УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2015 года по МПК G01S13/88 G01F23/00 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения уровня водоемов.

Известно устройство определения дальности до водной поверхности, представленное как высотомер и описанное в книге Ю.М. Казаринов, 1990 г., М.: Высшая школа, стр. 355. В нем осуществляется излучение импульсной электромагнитной энергии в направлении водной поверхности и прием отраженного от нее сигнала. Однако точность определения дальности не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям. Известно устройство определения дальности до водной поверхности, изложенное в патенте №2506539, опубликованное в БЮЛ. №4 от 10.02.2014 г., авторы Часовской А.А., Егоров В.А., Иваницкий А.С., Лапшин B.C. В нем используется частотно-модулированное приемо-передающее устройство, где имеются неподвижные передающая и приемная антенны, повернутые вниз и установленные на определенном расстоянии от водной поверхности. Устройство, например, может быть жестко связано с оконечностью нижней поверхности горизонтальной планки, размещенной выше вертикальной стойки и имеющей жесткую связь с ней. Причем стойка имеет жесткую связь с поверхностью дна водоема. С помощью частотного модулятора осуществляется изменение частоты, выдаваемой генератором высокой частоты в неподвижную повернутую вниз передающую антенну. Последняя излучает электромагнитную энергию, которая отражается от водной поверхности и поступает в жестко связанную с передающей приемную антенну. Электромагнитная энергия преобразуется в электрические сигналы в приемнике, в состав которого входят усилитель и детектор. В приемник также поступает изменяющаяся частота с генератора высокой частоты. Так как частота за время прихода отраженного сигнала изменится пропорционально расстоянию до водной поверхности, то частота на выходе приемника равна разности частот с генератора и отраженной частоты. В результате на выходе приемника после детектирования возникают биения, которые далее усиливаются в усилителе напряжений биений. Значение дальности может быть определено в блоке определения частоты биений, с группы выходов которого параллельный код поступает в индикатор для отображения.

Однако точность определения дальности особенно при наличии волнения не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям даже при использовании дополнительных узлов. С помощью предлагаемого устройства увеличивается точность определения дальности при наличии волнения без использования дополнительных электронных узлов. Достигается это введением в частотно-модулированном приемо-передающем устройстве между усилителем напряжения биений и блоком определения частоты биений, амплитудного селектора, а также введением вертикальной трубы с торцом наверху, блока из неподвижных горизонтальных реек, жестко связанных с вышеупомянутой трубой и вертикальной стойкой, вертикального закругленного стержня внутри трубы, плавающего объекта на поверхности водоема, жестко связанного с вышеупомянутым стержнем, металлического плоского отражателя, жестко связанного с этим плавающим объектом и имеющего электромагнитную связь с неподвижной передающей антенной, повернутой вниз, и неподвижной приемной антенной частотно-модулированного приемо-передающего устройства.

На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - горизонтальная планка

2 - частотно-модулированное приемо-передающее устройство

3 - вертикальная труба с торцом наверху

4 - вертикальная стойка

5 - блок из неподвижных горизонтальных реек

6 - вертикальный закругленный стержень

7 - металлический плоский отражатель

8 - плавающий объект

9 - поверхность водоема

10 - поверхность дна

11 - амплитудный селектор

12 - усилитель напряжения биений

13 - частотный модулятор

14 - блок определения частоты биений

15 - приемник

16 - генератор высокой частоты

17 - индикатор

18 - неподвижная приемная антенна

19 - неподвижная передающая антенна, повернутая вниз, при этом вертикальная стойка 4 жестко связана поверхностью дна 10 и выше нее с горизонтальной планкой 1, оконечность нижней поверхности которой жестко связана с частотно-модулированным приемо-передающим устройством 2, в котором выход частотного модулятора 13 соединен с входом генератора высокой частоты 16, имеющего первый и второй выход, соответственно соединенные с входом неподвижной передающей антенны, повернутой вниз 19 и с вторым входом приемника 15, имеющего первый вход и выход, соответственно соединенные с выходом неподвижной приемной антенны 18 и с входом усилителя напряжения биений 12, выход которого через амплитудный селектор 11 соединен с входом блока определения частоты биений 14, имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора 17, к тому же вертикальная труба с торцом наверху 3 жестко связана с блоком из неподвижных горизонтальных реек 5, жестко связанным с вышеупомянутой с вертикальной стойкой 4, а вертикальный закругленный стержень внутри трубы 3 жестко связан с плавающим объектом 8 на поверхности водоема 9, имеющим жесткую связь с металлическим плоским отражателем 7, имеющим электромагнитную связь с неподвижной передающей антенной, повернутой вниз 19, и неподвижной приемной антенной 18, жестко связанной с вышеупомянутой передающей антенной 19.

Работа устройства осуществляется следующим образом

С помощью частотно-модулированного приемо-передающего устройства 2 (см. фиг. 2), жестко связанного с оконечностью нижней поверхности горизонтальной планки 1, жестко связанной с вертикальной стойкой 4, выше нее осуществляется излучение непрерывной электромагнитной энергии перпендикулярно поверхности водоема 9. Высота вертикальной стойки 4 может быть равна, например, от 2 до 20 м. Последняя жестко связана с дном 10.

Электромагнитная энергия отражается от металлического плоского отражателя 7, размещенного на плавающем объекте 8, и поступает в вышеупомянутое приемо-передающее устройство 2. С плавающим объектом жестко связан вертикальный закругленный стержень, который размещен также внутри вертикальной трубы с торцом наверху 3. При этом торец может быть съемным. При наличии волнения стержень 6 движется внутри трубы 3, вертикально смещаясь вверх и вниз. Труба 3 жестко связана с блоком 5, который имеет жесткую связь с вертикальной стойкой 4. Таким образом, при наличии волнения обеспечивается жесткость конструкции. Возможен вариант исполнения, когда вместо реек используется вертикальная пластина. Необходимо отметить, что в холодное время внутри трубы 3 может осуществляться обогревание. Длина стержня и трубы устанавливается в зависимости от максимально возможной волны в данном водоеме или максимально возможного подъема или спада уровня воды.

В частотно-модулированном приемо-передающем устройстве 2 определяется дальность до водной поверхности 9. При этом с помощью частотного модулятора 13 (фиг. 1), размещенного вместе с другими узлами в устройстве 2, осуществляется изменение частоты, выдаваемой генератором высокой частоты 16 в неподвижную передающую антенну, повернутую вниз 19. Последняя излучает электромагнитную энергию, которая также отражается от металлического плоского отражателя 7, жестко связанного с плавающим объектом 8, и поступает в жестко связанную с передающей неподвижную приемную антенну 18 блока 2. Отраженная электромагнитная энергия преобразуется в электрический сигнал в приемнике 15, в состав которого входят усилитель и детектор. В приемник также поступает изменяющаяся частота с генератора высокой частоты 16. Так как частота за время прихода отраженного сигнала изменяется пропорционально расстоянию до отражателя 7, то частота на выходе приемника равна разности частот с генератора и отраженной частоты. В результате на выходе приемника после детектирования возникают биения, которые далее усиливаются в усилителе напряжений биения 12 и поступают в амплитудный селектор 11. В селекторе 11 осуществляется выделение сигнала, образованного в результате отражения электромагнитной энергии от металлического плоского отражателя 7 относительно других сигналов, имеющих меньший уровень и образованных в результате отражения от других предметов.

При этом для уменьшения отражательной способности трубы 3, стержня 6 и плавающего объекта 8 они могут быть выполнены из легкого материала, имеющего малую отражательную способность. Кроме того, торец наверху вертикальной трубы 3 может быть съемным.

Выделенные биения с выхода амплитудного селектора 11 поступают в блок определения частоты биений 14. Значение этой частоты, характеризующее дальность, поступает в виде параллельного кода с группы выходов блока 14 в индикатор 17 для отображения. При этом в индикаторе 17 учитывается постоянная поправка, зависящая от высоты отражателя 7 над уровнем поверхности водоема 9.

Предлагаемое устройство может быть использовано в системах, осуществляющих контроль за уровнем водной поверхности и высоты волн, что увеличивает безопасность при осуществлении судоходства и при наводнениях. При этом информация может передаваться автоматически с помощью узлов связи в центральный пункт контроля за уровнем воды. Устройство также можно использовать для обнаружения цунами. При этом оно может находиться в местах, где возможна установка вертикальной стойки.

Если устройство размещено на акватории, то для предотвращения столкновения со стойкой необходимо предусмотреть звуковую и световую сигнализацию.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к устройствам для определения дальности до водной поверхности и может быть использовано для определения уровня водоемов. Технический результат заключается в увеличении точности определения дальности при наличии волнения без использования дополнительных электронных узлов. Технический результат достигается введением в частотно-модулированном приемо-передающем устройстве между усилителем напряжения биений и блоком определения частоты биений амплитудного селектора, а также введением: вертикальной трубы с торцом наверху, блока из неподвижных горизонтальных реек, жестко связанных с вышеупомянутой трубой и вертикальной стойкой, вертикального закругленного стержня внутри трубы, плавающего объекта на поверхности водоема, жестко связанного с вышеупомянутым стержнем, металлического плоского отражателя, жестко связанного с этим плавающим объектом и имеющего электромагнитную связь с неподвижной передающей антенной, повернутой вниз, и неподвижной приемной антенной частотно-модулированного приемо-передающего устройства. 2 ил.

Устройство определения дальности до водной поверхности, состоящее из вертикальной стойки, жестко связанной с дном, горизонтальной планки, расположенной выше вертикальной стойки и жестко связанной с ней, частотно-модулированного устройства, жестко связанного с оконечностью нижней поверхности горизонтальной планки и состоящего из частотного модулятора, генератора высокой частоты, неподвижной переходящей антенны, повернутой вниз, неподвижной приемной антенны, жестко связанной с передающей антенной, приемника, усилителя напряжения биений, блока определения частоты биений и индикатора, где выход частотного модулятора соединен с входом генератора высокой частоты, имеющего первый и второй выходы, соответственно соединенные с входом неподвижной передающей антенны, повернутой вниз, и с вторым входом приемника, имеющего первый вход и выход, соответственно соединенные с выходом неподвижной приемной антенны и с входом усилителя напряжения биений, а группа выходов блока определения частоты биений соединена с группой входов индикатора, отличающееся тем, что вводится в частотно-модулированном приемо-передающем устройстве между усилителем напряжения биений и блоком определения частоты биений амплитудный селектор, а также вводится вертикальная труба с торцом наверху, блок из неподвижных горизонтальных реек, жестко связанных с вышеупомянутой трубой, вертикальный закругленный стержень внутри трубы, плавающий объект на поверхности водоема, жестко связанный с вышеупомянутым стержнем, металлический плоский отражатель, жестко связанный с этим плавающим объектом и имеющий электромагнитную связь с неподвижной передающей антенной, повернутой вниз, и неподвижной приемной антенной частотно-модулированного приемо-передающего устройства.