Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня поверхности сред

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 F 23/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4678472/10 (22) 14.04.89 (46) 15.04.91. Бюл, ¹ 14 (71) Институт проблем управления (72) Б.B.Ëóíêèí, Д.В.Хаблов и А.И.Канарев (53) 681.128.083 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 892221, кл. G 01 F 23/28, 1980.

Патент Японии ¹ 60-48710, кл. G 01 $13/34, 1985. (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ПОВЕРХНОСТИ СРЕД (57) Изобретение относится к бесконтактным средствам контроля и измерения уровня и может быть использовано s автоматизированных системах управления технологическим производством. Цель изобретения — увеличение точности измерения

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 эа 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, „„, Ж„„1642250 А1 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 значения автокорреляционной функции, и поддерживают это нулевое значение, изменяя время задержки, по которому судят об уровне, 2 ил. соединенного через циркулятор 3 с антенной 4, расположенной над контролируемой поверхностью 5 и со смесителем 6, который через стробирующий блок 7 соединен с Gnoком 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 использу1642250 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 t. 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

1 т

1(<) Т,/ Об(с)06(т т)бе, где Т- период интегрирования, равный длительности стробирующего импульса; г- время задержки;

Об (t) — напряжение сигнала биений;

p((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 = TM», pt t 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

pi(t) не достигнет нулевого значения. При этом напряжение на выходе блока 11, пропорциональное задержке го, 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 <р (х) . 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

5 р (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 го, соответствую10 щая задержке to = 0,25Тд . Подставив

T> = 4 то, получим

L = СТм/8 Л Р T o .

По этой формуле в блоке 12 производится вычисление уровня. При этом случайные искажения формы сигнала будут меньше сказываться на точность измерения уровня, поскольку период будет измерен с большей точностью. Величина гм» устанавливается в соответствии с максимально возможным удалением поверхности контролируемой среды в процессе технологического цикла.

Начальная установка T: = tM» производится для устранения неоднозначности отсчета

25 уровня. TMÂêc 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 тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше, ния точности измерений, осуществляют задержку сигнала биений и в каждом цикле периода модуляции вычисляют автокорреляционную функцию сигнала биений на временном интервале внутри участка одновременного увеличения частоты зондирующего и отраженного сигналов при времени задержки, изменяющЪмся от выбранного минимального значения, до момента получения нулевого значения эвтокорреляционной функции и поддерживают его, изменяя время задержки, по которому судят об уровне.

1642250

Редактор Ю, Середа

Заказ 1138 Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 н) Составитель Васильков

Техред М.Моргентал Корректор М, Самборская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101