RU2010182C1 - Level meter - Google Patents
Level meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2010182C1 RU2010182C1 SU5026290A RU2010182C1 RU 2010182 C1 RU2010182 C1 RU 2010182C1 SU 5026290 A SU5026290 A SU 5026290A RU 2010182 C1 RU2010182 C1 RU 2010182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- generator
- output
- counter
- polarizer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контролю и измерению уровня жидких веществ. The invention relates to the control and measurement of the level of liquid substances.
Известны устройства, работающие на принципе локации в СВЧ-диапазоне с частотной модуляцией зондирующего сигнала. Known devices operating on the principle of location in the microwave range with frequency modulation of the probe signal.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является радиоволновой уровнемер, содержащий датчик и приемное устройство с антенным блоком, смесителем, усилителем, генератором, первым и вторым фильтрами и индикатором. The closest technical solution to the proposed device is a radio wave level gauge containing a sensor and a receiving device with an antenna unit, mixer, amplifier, generator, first and second filters and indicator.
Известное устройство не позволяет производить многопозиционные измерения без дополнительных затрат, связанных с размещением уровнемера с токоподводящими цепями на каждом хранилище, и специальных мер для снижения искро- и взрывобезопасности. The known device does not allow multi-position measurements without additional costs associated with the placement of the level gauge with current-supply circuits in each storage, and special measures to reduce spark and explosion safety.
Цель изобретения - повышение надежности устройства и обеспечение возможности проведения многопозиционных измерений уровня в нескольких хранилищах одним устройством, содержащим активный элемент. The purpose of the invention is to increase the reliability of the device and to enable multi-level level measurements in several storages with one device containing the active element.
Цель достигается тем, что в радиоволновой уровнемер, содержащий датчик и приемное устройство с генератором, смесителем, первым и вторым фильтрами, антенным блоком, усилителем и индикатором, введены дополнительные датчики уровня, генератор выполнен в виде СВЧ-генератора, а в приемное устройство введены последовательно соединенные первый генератор модулирующего сигнала, синхронизатор, блок управления, генератор частоты смещения и преобразователь частоты, выход которого подключен к второму входу смесителя, первый счетчик, подключенный к первому входу индикатора, нелинейный элемент, последовательно соединенные второй счетчик и второй генератор модулирующего сигнала, выход которого подключен к второму входу СВЧ-генератора, и последовательно включенные между СВЧ-генератором и антенным блоком ответвитель и поляризатор, вторые выходы которых соединены с первыми входами соответственно преобразователя частоты и смесителя, последовательно соединенными с первым фильтром, нелинейным элементом, вторым фильтром и усилителем, выход которого подключен к первым входам первого счетчика и второго счетчика, к второму и третьему входам которого подключены соответственно третий и четвертый выходы синхронизатора, первый, второй и пятый выходы которого соединены соответственно с вторым входом генератора модулирующего сигнала, входом блока управления и третьим входом первого счетчика, при этом четвертый выход синхронизатора подключен также к второму входу первого счетчика, а второй выход первого генератора модулирующего сигнала соединен с первым входом СВЧ-генератора, выполненного с возможностью создания электромагнитного поля между антенным блоком и каждым датчиком. The goal is achieved by the fact that in the radio wave level gauge containing the sensor and the receiving device with the generator, mixer, first and second filters, antenna unit, amplifier and indicator, additional level sensors are introduced, the generator is made in the form of a microwave generator, and introduced in series into the receiving device connected to the first modulating signal generator, synchronizer, control unit, bias frequency generator and frequency converter, the output of which is connected to the second input of the mixer, the first counter connected to the first input of the indicator, a non-linear element, a second counter and a second modulating signal generator connected in series, the output of which is connected to the second input of the microwave generator, and a coupler and polarizer connected between the microwave generator and the antenna unit, the second outputs of which are connected to the first inputs of the converter frequency and mixer, connected in series with the first filter, non-linear element, the second filter and amplifier, the output of which is connected to the first inputs of the first a meter and a second counter, to the second and third inputs of which are connected the third and fourth outputs of the synchronizer, respectively, the first, second and fifth outputs of which are connected respectively to the second input of the modulating signal generator, the input of the control unit and the third input of the first counter, while the fourth output of the synchronizer is connected also to the second input of the first counter, and the second output of the first modulating signal generator is connected to the first input of the microwave generator, configured to create an electric of the magnetic field between the antenna unit and each sensor.
Датчик уровня содержит последовательно соединенные антенну, поляризатор, ответвитель, циркулятор, вертикально расположенный волновод, а также сумматор, причем первый вход поляризатора соединен с антенной, второй - с выходом сумматора, первый выход ответвителя соединен с входом циркулятора, первый выход циркулятора - с входом волновода, вторые выходы ответвителя и циркулятора соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора. The level sensor contains a series-connected antenna, a polarizer, a coupler, a circulator, a vertically arranged waveguide, and an adder, the first input of the polarizer connected to the antenna, the second to the output of the adder, the first output of the coupler connected to the input of the circulator, the first output of the circulator to the input of the waveguide , the second outputs of the coupler and the circulator are connected respectively to the first and second inputs of the adder.
Повышение надежности, т. е. снижение взрыво- и искроопасности достигается исключением токоведущих и токопотребляющих цепей непосредственно на хранилищах, а также возможностью полной герметизации агрессивных и взрывоопасных сред. Improving reliability, i.e., reducing explosion and spark hazard, is achieved by eliminating current-carrying and current-consuming circuits directly in storage, as well as the ability to completely seal aggressive and explosive atmospheres.
Улучшение эксплуатационных характеристик за счет проведения многопозиционных измерений уровня в нескольких хранилищах одним устройством, содержащим активный элемент, достигается установкой на каждом хранилище пассивных измерительных блоков, формирующих и ретранслирующих сигналы, на основе которых производится измерение уровня в каждом хранилище. Improving performance by performing multi-position level measurements in several storages with a single device containing an active element is achieved by installing passive measuring units on each store, generating and relaying signals, based on which the level is measured in each store.
На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема уровнемера; на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу. In FIG. 1 is a structural electrical diagram of a level gauge; in FIG. 2 - graphs explaining his work.
Уровнемер содержит СВЧ-генератор 1, первый генератор 2 модулирующего сигнала, второй генератор 3 модулирующего сигнала, ответвитель 4, поляризатор 5, антенный блок 6, смеситель 7, преобразователь 8 частоты, генератор 9 частоты смещения, блок 10 управления, первый фильтр 11, нелинейный элемент 12, второй фильтр 13, усилитель 14, первый счетчик 15, индикатор 16, второй счетчик 17, синхронизатор 18 и датчики 19 уровня, каждый из которых содержит антенну 20, поляризатор 21, ответвитель 22, циркулятор 23, вертикальный волновод 24 и сумматор 25. The level gauge contains a microwave generator 1, a first modulating
Первый генератор 2 модулирующего сигнала, СВЧ-генератор 1, ответвитель 4, поляризатор 5 и антенный блок 6 соединены последовательно. К второму выходу поляризатора 5 подсоединены последовательно включенные смеситель 7, первый фильтр 11, нелинейный элемент 12, второй фильтр 13, усилитель 14. С выходом усилителя 14 соединены первые входы первого счетчика 15 и второго счетчика 17. Выход первого счетчика 15 подсоединен к первому входу индикатора 16. Выход второго счетчика 17 соединен с первым входом второго генератора 3 модулирующего сигнала, выход которого подключен к второму входу СВЧ-генератора 1. Второй выход ответвителя 4 соединен с первым входом преобразователя 8 частоты, выход которого соединен с вторым входом смесителя 7. К второму входу преобразователя 8 частоты подсоединен выход генератора 9 частоты смещения, вход которого соединен с первым выходом блока 10 управления. Второй выход блока 10 управления подключен к второму входу индикатора 16. Второй вход второго генератора 3 модулирующего сигнала, второй и третий входы второго счетчика 17 и третий вход первого счетчика 15 соединены соответственно с первым, третьим, четвертым и пятым выходами синхронизатора 18, вход которого подключен к первому выходу первого генератора 2 модулирующего сигнала. Вход блока 10 управления подключен к второму выходу синхронизатора 18, а второй вход первого счетчика 15 подключен к четвертому выходу синхронизатора 18. The first modulating
N датчиком уровня связаны с антенным блоком электромагнитным полем СВЧ. Каждый датчик содержит последовательно подключенные антенну 20, поляризатор 21, ответвитель 22, циркулятор 23 и вертикально расположенный волновод 24, а также сумматор 25, причем вторые входы циркулятора 23 и ответвитель 22 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 25, выход которого подключен к второму входу поляризатора 21. N level sensor connected to the antenna unit by the microwave electromagnetic field. Each sensor contains a series-connected
Блок управления может быть выполнен по схеме, представленной на фиг. 3, и содержит счетчик 26, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 27, двоично-десятичный дешифратор 28, причем вход счетчика 26 является входом блока управления, к выходу счетчика подключены параллельно входы ПЗУ 27 и двоично-десятичного дешифратора 28. Выход ПЗУ является первым выходом блока 10 управления, а выход двоично-десятичного дешифратора является вторым его выходом. The control unit may be made according to the circuit shown in FIG. 3, and contains a
Уровнемер работает следующим образом. The level gauge works as follows.
Частотно-модулированные (ЧМ) колебания с СВЧ-генератора 1 через ответвитель 4 поступают на вход поляризатора 5, с него подаются на антенный блок 6 и излучаются в направлении хранилища, в каждом из которых установлен датчик 19. Работа всех датчиков одинакова. Сигналы принимаются антенной 20 и поступают на поляризатор 21. В случае совпадения поляризации принятого сигнала с поляризацией, на которую настроен поляризатор 21, выходной сигнал поступает на ответвитель 22. С первого выхода ответвителя 22 сигнал, являющийся опорным сигналом для измерения уровня, поступает на первый вход сумматора 25. С второго выхода ответвителя 22 сигнал через циркулятор 23 поступает в вертикально установленный в хранилище волновод 24 с поглощающим материалом на нижнем конце и перфорированными стенками. Часть длины этого волновода заполнена жидкостью, уровень которой требуется измерить. Уровень жидкости в волноводе 24 совпадает с уровнем жидкости в хранилище. Отраженный от поверхности жидкости сигнал возвращается по волноводу 24 и поступает на циркулятор 23. С второго выхода циркулятора 23 сигнал, являющийся измерительным, поступает на второй вход сумматора 25 и с его выхода сумма опорного и измерительного сигналов поступает на второй, ортогональный по поляризации вход поляризатора 21, а с него - в антенну 20 и излучается в обратном направлении. Информация об уровне жидкости в данном хранилище заключена в разности задержек опорного и измерительного ЧМ сигнала. Антенный блок 6 принимает суммы опорного и измерительного сигналов, излученных всеми датчиками 19, и передает их в поляризатор 5. В качестве поляризатора 5 может быть использовано устройство разделения радиоволн на ортогональные составляющие. Так как поляризация принятых сигналов ортогональна поляризации излучаемых антенным блоком 6 сигналов, то принятые сигналы проходят на второй ортогональный вход поляризатора 5 и с него на первый вход смесителя 7. На второй вход смесителя 7 поступает с второго выхода ответвителя 4 через преобразователь 8 частоты копия излученного сигнала, но сдвинутая по частоте в преобразователе 8 на частоту смещения fсм, поступающую с генератора 9 частоты смещения. Величина этой частоты может дискретно изменяться с помощью блока 10 управления. Закон изменения частоты всех этих сигналов показан на фиг. 2а. Генератор частоты смещения может быть выполнен на основе управляемых цифровых генераторов.Frequency-modulated (FM) oscillations from the microwave generator 1 through the
Смещение частоты производится с целью переноса спектра измеpяемых сигналов биений в область частот, где отсутствуют мешающие спектральные составляющие, возникающие в результате взаимодействия сигналов получаемых от датчика уровня различных хранилищ, и выбора для обработки спектральных составляющих, относящихся к одному их хранилищ. Перебор хранилищ осуществляется переключением частоты смещения. The frequency shift is carried out in order to transfer the spectrum of the measured beat signals to the frequency region where there are no interfering spectral components arising from the interaction of the signals received from the level sensor of various storages, and to select the spectral components related to one of their storages for processing. Enumeration of storages is carried out by switching the offset frequency.
Сигналы биений каждого из принятых сигналов и копии излученного сигнала, но сдвинутые по частоте на величину fсм, поступают на первый фильтр 11 (фиг. 2б). Частота биений каждого из принятых сигналов пропорциональна дальности до соответствующего места формирования сигнала в датчике 19. Величина fсм с помощью блока 10 управления выбирается таким образом, чтобы в полосу пропускания первого фильтра 11 (фиг. 2а) попадали опорный и измерительный сигналы только от одного из датчиков, т. е. только от одного из хранилищ. Для этого все хранилища должны быть расположены на разных дистанциях от уровнемера.The beat signals of each of the received signals and copies of the emitted signal, but shifted in frequency by f cm , are fed to the first filter 11 (Fig. 2b). The beat frequency of each of the received signals is proportional to the distance to the corresponding place of signal formation in the
Сумма опорного и измерительного сигналов выбранного хранилища с выхода первого фильтра 11 (фиг. 2) поступает на нелинейный элемент 12, где в результате их взаимодействия возникает сигнал с частотой биений между опорным и измерительным сигналами (фиг. 2д). Причем частота биений пропорциональна разности времени задержки опорного и измерительного сигналов, т. е. пропорциональна расстоянию до поверхности жидкости в выбранном хранилище. Далее сигнал с частотой биений поступает через усилитель 14 на первые входы первого 15 и второго 17 счетчиков. Второй счетчик 17 кроме сигнального входа имеет два управляющих входа - "Установка нуля" и "Разрешение счета", подключенные к соответствующим выходам синхронизатора 18. Последний служит для управления работой второго счетчика 17, второго генератора 3 модулирующего сигнала и первого счетчика 15. В качестве тактовой частоты используется частота быстрой модуляции. The sum of the reference and measuring signals of the selected storage from the output of the first filter 11 (Fig. 2) is supplied to the
В исходном состоянии перед началом измерения в первом 15 и втором 17 счетчиках сохраняется некоторое число, оставшееся от предыдущего измерения. Второй генератор 3 модулирующего сигнала в исходном состоянии и на этапе грубого измерения не работает и на его выходе сигнал равен нулю. СВЧ-генератор 1 модулируется в это время только сигналом с первого генератора 2 модулирующего сигнала. In the initial state, before starting the measurement, the first 15 and second 17 counters store a certain number remaining from the previous measurement. The
В начале цикла измерения на вход "Установка нуля" второго счетчика 17 и второй вход первого счетчика 15 с синхронизатора 18 приходит импульс "Сброс" и обнуляет их. После окончания импульса "Сброс" на вход "Разрешение счета" второго счетчика 17 приходит импульс "Разрешение грубого счета", длительность которого равна одному периоду быстрой модуляции. Второй счетчик 17 считает число импульсов сигнала биений на этом интервале, т. е. фиксирует грубое значение уровня жидкости в выбранном хранилище. Результат счета сохраняется до конца цикла измерения в данном хранилище. В соответствии с измеренным значением уровня изменяется амплитуда выходного напряжения второго генератора 3 модулирующего сигнала таким образом, чтобы диапазон изменения частоты δ f СВЧ-генератора 1 был обратно пропорционален измеряемому расстоянию R:
δf = , где С = 3˙ 10 м/с; Ψo=
Т - интервал усреднения по времени;
Тсм - период быстрой модуляции.At the beginning of the measurement cycle to the input "Zero" of the
δf = where C = 3˙ 10 m / s; Ψ o =
T is the time averaging interval;
T cm - period of fast modulation.
После окончания грубого измерения и установления требуемой δ f с синхронизатора 18 запускается второй генератор 3 модулирующего сигнала, который на интервале усреднения Т вырабатывает сигнал заданной формы и амплитуды. Длительность интервала усреднения заранее известна и кратна целому числу периодов быстрой модуляции. After the rough measurement is completed and the required δ f is established, the second
Сигнал медленной модуляции заданной амплитуды поступает с выхода второго генератора 3 модулирующего сигнала на второй вход СВЧ-генератора 1 и осуществляет дополнительную медленную модуляцию частоты передатчика. The signal of slow modulation of a given amplitude comes from the output of the second
Одновременно с запуском второго генератора 3 модулирующего сигнала по импульсу "Разрешение точного счета" начинает работать первый счетчик 15, который считает все импульсы в сигнале биений на интервале усреднения по времени Т. Результат счета, пропорциональный измеряемой дальности, поступает на индикатор 16. Simultaneously with the start of the second
Аналогично происходит измерение уровня в других хранилищах. Выбор хранилища производится с изменением частоты fсм на величину, пропорциональную расстоянию до хранилища. Это изменение частоты генератора 9 частоты смещения производится блоком 10 управления. С приходом импульса сброса с синхронизатора 18 счетчик 25 формирует адрес ячейки ПЗУ, в которой хранится код, определяющий частоту генератора 9 частоты смещения. Адрес, формируемый счетчиком 25, определяет также номер хранилища, в котором измеряется уровень. Этот номер через двоично-десятичный дешифратор 27 подается на индикатор 16.Similarly, there is a level measurement in other repositories. The storage is selected with a change in the frequency f cm by a value proportional to the distance to the storage. This change in the frequency of the
Сравнительный анализ показывает, что введение в приемное устройство первого и второго генераторов модулирующего сигнала, синхронизатора, блока управления, генератора частоты смещения, преобразователя частоты, первого и второго счетчиков, нелинейного элемента, ответвителя и поляризатора, а также не менее одного датчика уровня позволяет полностью исключить возможность возникновения искры или взрыва в хранилище, вызванных наличием уровнемера, т. е. повышает надежность работы, и добиться измерения уровня жидкости одним уровнемером в нескольких хранилищах. (56) Авторское свидетельство СССР N 640127, кл. G 01 F 23/28, 1975. A comparative analysis shows that the introduction of a first and second generators of a modulating signal, a synchronizer, a control unit, an offset frequency generator, a frequency converter, the first and second counters, a nonlinear element, a coupler and a polarizer, as well as at least one level sensor, completely eliminates the possibility of a spark or explosion in the storage caused by the presence of a level gauge, i.e., increases the reliability of operation, and to achieve measurement of the liquid level by one level gauge in several only vaults. (56) Copyright certificate of the USSR N 640127, cl. G 01
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5026290 RU2010182C1 (en) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | Level meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5026290 RU2010182C1 (en) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | Level meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010182C1 true RU2010182C1 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=21596375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5026290 RU2010182C1 (en) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | Level meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2010182C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599599C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Method for remote measurement of deviation angle of object from horizontal position and device therefor |
RU188750U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Automated water level gauge |
-
1992
- 1992-01-16 RU SU5026290 patent/RU2010182C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599599C1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Method for remote measurement of deviation angle of object from horizontal position and device therefor |
RU188750U1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" (СГУГиТ) | Automated water level gauge |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4238795A (en) | Microwave range measuring system for measuring the distance of an object | |
US2418538A (en) | Measurement of distance by frequency-modulated carrier wave | |
US9134406B2 (en) | Method and device for measuring a change in distance | |
GB655396A (en) | Improvements in or relating to radio distance-measuring apparatus utilizing the doppler effect | |
RU2010182C1 (en) | Level meter | |
US4050015A (en) | Control of microwave generator-cavity resonator combinations for gas analyzer | |
US4426647A (en) | Radar arrangement for measuring velocity of an object | |
EP0048170B1 (en) | Radar ranging system | |
US2421785A (en) | Electric altimeter | |
RU2415392C1 (en) | Device for remote pressure measurement | |
SU921104A2 (en) | Autocorrelation meter of parameters of pseudorandom phase-shift keying signals | |
SU1695140A1 (en) | Device for measuring substance level | |
US2632161A (en) | Frequency modulated radar system | |
SU1141354A1 (en) | Frequency-modulated radio range finder | |
SU1693562A1 (en) | Method of determining phase shift in phase-shift keying signal | |
SU659995A1 (en) | Arrangement for measuring amplitude-frequency characteristics of microwave time-delay lines | |
RU2042144C1 (en) | Device for measuring parameters of motion of object | |
SU892330A1 (en) | Frequency deviation meter | |
SU824116A1 (en) | Method and device for time scale referencing to time-setting signals with harmonic frequency modulation | |
SU890331A1 (en) | Electric survey apparatus | |
SU1716465A1 (en) | Device for geophysical electrical surveying | |
SU834557A1 (en) | Device for forming frequency markers | |
SU752197A1 (en) | Transformation coefficient meter | |
SU696621A1 (en) | Autocorrelation meter of clock frequency of pseudorandom signals | |
SU866493A1 (en) | Device for measuring coefficient of harmonics |