Способ измерения уровня

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистических

Республик рв 943531 (63) Дополнительное к авт. свид-ву(22) 3аявлено 17 ° 12 ° 80 (23) 3224830/18-10

Р1 М К з

G F 23/28 с присоединением заявки №

{23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (33)УДК 681,128.82 (088 . 8) Опубликовано 150782 ..Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 15 . 07 . 82 (72) Авторы изобретения

Ф.И. Коломо||цев,. В. K Нестеренко и В нко.Н. Хстме

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени (71) 3а явитель государственный университет им. 300-летия восссбЪдинения

Украины с Россией (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Изобретение относится к технике бесконтактных измерений расстояний, в частности измерений расстояний в высокотемпературной и агрессивной. среде, прозрачной для радиоволн СВЧ диапазона. Оно может быть использовано в металлургии для измерения уровня расплава в конвертере.

Известен способ измерения уровня жидкости с помощью радиолокатора с изменяющейся во времени частотой, в котором производят умножение разностной частоты и опорной на коэффициент, постоянный в течение равных интерва лов времени сканирования, но которнй. 15 может изменяться на ступень.по окончании каждого интервала, суммируют произведения и затем, по окончании времени сканирования, определяют отношение между полученными суммами; оно является мерой искомого расстояния, например уровня жидкости в резервуарах на судах.

Способ отличается сложностью реализации.

Известен способ определения расстояния между наконечником фурмы и отражающей поверхностью., в котором рас-, стояние определяется по величине ин- М тенсивности отраженного электромагнитного излучения.

Однако известный способ не обладает необходимой точностью, так как результат зависит от случайных изменений отражающих свойств поверхности.

Радиолокационные способы, основанные на измерении времени прохождения сигнала от источника до цели и обратно, также не обеспечивают высокой точности так как допускают погрешности измерений расстояния, превышающие несколько длин волн используемого электромагнитного излучения °

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения изменений уровня жидких и сыпучих сред радиоволновыми средствами, заключающийся в генерировании и излучении радиоволн

СВЧ в направлении поверхности среды, приема отраженного от поверхности сигнала, сдвиг фазы которого зависит от изменений уровня, сложении отраженного сигнала с опорным и получении в измерительном волноводе режима стоячих волн.

Известный способ непригоден для бесконтактного, не зависящего от предыдущих замеров, измерения расстоя943531 ния между подвижной антенной и гра.ничной поверхностью среды, Цель изобретения - повышениЕ надежности и точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем излучение и прием радиоволн СВЧ, сложение отраженной и опорной волны с последующим детектированием результирующего сигнала и усилением полученного низкочастотного сигнала, во вре")О мя излучения радиоволн в направлении граничной поверхности среды в этом же направлении вбрасывают пассивный отражатель волн, детектируют результирующий сигнал и производят счет чис» 15 ла возникающих экстремальных значений тока в низкочастотном сигнале, затем определяют значение уровня по соотношению где L — измеряемое расстояние;

n — число максимумов (минимумов) тока в низкочастотном сиг.". нале; — длина волны СВЧ в свобоцном пространстве.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

Приняты следуюцие обозначения 1 генератор СВЧ колебаний, 2 - волноводный тракт, 3 — антенна, 4 — граничная поверхность среды, 5 — движущийся пассивный отражатель, б - от- З5 ветвитель, 7 — детектор, 8 — блок обработки информации (усилнтель, счетчик, индикатор), Пассивным отражателем в предлагаемом способе мбжет служить металли- 40 ческий предмет, кусок присадочного материала или другое пробное тело, форма которого близка к шарообразной и линейные размеры которого (средний диаметр) имеют величину порядка одной или нескольких длин волн СВЧ (D = k. ; k Ъ 1). Материал пробного чела выбирают таким, чтобы во время свободного движения от антенны до граничной поверхности среды оно не потеряло свойств пассивного отражателя рациоволн вследствии разрушения в высокотемпературной агрессивной среде, а при соприкосновении с граничной поверхностью оно должно остановиться или разрушиться как отражатель рациоволн.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В результате сложения волны, от- раженной от движуцегося пассивного 60 отражателя, с опорной излучаемой волной получают результирующий сигнал, представляюций собой интерференционную картину электромагнитного поля, которая перемещается в пространстве 65 т;, же, как переМещается пассивный отражатель. В любой неподвижной относительно антенны точке поля, в том числе в точке, в которую помещают детектор, периодически, с низкой частотой, возникают интерференционные максимумы (минимумы) амплитуды. напряженности результирующего сигнала, Прохождение пассивным отражателем каждого последующего отрезка пути, равного половине длины СВЧ волны,1.(z, приводит к возникновению каждого последующего максимума (минимума) ампли туды напряженности результирующего сигнала, который затем подвергают детектированию.

Путем детектирования результирующего сигнала и выделения из него ниэкочастотной составляющей получают последовательность низкочастотных максимумов тока в цепи детектора.

Радиотехническое усилие сигнала производят в соответствующем диапазоне частот.

Перемещающаяся в пространстве интерференционная картина электромагнитного поля н максимумы тока. в цепи детектора появляются, начиная с момента входа пассивного отражателя в поле антенны (например, после пересечения отражателем плоскости раскрыва рупорной антенны) и исчезают в момент остановки или разрушения отражателя при соприкосновении его c граничной поверхностью среды. Следовательно, число максимумов тока в цепи детектора равно числу полуволн

СВЧ, укладывающихся в измеряемом расстоянии Ь от антенны до граничной поверхности среды,-т.е.

Л где ) — длина волны известна с большой точностью.

Частота следования низкочастотных максимумов пропорциональна скорости движения пассивного отражателя, но скорость не влияет на число максимумов тока в последовательности.

Возможные отражения волн от неподвижных граничных поверхностей, увеличивая высокочастотный фон, не оказывают существенного влияния на перемещающуюся интерференционную картину и не изменяют число максиму-., мов (минимумов) тока в цепи детектора, следовательно не изменяют суцности способа.

Гармонические электромагнитные колебания СВЧ от генератора 1 передают по волновому тракту 2 и через антенну 3 излучают в направлении гра-. ничной поверхности среды 4. В том же направлении вбрасывают в созданное электромагнитное поле пассивный отражатель радиоволн 5, сообщая ему начальную скорость. Опорный сигнал (волну), поступающий из генератора 1, складывают с сигналом (волной), отраженным от движущегося пассивного

943531

Формула изобретения

Составитель Т. Иноземцева

Техред A. Ач Корректор Е. Рскако

Редактор Т. Парфенова

Заказ 5094/47 Тираж 673 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 отражателя 5 в ответвителе 6 результирующий сигнал детектируют с помощью детектора 7 и в выделенном таким образом сигнале после усиления производят счет низкочастотных максимумов (минимумов) тока с помощью блока 8.

10 ,Способ измерения уровня, включающий излучение и прием радиоволн СВЧ„ сложение отраженной и опорной волн с последующим детектированием и усилением результирующего сигнала, о т - )5 л и ч а ю шийся тем, что, с. целью повышения надежности и точности измерения во время излучения вбрасивают пассивный отражатель волн в направлении граничной поверхности среды, детектируют результирующий сигнал и производят счет числа возникающих экстремальных значений тока в низкочастотном (продетектированном) сигнале, затем определяют значение уровня по соотношению

„6 где Р - расстояние от антенны до граничной поверхности средыу н - число максимумов или минимумов тока в низкочастотном сигналеу

1 — длина волны СВЧ в свободном пространстве.