценки, блок (240) связи, блок (230) энергоснабжения и корпус (250);
при этом сенсорный блок выполнен с возможностью излучения и/или приема радарного сигнала через корпус, в частности через оболочку корпуса;
при этом корпус выполнен с возможностью пропускания радарного сигнала через корпус, в частности через оболочку корпуса;
причем электронный блок оценки выполнен с возможностью обнаружения объекта на основе радарного сигнала и/или для определения расстояния между радарным датчиком и объектом;
причем блок оценки дополнительно выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного параметра, характерного для обнаруженного объекта и/или определенного расстояния;
при этом блок связи выполнен с возможностью передачи по меньшей мере одного параметра по беспроводной связи через корпус на приемник; и
при этом корпус (250) полностью охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи, и
корпус (250) выполнен с возможностью обеспечения фокусировки радарного сигнала, излучаемого сенсорным блоком (210), и/или с возможностью фокусировать радарный сигнал.
2. Радарный датчик (200) по п.1,
в котором корпус является полностью закрытым; и/или
в котором упомянутый корпус (250) герметично охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи, в частности, пыленепроницаемо, водонепроницаемо и/или газонепроницаемо.
3. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1 2,
в котором радарный датчик выполнен полностью беспроводным в направлении наружу; и/или
корпус не имеет кабельных вводов.
4. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-3,
в котором корпус (250) постоянным образом охватывает сенсорный блок (210), электронный блок (220) оценки, блок (230) энергоснабжения и блок (240) связи.
5. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-4,
в котором блок (230) энергоснабжения имеет аккумулятор; и/или
в котором блок энергоснабжения имеет зарядный блок (260) для зарядки аккумулятора.
6. Радарный датчик (200) по п.5,
в котором зарядный блок (260) имеет солнечный элемент; и/или
в котором корпус (250) является светопропускающим.
7. Радарный датчик (200) по любому из пп. 5 или 6,
в котором зарядный блок (260) имеет генератор для генерации электрической энергии от вибраций.
8. Радарный датчик (200) по любому из пп.5-7,
в котором зарядный блок (260) имеет приемник для беспроводной передачи энергии с помощью электромагнитной индукции.
9. Радарный датчик (200) по любому из пп.5-8,
в котором зарядный блок (260) имеет термоэлектрический генератор для получения электрической энергии из пространственных перепадов температур.
10. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-9,
в котором корпус (250) инжекционно сформован из пластика, в частности, в виде единой детали из пластика.
11. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-10,
в котором корпус (250) включает по меньшей мере две детали корпуса; и
в котором по меньшей мере две детали корпуса соединены с помощью сварки и/или склеивания.
12. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-11, в котором корпус (250) полностью выполнен из пластика, в частности из термопласта.
13. Радарный датчик (200) по любому из предшествующих пп.1-12,
в котором материал корпуса (250) имеет относительную диэлектрическую проницаемость между 1,5 и 3, в частности между 2 и 3.
14. Применение радарного датчика по любому из предшествующих пп.1-13 для обнаружения объекта и/или обнаружения присутствия объекта в окружающей среде радарного датчика.
15. Применение радарного датчика по любому из предшествующих пп.1-13 для обнаружения объекта на складе.
16. Применение радарного датчика по любому из пп.1-13 для определения запасов склада.
17. Применение радарного датчика по любому из пп.1-13 для подсчета объектов в окружающей среде радарного датчика и/или для обнаружения ряда объектов в окружающей среде радарного датчика.
18. Применение радарного датчика по любому из пп.1-13 для определения свободного пространства в окружающей среде радарного датчика.
19. Применение радарного датчика по любому из пп.1-13 для обнаружения движущегося объекта, в частности объекта на транспортировочном устройстве.
20. Способ изготовления радарного датчика (200) по любому из пп.1-10 и 12, 13, включающий:
предоставление сенсорного блока (210), электронного блока (220) оценки, блока (240) связи и блок (230) энергоснабжения; и
полное покрытие сенсорного блока (210), электронного блока (220) оценки, блока (240) связи и блока (230) энергоснабжения радарного датчика посредством литьевой облицовки пластиком с формированием корпуса (250) в форме единой детали, так что корпус полностью охватывает сенсорный блок, электронный блок оценки, блок энергоснабжения и блок связи.
