Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня поверхности сред Советский патент 1991 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к бесконтактным средствам контроля и измерения уровня и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическим производством.

Целью изобретения является повышение точности измерения уровня за счет уменьшения влияния искажений формы сигнала биений.

На фиг. 1 схематично показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы его работы при сигнале биений в форме идеальной синусоиды и при наличии искажений формы и соответствующие графики автокорреляционной функции.

Устройство содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, управляющий частотой СВЧ-генератора 2,

соединенного через циркулятор 3 с антенной 4, расположенной над контролируемой поверхностью 5 и со смесителем 6, который через стробирующий блок 7 соединен с блоком 8 задержки и с одним входом блока 9 умножения, второй его вход соединен с выходом блока задержки. Выход блока умножения через интегрирующий блок 10 и блок 11 преобразования соединен с управляющим входом блока задержки и с вычислительным блоком 12.

Способ осуществляют следующим образом.

Модулированный СВЧ-сигнал (фиг.2г,а) через циркулятор 3 поступает в антенну 4, излучается, а после отражения от контролируемой поверхности 5 принимается антенной 4 и через циркулятор попадает на вход смесителя 6. В качестве опорного используО N Ю

ю ел

ется часть мощности зондирующего сигнала, просочившаяся через циркулятор на вход смесителя. Выходное напряжение смесителя стробируется в блоке 7 и поступает на один вход блока 9 умножения без задержки, а на другой с задержкой в блоке 8 на время т. На фиг.2б,д показаны сигналы биений без задержки сплошной линией и с задержкой т- штриховой для сигналов биений в виде идеальной синусоиды и при искажениях его формы. После умножения в блоке 9 и выделения сигнала среднего уровня в интегрирующем блоке 10 на его выходе получим автокорреляционную функцию

pil(r)4/U6(t)U6(t-r)dt, 1 о

где Т-период интегрирования, равный длительности стробирующего импульса;

т- время задержки;

Ue (t) - напряжение сигнала биений;

р (t) - автокорреляционная функция.

Стробирование сигнала биений осуществляют для того, чтобы не допустить на вход блока умножения обращенного сигнала биений, связанного с конечным временем распространения электромагнитной волны от антенны до поверхности уровня и обратно. В начальный момент времени t тмин , р т имеет положительное значение, что после соответствующего преобразования в блоке 11 приведет к поступлению в блок задержки управляющего сигнала и длительность задержки увеличится. Далее цикл будет повторяться до тех пор, пока (i) не достигнет нулевого значения. При этом напряжение на выходе блока 11, пропорциональное задержке т0 , будет оставаться постоянным, если уровень не меняется. При последующем увеличении или уменьшения уровня блок преобразования будет вырабатывать сигнал управления, соответственно уменьшающий или увеличивающий время задержки с тем, чтобы поддерживать нулевое значение (г) . На фиг.2в,г показаны графики автокорреляционной функции для идеального синусоидального сигнала биений и для реального с искажениями формы. Точками отмечен полный вид функций, пунктиром - начальный участок, сплошной линией отмечен рабочий участок слежения за уровнем. Из диаграмм на фиг.2 видно, что первый максимум

уэп(г) соответствует периоду сигнала биений как для первого, так и для второго случая. При его смещении, вызванном изменением уровня, смещается и точка первого пересечения с нулем г0 , соответствую0 щая задержке Т0 - 0, . Подставив То 4 TO , получим L CTM/8 ДРГо.

По этой формуле в блоке 12 производится вычисление уровня. При этом случайные

5 искажения формы сигнала будут меньше сказываться на точность измерения уровня, поскольку период будет измерен с большей точностью. Величина гмин устанавливается в соответствии с максимально возможным

f)

и удалением, поверхности контролируемой среды в процессе технологического цикла. Начальная установка т гмин производится для устранения неоднозначности отсчета уровня. Гмакс соответствует минимальному приближению контролируемой поверхности.

Формула изобретения Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня поверхности сред, включающий зондирование контролируемой поверхности частотно-модулированными волнами СВЧ-диапазона, прием отраженных волн, их смешивание с зондирующими волнами и определение сигнала биений, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, осуществляют задержку сигнала биений и в каждом цикле периода модуляции вычисляют автокорреляционную функцию сигнала биений на вре- менном интервале внутри участка одновременного увеличения частоты зондирующего и отраженного сигналов при времени задержки, изменяющемся от выбранного минимального значения, до момента получения нулевого значения автокорреляционной функции и поддерживают его, изменяя время задержки, по которому судят об уровне.

5

5

0

5

Г11

Изобретение относится к бесконтактным средствам контроля и измерения уровня и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическим производством. Цель изобретения - увеличение точности измерения уровня за счет уменьшения влияния искажений формы сигнала биений. Сущность способа состоит в следующем. Проводят облучение контролируемого вещества частотно-модулированными волнами, принимают отраженный сигнал, смешивают его с зондирующим и выделяют сигнал биений, осуществляют его задержку и в каждом цикле периода модуляции определяют автокорреляционную функцию сигнала биений на временном интервале внутри участка одновременного увеличения частоты зондирующего и отраженного сигналов при времени задержки, изменяющемся от выбранного минимального значения до момента получения нулевого зна чения автокорреляционной функции, и поддерживают это нулевое значение, изменяя время задержки, по которому судят об уровне 2 ил. Ё

$

TW Ј«9КЈ /Ј

1мин Г/у/9кс 7Ј