Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01F23/284 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть лй- пользовано в автоматизированных системах управления производством, где необходимо контролировать уровень сред (жидких, сыпучих, твердых).

Целью изобретения является повышение точности измерения уровня.

На фиг. 1 показаны два сигнала биений, сдвинутых по фазе один относительно другого при реальной ситуации искажений формы ис-за паразитно-амплитудной модуляции (ПАМ); на фиг, 2 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит модулирующий генератор 1, соединенный с генератором СВЧ 2, который через циркуляторы 3 и 4 соединен с антенной 5. С выходами цирку- ляторов соединены смесители 6 и 7, выходы

которых соединены с входами блока совпадений 8. Выход блока 8 соединен с делителем 9 и запускающим входом триггера 10, разрешающий вход которого соединен с модулирующим генератором. Выход триггера через интегрирующий блок 11 соединен с вычислительным блоком 12, а сбрасывающий вход триггера-с выходом делителя.

Способ осуществляют следующим образом.

После выделения второго сигнала биений, сдвинутого по фазе на относительно первого при одинаковом воздействии ПАМ, условие совпадения этих сигналов можно выразить через уравнение

A(t)cos(27r Fj-t + ро ) + в (t) A(t) cos (2тгх xlVt+pb+fl) + B(t),

где A(t) - мультипликативный фактор воздействия ПАМ;

B(t) - аддитивный фактор воздействия ПАМ;

Рб - частота биений, причем

,гдеК

L I м

расстояние до контролируемой поверхности, р0 - начальный сдвиг фазы сигнала биений.

После преобразований уравнения получают

2 s I n (- % ) COS ( 2 л R t +1 + (ро ) 0 .

При учете, что Те 1 /Fe. периодичность решения уравнения будет равна Тс Те/2.

Поэтому, измерив этот усредненный за время периода частотной модуляции Тм временной промежуток между моментами совпадений сигналов биений Тср, можно найти расстояние до контролируемой поверхности FIO формуле

R

СТМ

4 ТСр A F

При этом влияние ПАМ, выраженное через факторы А и В, не влияет на точность решений уравнения и, следовательно, на точность определения расстояния по формуле.

Устройство работает следующим образом.

Частотно-модулированные электромагнитные волны СВЧ-диапазона от генератора СВЧ 2 через1 циркуляторы 3 и 4 поступают на антенну 5 и излучаются в направлении контролируемой поверхности 13. Отраженная волна принимается той же антенной и образует, после прохождения через циркуляторы 3 и 4 и смешивания в смесителях с частью падающих волн, просочившихся через циркуляторы, на входах смесителей два сигнала биений, сдвинутых по фазе один относительно другого (см.фиг. 1а). Эти сигналы поступают на входы блока совпадений, который формирует на своем выходе импульсы, соответствующие моментам совпадения сигналов биений (см.фиг. 16). Первый импульс запускает в единичное состояние триггер 10, а сбрасывает его п-й импульс с выхода делителя на n 9. Синхронизация работы триггера обеспечивается подачей бланкирующего импульса от модулирующего генератора. В результате на выходе триггера формируется импульс,

соответствующий 2 х n периодам сигнала биений. Этот импульс интегрируется блоком 11 и подается в блок 12, где по его длительности определяется период усредненного сигнала биений,по величине которого определяется расстояние.

Формула изобретения 1.Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня, включающий.зондирование контролируемой поверхности частотно-модулированными волнами СВЧ- диапазона, прием отраженных волн, их сме- шивание с зондирующими волнами, выделение сигнала биений и по периоду

сигнала биений определяют уровень, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выделяют дополнительно второй сигнал биений, сдвинутый по фазе относительно первого., сравнивают оба сигнала и

за время периода частотной модуляции измеряют средний временной промежуток между соседними моментами совпадения двух сигналов биений.

2. Устройство для бесконтактного радиоволнового измерения уровня, содержащее генератор СВЧ, управляющим входом подключенный к модулирующему генератору, а выходом через первый циркулятор - к антенне, и первый смеситель, подключенный

к второму выходу циркулятора, вычислительный блок, отличающееся тем, что,с целью повышения точности измерения, в него допрлнительно введены второй циркулятор, связывающий первый циркулятор и антенну, второй смеситель, входом подключенный к второму выходу второго циркулятора, блок совпадения, подключенный первым входом к выходу первого смесителя и вторым входом к выходу второго

смасмтеля, делитель частоты, триггер, интегрирующий блок, причем выход блока совпадений соединен с входом делителя частоты и запускающим входом триггера, зыход делителя частоты соединен с входом

сброса триггера, второй выход модулирующего генератора соединен с синхронизирующим зходом триггера, выход которого через интегрирующий блок соединен с вычислительным блоком.

/-

Г

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня сред в емкостях, когда из-за условий технологического процесса применение контактных средств невозможно или неэффективно, например при контроле уровня расплавленного металла в кристаллизаторе. Изобретение повышает точность уровня за счет уменьшения влияний искажений формы сигнала биений из-за воздействия паразитной амплитудной модуляции. Для этого дополнительно формируют второй сигнал биений, сдвинутый по фазе относительно первого, сравнивают оба этих сигнала за время периода частотной модуляции, измеряют средний временной промежуток между соседними моментами совпадения двух сигналов биений, по которому судят об уровне. 2 с.п,ф-лы, 2 мл.