Радиоволновый уровнемер Советский патент 1983 года по МПК G01F23/284 

дулятора подключен к генератору, а ля посредством шестой схемы И соедиинверсный выход триггера блока управ- йены со счетным входом реверсивного ,лёния генератором и выход формировате- счетчика. «

10101 69

Изобретение относится к тракторному и сельхозмашиностроению, а более точно к устройствам дистанционного контроля технологических процессов, уровнемерам. Известен уровнемер, используемый в качестве датчика высоты положения рабочих органов свеклоуборочной машины относительно подстилающей поверхности земли, содержащий генератор сиг налов, передаюи ий тракт с ответвителем, приемный тракт, передающую и при емную антенны и схему измерения на.пряженности поля. Этот датчик уровня использует высокочастотное поле, а точнее стоячую волну, возникаЮ111ую меж ду излучателем установленным на агрегате и объектом, землей или свеклой. Известный уровнемер определяет наличие корнеклубнеплодов на фоне поля по изменению расстояния (параметров отражающей поверхности земли или свек лы). Изменение параметров отражающей поверхности эквивалентно изменению расстояния (фазы отраженного сиг нала) tilНедостатком устройства является не однозначность измерений, определяемая периодичностью временного и пространственного изменения электромагнитного поля стоячей волны, неопределенностью направления ее перемещения (приближения или удаления). Использование прямолинейного участка полуволны ограничивает диапазон измеряемых расстояний, ухудшает точность измерений и не избавляет от неоднозначности Наиболее близким к изобретению по технической сущности является радиоволновым уровнемер, содержащий генератор сигналов, приемо-передаюи ую антенну, к измерительной линии которой подключены устройства измерения напряженности поля, связанные с устройством логической обработки сигналов и реверсивный счетчик . 2 J. Однако известное устройство не обеспечивает достаточные эффективность, надежность и точность измереНИИ вследствие того, что напряженность поля измеряют в трех точках стоячей волны, сравнивают разность значений поля в средней и двух крайних точках и производят логическую обработку результатов сравнения сигналов, а основой логической обработки сигналов является последовательность чередования знака результирующих напряженностей поля, получаемых в результате сравнения его значений в указанных выше точках. Функционирование устройства может быть нарушено, если амплитудные характеристики детекторов не сопряжены, так как принцип действия устройства основан на сравнении абсолютных значений поля в трех точках, в которых осуществляется отбор мощности. Развязка этих точек и работа без искажения волны возможна при зйачительных потерях энергии. Целью изобретения является повышение эффeктивнoctи, надежности и точности измерения .уровня. Поставленная цель достигается тем, что коротковолновый уровнемер снабжен блоком управления генератором, содержащим триггер и модулятор, а устройство логической обработки сигнала связано с реверсивным счетчиком с образованием схемы счета числа прошeдuJиx полуволн, причем устройства измерения напряженности поля выполнены в виде схем определения минимумов перемещающейся стоячей волны, измерительная линия - в виде раздельных передающего с ответвителем и приемного трактов, схема счета числа прошедших полуволн содержит счетные триггеры, схемы И, схему ИЛИ, RS-триг геры, формирователь и реверсивный счетчик, причем передающий тракт с ответвителем на входе соединен с генератором сигналов, а на выходе - с антенной, приемный тракт связан с одной стороны с антенной, а с другой с ответвителем приемного тракта, входы первого и второго устройств измерения напряженности поля соединены с приемным трактом в двух точках с определенной разностью фаз выход первого устройства измерения напряженности поля соединен со счетным входом первого счётного триггера, счетным входом первого RS-триггёра и посредством первой схемы И со счетным входом второго ,RS-тpиггepia, выход второго устройства измерения напряженности свяаан со счетным входом второго счетного триггера, установочным входом первого RS-триггера и посредством вто . рой схемы И с установочным входом вто рого RS-триггера, прямой выход триггера схемы управления соединен с модулятором и входами первой и второй схем И прямой и инверс ные выходы пер вого RS-триггера подключены соответст венно к входам третьей и четвертой схем И, а прямой и инверсный выходы второго R$-тpиггepa. связаны сооветственно с входами третьей и четвертой схем И, при этом выходы указанных схем И посредством схемы ИЛИ подключены к управляюи ему входу реверсивного счетчика, а выходы счетных триг1;еров соединены с пятой схемой И, выход которой подключен к вход формирователя и установочным входамiсчетны триггеров, выход формироватеТчя связан со счетным входом триггера блока управления генератором, выход модулятора подключен к генератору, а инверсный выход триггера блока управления генератором и выход формирователя посредством шестой схемы И соединены co счетным входом реверси ёного счетчика. На чертеже изображена функциональная схема уровнемера. Уровнемер содержит генератор 1 сиг налов, передаю1ций 2 с ответвитёлем и приемный 3 тракты, передающую t и при емную 5 антенны, первую 6 и вторую 7 схемы измерения напряженности поля, схему 8 управления и схему 9 счета числа пpouJeдшиx полуволн. Схема 8 управления содержит триггер 10 запуска и срыва режима изменения частоты генератора и модулятор 11. Схема 9 счета числа прошедших полуволн содержит первый 12 и второй 13 счетные триггеры, первый 1 и второй 15 RS-триггеры, первую 16, вторую 17, третью 18 четвертую 19, пятую 20 и шестую 21 схемы И, схему ИЛИ 22, формирователь 23 и реверсивный счетчик 2. Передающая и приемная 5 антенны соединены с передающим 2 и .приемньол 3 трактами. Приемный 3 тракт соединен 10 94 со схемами 6 и 7 (определения минимумов стоячей волны в точках с разностью фаз ДУ о). Выходы каждой из схем 6 и 7 соединены со счетньми входами счетных триггеров 12, 13 и счетнь1м и установочным входами первого RS-триггёра lA, а также через И 16 и 17 со счетным и установочным входами второго RS-триггера 15. Вторые входы схем И 16, 17 и вход модулятора 11 соединены с выходом схемы 8 управления, а точнее - с выходом триггера 10. Выходы RS-триггеров и 15 попарно соединены с входами схем И 18 и 19, выходы которых через схему ИЛИ 22 подключены к управляющему входу реверсивного счетчика 2k, выходы счетных триггеров 12 и 13 соединены через схему И20 с входом формирователя 23 и установочными входами счетных триггеров 12 и 13, а выход формирователя соединен со счетным входом триггера 10 схемы управления. Выход модулятора 11 сЬединён с генератором 1сигналов, второй выход триггера 10 и выход формирователя 23 мерез схему И 21 соединены с входом реверсивного счетчика 2Ц. Уровнемер работает следующим образом., Уровнемер располагается над объектом, изменение расстояния до которого надлежит измерять. Сигнал от генератора 1 через передающий тракт 2 и передащую антенну излучается в пространство, достигает объекта,.переотражаётся обратно, принимается приемной антенной 5, п(Х)ходит приемный тракт 3 и поглощается в основном в нагрузке ответвителя, а частично проходит в передающий тракт 2. Часть сигнала, вырабатываемого генератором 1, через ответвитель передающего тракта 2 также поступает в приемный тракт 3 и вместе с принимаемым сигналом образует в нем стоячую волну. При постоянной частоте генератора 1 (основной режим работы уровнемера) изменение расстояния мЪжду антеннами А и 5 и объектом приведет к точно такому же, синхронному, перемещению стоячей волны. При этом она последовательно проходит своими минимумами точки соединения приемного тракт 3 со схемами 6 и 7 или 7 и 6, в зависимости от направления перемещения стоячей волны, а точнее в зависимости от того, уменьшается или увеличивается расстояние от антенн t и 5 до объекта. Наличие двух схем определения мин{1мумрв перемещакмцейся стоячей волны (при изменении расстояния), соединение которых с приемным трактом разнесено по фазе, например HaAf C/2, позволяет однозначно определять число прошедших полуволн. Эта возможность реализуется с помои ью схемы 9 счета прошедших полуволн, учитывающей на счетчике 2k изменение расстояния в одну полуволну только после последовательного прохождения минимума перемещающейся стоячей волны точек соединения схем 6 и 7 ( или 7 и б) с приемным трактом 3. При этом каждому про шедшему минимуму соответствует выраб атываемый схемой 6 или 7 импульс. Для примера примем,что сначала ( в исходном положении) минимум стоячей волны находился справа от схемы б и расстояние до объекта увеличивается. Импульсный сигнал, вырабатывавмый схемой 6 в момент прохождения минимума -стоячей волны, приведет к срабатыванию счетного триггера 12 и уста новлению единичного потенциала на; вхо де схемы И 20. Одновременно срабатывает RS-триггер lA. Импульсный сигнал поступает на вход схемы И 16, но не проходит к RS-триггеру 15 так как при первом цикле измерений на втором .входе схемы И 17 нет разрешающего единичного потенциала от триггера 10 схемы 8 управления. После прохождения минимума стоячей волны точки соединения схемы 7 с приемным трактом 3 срабатывает счетный триггер 13. В резуль тате совпадения сигналов на входе схе мы И 20 сигнал поступает на вход формирователя 23 и проходит с задержкой на вход схемы И 21 и далее на счетный вход счетчика 2. Задержка позволяет выработать сигнал на управляюи4ем входе счетчика 2. Наличие обратной связи с установочными входами счетных триггеров 12 и 13 позволяет подготовить т0иггеры к приходу новых импульсов. Импульсный сигнал с выхода формирователя 23 поступает также на вход .триггера 10 схемы 8 управления, опрокидывая его, что приводит к появлению нулевого потенциала на входе схемы И 21, установлению единичного разрешающего потенциала на входах схем И 16 И 17 и запуску модулятора 11. Модулятор 11 обеспечивает установление режима изменения частоты генератора 1 сигналов. В конечном счете этот режим анализа подготавливает установление необходимого сигнала на управляющем входе счетчика 2 в зависимости от положения минимума стоячей волны, разрешая тем самым неоднозначность определения уровня. Неоднозначность является следствием периодичности закона изменения напряженности поля стоячей волны в функции расстояния и связана с неопределенностью положения нуля стоячей волны (слева или справа от точки соединения схемы 6 с приемным, трактом 3) в момент начала учета ее перемещения. Установка управляющего сигнала на входе счетчика 2k происходит автомат 1ческй в режиме изменения частоты генератора 1 сигналов. Изменение частоты в заданном направлении производится за малую долю времени перемещения стоячей волны на половину ее длины. Это время определяется значением частоты, скоростью ее изменения и расстоянием до объекта. Режим анализа управляющего сигнала начинается запуском с выхода схемы И ЙО после прохождения минимума стоячей волны точек соединения схем 6 и 7 с приемньм трактом 3, т.е. после перемещения стоячей волны на одну полуволну (в режиме постоянной частоты генератора 1 сигналов). Режим установки управляющего сигнала определяется также прохождением одной полуволны, но в режиме изменения частоты генератора 1 сигналов. При этом импульсы вырабатываемые схемами 6 и 7 приводят к срабатываниюRS -триггера k и через схемы И 16 и17Я$-триггера 15. После схем И 18 и 19 и схемы ИЛИ 22 на управляющем входе счетчика 2k навливается сигнал Сложение или Вычитание в зависимости от расположения минимума стоячей волны слева или справа) от точки соединения схемы 6 с приемным трактом 3. Как только сработают схемы 6 и 7 (переместится одна полуволна), импульсный сигнал на выходе схемы И 20 приве.яат к срыву режима модуляции, к обнулению сигнала на входах схем .И 16 и 17 и установлению разрешающего потенциала на входе схемы И 21,. после чего производится новый цикл измерения уровня Ч учета проходящей полуволны) в режиме посто71010 6Э8

янной частоты, а затем описанный цикл значность контроля глубины пахоты, анализа управляющего сигнала. автоматического контроля изменения

Применение .устройства позволит по- сыпучих и жидких материалов, определевысить точность и разрешить неодно- ния потерь корнеклубнеплодов на поле.

Г

ff

f

h

d

f

сг

23

го

3

.

/г