Уровнемер Советский патент 1981 года по МПК G01F23/284 

(5) УРОВНЕМЕР

t

Изобретение относится к контролю и измерению уровня.

Известны уровнемеры, работающие на принципе локации в СВЧ диапазоне с частотной модуляцией зондирующего сигнала .М.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уровнемер, содержащий частотно-молулированный генератор СВЧ, антенну, соеди,ненную с генератором, первый смеситель, соединенный с антенной и генератором СВЧ, который предназначен для получения разностной частоты, соответствующей искомому расстоянию, подключенную к генератору СВЧ линию задержки, обеспечивающую соответствующую заданному расстоянию задержку, второй смеситель, соединенный с генератором и линией задержки, предназначенный для получения соответствующей заданному расстоянию опорной частоты, перестраиваемый фильтр, подключенный к первому смесителю, и умножитель частоты, подключенный ко второму смесителю, а также вычислительное устройство, предназначенное для вычисления искомого расстояния по отношению двух частот, получаемых после первого и второго .смесителей.С23

Известный уровнемер в связи со сложностью схемного выполнения имеет ряд недостатков, влияющих в конечном итоге на точность измерения и надеж10ность устройства.

Цель изобретения - увеличение точ ности измерения, упрощение конструкции и увеличение надежности.

Поставленная цель достигается тем,

15 что уровнемер, содержащий генератор СВЧ, подключенный по двум каналам через последовательно соединенные циркуляторы, один из которых соединен с антенной, а другой - с линией задерж20ки, смесители-формирователи к вычислительному устройству, модулятор и источник постоянного, напряжения, дополнительно снабжен последовательно соединенными кварцевым генератором, делителем, избирательным фильтром, сумматором и преобразовагтелем напряжениечастота, при этом второй вход сумматора подключен к источнику постоянного напряжения.

На фиг. 1 показана структурная схема уровнемера; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу уровнемера; на фиг, 3 - график, полученный в результате эксперимента.

Схема содержит генератор СВЧ 1, подключенный через циркулятор 2 к антенне 3 и к смесителю k, генератор также подключен через циркулятор 5 к линии 6 задержки и к смеситею 7, к выходам смесителей k и 7 через усилители-формирователи 8 и 9 подключено вычислительное устройство 10.

Схема содержит также кварцевый генератор 11, который через делитель 12 и избирательный фильтр 13 подключен к сумматору 1. Выход сумматора через преобразователь 15 напряжениячастота и модулятор 16 подключен к генератору СВЧ 1.

Уровнемер работает следующим образом.

От генератора СВЧ 1 частотно-модулированный сигнал через циркулятор 2 поступает на антенну 3 и излучается в сторону контролируемой среды. Отраженный сигнал поступает на антенну и через циркулятор поступает на смеситель , куда приходит и си(- нал с генератора , ослабленный цирку лятором. В результате смешения подающего и отраженного сигнала с выхода смесителя 4 снимается напряжение разностной частоты, пропорциональное измеряемому расстоянию. Аналогично работает и опорный канал, состоящий из линии 6 задержки, которая имитирует известное расстояние, циркулятора 5, смесителя 7. После усиления и формирования разностная и опорная частоты поступают в вычислительное устройство 10, где по отношению этих частот вычисляется исходное расстояние. Так как основная ошибка при измерении расстояния частотным методом связана с дискретностью отсчета, в уровнемере применена специальная схема формирования модулирующего напряжения, которая работает следующим образом.

Кварцевый генератор 11 выдает стабильные импульсы, которые после делителя 12 подаются на избирательный

фильтр 13 (фиг. 2 а,б), где формируется синусоидальное напряжение, которое подается на сумматор 1, куда подается также постоянное напряжение и (фиг, 2 в). С выхода сумматора получаем переменное напряжение с постоянной составляющей (фиг. 2 г). Это напряжение подается на преобразователь 15 напряжение-частота, где формируются импульсы с переменной частотой (фиг. 2 д.е), причем средняя частота за период синусоидального напряжения остается постоянной.. Сформированные меандры переменной частоты подаются

5 на модулятор, который формирует треугольное напряжение. В качестве формирователя используется интегратор с постоянными времязадающими элементами, поэтому при подаче меандров

0 переменной частоты с выхода модулятора получаем треугольные импульсы, модулированные по частоте и амплитуде (фиг. 2 ж), которые подаются на элемент, управляющий частотой СВЧ генератора (варактор, на обмотку трансформатора при управлении магнитным полем) . При поДаче такого модулирующего напряжения девиация СВЧ генератора меняется для каждой ветви треугольного напряжения (фиг. 2 б), а частота биений остается постоянной величиной, т.е. за этот период имеет место усредненное значение этой частоты.

На фиг. 3 приведен график измерения расстояния. Использовался твердотельный генератор СВЧ на диоде Ганна с варакторной перестройкой, частота девиации 300 МГц, частота треугольных колебаний средняя 500 Гц, частота медленных синусоидальных колебаний 2,5 Гц. Без схемы усреднения величина дискретной ошибки

(fR -/ 25 см g

где м/с - скорость света; W - девиация частоты

300 МГц.

Со схемой усреднения дискретная ошибка получилась cfR 7 см.

Формула изобретения

Уровнемер, содержащий генератор СВЧ, подключенный по двум каналам через -последовательно соединенные циркуляторы, один из которых соединен с антенной, а другой - с линией задержки, смесители и усилители-формирователи к вычислительному устройству, модулятор и источник постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности, он снабжен последовательно соединенными кварцевым генератором, делителем, избирательным фильтром, сумматором и преоб разоеателем напряжение-частота, при 1« этом второй вход сумматора подключен к источнику постоянного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР ff 632910, кл. G 01 F 23/28, 1977. 2.Патент ФРГ № 2452555, кл. 2 е 3, 1978 (прототип).

ue.f

и

S

и

в

Uo

Uo

а

тттттттттпппппгт .

1ПГШЛЛЛ г .

и

ж

ffktf.2

tfi

Iff Ь 30 fff ТО во 90 1ёО ItO ttfffSO-Mf