RU2418270C1

RU2418270C1 - Superregenerative level gauge

Info

Publication number: RU2418270C1
Application number: RU2009144448/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Авдеев (RU); Юрий Валентинович Авдеев; Александр Давидович Кононов (RU); Александр Давидович Кононов; Андрей Александрович Кононов (RU); Андрей Александрович Кононов; Виталий Николаевич Аникин (RU); Виталий Николаевич Аникин; Антон Михайлович Демин (RU); Антон Михайлович Демин
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-05-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: superregenerative level gauge has a transmitting part, which includes a sensitive element made in form of a transmitting antenna and a superregenerative detector-transducer. The sensitive element is connected to the output of an inductance-capacitance oscillatory circuit, which is a composite part of the superregenerative detector-transducer, the other component part of which is a circuit damping modulator connected to the oscillatory circuit. The superregenerative gauge also has a receiving part, having a receiving antenna connected to the input of the transducer of the received high-frequency signal, from the output of which an information signal is obtained in form of a continuous series of pulse durations which corresponds to the level of the measured medium. As a result, continuous remote non-contact measurement of the level can be carried out, where the measurement is invariant to drop in measurement accuracy due to random deviation of oscillation frequency during certain instability in operation, which may cause a change in electrical parametres of the antenna. The measured medium may be aggressive or granular.

EFFECT: higher measurement accuracy.

1 dwg

Description

Изобретение относится к бесконтактным средствам измерения уровня различных физических сред и может быть применено в автоматизированных системах управления технологическими процессами.The invention relates to non-contact means for measuring the level of various physical environments and can be applied in automated process control systems.

Известен сигнализатор уровня, содержащий автогенератор, в колебательный контур которого включен емкостный датчик, основанный на явлении срыва колебаний автогенератора при подходе среды к датчику (Авторское свидетельство СССР №360558, кл. G01F 23/26, 1972).Known level switch containing a self-oscillator, in the oscillatory circuit of which is included a capacitive sensor based on the phenomenon of disruption of oscillations of the self-oscillator when the medium approaches the sensor (USSR Author's Certificate No. 360558, class G01F 23/26, 1972).

Устройство обладает дискретностью измерения уровня, и, следовательно, имеет ограниченную область применения. Использование в качестве чувствительного элемента емкостного датчика предопределяет малую ширину зоны чувствительности.The device has a discrete level measurement, and therefore has a limited scope. The use of a capacitive sensor as a sensitive element determines the small width of the sensitivity zone.

Известно также автогенераторное реле уровня воды, содержащее автогенератор гармонических колебаний с параллельным индуктивно-емкостным контуром, соединенным с кондуктометрическим чувствительным элементом в виде металлического штыря, расположенного в резервуаре и погруженного в контролируемую среду (Авторское свидетельство СССР №1401287, кл. G01F 23/28, 1988). Один вывод кондуктометрического чувствительного элемента подсоединен к обкладке конденсатора, а второй через воду - к стенке резервуара, электрически соединенной с общей шиной устройства. Выход автогенератора через буферный каскад подсоединен ко входам двух реле, включенных параллельно и настроенных на различные частоты срабатывания, которые подключены ко входу исполнительного органа.Also known is a self-generating water level switch containing a harmonic oscillation generator with a parallel inductive-capacitive circuit connected to a conductometric sensitive element in the form of a metal pin located in a tank and immersed in a controlled environment (USSR Author's Certificate No. 1401287, class G01F 23/28, 1988). One output of the conductometric sensor is connected to the capacitor plate, and the second through water to the tank wall, electrically connected to the device common bus. The output of the oscillator through the buffer cascade is connected to the inputs of two relays connected in parallel and tuned to different response frequencies that are connected to the input of the executive body.

Действие устройства основано на измерении электрических параметров цепи колебательного контура автогенератора, а именно, активного сопротивления последовательной цепи штырь - корпус резервуара, в зависимости от уровня измеряемой воды. Изменение уровня в резервуаре преобразуется в изменение выходной частоты автогенератора.The device’s action is based on measuring the electrical parameters of the oscillator circuit of the oscillator circuit, namely, the resistance of the serial circuit pin – tank housing, depending on the level of the measured water. A change in the level in the tank is converted into a change in the output frequency of the oscillator.

Однако область применения известного уровнемера ограничена непосредственным контактом чувствительного элемента с измеряемой средой. Применение чувствительного элемента, состоящего из металлического штыря, погруженного в контролируемую среду, и токопроводящего корпуса резервуара, делает устройство непригодным для измерения уровня сыпучих материалов.However, the scope of the known level gauge is limited by direct contact of the sensing element with the medium being measured. The use of a sensitive element consisting of a metal pin immersed in a controlled environment and a conductive housing of the tank makes the device unsuitable for measuring the level of bulk materials.

Наиболее близким по совокупности признаков является сверхрегенеративный измеритель уровня, состоящий из сверхрегенеративного детектора-преобразователя, к индуктивно-емкостному колебательному контуру которого подключен чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны (Патент РФ №2324905, кл.6 G01F 23/28, 2008). При приближении измеряемой среды к антенне, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит непрерывное изменение активной составляющей сопротивления антенны, приводящее к непрерывному изменению частоты автосуперизации сверхрегенеративного детектора-преобразователя. Изменение частоты напрямую зависит от расстояния между антенной и измеряемой средой. По частоте судят об уровне измеряемой среды. Последовательность импульсов с переменной частотой может подаваться в качестве непрерывного информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами, или, в упрощенном варианте, на вход частотомера для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.The closest in combination of features is a super-regenerative level meter, consisting of a super-regenerative detector-transducer, to the inductive-capacitive oscillatory circuit of which a sensing element connected in the form of a transmitting antenna is connected (RF Patent No. 224905, cl.6 G01F 23/28, 2008). When the measured medium approaches an antenna located parallel to the surface of the measured medium and is an electric linear emitter, a continuous change in the active component of the antenna resistance occurs, leading to a continuous change in the autosuperization frequency of the super regenerative detector-converter. The change in frequency directly depends on the distance between the antenna and the medium. The frequency of the measured medium level is judged. A sequence of pulses with a variable frequency can be supplied as a continuous information parameter to the input of an automated process control system, or, in a simplified version, to the input of a frequency meter for visual observation of a continuously measured level of various physical media.

В качестве недостатка сверхрегенеративного измерителя уровня можно указать то, что изменение электрических параметров антенны при определенных условиях может вызвать некоторую неустойчивость в работе, которая приведет к случайному отклонению частоты колебаний, что отрицательно скажется на точности измерений.As a disadvantage of the superregenerative level meter, it can be pointed out that a change in the electrical parameters of the antenna under certain conditions can cause some instability in the work, which will lead to an accidental deviation of the oscillation frequency, which will negatively affect the accuracy of measurements.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи повышения точности бесконтактного непрерывного измерения уровня различных физических сред, включая агрессивные и сыпучие, радиоволновым методом, с исключением возможности снижения точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, и при его осуществлении достигается непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.The present invention is intended to solve the problem of improving the accuracy of non-contact continuous level measurement of various physical media, including aggressive and loose, by the radio wave method, with the exception of the possibility of reducing the measurement accuracy due to random deviations of the oscillation frequency with some instability in operation, which can cause a change in the electrical parameters of the antenna , and its implementation is achieved continuous remote non-contact level measurement, invariant to a decrease in accuracy and measurements due to random deviations of the frequency of oscillations with some instability in the work, which can cause a change in the electrical parameters of the antenna, while the measured medium can be aggressive or loose.

Задача решается тем, что в известном сверхрегенеративном измерителе уровня, содержащем передающую часть, включающую в себя чувствительный элемент, выполненный в виде передающей антенны, и сверхрегенеративный детектор-преобразователь, причем чувствительный элемент подключен к выходу индуктивно-емкостного колебательного контура, являющегося составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя, отличительными признаками является то, что он снабжен модулятором затухания контура и приемной частью, содержащей приемную антенну и преобразователь принимаемого высокочастотного сигнала, который может определять длительность импульсов, причем модулятор затухания контура является составной частью сверхрегенеративного детектора-преобразователя и подсоединен к индуктивно-емкостному колебательному контуру, а приемная антенна подключена ко входу преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала, с выхода которого получают информационный сигнал в виде непрерывной последовательности длительностей импульсов, соответствующий уровню измеряемой среды, в результате чего может осуществляться непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую при определенных условиях может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей.The problem is solved in that in the known super-regenerative level meter containing a transmitting part, comprising a sensing element made in the form of a transmitting antenna, and a super-regenerative detector-converter, the sensitive element being connected to the output of the inductive-capacitive oscillatory circuit, which is an integral part of the super-regenerative detector -converter, the distinctive features is that it is equipped with a modulator of the attenuation of the circuit and the receiving part containing the receiving ant well, the converter of the received high-frequency signal, which can determine the pulse duration, the loop attenuation modulator being an integral part of the super-regenerative detector-converter and connected to the inductive-capacitive oscillatory circuit, and the receiving antenna is connected to the input of the converter of the received high-frequency signal, from the output of which an information signal is received in the form of a continuous sequence of pulse durations corresponding to the level of the medium being measured, in As a result, a continuous remote non-contact level measurement can be carried out, which is invariant to a decrease in the measurement accuracy due to random deviations of the oscillation frequency with some instability in operation, which under certain conditions can cause a change in the electrical parameters of the antenna, while the medium being measured may be aggressive or loose.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно, непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую может вызвать изменение электрических параметров антенны, при этом измеряемая среда может быть агрессивной или сыпучей, достигается за счет того, что непрерывное измерение уровня производится набором элементов, включающим в себя передающую антенну в качестве чувствительного элемента, подключенную к выходу индуктивно-емкостного колебательного контура, и подсоединенный к колебательному контуру модулятор затухания контура, причем индуктивно-емкостный колебательный контур и модулятор затухания являются составными частями сверхрегенеративного детектора-преобразователя, а также приемную антенну, подключенную к входу преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала, который может определять длительность импульсов, и с выхода которого получают информационный сигнал, в котором информативной является не частота, а длительность импульсов, следующих непрерывной последовательностью.The technical result obtained during the implementation of the invention, namely, continuous remote non-contact level measurement, invariant to a decrease in measurement accuracy due to random deviations of the oscillation frequency with some instability in operation, which can cause a change in the electrical parameters of the antenna, while the medium being measured may be aggressive or loose, achieved due to the fact that continuous level measurement is carried out by a set of elements, including a transmitting antenna as a an element connected to the output of the inductive-capacitive oscillatory circuit, and a circuit attenuation modulator connected to the oscillatory circuit, the inductive-capacitive oscillatory circuit and the attenuation modulator are components of a super-regenerative detector-converter, as well as a receiving antenna connected to the input of the converter of the received high-frequency signal , which can determine the duration of the pulses, and from the output of which receive an information signal, in which informative It is not the frequency but the duration of the pulses following a continuous sequence.

На чертеже изображена структурная схема сверхрегенеративного уровнемера. Сверхрегенеративный уровнемер состоит из передающей части 1, содержащей чувствительный элемент в виде передающей антенны 2 и сверхрегенеративный детектор-преобразователь 3, составными частями которого являются индуктивно-емкостный колебательный контур 4 и модулятор затухания контура 5, и приемной части 6, включающей в себя приемную антенну 7 и преобразователь принимаемого высокочастотного сигнала 8, с выхода которого получают непрерывный информационный сигнал, соответствующий текущему уровню измеряемой среды.The drawing shows a structural diagram of a super-regenerative level gauge. The superregenerative level gauge consists of a transmitting part 1, which contains a sensitive element in the form of a transmitting antenna 2 and a superregenerative detector-transducer 3, whose components are an inductive-capacitive oscillatory circuit 4 and an attenuation modulator of circuit 5, and a receiving part 6, which includes a receiving antenna 7 and a converter of the received high-frequency signal 8, the output of which receives a continuous information signal corresponding to the current level of the medium being measured.

Устройство работает следующим образом. До заполнения зоны действия уровнемера измеряемой средой активное сопротивление чувствительного элемента (передающей антенны) 2 соответствует некоторому начальному значению по сопротивлению антенны. При приближении измеряемой среды к антенне 2, расположенной параллельно поверхности измеряемой среды и представляющей собой электрический линейный излучатель, происходит непрерывное изменение активной составляющей сопротивления антенны, приводящее к изменению затухания контура. Последнее влияет на длительность вспышек на индуктивно-емкостном колебательном контуре 4 и, соответственно, длительность импульсов широтно-импульсно-модулированного сигнала, который передается дистанционно с передающей антенны 2, подключенной к колебательному контуру 4, входящему наряду с модулятором затуханий контура 5 в состав сверхрегенеративного детектора-преобразователя 3 передающей части 1, на приемную антенну 7, содержащуюся в приемной части 6, откуда поступает на вход преобразователя принимаемого высокочастотного сигнала 8, с выхода которого после преобразования в нем (определения длительности импульсов) получают сигнал, где информативной является длительность импульсов, следующих непрерывной последовательностью. По длительности импульсов судят об уровне измеряемой среды. Полученный таким образом непрерывный сигнал может подаваться в качестве информационного параметра на вход автоматизированной системы управления технологическими процессами, или, в упрощенном варианте, на вход прибора для визуального наблюдения за непрерывно измеряемым уровнем различных физических сред.The device operates as follows. Prior to filling the coverage area of the level gauge with the measured medium, the active resistance of the sensitive element (transmitting antenna) 2 corresponds to a certain initial value of the antenna resistance. When the measured medium approaches the antenna 2, which is parallel to the surface of the measured medium and is an electric linear emitter, a continuous change in the active component of the antenna resistance occurs, leading to a change in the attenuation of the circuit. The latter affects the duration of the flashes on the inductive-capacitive oscillatory circuit 4 and, accordingly, the pulse width of the pulse-width modulated signal, which is transmitted remotely from the transmitting antenna 2, connected to the oscillatory circuit 4, which is included in the composition of the super-regenerative detector along with the attenuation modulator of circuit 5 -transmitter 3 of the transmitting part 1, to the receiving antenna 7 contained in the receiving part 6, from where it enters the input of the converter of the received high-frequency signal 8, with the course of which, after conversion in it (determining the pulse duration), a signal is obtained where the pulse duration following the continuous sequence is informative. The duration of the pulses judges the level of the medium being measured. The continuous signal obtained in this way can be supplied as an information parameter to the input of an automated process control system, or, in a simplified version, to the input of a device for visual observation of the continuously measured level of various physical media.

В результате удается осуществить непрерывное дистанционное бесконтактное измерение уровня различных физических сред, инвариантное к снижению точности измерений из-за случайных отклонений частоты колебаний при некоторой неустойчивости в работе, которую при определенных условиях может вызвать изменение электрических параметров антенны, с возможностью измерения агрессивных сред и сыпучих материалов.As a result, it is possible to carry out continuous remote non-contact level measurement of various physical media, which is invariant to a decrease in measurement accuracy due to random deviations of the oscillation frequency under some instability in operation, which under certain conditions can cause a change in the electrical parameters of the antenna, with the ability to measure aggressive media and bulk materials .

Claims

A super-regenerative level gauge comprising a transmitting part including a sensing element made in the form of a transmitting antenna and a super-regenerative detector-transducer, the sensitive element being connected to the output of the inductive-capacitive oscillatory circuit, which is an integral part of the super-regenerative detector-transducer, characterized in that it equipped with a loop attenuation modulator and a receiving part comprising a receiving antenna and a transmitter of the received high-frequency signal, which It can determine the pulse duration, moreover, the loop attenuation modulator is an integral part of the super regenerative detector-converter and is connected to the inductive-capacitive oscillatory circuit, and the receiving antenna is connected to the input of the converter of the received high-frequency signal, from the output of which an information signal is obtained in the form of a continuous sequence of pulse durations, corresponding to the level of the medium being measured, as a result of which a continuous remote on-line level measurement, invariant to a decrease in measurement accuracy due to random deviations of the oscillation frequency with some instability in the work, which can cause a change in the electrical parameters of the antenna, while the medium can be aggressive or loose.