Радиолокационный уровнемер

Полезная модель относится к контролю и измерению уровня различных веществ посредством радиолокации. Использование полезной модели позволяет расширить функциональные возможности радиолокационного уровнемера. Радиолокационный уровнемер включает модулятор 1, генератор 2, направленный ответвитель 3, циркулятор 4, приемопередающую антенну 5, смеситель 6, усилитель 7, дифференциатор 8, следящий фильтр 9 и программируемый микроконтроллер 10, снабженный интерфейсом для подключения к внешним сетевым устройствам, например, компьютеру 11.

Полезная модель относится к контролю и измерению уровня различных веществ посредством ближней радиолокации.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран радиолокационный уровнемер, описанный в [1]. Известный уровнемер включает модулятор, генератор, направленный ответвитель, циркулятор, приемопередающую антенну, смеситель, усилитель, дифференциатор, следящий фильтр, экстрематор, формирователь импульсов и частотомер. Он позволяет - за счет обработки отраженного от измеряемой поверхности сигнала и реализации фазовой сшивки - с достаточной точностью измерить уровень материала (например, какой-либо среды в емкости) как при больших, так и при малых расстояниях.

Известный радиолокационный уровнемер имеет следующие недостатки. При измерении одним прибором, например, уровня продуктов в нескольких смежных емкостях, или уровня насыпи посредством прибора, устанавливаемого на движущемся транспортере, часто имеет место значительный разброс измеряемого уровня. Чтобы обеспечить в этих условиях оперативное измерение уровня (измерение уровня в динамическом режиме), уровнемер должен обладать одновременно как высоким быстродействием, так и высокой точностью измерения во всем диапазоне измеряемых уровней, или, говоря иначе, должен с требуемой скоростью адаптироваться к изменяющимся условиям измерения. Однако схемная организация устройства-прототипа ввиду невозможности одновременной быстрой перестройки параметров модуляции и полосы пропускания следящего фильтра не позволяет осуществлять такую адаптацию, что существенно ограничивает его функциональные возможности. Кроме того, в прототипе отсутствует возможность подключения к внешним сетевым устройствам, например, к серверу сбора данных или к компьютеру, что

затрудняет его использование в дистанционных автоматизированных системах измерения и управления и также ограничивает функциональные возможности.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение функциональных возможностей радиолокационного уровнемера.

Указанная задача решается тем, что в радиолокационном уровнемере, содержащем модулятор, выход которого соединен с входом генератора, выход которого подключен к входу направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом циркулятора, связанного с приемопередающей антенной, а второй выход соединен с первым входом смесителя, второй вход которого связан с выходом циркулятора; усилитель, подключенный первым входом к выходу смесителя и соединенный первым выходом с входом дифференциатора и первым входом следящего фильтра, а вторым входом с выходом дифференциатора, выход которого подключен ко второму входу следящего фильтра, и узел управления и измерения уровня, упомянутый узел управления и измерения уровня выполнен в виде программируемого микроконтроллера, вход которого соединен с выходом следящего фильтра, первым выход подключен к входу модулятора, а второй выход подсоединен к третьему входу следящего фильтра, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью подключения к внешним сетевым устройствам.

Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 схематически представлен заявляемый радиолокационный уровнемер.

Радиолокационный уровнемер включает модулятор 1, выход которого соединен с входом генератора 2, выход которого подключен к входу направленного ответвителя 3, при этом первый выход ответвителя 3 соединен с входом циркулятора 4, связанного с приемопередающей антенной 5, а второй выход соединен с первым входом смесителя 6, второй вход которого связан с выходом циркулятора 4; усилитель 7, подключенный

первым входом к выходу смесителя 6 и соединенный первым выходом - с входом дифференциатора 8 и первым входом следящего фильтра 9, а вторым входом - с выходом дифференциатора 8, выход которого подключен ко второму входу следящего фильтра 9, и программируемый микроконтроллер 10, связанный своим входом с выходом фильтра 9, первым выходом - с входом модулятора 1, а вторым выходом - с третьим входом следящего фильтра 9. Кроме того, микроконтроллер соединен посредством, например, интерфейса RS 485 с внешним компьютером 11.

Заявляемый уровнемер работает следующим образом. В соответствии с условиями измерения и диапазоном измеряемого уровня микроконтроллер 10 по определенной программе устанавливает полосу модуляции в модуляторе 1 и полосу пропускания в следящем фильтре 9. Модулятор 1 вырабатывает линейно-симметричное пилообразное напряжение, управляющее частотой генератора 2 СВЧ сигналов, передаваемых посредством антенны 5 по направлению к поверхности 12, уровень которой измеряется. Отраженный от поверхности 12 ВЧ сигнал принимается антенной 5 и через циркулятор 4 направляется в смеситель 6, где смешивается с частью опорного частотно-модулированного (ЧМ) сигнала, в результате чего возникает сигнал разностной частоты, основная гармоника которого несет информацию о расстоянии до измеряемой поверхности. В усилителе 7 происходит усиление сигнала разностной частоты, который с выхода усилителя 7 поступает на первый вход следящего фильтра 9 и на вход дифференциатора 8, осуществляющего дифференцирование сигнала и, как следствие - поворот всего спектра сигнала на 90 град. С выхода дифференциатора 8 сигнал поступает на второй вход фильтра 9, в котором осуществляется перемножение отфильтрованного и продифференцированного сигналов разностной частоты, что обеспечивает нулевой фазовый сдвиг фильтра на частоте полезного сигнала и его настройку на наиболее интенсивную гармонику спектра. С выхода фильтра 9

отфильтрованный гармонический сигнал поступает на вход микроконтроллера 10, в котором осуществляется фазовая сшивка принимаемого антенной 5 отраженного сигнала, имеющего в общем случае кусочно-гармонический характер, и определение расстояния до измеряемой поверхности. Полученные данные по интерфейсу передаются в компьютер 11.

В том случае, когда требуется произвести в динамическом режиме измерение, например, уровня какой-либо среды в нескольких емкостях, или уровня насыпного материала с движущегося транспортера, при значительном разбросе значений измеряемого уровня, микроконтроллер 10 осуществляет соответствующее изменение полосы модуляции модулятора 1 и полосы пропускания следящего фильтра 9, обеспечивая, тем самым, адаптацию уровнемера к текущим условиям измерения и позволяя производить их с высокой точностью при требуемом быстродействии. Как следствие, заявляемый радиолокационный уровнемер имеет по сравнению с устройством-прототипом более широкие функциональные возможности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Решение о выдаче патента по заявке №2002124660/09(026058) на изобретение «Способ радиолокации с частотной модуляцией непрерывного зондирующего сигнала» от 12.03.2004 г., МКИ 7 G 01 S 13/34 (прототип).

1. Радиолокационный уровнемер, включающий модулятор, соединенный выходом с входом генератора, выход которого подключен к входу направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом циркулятора, связанного с приемопередающей антенной, а второй выход соединен с первым входом смесителя, второй вход которого связан с выходом циркулятора, усилитель, подключенный первым входом к выходу смесителя и соединенный первым выходом с входом дифференциатора и первым входом следящего фильтра, а вторым входом - с выходом дифференциатора, выход которого подключен ко второму входу следящего фильтра, и узел управления и измерения уровня, отличающийся тем, что узел управления и измерения уровня выполнен в виде программируемого микроконтроллера, вход которого соединен с выходом следящего фильтра, первый выход подключен к входу модулятора, а второй выход подсоединен к третьему входу следящего фильтра.

2. Радиолокационный уровнемер по п.1, отличающийся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью подключения к внешним сетевым устройствам.