RU2188399C2 - Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy - Google Patents

Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy Download PDF

Info

Publication number
RU2188399C2
RU2188399C2 RU99114242A RU99114242A RU2188399C2 RU 2188399 C2 RU2188399 C2 RU 2188399C2 RU 99114242 A RU99114242 A RU 99114242A RU 99114242 A RU99114242 A RU 99114242A RU 2188399 C2 RU2188399 C2 RU 2188399C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
layers
thickness
Prior art date
Application number
RU99114242A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99114242A (en
Inventor
В.И. Вербицкий
Н.Н. Калмыков
В.Ф. Семухин
И.И. Бобков
В.Ю. Шкурихин
Original Assignee
Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" filed Critical Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь"
Priority to RU99114242A priority Critical patent/RU2188399C2/en
Publication of RU99114242A publication Critical patent/RU99114242A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2188399C2 publication Critical patent/RU2188399C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: monitoring and measuring units for measurement of thickness of layers of different liquids by their electrophysical properties; automated control systems of technological processes. SUBSTANCE: proposed meter is built on base of transceiving module with antenna system, analog-to-digital converter and on-line storage units and computer controlling radiation and reception modes (radiation frequency and level of reflected signal) at radiation of liquid medium by radio frequency pulses at phase shift set by controllable phase shifter 0 or π/2 every other sounding period at one of frequencies of working frequency band of discretely-controlled microwave oscillator. Rf pulses reflected from interface of liquid layers are mixed with continuous rf signal of the same oscillator at phase detector at whose output quadrature components of signal are separated at every other period and are converted into digital form and are recorded in buffer on-line storage. Data of buffer on-line storage are entered into computer. Meter performs search and storage of time delays of maxima of signals reflected from each level of interface maintaining equality of amplitudes of quadrature components of signals at extreme points of working frequency band of microwave oscillator and changing frequency of radiation from lowest to highest magnitudes, as well as maintaining level of reflected signal within dynamic range of analog-to-digital converter. Phase transitions of received signal is calculated through magnitude -45 deg. by each stored time delay. Magnitude of time delay of quadrature signals relative to signal infiltrated to receiver input through circulator is determined by number of phase transitions of received signal and by difference of carrier frequencies at extreme positions of working band; number of liquid layers and their thickness are determined by time delays. Relative change of thickness of layers of different liquid is determined by stored magnitudes of time delays of maxima of reflected signals which are maintained by regular adjustment of radiation frequency so that phases of received quadrature signals should be equal to -45 deg.; relative change of thickness of layers is calculated by magnitude of change of radiation frequency for each level of liquid. EFFECT: enhanced accuracy of measurements; low cost of method. 12 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к средствам контроля и измерения толщины слоев разнородных по электрофизическим свойствам жидкостей, а также их относительного изменения и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами. The invention relates to means for monitoring and measuring the thickness of layers of liquids heterogeneous in the electrophysical properties, as well as their relative changes and can be used in automated process control systems.

Известны [1,2] уровнемеры, выполненные на основе излучения видеоимпульсов, которые излучают зондирующие видеоимпульсы в направлении контролируемой жидкой среды, принимают отраженные сигналы и определяют время задержки отраженных сигналов относительно зондирующих. Основными недостатками данного класса уровнемеров является ограниченная точность измерения интервалов времени между излученными и принятыми импульсными сигналами [3, стр. 54] вследствие большой временной и температурной нестабильности времени запуска генераторов коротких импульсов порядка (0,5-1)нс [2], а также громоздкостью антенной системы [1]. Known [1,2] level gauges made on the basis of the emission of video pulses that emit sounding video pulses in the direction of a controlled liquid medium, receive the reflected signals and determine the delay time of the reflected signals relative to the sounding ones. The main disadvantages of this class of level gauges are the limited accuracy of measuring time intervals between emitted and received pulsed signals [3, p. 54] due to the large time and temperature instability of the start time of short pulse generators of the order of (0.5-1) ns [2], as well as the bulkiness of the antenna system [1].

Известны [4, 5, 6] бесконтактные уровнемеры, выполненные на основе ЧМ-радиолокатора, в которых измерение уровня сводится к излучению частотно-модулированного зондирующего сигнала в направлении контролируемой среды, приему отраженного сигнала, смешиванию его с сигналом, сформированным в местном гетеродине одновременно с передачей зондирующего сигнала, в результате чего образуется сигнал биений, подсчету числа нулей сигнала биений за время одного периода частотной модуляции, по которому определяется уровень жидкости. Основным недостатком данного класса уровнемеров является отсутствие селекции отраженных сигналов от нескольких уровней раздела жидкостей и, следовательно, искажение сигнала биений (когда мощность отраженных от двух уровней раздела жидкостей или уровня и от дна резервуара сигналов одного порядка), которое приводит к существенным погрешностям измерения уровня. Known [4, 5, 6] are non-contact level meters made on the basis of an FM radar in which level measurement is reduced to emitting a frequency-modulated probe signal in the direction of a controlled medium, receiving a reflected signal, mixing it with a signal generated in a local local oscillator simultaneously with the transmission of the probe signal, resulting in a beat signal, counting the number of zeros of the beat signal during one period of frequency modulation, which determines the liquid level. The main disadvantage of this class of level gauges is the lack of selection of reflected signals from several levels of liquid separation and, therefore, distortion of the beat signal (when the power of signals reflected from two levels of liquid separation or level and from the bottom of the tank is of the same order), which leads to significant level measurement errors.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для осуществления способа, приведенное в [7] . Устройство излучает в направлении контролируемой жидкой среды зондирующие радиоимпульсы, принимает отраженные от уровней раздела разнородных жидкостей радиоимпульсные сигналы с последующим их фазовым детектированием и выделением квадратурных составляющих принятых сигналов, по которым измеряются фазы принятых сигналов в выделенных временных точках, соответствующих временным задержкам отраженных радиоимпульсов, измеренных импульсным способом по максимумам амплитуд сигналов от каждого уровня раздела разнородных по электрофизическим свойствам жидкостей относительно наведенного "прямого" (просочившегося в момент излучения через циркулятор на приемник) сигнала. Далее, в каждой выделенной временной точке по разности фаз отраженных сигналов, образующейся при дискретном изменении несущей частоты зондирующих радиоимпульсов от одного края рабочего диапазона к другому, производится уточненная оценка фазовым способом временных задержек отраженных радиоимпульсов от уровней раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала. The closest in technical essence is a device for implementing the method described in [7]. The device emits sounding radio pulses in the direction of the controlled liquid medium, receives radio pulse signals reflected from interfaces of dissimilar liquids, followed by their phase detection and extraction of quadrature components of the received signals, which measure the phases of the received signals at the selected time points corresponding to the time delays of the reflected radio pulses measured by the pulse by the method according to the maxima of the amplitudes of the signals from each level of the separation of dissimilar electrophysical Kim properties relative to liquids induced "direct" (leaked at the time of radiation through a circulator to the receiver) signal. Further, at each selected time point according to the phase difference of the reflected signals generated by a discrete change in the carrier frequency of the probe radio pulses from one end of the operating range to the other, a phase-by-phase estimation of the time delays of the reflected radio pulses from the liquid separation levels relative to the induced “direct” signal is made.

Для измерения с повышенной точностью относительного изменения временных задержек отраженных радиоимпульсов от уровней раздела жидкостей несущая частота зондирующих радиоимпульсов устанавливается, например, в середине рабочего диапазона, в выделенных временных точках (соответствующих уточненным временным задержкам отраженных радиоимпульсов от каждого уровня раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала), по разности фаз между начальным измерением и текущим определяется относительное изменение временных задержек отраженных радиоимпульсов от уровней раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала. To measure with increased accuracy the relative change in the time delays of the reflected radio pulses from the liquid interface levels, the carrier frequency of the probing radio pulses is set, for example, in the middle of the operating range, in the selected time points (corresponding to the specified time delays of the reflected radio pulses from each liquid interface level relative to the induced "direct" signal ), based on the phase difference between the initial measurement and the current one, the relative change in time delays expressions RF pulse levels from fluids under relatively induced "direct" signal.

Недостатком такого устройства является наличие значительной погрешности измерения временных задержек отраженных радиоимпульсов от уровней раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала из-за неидентичности квадратурных каналов обработки (два фазовых детектора, два АЦП). Такое построение каналов обработки усложняет измеритель, увеличиваются его габариты и стоимость. Кроме того, оценка времени задержки отраженных радиоимпульсов от уровня раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала не учитывает изменения задержки вследствие медленных изменений линейного размера длины фидера, соединяющего циркулятор с антенной системой, и изменений расстояния от антенны до жидкой среды (при линейных изменениях размеров резервуара) при воздействии внешних климатических факторов. Поэтому, как будет показано ниже, при оценке толщины слоев формируется разность уточненных временных задержек отраженных радиоимпульсов относительно наведенного "прямого" сигнала от двух соседних уровней раздела жидкостей. При этом ошибки по временным задержкам, связанные с медленными изменениями линейных размеров длины фидера и высоты резервуара (при воздействии внешних климатических факторов), компенсируются при вычислении толщины слоя жидкости. The disadvantage of this device is the significant error in measuring the time delays of reflected radio pulses from the liquid separation levels relative to the induced “direct” signal due to the non-identical quadrature processing channels (two phase detectors, two ADCs). Such a construction of processing channels complicates the meter; its dimensions and cost increase. In addition, the estimation of the delay time of reflected radio pulses from the liquid interface level with respect to the induced “direct” signal does not take into account delay changes due to slow changes in the linear size of the length of the feeder connecting the circulator to the antenna system, and changes in the distance from the antenna to the liquid medium (with linear changes in the tank size ) when exposed to external climatic factors. Therefore, as will be shown below, when assessing the thickness of the layers, a difference of the specified time delays of the reflected radio pulses is formed relative to the induced "direct" signal from two adjacent liquid separation levels. Moreover, errors in time delays associated with slow changes in the linear dimensions of the length of the feeder and the height of the tank (when exposed to external climatic factors) are compensated when calculating the thickness of the liquid layer.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины слоев разнородных по электрофизическим свойствам жидкостей и сокращение количества аппаратуры. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the thickness of the layers of heterogeneous electrophysical properties of liquids and reducing the number of equipment.

Поставленная цель изобретения достигается тем, что в устройство, содержащее синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, последовательно соединенные антенную систему, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ-генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, первый выход которого соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, а второй выход направленного ответвителя - со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, вход/выход которого подключен к антенной системе, дополнительно введены управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, при этом выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами ВОЗУ, всеми первыми входами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, ВОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами ВОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ-генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с первым выходом ВОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления. The object of the invention is achieved in that in a device containing a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a series-connected antenna system, a circulator, a low-noise UHF, a phase detector, a directional coupler, a discretely controlled microwave generator, the output of which connected to the input of a directional coupler, the first output of which is connected to the first input of the pulse modulator, the second input of which is connected to the second synchronization output ora, and the second output of the directional coupler with the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the circulator, the input / output of which is connected to the antenna system, a controlled attenuator, video amplifier, BOZU, and an adjustment unit are additionally introduced amplification, attenuation control unit, voltage-controlled current source, exchange controller, while the output of the pulse modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output - with the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the input of the circulator, and the second input - with the output of the voltage-controlled current source, the input of which is connected to the output of the attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via the data bus with with all the first inputs of the gain control unit, with all six inputs of the WHO, all the first inputs of the exchange controller, all the third inputs / outputs of which are meter inputs / outputs, as well as all twelve inputs a learning device, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, WHO, and the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the WHO, eighth, the ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first inputs of a discretely controlled microwave generator, the first input with the fourth output of the synchronizer ora, the first input of which is connected to the first output of the WHO, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all the outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC is connected to the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the phase output detector, the second input - with the output of the gain control unit.

При таком построении измерителя необходим один канал выделения квадратурных составляющих отраженных сигналов вместо двух (как в прототипе). При этом синхронизатор управляет фазовращателем таким образом, что фаза излученного сигнала на выходе импульсного модулятора через период зондирования принимает значения либо 0, либо π/2, что позволяет выделять на выходе фазового детектора через период повторения квадратурные составляющие отраженных сигналов, которые преобразуются в аналого-цифровом преобразователе в цифровую форму, записываются в ВОЗУ и после окончания излучения обрабатываются вычислительным устройством аналогично устройству прототипа. With this construction of the meter, one channel is needed to select the quadrature components of the reflected signals instead of two (as in the prototype). In this case, the synchronizer controls the phase shifter in such a way that the phase of the emitted signal at the output of the pulse modulator through the sensing period takes the values either 0 or π / 2, which allows you to select the quadrature components of the reflected signals that are converted into analog-to-digital at the output of the phase detector after a repetition period converter into digital form, are recorded in the WHO and after the end of the radiation are processed by a computing device similarly to the prototype device.

Для расширения динамического диапазона регулировки уровня сигнала в приемопередающем тракте измерителя, а также обеспечения связи измерителя с внешними системами введены широко известные технические решения: видеоусилитель [12] с блоком регулировки усиления [8], управляемый аттенюатор [30] с блоком регулировки ослабления [8] и источником тока, управляемого напряжением [91, контроллер обмена [13], не влияющие на сущность предлагаемого изобретения. To expand the dynamic range of adjusting the signal level in the transceiver path of the meter, as well as providing communication between the meter and external systems, well-known technical solutions have been introduced: a video amplifier [12] with a gain control unit [8], a controlled attenuator [30] with an attenuation control unit [8] and a voltage controlled current source [91, exchange controller [13], without affecting the essence of the invention.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый измеритель отличается новыми связями фазовращателя с другими блоками и исполнением этого блока. Таким образом, заявляемый измеритель соответствует критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive meter is characterized by new connections of the phase shifter with other blocks and the execution of this block. Thus, the inventive meter meets the criterion of "novelty."

Предлагаемое исполнение измерителя неизвестно и приводит к повышению полезных свойств - повышению точности измерения толщины слоев разнородных жидкостей, снижению габаритов и стоимости за счет сокращения количества аппаратуры. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". The proposed version of the meter is unknown and leads to an increase in useful properties - to increase the accuracy of measuring the thickness of the layers of dissimilar liquids, reduce the size and cost by reducing the number of equipment. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя толщины слоев разнородных жидкостей, на фиг.2 - блок-схема синхронизатора, на фиг.3 - блок-схема БОЗУ, на фиг.4 - блок-схема дискретно управляемого СВЧ-генератора, на фиг.5 представлены диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы нониусного измерения задержки отраженных сигналов, на фиг.6, 7, 8, приведена блок-схема алгоритма работы измерителя толщины слоев разнородных жидкостей. In FIG. 1 shows a block diagram of a meter for measuring the thickness of layers of dissimilar liquids, FIG. 2 is a block diagram of a synchronizer, FIG. 3 is a block diagram of a BOSU, FIG. 4 is a block diagram of a discretely controlled microwave generator, FIG. 5 shows voltage diagrams explaining the principle of operation of the vernier measurement of the delay of the reflected signals, Fig.6, 7, 8, shows a block diagram of the algorithm of operation of the thickness meter of layers of heterogeneous liquids.

Измеритель толщины слоев разнородных жидкостей (фиг.1) содержит дискретно управляемый СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, циркулятор 6, антенную систему 7, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11, АЦП 12, БОЗУ 13, синхронизатор 14, вычислительное устройство 15, контроллер 16 обмена, блок 17 регулировки усиления, блок 18 регулировки ослабления, источник 19 тока, управляемый напряжением. The layer thickness meter of heterogeneous liquids (Fig. 1) contains a discretely controlled microwave generator 1, a directional coupler 2, a pulse modulator 3, a phase shifter 4, a controlled attenuator 5, a circulator 6, an antenna system 7, a low-noise UHF 9, a phase detector 10, a video amplifier 11 , ADC 12, BOSU 13, synchronizer 14, computing device 15, exchange controller 16, gain control unit 17, attenuation adjustment unit 18, voltage controlled current source 19.

При этом выход дискретно управляемого СВЧ-генератора 1 соединен со входом направленного ответвителя 2, первый выход которого подключен к первому входу импульсного модулятора 3, второй вход - ко второму выходу синхронизатора 14, первый выход которого соединен с первым входом фазовращателя 4, второй вход которого соединен с выходом импульсного модулятора 3, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора 5, выход которого соединен со входом циркулятора 6, вход/выход которого соединен с антенной системой 7, а выход - со входом малошумящего УВЧ 9, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 10, второй вход которого соединен со вторым выходом направленного ответвителя 2, а выход - с первым входом видеоусилителя, второй вход которого соединен с выходом блока 17 регулировки усиления, а выход - с первым входом АЦП 12, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ 13, первый вход которого соединен со вторым входом АЦП 12 и третьим выходом синхронизатора 14, четвертый выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 15, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока 18 регулировки ослабления, блока 17 регулировки усиления, контроллера 16 обмена, БОЗУ 13, шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ 13, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ-генератора 1, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора 14, первый вход которого соединен с первым выходом БОЗУ 13, все шестые входы/выходы которого по шине данных соединены со всеми двенадцатыми входами/выходами вычислительного устройства 12, всеми первыми входами/выходами контроллера 16 обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя уровней раздела жидкостей, а также - со всеми первыми входами блока 17 регулировки усиления, всеми первыми входами блока 18 регулировки ослабления, выход которого соединен со входом источника 19 тока, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом управляемого аттенюатора 5. The output of the discretely controlled microwave generator 1 is connected to the input of the directional coupler 2, the first output of which is connected to the first input of the pulse modulator 3, the second input to the second output of the synchronizer 14, the first output of which is connected to the first input of the phase shifter 4, the second input of which is connected with the output of the pulse modulator 3, and the output with the first input of the controlled attenuator 5, the output of which is connected to the input of the circulator 6, the input / output of which is connected to the antenna system 7, and the output to the input of the low-noise UHF 9, the output of which is connected to the first input of the phase detector 10, the second input of which is connected to the second output of the directional coupler 2, and the output to the first input of the video amplifier, the second input of which is connected to the output of the gain control unit 17, and the output to the first input of the ADC 12, all the outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU 13, the first input of which is connected to the second input of the ADC 12 and the third output of the synchronizer 14, the fourth output of which is connected to the first input of the computing device 15, the second, third, fourth, fifth the outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation adjustment block 18, the gain control block 17, the exchange controller 16, the BOSU 13, the sixth, seventh, thirteenth outputs, respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOSU 13, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and the first inputs of a discretely controlled microwave generator 1, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer 14, the first input of which is connected to the first output of the BOSU 13, all six of which inputs / outputs are on buses All data are connected to all twelve inputs / outputs of the computing device 12, all the first inputs / outputs of the exchange controller 16, all of the third inputs / outputs of which are inputs / outputs of a liquid level meter, and also to all first inputs of the gain control unit 17, all the first inputs of the attenuation adjustment unit 18, the output of which is connected to the input of the voltage controlled current source 19, the output of which is connected to the second input of the controlled attenuator 5.

Синхронизатор 14 (фиг.2) содержит кварцевый генератор 20, первый синхронный делитель 21, первый триггер 22 управления, первый блок 23 "И-НЕ", генератор 24, управляемый напряжением, второй синхронный делитель 25, второй триггер 26 управления, ФНЧ 27, триггер 28 флага излучения, третий триггер 29 управления, второй блок 30 "И-НЕ", третий блок 31 "И-НЕ", ДПКД 32, четвертый триггер 33 управления, формирователь 34 коротких импульсов, блок 35 "И". The synchronizer 14 (FIG. 2) comprises a crystal oscillator 20, a first synchronous divider 21, a first control trigger 22, a first AND-NOT block 23, a voltage controlled oscillator 24, a second synchronous divider 25, a second control trigger 26, an LPF 27, radiation flag trigger 28, third control trigger 29, second AND-NOT block 30, third AND-NOT block 31, DPKD 32, fourth control trigger 33, short pulse shaper 34, AND block 35.

При этом выход кварцевого генератора 20 соединен со входом первого синхронного делителя 21 и вторым входом второго блока 30 "И-НЕ", выход которого 36 является третьим выходом синхронизатора 14, а первый вход соединен со вторым входом третьего блока 31 "И-НЕ" и выходом третьего триггера 29 управления, второй вход которого соединен с выходом первого синхронного делителя 21 и первым входом первого триггера 22 управления, первый выход которого соединен с первым входом блока 23 "И-НЕ", выход которого соединен со вторым входом второго триггера 26 управления и вторым входом первого триггера 22 управления, второй выход которого соединен с первым входом ФНЧ 27, выход которого соединен со входом генератора 24, управляемого напряжением, а второй вход - со вторым входом первого блока 23 "И-НЕ" и выходом второго триггера 26 управления, первый вход которого соединен с выходом второго синхронного делителя 25, вход которого соединен с выходом генератора 24, управляемого напряжением, и первым входом третьего блока 31 "И-НЕ", выход которого соединен со вторым входом ДПКД 32, выход которого соединен со входом формирователя 34 коротких импульсов, выход 37 которого является вторым выходом синхронизатора 14, а также - со вторым входом четвертого триггера 33 управления, первый выход которого соединен с первым входом ДПКД 32, второй выход 41 которого является первым выходом синхронизатора 14, а первый вход 42, являющийся флагом излучения, подключен к первому входу третьего триггера 29 управления и выходу триггера 28 флага излучения, первый вход которого 38 является вторым входом синхронизатора 14, а второй вход подключен к выходу блока 35 "НЕ", первый вход 39 и второй 40 которого являются соответственно первым и третьим входами синхронизатора 14. In this case, the output of the crystal oscillator 20 is connected to the input of the first synchronous divider 21 and the second input of the second AND-NOT block 30, the output of which 36 is the third output of the synchronizer 14, and the first input is connected to the second input of the third AND-NOT block 31 and the output of the third control trigger 29, the second input of which is connected to the output of the first synchronous divider 21 and the first input of the first control trigger 22, the first output of which is connected to the first input of the AND-NOT block 23, the output of which is connected to the second input of the second control trigger 26 and the second input of the first control trigger 22, the second output of which is connected to the first input of the low-pass filter 27, the output of which is connected to the input of the voltage-controlled generator 24, and the second input - with the second input of the first AND-NOT block 23 and the output of the second control trigger 26, the first input of which is connected to the output of the second synchronous divider 25, the input of which is connected to the output of the voltage-controlled generator 24, and the first input of the third AND-NOT block 31, the output of which is connected to the second input of the DPKD 32, the output of which is connected to the input of the short pulses 34, whose output 37 is the second output of the synchronizer 14, and also with the second input of the fourth control trigger 33, the first output of which is connected to the first input of the DPKD 32, the second output of which 41 is the first output of the synchronizer 14, and the first input 42, which is the radiation flag, is connected to the first input of the third control trigger 29 and the output of the radiation flag trigger 28, the first input of which 38 is the second input of the synchronizer 14, and the second input is connected to the output of the NOT block 35, the first input 39 and the second 40 which oh are respectively the first and third inputs of the synchronizer 14.

БОЗУ 13 (фиг. 3) содержит ОЗУ 43, счетчик 44 адреса ОЗУ, первый 45 и второй 46 шинные усилители, блок 47 "НЕ", первый 48 и второй 49 блоки "И". BOSU 13 (Fig. 3) contains RAM 43, RAM address counter 44, the first 45 and second 46 bus amplifiers, a 47 block “NOT”, the first 48 and second 49 block “I”.

При этом первый вход ОЗУ 43 соединен с выходом блока 47 "НЕ" и первым входом первого шинного усилителя 45, все вторые входы которого 50 являются пятыми входами БОЗУ 13, а все выходы соединены со всеми вторыми входами/выходами ОЗУ 43 и всеми вторыми входами второго шинного усилителя 46, первый вход которого 51 соединен со входом блока "НЕ", является четвертым входом БОЗУ 13, а все третьи входы/выходы 55 - шестыми входами/выходами БОЗУ 13 и подключены ко всем третьим входам счетчика 44 адреса ОЗУ, все первые выходы которого подключены ко всем пятым входам ОЗУ 43, четвертый вход которого соединен с третьим входом ОЗУ 43 и выходом первого блока 48 "И", второй вход которого 54 является седьмым входом БОЗУ 13, а первый вход 36, являющийся первым входом БОЗУ 13, соединен с первым входом второго блока 49 "И", второй вход 53 которого является вторым входом БОЗУ 13, а выход подключен к первому входу счетчика 44 адреса ОЗУ, вторые вход 52 и выход 39 которого являются соответственно третьим входом и первым выходом БОЗУ 13. In this case, the first input of RAM 43 is connected to the output of block 47 "NOT" and the first input of the first bus amplifier 45, all of the second inputs of which 50 are the fifth inputs of the RAM 13, and all outputs are connected to all second inputs / outputs of the RAM 43 and all second inputs of the second bus amplifier 46, the first input of which 51 is connected to the input of the "NOT" block, is the fourth input of the BOZ 13, and all third inputs / outputs 55 are the sixth inputs / outputs of the BOZ 13 and are connected to all third inputs of the counter 44 of the RAM address, all the first outputs which are connected to all fifth inputs of RAM 4 3, the fourth input of which is connected to the third input of RAM 43 and the output of the first block 48 "AND", the second input of which 54 is the seventh input of the BOSE 13, and the first input 36, which is the first input of the BOSU 13, is connected to the first input of the second block 49 "AND ", the second input 53 of which is the second input of the BOSU 13, and the output is connected to the first input of the counter 44 of the RAM address, the second input 52 and output 39 of which are the third input and the first output of the BOSU 13.

Дискретно управляемый СВЧ-генератор 1 (фиг. 4) содержит СВЧ ГУН 56, прескалер 57, первый ДПКД 58, частотно-фазовый детектор 59, пропорционально интегрирующий фильтр (ПИФ) 60, кварцевый генератор (КГ) 61. При этом вход ГУН 56 соединен с выходом ПИФ 60, а выход, являющийся выходом 68 дискретно управляемого СВЧ-генератора 1, подключен ко входу прескалера 57, выход которого соединен с первым входом первого ДПКД 58, второй вход которого 67 является первым входом дискретно управляемого СВЧ-генератора 1, а выход подключен ко второму входу частотно-фазового детектора 59, выход которого соединен со входом ПИФ 60, а первый вход - с выходом второго ДПКД 62, первый вход которого подключен к выходу КГ 61, а второй вход 63 является вторым входом дискретно управляемого СВЧ-генератора 1. The discretely controlled microwave generator 1 (Fig. 4) contains a microwave VCO 56, a prescaler 57, a first DPKD 58, a frequency-phase detector 59, a proportionally integrating filter (UIF) 60, a crystal oscillator (KG) 61. The input of the VCO 56 is connected with the output of the UIF 60, and the output, which is the output 68 of the discretely controlled microwave generator 1, is connected to the input of the prescaler 57, the output of which is connected to the first input of the first DPKD 58, the second input of which 67 is the first input of the discretely controlled microwave generator 1, and the output connected to the second input of the frequency-phase detector 59, the output of which is connected to the input of the UIF 60, and the first input is the output of the second DPKD 62, the first input of which is connected to the output of the KG 61, and the second input 63 is the second input of the discretely controlled microwave generator 1.

Дискретно управляемый СВЧ-генератор 1 представляет собой широко известный апроксимирующий СВЧ-синтезатор частоты [18], конкретное исполнение которого показано на фиг.4. СВЧ ГУН 56 представляет собой СВЧ-генератор, управляемый напряжением по частоте и описан в [18]. Прескалер 57 представляет собой предварительный делитель частоты с малым коэффициентом деления, описан в [29] . ДПКД1 58 и ДПКД2 59 представляют собой делители с переменными коэффициентами деления, которые задаются сигналами 63 и 67 из вычислительного устройства 15, описаны в [26] . Пропорционально интегрирующий фильтр 60 описан в [18, стр.103]. The discretely controlled microwave generator 1 is a well-known approximating microwave frequency synthesizer [18], the specific implementation of which is shown in Fig.4. Microwave VCO 56 is a microwave frequency-controlled oscillator and is described in [18]. Prescaler 57 is a preliminary frequency divider with a small division coefficient, described in [29]. DPKD1 58 and DPKD2 59 are dividers with variable division coefficients, which are set by signals 63 and 67 from computing device 15, described in [26]. The proportionally integrating filter 60 is described in [18, p. 103].

Работает дискретно управляемый СВЧ-генератор 1 следующим образом. С вычислительного устройства 15 сигналами 63 и 67 устанавливаются коэффициенты деления ДПКД1 58 и ДПКД2 59 таким образом, чтобы выполнялось соотношение Эвклида [18]:
Fгун : (Kпр • Kдпкд1) = Fкв/Kдпкд2 = Fср,
где Fгун - несущая частота СВЧ ГУН 58;
Кпр - коэффициент деления прескалера;
Кдпкд1, Кдпкд2 - коэффициенты деления ДПКД1 58 и ДПКД2 62;
Fкв - частота кварцевого генератора;
Fср - частота сравнения на частотно-фазовом детекторе.A discretely controlled microwave generator 1 operates as follows. From the computing device 15 signals 63 and 67 set the division coefficients DPKD1 58 and DPKD2 59 so that the Euclidean ratio is fulfilled [18]:
F modes: (K pr dpkd1 • K) = F q / K = F dpkd2 cf.,
where F gun is the carrier frequency of the microwave VCO 58;
To pr - the division coefficient of the prescaler;
K DPKD1 , K DPKD2 - division factors DPKD1 58 and DPKD2 62;
F kv is the frequency of the crystal oscillator;
F cf - the frequency of comparison at the frequency-phase detector.

На частотно-фазовом детекторе производится сравнение сигналов с выходов ДПКД1 и ДПКД2. С выхода частотно-фазового детектора 59 напряжение сигнала ошибки поступает на пропорционально интегрирующий фильтр ПИФ 60, с выхода которого управляется СВЧ ГУН 56, несущая частота которого устанавливается в соответствии с заданным вычислительным устройством 15 значением. The frequency-phase detector compares the signals from the outputs DPKD1 and DPKD2. From the output of the frequency-phase detector 59, the voltage of the error signal is supplied to the proportionally integrating filter UIF 60, the output of which is controlled by the microwave VCO 56, the carrier frequency of which is set in accordance with the specified computing device 15 value.

Для повышения быстродействия СВЧ-синтезатора частота сравнения на первом и втором входах частотно-фазового детектора устанавливается значительно больше шага перестройки несущей частоты СВЧ ГУН 56 [18]. To increase the speed of the microwave synthesizer, the comparison frequency at the first and second inputs of the frequency-phase detector is set much larger than the tuning step of the carrier frequency of the microwave VCO 56 [18].

Вычислительное устройство 15 представляет собой однопроцессорный вычислитель, описанный в [16]. Computing device 15 is a single-processor computer described in [16].

Управление коэффициентом усиления видеоусилителя 11 осуществляется блоком 17 реглировки усиления, содержащего регистр хранения и ЦАП [11]. По шине данных в блок 17 регулировки усиления подводятся данные из вычислительного устройства 15, который сигналом 65 записывает их в соответствии с алгоритмом работы измерителя толщины слоев разнородных жидкостей. The gain control of the video amplifier 11 is carried out by the gain control unit 17, comprising a storage register and a DAC [11]. On the data bus to the gain control unit 17, data is input from the computing device 15, which records them in a signal 65 in accordance with the algorithm of operation of the thickness gauge of heterogeneous liquids.

Управление ослаблением управляемого аттенюатора 5 производится по сигналу 64 вычислительного устройства 15 аналогично управлению усилением с той лишь разницей, что управление аттенюатором 5 производится через источник тока, управляемый напряжением [9]. The attenuation of the controlled attenuator 5 is controlled by the signal 64 of the computing device 15 similarly to the gain control, with the only difference being that the attenuator 5 is controlled through a voltage controlled current source [9].

Для расширения функциональных возможностей измерителя толщины слоев разнородных жидкостей антенная система может быть выполнена в виде приемопередающей антенны, либо линии на поверхностных волнах, либо волновода со своими согласующими устройствами [19]. To expand the functionality of a layer thickness meter of heterogeneous liquids, the antenna system can be made in the form of a transceiver antenna, or a line on surface waves, or a waveguide with its matching devices [19].

Следует отметить, что для преобразования видеосигналов с выхода видеоусилителя 11 в цифровую форму и записи их в цифровом виде в оперативную память для последующей процессорной обработки применен быстродействующий АЦП 12 и буферное ОЗУ 13 (БОЗУ), соединенные как показано на фиг.1. It should be noted that for converting the video signals from the output of the video amplifier 11 into digital form and recording them in digital form into RAM for subsequent processor processing, a high-speed ADC 12 and a buffer RAM 13 (BOSE) connected as shown in FIG. 1 are used.

Схема включения АЦП 12 приведена в [11, стр.88, рис.4.28]. В качестве АЦП может быть применена, например, микросхема 1107ПВЗ [11]. На выходе АЦП могут подключаться широко известные буферные регистры и преобразователи уровня (например, микросхемы 100ТМ173 и 100ПУ124, 100ПУ125)[28]. The switching circuit of the ADC 12 is given in [11, p. 88, Fig. 4.28]. As an ADC, for example, a 1107PVZ microcircuit can be used [11]. At the ADC output, widely known buffer registers and level converters can be connected (for example, 100ТМ173 and 100ПУ124, 100ПУ125 microcircuits) [28].

В состав БОЗУ 13 (фиг.3) входят широко известные шинные усилители 45 и 46 (например, микросхемы 533 АП4 и 533 АП6), счетчик 44 адреса ОЗУ (например, микросхема 1533 ИЕ10)[28], ОЗУ 43 (например, микросхема МСМ6706)[22]. The composition of the BOZU 13 (figure 3) includes well-known bus amplifiers 45 and 46 (for example, chips 533 AP4 and 533 AP6), a counter 44 RAM addresses (for example, chip 1533 IE10) [28], RAM 43 (for example, chip MCM6706 ) [22].

В режиме записи цифровых данных в оперативную память на первые входы ОЗУ 43 и первый шинный усилитель 45 подают сигнал нулевого логического уровня, а на первый вход второго шинного усилителя 46 - сигнал логической единицы, которым второй шинный усилитель 46 устанавливается по третьему выходу/входу в третье состояние. При этом по второму входу/выходу ОЗУ 43 поступает цифровой код с выхода шинного усилителя 45, который подключает данные АЦП 12 с выхода 50 на второй вход/выход ОЗУ 43, при этом адрес ОЗУ 43 выбирается параллельным кодом с первого выхода синхронного счетчика 44 адреса ОЗУ, работающего как последовательный счетчик по фронту сигналов 36, прошедших через второй блок 49 "И" на его первый вход. Запись сигналов в ОЗУ 43 происходит по нулевому логическому уровню на входах CS и ОЕ. Высокий уровень сигнала ОЕ на третьем входе ОЗУ 43 устанавливает его в третье состояние по входу/выходу 2. Высокий уровень сигнала CS на четвертом входе ОЗУ 43 устанавливает его в режим хранения информации. Сигнал 39 со второго выхода счетчика 44 адреса ОЗУ является сигналом окончания режима излучения и накопления, поступает на первый вход синхронизатора 14 для обнуления триггера флага 28 излучения. In the mode of recording digital data in RAM, the first inputs of the RAM 43 and the first bus amplifier 45 are fed a signal of a zero logic level, and the first input of the second bus amplifier 46 is a signal of a logical unit, by which the second bus amplifier 46 is installed on the third output / input in the third state. In this case, the second input / output of RAM 43 receives a digital code from the output of the bus amplifier 45, which connects the ADC data 12 from output 50 to the second input / output of RAM 43, while the address of RAM 43 is selected by the parallel code from the first output of the synchronous counter 44 of the RAM address operating as a sequential counter along the edge of the signals 36 passing through the second And block 49 to its first input. The recording of signals in RAM 43 occurs at a zero logic level at the inputs of CS and OE. A high level of signal OE at the third input of RAM 43 sets it to the third state at input / output 2. A high level of signal CS at the fourth input of RAM 43 sets it to the information storage mode. The signal 39 from the second output of the RAM address counter 44 is the signal for the end of the radiation and accumulation mode, and is fed to the first input of the synchronizer 14 to reset the trigger of the radiation flag 28.

В режиме считывания цифровых данных из оперативной памяти предусмотрено обращение вычислительного устройства 15 к ОЗУ 43. По шине данных 55 из вычислительного устройства 15 в счетчик 44 адреса ОЗУ записывается требуемый код адреса ОЗУ 43 "отрицательными" сигналами логического вида 52 и 53 из вычислительного устройства 15, причем фронт сигнала 53 должен находится внутри сигнала 52 [28], а второй шинный усилитель 46 должен находится по третьему входу/выходу в третьем состоянии. После этого вычислительное устройство выдает сигнал 51 логического нуля на первый вход второго шинного усилителя 46, снимающий третье состояние с его третьего входа/выхода, а на первый вход ОЗУ 43 и первый вход первого шинного усилителя 45 подается сигнал логической единицы, переводящий ОЗУ 43 в режим считывания, а первый шинный усилитель 45 по выходу в третье состояние. Сигнал 36 в режиме считывания имеет высокий логический уровень, а для считывания информации с вычислительного устройства 15 на второй вход первого блока "И" выдается "отрицательный" сигнал 54 логического вида, который, поступая на 3 и 4 входы ОЗУ 43, инициирует считывание цифровой информации со второго входа/выхода через второй шинный усилитель 46 по шине данных 55 на вычислительное устройство 15. In the mode of reading digital data from RAM, the computing device 15 is accessed to RAM 43. On the data bus 55 from the computing device 15, the required RAM address code 43 is written into the RAM address counter 44 by "negative" logical signals 52 and 53 from the computing device 15, moreover, the front of the signal 53 should be inside the signal 52 [28], and the second bus amplifier 46 should be on the third input / output in the third state. After that, the computing device provides a logical zero signal 51 to the first input of the second bus amplifier 46, which removes the third state from its third input / output, and a logical unit signal is supplied to the first input of the RAM 43 and the first input of the first bus amplifier 45, which transfers the RAM 43 to the mode reading, and the first bus amplifier 45 to exit into the third state. The signal 36 in the read mode has a high logical level, and for reading information from the computing device 15 to the second input of the first block "And" is issued a "negative" signal 54 of a logical form, which, when it is received at 3 and 4 inputs of RAM 43, initiates the reading of digital information from the second input / output through the second bus amplifier 46 via the data bus 55 to the computing device 15.

В состав синхронизатора входят кварцевый генератор 20, первый 21 и второй 25 синхронные делители, первый 22 и второй 26 триггеры управления, первый блок 23 "И-НЕ", ГУН24, ФНЧ 27 (фиг.2), представляющие собой известный синтезатор частот, подробно описанный в [20] и формирующий частоты Fозу с выхода генератора 20, Fизл - с выхода генератора 24, частота с выхода делителя 21, при которой фазы сигналов с выхода генераторов 20 и 24 совпадают, равна Fизл - Fозу.The structure of the synchronizer includes a crystal oscillator 20, the first 21 and second 25 synchronous dividers, the first 22 and second 26 triggers, the first block 23 "NAND", GUN24, low-pass filter 27 (figure 2), which are a well-known frequency synthesizer, in detail described in [20] and generating frequencies F oz from the output of the generator 20, F em - from the output of the generator 24, the frequency from the output of the divider 21, at which the phases of the signals from the output of the generators 20 and 24 are the same, is equal to F em - F oz .

Работа синхронизатора 14 начинается с обнуления триггера 28 флага излучения по второму входу (R) с выхода блока 35 "И" импульсом 40 и последующего запуска триггера 28 флага излучения импульсом 38 по первому входу (С). Импульсы 40 и 38 вырабатываются вычислительным устройством 15 в соответствии с алгоритмом работы измерителя уровней (фиг 6, фиг.7, фиг.8). Сигнал 42 (флаг излучения) высоким уровнем (с выхода триггера 28 флага излучения) разблокирует четвертый триггер 33 управления по первому входу, устанавливает в измерителе режим излучения и накопления. Флаг излучения поступает одновременно для анализа в вычислительное устройство 15 и на первый (D) вход третьего триггера 29 управления, который запускается частотой Fраз по его второму входу (С) с выхода первого синхронного делителя 21 в момент совпадения по времени частот Fизл и Fозу. Третий триггер 29 управления открывает одновременно второй 30 и третий 31 блоки "И-НЕ", выполняющие роль ключей. Частоты Fизл и Fозу одновременно поступают через эти ключи соответственно на вход ДПКД 32 и на входы АЦП12, БОЗУ 13. ДПКД 32 представляет собой известный [20, стр. 274, рис.4.92] синхронный делитель с переменным коэффициентом деления, выполняющий роль прескалера, коэффициент деления (16/17) которого изменяется под управлением сигнала с первого выхода четвертого триггера 33 управления (запускаемого сигналом с выхода ДПКД 32), работающего в счетном режиме, и одновременно со второго выхода (сигналом 41) управляющего фазовращателем измерителя толщины слоев (изменяющим через период повторения зондирующих сигналов фазу излученного радиосигнала 0 или π/2). С выхода ДПКД 32 запускается также формирователь 34 коротких импульсов, описанный в [17], который сигналом 37 запускает импульсный модулятор 3. Такое управление режимом работы ДПКД 32 позволяет двум принимаемым сигналам, следующим последовательно друг за другом в соседних периодах повторения, иметь одинаковое смещение на нониусной шкале задержек при записи последних в цифровом виде в БОЗУ 13 (с возможностью использования их в последующей обработке в вычислительном устройстве 15 как квадратурных). В момент прихода импульса 39 (сигнала конца режима накопления) на первый вход блока 35 "И" из БОЗУ 13 триггер 28 флага излучения обнуляется им по входу 2 (R), что приводит к обнулению третьего 29 (так как на его D входе установился уровень логического нуля) и четвертого 33 триггеров управления, закрыванию ключей - второго 30 и третьего 31 блоков "И-НЕ", окончанию режима излучения и накопления.The operation of the synchronizer 14 begins with the zeroing of the trigger 28 of the radiation flag at the second input (R) from the output of the 35 And block by pulse 40 and the subsequent start of the trigger 28 of the radiation flag with pulse 38 at the first input (C). Pulses 40 and 38 are generated by the computing device 15 in accordance with the algorithm of the level meter (Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8). The signal 42 (radiation flag) at a high level (from the output of the radiation flag trigger 28) unlocks the fourth control trigger 33 at the first input, sets the radiation and accumulation modes in the meter. Radiation flag supplied simultaneously to analyze the computing device 15 and to the first (D) input of the third latch control 29, which starts frequency F again at its second input (C) from the output of the first synchronous divider 21 at the moment of coincidence of the time frequency F rad and F oz . The third control trigger 29 opens simultaneously the second 30 and the third 31 blocks "AND NOT", acting as keys. Frequency F rad and F RAM simultaneously fed through these keys respectively to the input 32 and DPKD ATSP12 inputs Bozu DPKD 13. 32 is a well known [20, p. 274, ris.4.92] synchronous divider with a variable division factor, acting as a prescaler , the division coefficient (16/17) of which changes under the control of the signal from the first output of the fourth control trigger 33 (triggered by the signal from the output of the DPKD 32), operating in the counting mode, and simultaneously from the second output (signal 41) of the phase shifter controlling the layer thickness meter (and changing the phase of the emitted radio signal 0 or π / 2 through the repetition period of the probing signals). From the output of the DPKD 32, the short pulse generator 34 described in [17] also starts, which triggers the pulse modulator 3 by the signal 37. Such control of the operation mode of the DPKD 32 allows two received signals, successive in succession in adjacent repetition periods, to have the same offset by vernier scale of delays when recording the latter in digital form in BOSU 13 (with the possibility of using them in subsequent processing in computing device 15 as quadrature). At the moment of arrival of the pulse 39 (the signal of the end of the accumulation mode) to the first input of the 35 "I" block from BOSU 13, the radiation flag trigger 28 is reset to zero at input 2 (R), which leads to the zeroing of the third 29 (since the level is established at its D input logical zero) and the fourth 33 control triggers, closing the keys - the second 30 and the third 31 “AND NOT” blocks, ending the radiation and accumulation modes.

Отметим некоторые особенности синхронизации известных процессов преобразования принимаемых сигналов в цифровую форму на АЦП 12 и записи принимаемых сигналов в буферное ОЗУ 13, которые позволяют вычислительному устройству 15 (при обработке цифровых сигналов БОЗУ 13 в нереальном масштабе времени) программно вычислять методом нониуса [32, 33, 35] временные задержки отраженных сигналов от уровней раздела жидкостей с высокой точностью, как это, например, делается в стробоскопических осциллографах, в которых дискретно считываются мгновенные значения измеряемого сигнала, при этом полученные отсчеты заносятся в память и в дальнейшем подвергаются обработке [36, 39]. We note some features of synchronization of the known processes of converting received signals to digital form on the ADC 12 and recording the received signals in the buffer RAM 13, which allow the computing device 15 (when processing digital signals BOSU 13 in an unrealistic time scale) to programmatically calculate using the nonius method [32, 33, 35] the time delays of the reflected signals from the liquid separation levels with high accuracy, as, for example, is done in stroboscopic oscilloscopes in which instantaneous values are discretely read measurement signal, while the obtained samples are stored in the memory and subsequently processed [36, 39].

Формирование импульсов 37 запуска импульсного модулятора, импульсов 36 тактирования АЦП 12 и БОЗУ 13 с выхода синхронизатора 14 производят синхронно [31,32], например, в момент t0 (фиг.5, а, б, г).The formation of pulses 37 start pulse modulator, the clock pulses 36 of the ADC 12 and BOSU 13 from the output of the synchronizer 14 is performed synchronously [31,32], for example, at time t 0 (Fig.5, a, b, d).

Радиоимпульсы, формируемые по импульсам 37 (запуска импульсного модулятора) синхронизатора 14, излучаются с периодом Тизл по тактам 0, km+1, 2(km+1), . ..,nk(m+1),...(фиг.5а, 5б), где m - параметр нониуса, k - коэффициент периода излучения, n - номер излучения. Преобразование принятых сигналов (фиг.5в) в АЦП 12 и запись в БОЗУ 13 проводят с частотой Fозу по каждому такту (фиг.5г., 5д).The radio pulses generated by the pulses 37 (start of the pulse modulator) of the synchronizer 14 are emitted with a period of T rad from clock cycles 0, km + 1, 2 (km + 1),. .., nk (m + 1), ... (figa, 5b), where m is the nonius parameter, k is the coefficient of the radiation period, n is the number of radiation. The conversion of the received signals (pigv) in the ADC 12 and recording in the BOSU 13 is carried out with a frequency of F oz for each clock cycle (Fig.5g., 5e).

Если выполняется условие совпадения фронтов импульсов 37 запуска импульсного модулятора и импульсов 36 тактирования АЦП 12 и БОЗУ 13:
k•m•Тизл = k•(m-1)•Тозу (1)
где Тизл - период тактовых импульсов излучения, Тизл = 1/Fизл;
Тозу - период тактирования АЦП 12 и БОЗУ 13, Тозу = 1/Fозу,
то выражение (1) позволяет записать условие для синтезатора частот [20]:
Fизл/m = Fозу/(m-1) (2)
Если второе и последующие излучения выдавать в момент времени n•(k•m+1)•Тизл, то следующий за ним такт АЦП 12 и БОЗУ 13 придет в момент времени n•[k• (m-1)+1] •Тозу с задержкой dtn (фиг.5б), что соответствует уравнению стробоскопа [35]:
n•(k•m+1)•Тизл +dtn = n•[k•(m-1)+1]•Тозу
Из данного выражения можно показать с учетом условия (1), что n-тое излучение начинается раньше n•[k•(m-1)+1] тактового импульса АЦП 12 и БОЗУ 13 на величину, равную dtn= n195>Тозу/m, являющуюся шагом нониуса. Для восстановления принятых сигналов (фиг. 5д,е) с шагом Тозу/m при обработке цифровых данных БОЗУ 13 в вычислительном устройстве 15 необходимо количество периодов излучений Nизл=m.If the condition for the coincidence of the fronts of the pulses 37 of the start of the pulse modulator and the clock pulses 36 of the ADC 12 and BOSU 13 is met:
k • m • T rad = k • (m-1) • T oz (1)
where T rad - the period of the clock pulses of radiation, T rad = 1 / F rad ;
T oz - the clocking period of the ADC 12 and BOZU 13, T oz = 1 / F oz ,
then expression (1) allows us to write down the condition for the frequency synthesizer [20]:
F rad / m = F oz / (m-1) (2)
If the second and subsequent radiations are emitted at time moment n • (k • m + 1) • T rad , then the next clock cycle of the ADC 12 and BOSU 13 will come at time moment n • [k • (m-1) +1] • T ram with a delay dt n (Fig.5B), which corresponds to the equation of the strobe [35]:
n • (k • m + 1) • T rad + dt n = n • [k • (m-1) +1] • T ram
From this expression, it can be shown, taking into account condition (1), that the nth radiation begins earlier than n • [k • (m-1) +1] of the ADC 12 and BOZU 13 clock pulses by an amount equal to dt n = n195> T ram / m, which is the vernier step. To restore the received signals (Fig. 5e, e) with a step of T ram / m when processing digital data of the BOZU 13 in the computing device 15, the number of radiation periods N rad = m is necessary.

Таким образом, дискретизация и запись сигналов с шагом dtn в БОЗУ 13 известным стробоскопическим способом [32,35,37] позволяет при последующей обработке данных в вычислительном устройстве 15 восстанавливать форму сигнала с шагом в m раз меньше, чем в период записи в БОЗУ 13.Thus, the sampling and recording of signals with a step dt n in the BOSU 13 in a known stroboscopic manner [32,35,37] allows for subsequent data processing in the computing device 15 to restore the waveform in steps of m times less than during recording in the BOSU 13 .

Рассмотрим алгоритм работы измерителя толщины слоев разнородных жидкостей (фиг.6, фиг.7, фиг.8). Consider the algorithm of the thickness gauge layers of heterogeneous liquids (Fig.6, Fig.7, Fig.8).

После подачи питания на измеритель вычислительное устройство 15 проводит сигналом 40 начальную установку триггера 28 флага излучения синхронизатора 14, сигналами 65 и 64 записывет нулевое значения усиления и ослабления в блоки 17 и 18 регулирования усиления и ослабления (Nyc = 0, Noсл = 0), записывает сигналами 52 и 53 по шине данных 55 в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 нулевое значение кода (устанавливая тем самым низкий логический уровень сигнала 39 - окончание режима излучения и накопления), проводит опрос контроллера 16 обмена с внешними системами, который вводит поправочные коэффициенты распространения электромагнитной волны по слоям, переводит измеритель в режим измерения толщины слоев разнородных жидкостей, устанавливает сигналами 63 и 67 несущую частоту излучения дискретно управляемого СВЧ-генератора 1 на середину рабочего диапазона частот.After supplying power to the meter, the computing device 15 carries out the signal 40 the initial setting of the trigger 28 of the radiation flag of the synchronizer 14, signals 65 and 64 records the zero gain and attenuation values in the gain and attenuation control blocks 17 and 18 (N yc = 0, N osl = 0) , writes signals 52 and 53 on the data bus 55 to the counter 44 of the RAM address BOSU 13 the zero value of the code (thereby setting the low logical level of the signal 39 — the end of the radiation and accumulation modes), polls the exchange controller 16 with external systems, which Odita correction coefficients electromagnetic wave propagation in layers, translates caliper measurement mode thicknesses of the layers of dissimilar liquids, sets the signals 63 and 67 carrying the radiation frequency is discretely managed microwave generator 1 to the middle of the operating band.

После этого вычислительное устройство 15 запускает подпрограмму установки параметров приемопередающего модуля (ППМ) и старта излучения и накопления, которую далее будем называть просто подпрограмма. Алгоритм работы подпрограммы приведен на фиг. 8. Подпрограмма устанавливает несущую частоту Fнеc на дискретно управляемом СВЧ-генераторе 1, записывает в блоки 17 и 18 регулировки усиления и ослабления значения усиления и ослабления, записывает нулевое значение, кода в счетчик 44 адреса ОЗУ БОЗУ 13 запускает таймер на время tycт.ппм - время установки параметров в ППМ (дискретно управляемый СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, импульсный модулятор 3, фазовращатель 4, управляемый аттенюатор 5, циркулятор 6, малошумящий УВЧ 9, фазовый детектор 10, видеоусилитель 11), после чего проводится запуск режима излучения и накопления, анализ флага излучения 42.After that, the computing device 15 starts the subroutine for setting the parameters of the transceiver module (MRP) and the start of radiation and accumulation, which we will simply call the subroutine. The subroutine operation algorithm is shown in FIG. 8. The subroutine sets the carrier frequency F ns at the discretely controlled microwave generator 1, writes the gain and attenuation values to the gain and attenuation control units 17 and 18, writes the zero value, code to the counter 44 of the RAM address of the RAM 13 starts the timer for the time t yst. ppm - parameter setting time in the PMD (discretely controlled microwave generator 1, directional coupler 2, pulse modulator 3, phase shifter 4, controlled attenuator 5, circulator 6, low-noise UHF 9, phase detector 10, video amplifier 11), after which startup to radiation and accumulation mode, analysis of the radiation flag 42.

По окончании работы подпрограммы вычислительное устройство 15 считывает данные БОЗУ 13, после чего проводит обработку данных, сканируя по диапазону задержек, определяя временные задержки цифровых сигналов (от уровней раздела жидкостей), количество уровней раздела жидкостей. At the end of the subroutine, the computing device 15 reads the data of the BOSE 13, after which it processes the data by scanning the range of delays, determining the time delays of digital signals (from the liquid separation levels), and the number of liquid separation levels.

Значение принятого сигнала U1 на задержке i•dt в цифровом виде можно определить следующим алгоритмом:
U1 = ОЗУ{(imod М)•m + [i/M]},
где скобки { ...} означают содержимое ячейки ОЗУ с данным номером, выражение (i mod М) - остаток от деления i на М и скобка [...] - целая часть числа, М = k•(m-1)+1. На фиг.5е показан пример восстановленного сигнала для k=1, m=8.The value of the received signal U 1 at the delay i • dt in digital form can be determined by the following algorithm:
U 1 = RAM {(imod M) • m + [i / M]},
where the brackets {...} mean the contents of the RAM cell with the given number, the expression (i mod M) is the remainder of dividing i by M and the bracket [...] is the integer part of the number, M = k • (m-1) + 1. 5e shows an example of a reconstructed signal for k = 1, m = 8.

Далее алгоритм переходит на измерение толщины слоев разнородных жидкостей (фиг.7). После определения временных задержек отраженных сигналов от уровней раздела жидкостей относительно наведенного "прямого" сигнала с точностью нониуса и количества уровней раздела проводится уточнение каждой временной задержки сигнала импульсно-фазовым способом. Next, the algorithm switches to measuring the thickness of the layers of dissimilar liquids (Fig.7). After determining the time delays of the reflected signals from the liquid separation levels relative to the induced "direct" signal with an accuracy of the vernier and the number of separation levels, each time delay of the signal is determined by the pulse-phase method.

Измерение фазы квадратурных сигналов с высокой точностью на краях рабочего диапазона несущих частот дискретно управляемого СВЧ-генератора 1 проблематично по двум основным причинам:
наличие смещения нулевого напряжения на выходе видеоусилителя 11 при приеме квадратурных составляющих отраженных сигналов (представляющих последовательность биполярных видеоимпульсов, амплитуды напряжений которых могут быть одного знака и изменяться одновременно с плюса на минус, что вызывает смещение "шумовой дорожки" на выходе видеоусилителя 11);
Неидеальность фазовращателя 4 в рабочем диапазоне несущих частот и фазового детектора 10 [34] (например, различие характеристик смесительных диодов) приводят к повышению погрешности уровня выходного сигнала при преобразовании квадратурных составляющих сигнала, когда уровень одного из выходных сигналов на выходе фазового детектора 10 близок к нулю. Анализ данного типа погрешностей показал, что в области значений фазы квадратурного сигнала около ± π/4 получаются наиболее низкие погрешности при вычислении фазы квадратурного сигнала порядка 1...2 градусов [34].The measurement of the phase of quadrature signals with high accuracy at the edges of the working range of the carrier frequencies of the discretely controlled microwave generator 1 is problematic for two main reasons:
the presence of a zero voltage offset at the output of the video amplifier 11 when receiving quadrature components of the reflected signals (representing a sequence of bipolar video pulses, the voltage amplitudes of which can be of the same sign and change simultaneously from plus to minus, which causes a shift in the "noise track" at the output of video amplifier 11);
The non-ideality of the phase shifter 4 in the operating range of the carrier frequencies and the phase detector 10 [34] (for example, the difference in the characteristics of mixing diodes) leads to an increase in the error of the output signal level when converting the quadrature components of the signal when the level of one of the output signals at the output of the phase detector 10 is close to zero . Analysis of this type of error showed that in the region of the values of the phase of the quadrature signal about ± π / 4, the lowest errors are obtained when calculating the phase of the quadrature signal of the order of 1 ... 2 degrees [34].

Кроме того, если принять угол φ = -π/4, то синусная и косинусная составляющие квадратурных сигналов становятся равными по амплитуде и имеют противоположный знак, что не приводит к смещению нулевого напряжения на выходе видеоусилителя 11 (постоянная составляющая видеоимпульсов равна нулю), а при всех измерениях временных задержек отраженных сигналов от границ раздела жидкостей подбирают каждую из несущих частот F1k и F2k на краях частотного диапазона таким образом, чтобы соблюдалось равенство квадратурных составляющих сигналов.In addition, if we take the angle φ = -π / 4, then the sine and cosine components of the quadrature signals become equal in amplitude and have the opposite sign, which does not lead to a shift in the zero voltage at the output of the video amplifier 11 (the constant component of the video pulses is zero), and when all measurements of the time delays of the reflected signals from the liquid interface are selected each of the carrier frequencies F 1k and F 2k at the edges of the frequency range so that the equality of the quadrature components of the signals is observed.

С учетом вышеизложенного, выражение для определения временной задержки от k-того уровня раздела разнородных жидкостей принимает вид:

Figure 00000002

где Nk - количество периодов полных изменений фазы квадратурного сигнала при изменении несущей частоты дискретно управляемого СВЧ-генератора от F1k до F2k.Based on the foregoing, the expression for determining the time delay from the k-th level of the separation of dissimilar liquids takes the form:
Figure 00000002

where N k is the number of periods of complete changes in the phase of the quadrature signal when the carrier frequency of the discretely controlled microwave generator changes from F 1k to F 2k .

Вычислительное устройство работает по следующему алгоритму, выбирается временная задержка отраженного сигнала относительно наведенного "прямого" сигнала от первого уровня k:=0, устанавливается несущая частота излучения дискретно управляемого СВЧ-генератора 1 на нижнем краю частотного диапазона Fнеc = F1, запускается подпрограмма и по окончании ее работы производится поиск частоты F1k излучения, при которой фаза принятого сигнала равна минус 45o для k-того уровня раздела жидкостей. Если данное условие не выполняется, то несущая частота F1k увеличивается дискретно и процесс повторяется. После ее нахождения Fнес увеличивается с шагом перестройки DF на каждом шаге запускается подпрограмма, происходит изменение фазы сигнала, подсчитывается количество переходов Nk фазы сигналов через значение минус 45o. Процесс изменения несущей частоты Fнес с дискретом DF, подсчет количества переходов Nk продолжается до достижения несущей частотой значения F2, после чего вновь запускается подпрограмма и по ее окончании производится поиск частоты F2k излучения, при которой фаза принятого сигнала равна 45o для k-того уровня. Если данное условие не выполняется, то несущая частота F2k уменьшается на дискрет перестройки и процесс поиска повторяется. После нахождения частоты F2k и количества Nk (полных периодов изменений фазы квадратурного сигнала) производится вычисление и запоминание значения задержки отраженного сигнала от k-того уровня по формуле (3), вычисление толщины Нк k-того слоя по формуле:
Нk = (Ck/2)•(t1-tk-1) (4)
и выдача в систему (с которой связан измеритель) значения Hk через контроллер 16 обмена, который предварительно считывает из системы поправочные коэффициенты Ск распространения электромагнитной волны в k-том слое.The computing device operates according to the following algorithm, the time delay of the reflected signal relative to the induced “direct” signal from the first level k: = 0 is selected, the carrier frequency of the radiation of the discretely controlled microwave generator 1 is set at the lower edge of the frequency range F nonc = F 1 , the subroutine is started and at the end of its work, a search is made for the radiation frequency F 1k , at which the phase of the received signal is minus 45 o for the kth level of liquid separation. If this condition is not satisfied, then the carrier frequency F 1k increases discretely and the process repeats. After finding it, F carries increases with the tuning step DF at each step, a subroutine is launched, the signal phase changes, the number of transitions N k of the signal phase is calculated through the value minus 45 o . The process of changing the carrier frequency F carried with a discrete DF, the counting of the number of transitions N k continues until the carrier frequency reaches the value of F 2 , then the subroutine is started again and upon its completion, the radiation frequency F 2k is searched, at which the phase of the received signal is 45 o for k level. If this condition is not satisfied, then the carrier frequency F 2k decreases by the tuning discretization and the search process is repeated. After finding the frequency F 2k and the number N k (full periods of changes in the phase of the quadrature signal), the delay value of the reflected signal from the kth level is calculated and stored in formula (3), the thickness H to the kth layer is calculated by the formula:
H k = (C k / 2) • (t 1 -t k-1 ) (4)
and outputting to the system (with which the meter is connected) the values of H k through the exchange controller 16, which previously reads from the system the correction factors C for the propagation of the electromagnetic wave in the kth layer.

После этого устанавливается k: = k + 1 и вновь повторяется алгоритм измерения толщины слоя (фиг.7) и так до тех пор, пока все значения Нк всех К уровней не будут измерены и выданы в контроллер 16 обмена.After that, k: = k + 1 is established and the algorithm for measuring the layer thickness (Fig. 7) is repeated again, and so on, until all values of H to all K levels are measured and sent to the exchange controller 16.

После измерения толщины слоев производится измерение относительного изменения толщины слоев. Алгоритм измерения относительного изменения толщины слоев показан на фиг.6, измерение проводится на частоте Fk (установленной на середине рабочего диапазона частот) с использованием значений времени tk из алгоритма измерения толщины слоев (фиг.7). В алгоритме N - номер измерения относительного изменения толщины слоев. Для каждого слоя, начиная с нулевого, вначале измерения производится поиск и запоминание несущей частоты Fok, при которой фаза принятого сигнала равна минус 45o для k-того уровня раздела жидкостей. Если происходит изменение времени задержки tok + δtk, то для сохранения фазы квадратурного сигнала минус 45o изменяют частоту от значения Fок до значения Fk. Относительное изменение времени задержки определится выражением:
[(tok +δtk)/ tok]= Fok/Fk
относительное изменение gk k-того уровня:
gk = (δtk/ tok) = (Fok/Fk)-1 (5)
и соответственно изменение толщины dHk k-того слоя
dHk = (Ck/2)•(tok• gk- tok-1• gk-1), (6)
где tok-1 и gk-1 - соответственно время задержки квадратурного сигнала от k-1 уровня и относительное изменение времени задержки от k-1 уровня.After measuring the thickness of the layers, the relative change in the thickness of the layers is measured. The algorithm for measuring the relative change in the thickness of the layers is shown in Fig.6, the measurement is carried out at a frequency F k (set in the middle of the operating frequency range) using the values of time t k from the algorithm for measuring the thickness of the layers (Fig.7). In the algorithm, N is the measurement number of the relative change in layer thickness. For each layer, starting from zero, at the beginning of the measurement, a search and storage of the carrier frequency F ok is performed, at which the phase of the received signal is minus 45 o for the k-th level of the liquid interface. If there is a change in the delay time t ok + δt k , then to save the phase of the quadrature signal minus 45 o change the frequency from the value of F ok to the value of F k . The relative change in the delay time is determined by the expression:
[(t ok + δt k ) / t ok ] = F ok / F k
relative change g k k level:
g k = (δt k / t ok ) = (F ok / F k ) -1 (5)
and, accordingly, a change in the thickness dH k of the kth layer
dH k = (C k / 2) • (t ok • g k - t ok-1 • g k-1 ), (6)
where t ok-1 and g k-1 are, respectively, the delay time of the quadrature signal from the k-1 level and the relative change in the delay time from the k-1 level.

В соответствии с методикой расчета погрешностей, изложенной в [38, стр. 132] , можно показать из выражений (3) и (4), что относительная ошибка измерения толщины k-того слоя равна:
δH/Hk = δC/Ck+4(δN/Nk+δF/(F2k-F1k) (7)
и соответственно из выражения (6) ошибка измерения изменения толщины k-того слоя равна:
δdH = (δC/Ck)•dHk+Ck•(δg•tok+δt•gk), (8)
где δC - погрешность определения поправочного коэффициента распространения электромагнитной волны по слоям, которая определяется экспериментально или по таблицам и может быть определена с погрешностью δС/Сk <0.01%, δN - погрешность полного периода изменения фазы квадратурного сигнала (определяемая фазовым детектором 10 и установкой фазы фазовращателя 4) при измерении угла минус 45o, δN = δФ/360, где δФ = 1...2 градуса, как было сказано выше; δF - ошибка установки частоты дискретно управляемого СВЧ-генератора 1, δF/F <10^ (-6); δg - погрешность относительного изменения уровня раздела жидкостей, δg = 2•(δN/(Fok•tok)+δF/Fok). Средняя частота Fok=5 Гц, разность частот F2k-F1k=1 ГГгц. При измерении толщины слоев на расстоянии 15 м от жидкой среды данный прибор позволяет достичь точности измерения толщины слоев до 0,9-1,7 мм и относительного изменения толщины слоев с точностью до 0,12...0,25 мм.In accordance with the methodology for calculating errors described in [38, p. 132], it can be shown from expressions (3) and (4) that the relative error in measuring the thickness of the k-th layer is:
δH / H k = δC / C k +4 (δN / N k + δF / (F 2k -F 1k ) (7)
and accordingly, from the expression (6), the error in measuring the change in the thickness of the k-th layer is:
δdH = (δC / C k ) • dH k + C k • (δg • t ok + δt • g k ), (8)
where δC is the error in determining the correction coefficient of the electromagnetic wave propagation through the layers, which is determined experimentally or according to the tables and can be determined with an error of δС / С k <0.01%, δN is the error of the full period of the phase change of the quadrature signal (determined by phase detector 10 and setting the phase phase shifter 4) when measuring the angle minus 45 o , δN = δФ / 360, where δФ = 1 ... 2 degrees, as mentioned above; δF is the error in setting the frequency of a discretely controlled microwave generator 1, δF / F <10 ^ (-6); δg is the error of the relative change in the liquid separation level, δg = 2 • (δN / (F ok • t ok ) + δF / F ok ). The average frequency F ok = 5 Hz, the frequency difference F 2k -F 1k = 1 GHz. When measuring the thickness of the layers at a distance of 15 m from the liquid medium, this device allows to achieve the accuracy of measuring the thickness of the layers up to 0.9-1.7 mm and the relative change in the thickness of the layers with an accuracy of 0.12 ... 0.25 mm.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения уровней раздела жидкостей, снизить габариты, стоимость, повысить надежность за счет сокращения количества аппаратуры и упрощения функционального построения схемы измерителя уровней раздела жидкостей. Thus, the present invention compared with the prototype allows to increase the accuracy of measuring the levels of the separation of liquids, reduce dimensions, cost, increase reliability by reducing the number of equipment and simplifying the functional construction of the circuit meter level of separation of liquids.

Литература
(1) А.с. СССР 1659730, кл. G 01 F 23/28, 1988г.Literature
(1) A.S. USSR 1659730, class G 01 F 23/28, 1988

(2) Патент РФ 2023989, кл. G 01 F 23/28, 1992. (2) RF patent 2023989, cl. G 01 F 23/28, 1992.

(3) Беннетт С.Л., Росс Дж.Ф. Время-импульсные процессы и их применения, ТИИЭР, 1978г., т. 66, 3, с. 35-37. (3) Bennett S.L., Ross J.F. Pulse-time processes and their applications, TIIER, 1978, vol. 66, 3, p. 35-37.

(4) Коган И.М. Ближняя радиолокация. М., Советское радио,1973г. (4) Kogan I.M. Near radar. M., Soviet Radio, 1973.

(5) А.с. СССР 1642250, кл. G 01 F 23/28, 1989 г. (5) A.S. USSR 1642250, class G 01 F 23/28, 1989

(6) А.с. СССР N 1659733, кл. G 01 F 23/28, 1989 г. (6) A.S. USSR N 1659733, class G 01 F 23/28, 1989

(7) Заявка на патент 98119622 от 30.10.98 г. (7) Patent Application 98119622 of 10.30.98

(8) Б. Г. Федоров, В.А. Телец. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение, М.. Энергоиздат, 1990 г., стр.79-81. (8) B.G. Fedorov, V.A. Calf. DAC and ADC chips: operation, parameters, application, M .. Energoizdat, 1990, pp. 79-81.

(9) У. Тице, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982 г., стр.172, рис.12.9. (9) W. Tice, C. Schenck. Semiconductor circuitry. Moscow, Mir, 1982, p. 172, fig. 12.9.

(10) Бакулев П.А., Степин В.М. Методы и устройства селекции движущихся целей, М., Радио и связь, 1986 г. (10) Bakulev P.A., Stepin V.M. Methods and devices for moving targets selection, M., Radio and communications, 1986

(11) Марцинкявичюс А.К., Багданскис Э.К. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров, М., Радио и связь, 1988 г. (11) Marcinkevicius A.K., Bagdanskis E.K. High-Speed Integrated Circuits DAC and ADC and Measurement of Their Parameters, M., Radio and Communications, 1988

(12) С.Л. Фрадкин. Основы теории и расчета радиолокационных приемников, М., Машиностроение, 1969 г. (12) S.L. Fradkin. Fundamentals of the theory and calculation of radar receivers, M., Mechanical Engineering, 1969

(13) Б.В. Шевкопляс. Справочник. Микропроцессорные структуры, инженерные решения, М., Радио и связь, 1990 г., стр.68-81. (13) B.V. Shevkoplyas. Directory. Microprocessor structures, engineering solutions, M., Radio and communications, 1990, pp. 68-81.

(14) М. Сколник. Справочник по радиолокации, М., Сосветское радио, 1977г., т2, стр.251-270. (14) M. Skolnik. Handbook of radar, M., Sosvetskoe radio, 1977., t2, pp. 251-270.

(15) О. Н. Лебедев. Микросхемы памяти и их применение, М., Радио связь, 1990 г., стр.39. (15) O.N. Lebedev. Memory microcircuits and their application, M., Radio communications, 1990, p. 39.

(16) Б.Ф. Высоцкий. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах, М., Радио и связь, 1984 г., стр.126, рис.4.23. (16) B.F. Vysotsky. Digital filters and signal processing devices on integrated circuits, M., Radio and communications, 1984, p. 126, Fig. 4.23.

(17) Отраслевой стандарт. Микросхемы, интегральные серии 533, к 533. Руководство по применению. ОСТ11340.917-84, стр.316. (17) Industry standard. Chips, integrated series 533, k 533. Application Guide. OST11340.917-84, p. 316.

(18) А.В. Рыжков, В.Н. Попов. Синтезаторы частоты в технике радиосвязи, М., Радиосвязь, 1991 г., стр.117. (18) A.V. Ryzhkov, V.N. Popov. Frequency synthesizers in radio communication technology, M., Radio communication, 1991, p. 117.

(19) И. Е. Ефимов, Г.А. Шермина. Волноводные линии передачи, М., Связь, 1979 г., стр.158. (19) I.E. Efimov, G.A. Shermina. Waveguide transmission lines, M., Communication, 1979, p. 158.

(20) Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах, М., Радио и связь, 1990 г., стр.272, рис. 4.89. (20) G.I. Pukhalsky, T.Ya. Novoseltseva. Design of discrete devices on integrated circuits, M., Radio and communications, 1990, p. 272, Fig. 4.89.

(21) В.О. Кобак. Радиолокационные отражатели, М., 1975 г. (21) V.O. Kobak. Radar reflectors, M., 1975

(22) Справочник Motorola. Fast Static RAM. Component and Module Data, USA, 1995 г. (22) Motorola Handbook. Fast Static RAM. Component and Module Data, USA 1995

(23) Жуковский А. П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радиовысотометрии. М., Советское радио, 1979 г. (23) Zhukovsky A.P., Onoprienko E.I., Chizhov V.I. Theoretical foundations of radio altimetry. M., Soviet Radio, 1979

(24) Супряга Н.П. Радиолокационные средства непрерывного излучения, М., Военное издательство МО, 1974 г., стр.26. (24) Supryaga N.P. Radar means of continuous radiation, M., Military publishing house of the Ministry of Defense, 1974, p. 26.

(25) HIPERCOMM. High Performance Frequency Control Products, Motorola, USA, 1997 г. (25) HIPERCOMM. High Performance Frequency Control Products, Motorola, USA 1997

(26) Motorola. Communications. Device Data, 1997 г. (26) Motorola. Communications. Device Data 1997

(27) Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т.3, М., Мир, 1993 г., стр.151. (27) Horowitz P., Hill W. Art of circuitry, vol. 3, M., Mir, 1993, p. 151.

(28) Д.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы, Челябинск, 1989 г. (28) D.L. Awl. Popular digital circuits, Chelyabinsk, 1989

(29) Hewlett Packard Communications. Designerrs Catalog, Copyright, USA, 1993 г. (29) Hewlett Packard Communications. Designerrs Catalog, Copyright, USA, 1993

(30) Журнал Радиоэлектроника, том 32, 11, 1989 г.,стр.84. (30) Journal of Radio Electronics, Volume 32, 11, 1989, p. 84.

(31) Журнал ELECTRONICS WORLD, T-3, 1990 г., стр.231. (31) Journal of ELECTRONICS WORLD, T-3, 1990, p. 231.

(32) Журнал Приборы и техника эксперимента, 5, 1990 г., стр.103. (32) Journal Instruments and Experimental Techniques, 5, 1990, p. 103.

(33) В. И. Иверонова. Физический практикум. Руководство к практическим занятиям по физике, М., ГИТТЛ, 1955 г., стр.33. (33) V.I. Iveronova. Physical Workshop. Guide to practical exercises in physics, M., GITTL, 1955, p. 33.

(34) Н.В. Бобров. Радиоприемные устройства, М., Советское радио, 1971 г. , стр. 253-258. (34) N.V. Beavers. Radio receivers, M., Soviet radio, 1971, pp. 253-258.

(35) В. А. Кузнецов. Измерение в электронике. Справочник, М., Энергоатомиэдат, 1987г., стр.342. (35) V.A. Kuznetsov. Measurement in electronics. Handbook, M., Energoatomiedat, 1987, p. 342.

(36) Ю. Шульц. Электроизмерительная техника. 1000 понятий для практиков. Справочник, М., Энергоатомиэдат, 1989 г., стр.120, 154, 155. (36) J. Schulz. Electrical appliances. 1000 concepts for practitioners. Handbook, M., Energoatomiedat, 1989, pp. 120, 154, 155.

(37) А.И. Найденов, В.А. Новопольский. Электронно-лучевые осциллографы, М., Энергоатомиздат, 1983 г., стр.192-194. (37) A.I. Naidenov, V.A. Novopolsky. Electron beam oscilloscopes, M., Energoatomizdat, 1983, pp. 192-194.

(38) И. Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике, М., Наука, 1986 г. (38) I.N. Bronstein, K.A. Semendyaev. Handbook of Mathematics, M., Science, 1986

(39) Журнал Приборы и техника эксперимента, 1, 1988 г., стр.90-95. (39) Journal of Instruments and Experimental Techniques, 1, 1988, pp. 90-95.

Claims (5)

1. Импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью, содержащий синхронизатор, вычислительное устройство, аналого-цифровой преобразователь, фазовращатель, импульсный модулятор, последовательно соединенные антенную систему, циркулятор, малошумящий УВЧ, фазовый детектор, направленный ответвитель, дискретно управляемый СВЧ генератор, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, первый выход которого соединен с первым входом импульсного модулятора, второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора, а второй выход направленного ответвителя - со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом малошумящего усилителя, вход которого соединен с выходом циркулятора, вход/выход которого подключен к антенной системе, отличающийся тем, что в него дополнительно введены управляемый аттенюатор, видеоусилитель, БОЗУ, блок регулировки усиления, блок регулировки ослабления, источник тока, управляемый напряжением, контроллер обмена, при этом выход импульсного модулятора соединен со вторым входом фазовращателя, первый вход которого соединен с первым выходом синхронизатора, а выход - с первым входом управляемого аттенюатора, выход которого соединен со входом циркулятора, а второй вход - с выходом источника тока, управляемого напряжением, вход которого соединен с выходом блока регулировки ослабления, все первые входы которого соединены по шине данных со всеми первыми входами блока регулировки усиления, всеми шестыми входами БОЗУ, всеми первыми входами контроллера обмена, все третьи входы/выходы которого являются входами/выходами измерителя, а также всеми двенадцатыми входами вычислительного устройства, второй, третий, четвертый, пятый выходы которого соединены соответственно со вторыми входами блока регулировки ослабления, блока регулировки усиления, контроллера обмена, БОЗУ, а шестой, седьмой, тринадцатый выходы - соответственно с третьим, четвертым, седьмым входами БОЗУ, восьмой, девятый выходы - соответственно со вторым и третьим входами синхронизатора, десятый, одиннадцатый выходы - соответственно со вторым и первым входами дискретно управляемого СВЧ генератора, первый вход - с четвертым выходом синхронизатора, первый вход которого соединен с первым выходом БОЗУ, первый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора и вторым входом АЦП, все выходы которого соединены со всеми пятыми входами БОЗУ, а первый вход АЦП - с выходом видеоусилителя, первый вход которого соединен с выходом фазового детектора, второй вход - с выходом блока регулировки усиления. 1. A pulse-phase meter of the thickness of the layers of heterogeneous liquids, as well as their relative changes with increased accuracy, comprising a synchronizer, a computing device, an analog-to-digital converter, a phase shifter, a pulse modulator, a series antenna system, a circulator, a low-noise UHF, and a phase detector directed coupler, discretely controlled microwave generator, the output of which is connected to the input of a directional coupler, the first output of which is connected to the first input of the pulse modulate ora, the second input of which is connected to the second output of the synchronizer, and the second output of the directional coupler to the second input of the phase detector, the first input of which is connected to the output of the low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the circulator, the input / output of which is connected to the antenna system, characterized in that it additionally introduces a controlled attenuator, video amplifier, BOSU, gain control unit, attenuation control unit, voltage-controlled current source, exchange controller, while the output of the pulses the other modulator is connected to the second input of the phase shifter, the first input of which is connected to the first output of the synchronizer, and the output to the first input of the controlled attenuator, the output of which is connected to the input of the circulator, and the second input to the output of the current source, voltage controlled, the input of which is connected to the output attenuation control unit, all the first inputs of which are connected via data bus to all first inputs of the gain control unit, all sixth inputs of the BOZU, all first inputs of the exchange controller, all third inputs / the outputs of which are the inputs / outputs of the meter, as well as all twelve inputs of the computing device, the second, third, fourth, fifth outputs of which are connected respectively to the second inputs of the attenuation control unit, gain control unit, exchange controller, BOSU, and the sixth, seventh, thirteenth outputs - respectively, with the third, fourth, seventh inputs of the BOZU, the eighth, ninth outputs, respectively, with the second and third inputs of the synchronizer, the tenth, eleventh outputs, respectively, with the second and first strokes of a discretely controlled microwave generator, the first input is with the fourth output of the synchronizer, the first input of which is connected to the first output of the BOZU, the first input of which is connected to the third output of the synchronizer and the second input of the ADC, all outputs of which are connected to all fifth inputs of the BOZU, and the first input of the ADC - with the output of the video amplifier, the first input of which is connected to the output of the phase detector, the second input - with the output of the gain control unit. 2. Импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью по п.1, отличающийся тем, что дискретно управляемый СВЧ генератор выполнен в виде апроксимирующего синтезатора частоты. 2. The pulse-phase meter of the thickness of the layers of dissimilar liquids, as well as their relative changes with increased accuracy according to claim 1, characterized in that the discretely controlled microwave generator is made in the form of an approximating frequency synthesizer. 3. Импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью по п.1, отличающийся тем, что синхронизатор организован в виде синтезатора частот, формирователей импульсов запуска передатчика и тактовой частоты АЦП и ОЗУ. 3. The pulse-phase meter of the thickness of the layers of dissimilar liquids, as well as their relative changes with increased accuracy according to claim 1, characterized in that the synchronizer is organized in the form of a frequency synthesizer, pulse shapers of the transmitter and the clock frequency of the ADC and RAM. 4. Импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью по п.1, отличающийся тем, что временное положение сигналов от уровней раздела жидкостей первоначально определяется методом нониуса. 4. The pulse-phase meter of the thickness of the layers of heterogeneous liquids, as well as their relative changes with increased accuracy according to claim 1, characterized in that the temporary position of the signals from the liquid interface is initially determined by the nonius method. 5. Импульсно-фазовый измеритель толщины слоев разнородных жидкостей, а также их относительного изменения с повышенной точностью по п.1, отличающийся тем, что в процессе измерения определяется несущая частота, при которой выполняется равенство противоположных по знаку амплитуд, принятых через период повторения сигналов с фазами 0 и π/2.к 5. The pulse-phase meter of the thickness of the layers of dissimilar liquids, as well as their relative changes with increased accuracy according to claim 1, characterized in that during the measurement, the carrier frequency is determined at which the equality of opposite in sign amplitudes taken through the repetition period of the signals with phases 0 and π / 2.k
RU99114242A 1999-06-21 1999-06-21 Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy RU2188399C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99114242A RU2188399C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99114242A RU2188399C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99114242A RU99114242A (en) 2001-04-27
RU2188399C2 true RU2188399C2 (en) 2002-08-27

Family

ID=20222080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99114242A RU2188399C2 (en) 1999-06-21 1999-06-21 Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2188399C2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498344C2 (en) * 2012-01-11 2013-11-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Correlation device for measuring height and ground velocity vector components
RU2500001C1 (en) * 2012-03-20 2013-11-27 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulsed doppler radio altimeter system
RU2504740C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measurement of fluid level in container
RU2515524C2 (en) * 2012-05-28 2014-05-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radar altimetric system
RU2522907C2 (en) * 2012-03-20 2014-07-20 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radio altimeter
RU2551448C1 (en) * 2013-11-15 2015-05-27 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulsed-phase radar altimeter system
RU2552837C1 (en) * 2013-12-02 2015-06-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radio altimeter
RU2753830C1 (en) * 2020-11-20 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measuring position of interface between two liquids in container

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498344C2 (en) * 2012-01-11 2013-11-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Correlation device for measuring height and ground velocity vector components
RU2500001C1 (en) * 2012-03-20 2013-11-27 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulsed doppler radio altimeter system
RU2522907C2 (en) * 2012-03-20 2014-07-20 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radio altimeter
RU2515524C2 (en) * 2012-05-28 2014-05-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radar altimetric system
RU2504740C1 (en) * 2012-06-08 2014-01-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method of measurement of fluid level in container
RU2551448C1 (en) * 2013-11-15 2015-05-27 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulsed-phase radar altimeter system
RU2552837C1 (en) * 2013-12-02 2015-06-10 Открытое Акционерное Общество "Уральское проектно-конструкторское бюро "Деталь" Pulse-doppler radio altimeter
RU2753830C1 (en) * 2020-11-20 2021-08-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for measuring position of interface between two liquids in container

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5023572A (en) Voltage-controlled oscillator with rapid tuning loop and method for tuning same
US9234784B2 (en) Frequency modulated radar level gauging
US20070192391A1 (en) Direct digital synthesis radar timing system
US8552744B2 (en) Propagation time measuring method for determining a distance
Wang et al. Time and phase synchronisation via direct-path signal for bistatic synthetic aperture radar systems
CN107884034B (en) Pulse radar level gauge
JP2001512839A (en) Radar distance measuring device
Thurn et al. Concept and implementation of a PLL-controlled interlaced chirp sequence radar for optimized range–Doppler measurements
EP2207263B1 (en) A digital time base generator and method for providing a first clock signal and a second clock signal
RU2188399C2 (en) Pulse-phase meter for measurement of thickness of layers of different liquids and their relative change at enhanced accuracy
Ayhan et al. FPGA controlled DDS based frequency sweep generation of high linearity for FMCW radar systems
Stelzer et al. Readout unit for wireless SAW sensors and ID-tags
Dürr et al. Coherent measurements of a multistatic MIMO radar network with phase noise optimized non-coherent signal synthesis
RU2410650C2 (en) Method to measure level of material in reservoir
RU2710363C1 (en) Onboard detector with compensation for variations of magnetic fields
JP2003028949A (en) Transmitting-receiving apparatus and radar apparatus
RU2152595C1 (en) Contact-free pulse-phase method of measurement of level of separation of heterogeneous liquids and of relative change of level with increased accuracy
KR20100009846A (en) Method and apparatus for improving linearity of fmcw(frequency-modulated continuous wave) radar system
RU2399888C1 (en) Method of measuring level of material in reservoir
Ryabov Digital Synthesizers of Frequency-Modulated Signals
Midhunkrishna et al. Design & implementation of algorithm for linear sweep generation and signal processing for an FMCW radar altimeter
Ali et al. Design and implementation of FMCW radar using the raspberry Pi single board computer
JPH0318784A (en) Fm-cw distance measuring method
Samarasekera et al. Phase noise measurements in chirped FMCW radar signals
US11555908B2 (en) Multi range radar system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090622