Радиолокационный прибор для измерения уровня и объема сыпучих материалов Российский патент 2024 года по МПК G01F23/28 

Настоящее изобретение относится к измерению уровня заполнения емкости, вычисления объема находящегося в ней сыпучего материала. В частности, путем построения рельефа поверхности сыпучего материала.

Известен прибор для измерения уровня и объема заполнения емкости, например, зерном, с помощью, по меньшей мере, одного лазерного уровнемера (патент CN №106097318 от 09.11.2016), который для сканирования поверхности материала можно перемещать с помощью электропривода. Система содержит сервер и устройство обработки изображений, полученных лазерным сканированием поверхности зерна и выполнения вычислений для получения трехмерных данных облака точек изображения в координатах зернохранилища; и сервер используется для объединения трехмерных данных облака точек множества групп координат зернохранилища для построения структуры поверхности, чтобы получить объем зерна.

Недостатки данного прибора следующие: погрешности измерения связанные с чувствительностью оптического излучения к взвешенным частичкам пыли в воздухе и к испарениям, которые образуются в процессе заполнения емкости материалами и к пыли, которая долгое время не оседает, и осаждается на оптических элементах сканирующей системы, что приводит к необходимости частой чистки оптических элементов; высокая стоимость промышленного исполнения оптического сканера по сравнению с другими техническими решениями.

Известен прибор VEGAPULS 69 от компании Vega (https://vega-rus.ru/products/level/radars/vegapuls69/), предназначенный для непрерывного измерения уровня сыпучих продуктов при различных условиях, который имеет датчик для измерения уровня в очень высоких силосах, больших бункерах и сегментированных емкостях. VEGAPULS 69 может оснащаться герметизированной антенной или встроенной в металлический фланец линзовой антенной.

На основе измерения уровня заполнения емкости материалом можно получить объем материала в емкости, если известны размеры емкости.

Основным недостатком данного процесса является измерение уровня в одной точке на поверхности материала, что дает большую ошибку определения объема. Твердые (сыпучие) продукты имеют неопределенный рельеф, связанный с углом естественного откоса продукта, местом или местами загрузки/отгрузки продукта, последовательностью и скоростью загрузки/отгрузки и геометрическими размерами емкости, что осложняет определение полного объема материала.

Известно устройство (патент RU №2752284 от 16.10.2017 г.) измерения уровня заполнения путем определения топологии поверхности заполняемого материала, содержащее: антенный узел по меньшей мере с тремя антенными устройствами, которые, выполнены для передачи радиолокационного сигнала и для приема сигнала, отраженного от поверхности заполняемого материала, размещенные так, что с помощью каждого антенного устройства может регистрироваться различный пространственный угловой диапазон, а на основе отраженного сигнала формируется измеренный сигнал; антенные устройства могут содержать один передающий элемент и, по меньшей мере, два приемных элемента для приема отраженного радиолокационного сигнала, или два передающих элемента и один приемный элемент; блок управления, выполненный так, что измеренные сигналы антенных устройств (аналоговые или цифровые) дополнительно обрабатываются и/или комбинируются в общий измеренный сигнал.

Недостаток данного устройства - повышенная погрешность измерения, так как антенный узел не защищен от воздействия окружающей среды.

Известно радарное устройство для измерения уровня и определения топологии поверхности материала в контейнере (патенты US №10837819 В2 от 17.11.2020, US №11015970 В2 от 25.05.2021, US №11029188 В2 от 08.06.2021, US №11067428 В2 от 20.07.2021), содержащее: печатную плату, имеющую первый слой и второй слой; первый радиолокационный чип и второй радиолокационный чип, каждый из которых расположен на первом уровне, при этом первый радиолокационный чип содержит первую схему синхронизации, выполненную с возможностью генерации высокочастотного сигнала, и при этом второй радиолокационный чип содержит вторую схему синхронизации; и устройство высокочастотной линии, которое выполнено с возможностью синхронизации первого и второго радиолокационных чипов путем передачи высокочастотного сигнала из первой схемы синхронизации во вторую схему синхронизации.

Недостаток данного устройства - высокая погрешность измерений, так как антенный узел не защищен от воздействия окружающей среды.

Известно устройство (патент US №663423457 от 21.10.2003), имеющее подвижную управляемую измерительную головку с приемопередающим блоком для сканирования (радарного, звукового или оптического) поверхности сыпучего материала в емкости и привод измерительной головки для разнонаправленных измерений с блоком управления.

Недостаток данного устройства состоит в увеличенном времени сканирования поверхности материала, поскольку в одном положении актуатора осуществляется измерение только в одном направлении.

Известен измеритель уровня, использующий принцип радара (патент US №8881588 от 11.11.2014, п. ф. 12-21, прототип), содержащий диэлектрическую антенну, установленную над областью резервуара с измеряемым (сыпучим) материалом; диэлектрическая антенна имеет электронный блок, генерирующий электромагнитное излучение, по меньшей мере, одну линзу, изготовленную из диэлектрического материала для направления электромагнитного излучения, элемент электромагнитного излучения, при этом линза имеет внутреннюю часть, являющуюся сферической, и внешнюю, имеющую частично сферическую излучающую поверхность, при этом внутренняя часть принимает от электронного блока электромагнитное излучение и передает его во внешнюю часть. Внутренняя часть установлена с возможностью вращения относительно внешней части.

При нахождении в резервуаре сыпучего материала, при заполнении и выгрузке его образуется сложная форма поверхности. Для точного измерения уровня и определения объема заполнения резервуара необходимо измерять несколько участков поверхности, изменяя направление СВЧ-излучения.

Первый недостаток данного устройства - его пониженная надежность вследствие сложности конструкции линзы, состоящей из двух частей: внутренней и внешней, прилегающих одна к другой, одна из которых может быть вращаемой и иметь механический привод. Второй недостаток - пониженная производительность измерения уровня поверхности сыпучего материала вследствие осуществления измерения только в одном направлении при одном положении излучателя. Третий недостаток - необходимость во внешних вычислительных средствах со специализированным программным обеспечением вследствие отсутствия в устройстве средств для построения профиля поверхности и вычисления объема сыпучего материала в резервуаре.

Техническая проблема, решаемая изобретением, - упрощение конструкции прибора, повышение его надежности, повышение производительности измерения уровня и объема сыпучих материалов, возможность вычисления объема сыпучих материалов вычислительными средствами, расположенными непосредственно внутри прибора.

Технический эффект, получаемый в результате решения проблемы, - повышение производительности измерения уровня и вычисления объема сыпучих материалов и надежности прибора.

Техническая задача решена в радиолокационном приборе для измерения уровня и вычисления объема сыпучих материалов в емкости, содержащем:

- корпус прибора со средствами крепления на крышке емкости,

- измерительную головку (ИГ), состоящую из

- - модуля СВЧ, имеющего, по меньшей мере, один СВЧ-излучатель-приемник, содержащий, по меньшей мере, одну приемную и одну передающую антенну или одну приемо-передающую антенну.

- - электропривода модуля СВЧ, изменяющего его положение над поверхностью материала,

- датчик положения электропривода,

- блок управления электроприводом модуля СВЧ и ИГ,

- дисплей, подсоединенный к блоку управления,

- сферическую линзу из диэлектрического материала, установленную в корпусе прибора так, что ее часть, обращенная к поверхности материала, выступает из корпуса, при этом

- корпус прибора имеет верхнюю и нижнюю части, разделенные перегородкой,

- в блоке управления, размещенном в верхней части корпуса, установлены вычислительные средства,

- модуль СВЧ размещен в нижней части корпуса и состоит из основания, имеющего муфту, соединяющую основание с валом электропривода, антенной системы, установленной в основании, состоящей из излучателей-приемников, расположенных над поверхностью установленной соосно с валом электропривода диэлектрической сферической линзы на расстоянии, необходимом для формирования сферической линзой диаграммы направленности;

- электропривод установлен в верхней части корпуса ИГ на перегородке так, что вал электропривода проходит через перегородку в нижнюю часть корпуса и входит в соединительную муфту основания модуля СВЧ.

Для повышения производительности сканирования поверхности сыпучего материала в емкости основание антенной системы имеет количество выступающих сегментов, определяемое по следующей зависимости:

,

где n - количество сегментов в основании;

α_пов. - угол поворота вала электропривода для сканирования всей поверхности сыпучего материала в емкости.

Для повышения производительности работы прибора количество сегментов выбирается из диапазона от двух до четырех.

Для формирования более узкой диаграммы направленности диэлектрическая сферическая линза является линзой Люнеберга.

Для повышения надежности прибор имеет блок беспроводной передачи энергии и обмена данными между блоком управления и модулем СВЧ.

Для упрощения конструкции прибора на муфте основания излучателя-приемника установлено диэлектрическое кольцо, на котором имеется коллектор тока, взаимодействующий с двумя щетками, установленными на основании и соединенными с источником электрического тока или вал электропривода является полым, соединения СВЧ излучателей-приемников с источником тока проходят внутри полого вала при двух и более сегментах основания.

Для снижения издержек передачи данных от прибора к внешним устройствам блок управления содержит средства беспроводной передачи данных к внешним устройствам, таким как wi-fi или Bluetooth.

Решение технической проблемы, - упрощение конструкции прибора, повышение его надежности, повышение производительности измерения уровня и объема сыпучих материалов, возможность вычисления объема сыпучих материалов вычислительными средствами расположенными непосредственно внутри прибора, для получения технического эффекта, заключающегося в повышении производительности измерения и надежности прибора, корпус прибора имеет верхнюю и нижнюю части, разделенные перегородкой, - обеспечивается за счет следующих отличительных признаков прибора:

- корпус прибора имеет верхнюю и нижнюю части, разделенные перегородкой,

- в блоке управления, размещенном в верхней части корпуса, установлены вычислительные средства,

- модуль СВЧ размещен в нижней части корпуса и состоит из основания, имеющего муфту, соединяющую основание с валом электропривода, антенной системы, установленной в основании, состоящей из излучателей-приемников, расположенных над поверхностью установленной соосно с валом электропривода диэлектрической сферической линзы на расстоянии, необходимом для формирования сферической линзой диаграммы направленности;

- электропривод установлен в верхней части корпуса ИГ на перегородке так, что вал электропривода проходит через перегородку в нижнюю часть корпуса и входит в соединительную муфту основания модуля СВЧ.

Для повышения производительности сканирования поверхности сыпучего материала в емкости основание антенной системы имеет количество выступающих сегментов, определяемое по следующей зависимости:

,

где n - количество сегментов в основании;

α_пов. - угол поворота вала электропривода для сканирования всей поверхности сыпучего материала в емкости.

Данная совокупность отличительных признаков не обнаружена в результате патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Совокупность отличительных признаков также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 показана конструкция прибора для измерения уровня и объема сыпучих материалов.

На фиг. 2 показан фрагмент А антенн на фиг. 1.

На фиг. 3а-3д показана антенная система, расположенная в сегментах основания модуля СВЧ со взаимным расположением направлений измерения (лучей) по отношению к СВЧ-излучателям-приемникам.

На фиг. 4 показана электрическая схема беспроводной системы передачи энергии и обмена данными между блоком управления и модулем СВЧ.

На фиг. 5 показана индукционная схема беспроводной передачи энергии.

На фиг. 6 показано исполнение щеточного узла на коллекторе.

На фиг. 7 показана функциональная схема прибора.

На фиг. 8 показана схема установки прибора в крышке емкости и измерения дальности до точек поверхности сыпучего материала в процессе его выгрузки из емкости.

На фиг. 9 показан алгоритм работы прибора в процессе измерения рельефа поверхности и вычисления объема материала в емкости.

На фиг. 10 показана 3D-модель прибора, соответствующая экспериментальному образцу.

Радиолокационный прибор (фиг. 1-8) для измерения уровня и объема сыпучих материалов 1 в емкости 2 (фиг. 8) содержит:

- корпус 3 прибора со средствами 4 крепления на крышке 5 емкости 2 имеет верхнюю часть 6 и нижнюю часть 7, разделенные перегородкой 8,

- измерительную головку (ИГ) 9 (фиг. 1-3), состоящую из

-- модуля 10 СВЧ, размещенного в нижней части 7 корпуса 3, имеющего:

--- основание 11 модуля 10 СВЧ с соединительной муфтой 12,

--- установленную в основании 11 антенную систему 13, состоящую из СВЧ излучателей-приемников 14, расположенных над поверхностью диэлектрической сферической линзы 15 на расстоянии, необходимом для формирования сферической линзой 15 диаграммы направленности, включающую, по меньшей мере, один СВЧ-излучатель-приемник 14, содержащий, по меньшей мере, одну приемную антенну 14а и одну передающую антенну 14b или одну приемо-передающую антенну 14с.

В модуле 10 СВЧ содержатся (фиг. 3а) блоки измерения дальности (далее-БИД) [IWR1642,

https://www.ti.com/product/IWR1642?keyMatch=IWR1642&tisearch=search-verything&usecase=GPN] (не показаны). К БИД подведен массив приемных антенн 14а и передающих антенн 14b. Антенны 14а и 14b расположены так, что рядом с каждой приемной антенной 14а расположена соответствующая передающая антенна 14b. Они могут быть выполнены в виде поверхностных антенн [https://en.wikipedia.org/wiki/Patch_antenna] или любых других антенн с достаточно широкой диаграммой направленности для покрытия всей поверхности расположенной внутри корпуса прибора сферической линзы 15 или ее большей части.

Для формирования узкой диаграммы направленности, формируемой сферической линзой 15 (фиг. 3), антенны 14а, 14b и 14 с (фиг. 2) расположены по отношению к линзе 15 на расстоянии, близком или равном фокусному расстоянию. Линза 15 с антеннами 14а, 14b и 14с образуют антенную систему 13, где электромагнитная волна сужается до узкой диаграммы в несколько градусов, образуя направленный электромагнитный луч 16. Для каждой антенны сформированный луч 16 имеет направление от антенн 14а, 14b и 14с в сторону линзы 15, проходящее через ее центр 17.

Для повышения производительности сканирования поверхности 18 (фиг. 8) сыпучего материала 1 в емкости 2 основание 11 антенной системы 13 может иметь количество выступающих сегментов 19 (фиг. 3), определяемое по следующей зависимости:

,

где n - количество сегментов 19 в основании 11;

α_пов. - угол поворота вала 20 электропривода 21 для сканирования всей поверхности 18 сыпучего материала 1 в емкости 2.

Сферическая линза 15 из диэлектрического материала установлена в корпусе 3 прибора (фиг. 1) соосно с валом 20 электропривода 21 так, что обращенная к поверхности 18 сыпучего материала 1 часть 22 линзы 15 выступает из корпуса 3 (фиг. 1, 10). Для формирования более узкой диаграммы направленности с меньшими уровнями боковых лепестков 23 диэлектрическая сферическая линза 15 может быть линзой Люнеберга.

Электропривод 21 (фиг. 1) модуля 10 СВЧ, изменяющий его положение над поверхностью 18 материала 1, установлен на перегородке 8 в верхней части 6 корпуса 3 прибора так, что вал 20 электропривода 21 проходит через перегородку 8 в нижнюю часть 7 корпуса 3 и входит в соединительную муфту 12 основания 11 модуля 10 СВЧ. Внутри верхней части 6 корпуса 3 установлен датчик 24 положения электропривода 21.

Блок управления (далее - БУ) 26 электроприводом 21 модулем 10 СВЧ и ИГ 9, расположенный в верхней части 6 корпуса 3 включает в себя средства 27 для управления поворотным приводом 21, программно-аппаратный комплекс 28 и встроенный датчик положения прибора (угла наклона/ускорения) (LIS3DH https://www.st.com/en/mems-and-sensors/lis3dh.html) (не показан). Датчик угла наклона (не показан) контролирует текущее значение наклона оси прибора по отношению к оси 25 емкости 2, на крышке 5 которой он установлен.

Датчик положения 24 электропривода 21 закреплен на БУ 26, им может быть датчик Холла [TCST2103, https://www.vishay.eom/en/product/81147/], индуктивный датчик приближения [PS2-08M33-2B11-K https://mega-k.com/products/ps2-08m33-2b11-k], оптический датчик [CPY-DR300P3 https://www.radioelementy.ru/catalog/prochie-radiodetali/c0067219/с0085572/с0085598/cpy-dr300p3-opticheskiy-datchik-polozhenie-32-18-20-diffuznyy-300mm-pnp-no-nc-kabel/], работающий на перекрытие, или любой другой, срабатывающий на приближение объекта или ответной части, входящий в комплект данного датчика. Оптимальным вариантом датчика является оптический датчик TCST2103 с ответной частью, расположенной на нижней части блока 29 беспроводной передачи энергии и обмена данными (далее - ББПЭД 29).

Программно-аппаратный комплекс 28 (фиг. 1) для построения модели поверхности 18 сыпучего материала 1 и вычисления объема сыпучего материала 1 может быть реализован на микроконтроллере или процессоре (1892ВМ10Я https://elvees.ru/chip/processors-multicore/1892vml0ja) и включает предварительно записанные данные о геометрии емкости 2 или виртуальной емкости для открытой насыпи и данных о положении прибора в пространстве относительно емкости 2.

Прибор содержит дисплей 30 (фиг. 7), подсоединенный к блоку управления 26 (фиг. 1) в верхней части 6 корпуса 3.

Для повышения производительности и надежности прибора оптимальное количество сегментов 19 выбирается из диапазона от одного до четырех, где один сегмент 19 является надежным решением, а два, три или четыре сегмента 19 - производительным. Вариант с одним сегментом 19 в сравнении с четырьмя сегментами 19 имеет меньшую стоимость и энергопотребление в связи с меньшим количеством дорогостоящих СВЧ компонентов и меньшим требованиям к мощности электропривода. При этом вариант с двумя, тремя или четырьмя сегментами 19 имеет значительно большую производительность. Количество сегментов 19, большее четырех, является нецелесообразным в силу увеличения объема предаваемых данных к блоку управления 26 и, как следствие, увеличению времени передачи данных.

Для повышения надежности прибор имеет блок ББПЭД 29 (фиг. 4, 7) между БУ 26 и модулем 10 СВЧ (фиг. 1).

ББПЭД 29 состоит из двух частей: стационарной (неподвижной) верхней части 31 (фиг. 4, 7) и приводимой в движение нижней части 32. В частях 31 и 32 присутствуют модули 34а и 34б (фиг. 5) беспроводной передачи данных по оптической линии связи. Это может быть стандартный IRDA-передатчик [TFDU4101 https://www.vishay.com/en/product/81288/] или отдельные излучатели [L-34F3C https://www.kingbright.com/content/listitem/searchlist/82] и фоточувствительные элементы [VBPW34 https://www.vishay.com/en/product/81128/] со схемой оцифровывания принимаемых сигналов. На частях 31 и 32 (фиг. 4) ББПЭД 29 присутствуют катушки индуктивности 35а и 35б (фиг. 5), образующие в паре трансформатор. Через трансформатор энергия передается от верхней части 6 (фиг. 1) к нижней части 7 корпуса 3 через воздушное пространство.

Для снижения издержек передачи данных от прибора к внешним устройствам (не показаны) блок управления 26 содержит средства беспроводной передачи данных (не показаны) к внешним устройствам, такие как wi-fi или Bluetooth.

Для упрощения конструкции прибора на валу двигателя 8 может быть установлено диэлектрическое кольцо 36 (фиг. 6), на котором имеется коллектор 37 тока, взаимодействующий с двумя щетками 38, установленными на блоке управления 26 и соединенными с источником 39 электрического тока. Вал 20 электропривода 21 может быть полым, а провода (не показаны), соединяющие коллектор 37 с модулем 10 СВЧ, могут проходить внутри вала.

При помощи электрического привода 21 количество измеряемых направлений множится на соответствующее количество позиций привода 21. В каждом положении привода 21 измеряются дальности со всех приемопередатчиков 14 со всех сегментов 19. Для осуществления измерений в диапазоне 360° достаточно совершить поворот привода 21 на угол:

,

где n - количество сегментов 19 в основании 11;

соответственно, производительность прямо пропорциональна количеству сегментов 19.

Все измерения сохраняются в памяти блока 26 управления в виде массива данных, содержащего дальности до точек поверхности 18 сыпучего материала 1. Так как положение прибора в пространстве относительно емкости 2 или открытой насыпи заранее известно, и направления измерений также определены углом поворота привода 21 и положением СВЧ излучателей- приемников 14, то это дает блоку 26 управления прибора все необходимые данные для построения трехмерной модели поверхности 18 сыпучего материала 1. В блоке 26 управления предварительно записывается трехмерная модель емкости 2 и благодаря этому встроенные в блок 26 управления вычислительные средства строят трехмерную модель поверхности 18 материала 1 и рассчитывают объем материала 1 в емкости 2 с учетом размеров емкости 2. Измерение проводится непрерывно, вычисленные значения объема сыпучего материала 1 обновляются в режиме реального времени. Это позволяет непрерывно наблюдать на дисплее 30 (фиг. 7) за изменением профиля поверхности 18 и объема сыпучего материала 1.

В процессе работы СВЧ излучатели-приемники 14 излучают сигналы и принимают соответствующий набор эхо-сигналов от поверхности 18 сыпучего материала 1 (фиг. 8). Из разницы во времени излучения и отражения сигналов от поверхности 18 сыпучего материала 1 определяются дальности до точек сыпучего материала 1 на поверхности 18. Благодаря сферической линзе 15 от каждой пары СВЧ излучателей-приемников 14 (фиг. 2) формируется узкая диаграмма направленности. Это позволяет измерять дальности до точек поверхности 18 (фиг. 8) сыпучего материала 1 с высокой точностью.

Сигнал, излучаемый передающей антенной 14b, попадая на поверхность сыпучего материала 1, отражается от него и принимается приемной антенной 14а. Сам сигнал формируется и обрабатывается БИД. Предпочтительным методом формирования и обработки сигала является FMCW (непрерывного излучения с частотной модуляцией).

Весь процесс измерения объема, уровня и построения трехмерной модели поверхности 18 сыпучего материала 1 выполняется в соответствии с алгоритмом (фиг. 9). Электропривод 21 по сигналам, поступающим от блока управления БУ 26, поворачивает измерительную головку 9 с нижней частью 32 на заданный БУ 26 угол. В случае использования электропривода 21 без встроенного датчика положения его положение контролируется датчиком 24. Срабатывание датчика 24 сигнализирует БУ 26 о нулевом положении поворота или точке отсчета, относительно которой будет происходить измерение по углу φ (в сферической системе координат). БУ 26 посредством передачи данных через модули 34а и 346 беспроводной передачи данных по оптической линии связи инициирует измерение дальностей модулем 10 СВЧ по всем имеющимся направлениям и отправляет результаты в БУ 26 так же через оптические модули 34а и 34б. Полученные измерения отбираются в соответствии с известным максимальным расстоянием, ограниченным размерами емкости 2 и критериям качества сигнала, например, отношением «сигнал/шум». Оставшиеся данные измерения сохраняются в памяти БУ 26 в виде точек Р в сферической системе координат:

Р(r, θ, φ)

где r - измеренная дальность, θ - угол наклона луча 16 по отношению к оси вращения привода 21, φ - угол поворота электропривода 21.

Точки могут быть преобразованы в точки в Декартовой системе координат по следующим формулам:

х=r * sin (θ) * cos (φ),

у=r * sin (θ) * sin (φ),

z=r * cos (θ),

где х, у, z - координаты в Декартовой системе координат.

Далее вычислительные средства БУ 26 строят модель поверхности сыпучего материала 1, аппроксимируя недостающие точки на поверхности 18, исходя из сохраненных измерений. Модель поверхности 18 может быть построена с использованием одного из известных алгоритмов триангуляции [https://en.wikipedia.org/wiki/Delaunay_triangulation] или представлением поверхности сыпучего материала 1 в виде сети точек. Модель поверхности 18 ограничивается трехмерной моделью емкости 2. Объем сыпучего материала 1 в емкости 2 может быть вычислен по одному из известных алгоритмов вычисления объема тел с помощью интегралов [например, https://mathhelpplanet.com/static.php?p=vychislenie-obemov-tel-s-pomoshchyu-integralov]. Процесс измерения повторяется (фиг. 9). После поворота по всем фиксированным углам поворота измерительной головки 9 в БУ 26 накапливается большой массив точек, распределенных по всей поверхности 18 материала 1. Построенная трехмерная модель поверхности 18 материала 1 соответствует форме поверхности 18 измеряемого сыпучего материала 1 с минимальной геометрической ошибкой. Следовательно, значения уровня и объема сыпучего материала 1 вычисляются с высокой точностью.

Все элементы прибора размещены в одном корпусе 3 и защищены от воздействия внешней среды. Радарный принцип измерения дальности делает прибор нечувствительным к запыленности и отложениям пыли на поверхности части 22 линзы 15. Благодаря поворотному электроприводу 21 и количеству сегментов 19 основания 11 с СВЧ излучателями-приемниками 14 уменьшается количество поворотов основания 11 для измерения уровня и объема сыпучего материала 1 в емкости 2. Это позволяет обеспечить высокую производительность и точность измерения рельефа поверхности 18 и объема сыпучего материала 1 в емкости 2 по сравнению с аналогами и прототипом. Наличие беспроводной передачи данных и энергии через ББПЭД 29 повышает надежность работы прибора по сравнению с аналогами.

Использование: изобретение относится к измерению уровня заполнения емкостей сыпучими материалами, построению модели рельефа поверхности материала для определения объема сыпучего материала. Сущность: радиолокационный прибор для измерения уровня и объема сыпучих материалов в емкости содержит: корпус прибора со средствами крепления на крыше емкости, измерительную головку (ИГ), состоящую из модуля СВЧ, имеющего СВЧ-излучатель-приемник, содержащий приемные и передающие антенны, электропривода модуля СВЧ, изменяющего его положение над поверхностью материала; сферическую линзу из диэлектрического материала, неподвижно установленную в корпусе ИГ; датчик положения электропривода, блок управления электроприводом модуля СВЧ и ИГ; дисплей, подсоединенный к блоку управления, при этом корпус ИГ имеет верхнюю и нижнюю части, разделенные перегородкой, электропривод установлен в верхней части корпуса ИГ на перегородке так, что вал электропривода входит в нижнюю часть корпуса и соединяется с основанием модуля СВЧ, размещенного в нижней части корпуса, имеющего в основании антенную систему, состоящую из излучателей-приемников, расположенных над поверхностью диэлектрической сферической линзы. Технический результат: упрощение конструкции прибора, повышение точности измерений, а также производительности за счет уменьшения времени сканирования поверхности сыпучего материала. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Радиолокационный прибор для измерения уровня и объема сыпучих материалов в емкости, содержащий:

- корпус прибора со средствами крепления на крышке емкости,

- измерительную головку (ИГ), состоящую из

-- модуля СВЧ, имеющего по меньшей мере один СВЧ-излучатель-приемник, содержащий по меньшей мере одну приемную и одну передающую антенну или одну приемо-передающую антенну,

-- электропривода модуля СВЧ, изменяющего его положение над поверхностью материала,

- датчик положения электропривода,

- блок управления электроприводом модуля СВЧ и ИГ,

- дисплей, подсоединенный к блоку управления,

- сферическую линзу из диэлектрического материала, установленную в корпусе прибора так, что ее часть, обращенная к поверхности материала, выступает из корпуса,

отличающийся тем, что

- корпус прибора имеет верхнюю и нижнюю части, разделенные перегородкой, вычислительные средства, установленные в блоке управления в верхней части корпуса;

- модуль СВЧ размещен в нижней части корпуса и состоит из

-- основания модуля СВЧ, имеющего муфту, соединяющую основание с валом электропривода,

-- установленной в основании антенной системы, состоящей из излучателей-приемников, расположенных над поверхностью диэлектрической сферической линзы на расстоянии, необходимом для формирования диаграммы направленности сферической линзой;

- электропривод установлен в верхней части корпуса ИГ на перегородке так, что вал электропривода проходит через перегородку в нижнюю часть корпуса и входит в соединительную муфту основания модуля СВЧ;

- ось вала электропривода проходит через линзу.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что основание антенной системы имеет количество выступающих сегментов, определяемое по следующей зависимости:

,

где n - количество сегментов в основании;

α_пов. - угол поворота вала электропривода для сканирования всей поверхности сыпучего материала в емкости.

3. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное количество сегментов выбирается из диапазона от 1 до 4.

4. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая сферическая линза является линзой Люнеберга.

5. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что прибор имеет блок беспроводной передачи энергии и обмена данными между блоком управления и модулем СВЧ.

6. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что на муфте основания излучателя-приемника установлено диэлектрическое кольцо, на котором имеется коллектор тока, взаимодействующий с двумя щетками, установленными на основании и соединенными с источником электрического тока.

7. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что вал электропривода является полым, соединения СВЧ-излучателей-приемников с источником тока проходят внутри полого вала при двух и более сегментах основания.

8. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит средства беспроводной передачи данных к внешним устройствам.