RU2564453C1 - Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс - Google Patents
Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564453C1 RU2564453C1 RU2014129149/28A RU2014129149A RU2564453C1 RU 2564453 C1 RU2564453 C1 RU 2564453C1 RU 2014129149/28 A RU2014129149/28 A RU 2014129149/28A RU 2014129149 A RU2014129149 A RU 2014129149A RU 2564453 C1 RU2564453 C1 RU 2564453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- pulse
- microwave module
- radiation
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области контрольно-измерительной аппаратуры объектов атомной энергетики и может быть использовано в составе АСУ ТП АЭС для бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах. Техническим результат - возможность бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах АЭС с высокой точностью, надежностью и достоверностью. Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов, построенный на принципе импульсной сверхширокополосной радиолокации, содержащий антенну, генератор сигналов, приемник с компаратором, блок обработки с время-цифровым преобразователем и интерфейсом, выполнен с разделением на приемопередающий СВЧ-модуль и цифровой блок обработки. Приемопередающий СВЧ-модуль выполнен на радиационно-стойкой электронно-компонентной базе, состоит из генератора короткоимпульсных сигналов и приемника отраженных сигналов и расположен вместе с антенной на резервуаре. Цифровой блок обработки подключен к СВЧ-модулю с помощью кабеля и расположен вне зоны действия радиации. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной аппаратуры объектов атомной энергетики и может быть использовано в составе АСУ ТП АЭС для бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах.
Известен бесконтактный ультразвуковой уровнемер для измерения уровня радиоактивных жидкостей АЭС, принцип действия которого основан на локации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду и отражающимися от границы раздела «газ - измеряемая среда» [1]. Уровнемер [1] состоит из датчика и соединяемого с ним экранированным кабелем контроллера. Датчик устанавливается в верхней части резервуара, а контроллер - на щите управления вне зоны действия радиации. Данный уровнемер имеет следующие недостатки:
- большое расхождение конуса излучения, вызывающее отражения от стационарных и нестационарных препятствий, приводит к ошибкам измерения;
- применим только в резервуарах с нормальным давлением и температурой;
- на характеристики сигнала влияют пыль, пар, пена и газовые смеси.
Известен бесконтактный радарный уровнемер, принцип действия которого основан на непрерывной частотно-модулированной (ЧМ) радиолокации в КВЧ-диапазоне [2], обеспечивающей наиболее высокую точность измерения дальности. Уровнемер представляет собой ЧМ-радиолокатор в диапазоне частот 94 ГГц с девиацией частоты 4 ГГц и максимальной ошибкой измерения уровня ±1 мм, выполненный в виде моноблока, и лишен недостатков, присущих ультразвуковому уровнемеру. Однако данный уровнемер имеет следующие недостатки:
- повышенная сложность схемы построения, обусловленная использованием КВЧ-диапазона, приводит к пониженной надежности;
- принцип непрерывной ЧМ-радиолокации приводит к постоянному энергопотреблению, сокращающему время наработки на отказ;
- моноблочное исполнение не обеспечивает работоспособность в условиях радиационного воздействия.
Известен бесконтактный радарный уровнемер, использующий принцип импульсной СШП-радиолокации [3], выбранный за прототип. Уровнемер представляет собой радиолокатор с импульсными СШП-сигналами длительностью 2 нс при частоте повторения 5 МГц со среднеквадратической ошибкой измерения уровня ±5 мм, приемопередающая часть которого отличается функциональной и схемотехнической простотой. Данный уровнемер лишен недостатков, присущих ультразвуковым и ЧМ-уровнемерам, однако, выполненный в виде размещаемого на антенне моноблока, отличается низкой надежностью и временем наработки на отказ, обусловленными действием радиации на его электронно-компонентную базу, а также имеет более высокую ошибку измерения уровня по сравнению с предыдущим аналогом [2].
Техническим результатом предложенного изобретения является возможность бесконтактного измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах АЭС с высокой точностью, надежностью и достоверностью.
Технический результат достигается тем, что бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов, построенный на принципе импульсной сверхширокополосной радиолокации, содержащий антенну, генератор сигналов, приемник с компаратором, блок обработки с время-цифровым преобразователем и интерфейсом, выполнен с разделением на приемопередающий СВЧ-модуль и цифровой блок обработки. Приемопередающий СВЧ-модуль выполнен на радиационно-стойкой электронно-компонентной базе, состоит из генератора короткоимпульсных сигналов и приемника отраженных сигналов и расположен вместе с антенной на резервуаре. Цифровой блок обработки подключен к СВЧ-модулю с помощью кабеля и расположен вне зоны действия радиации.
Для защиты СВЧ-модуля от действия радиации с поверхности жидкости, конденсированных паров и капель от брызг антенна интегрирована в состав СВЧ-модуля, выполнена в виде плоского рупора с несмачиваемой жидкостью поверхностью раскрыва, размеры и материал которого обеспечивают защиту СВЧ-модуля от радиации с поверхности жидкости.
Для устойчивости к действию электромагнитных наводок и помех от работы технологического электрооборудования АЭС кабель выполнен на оптическом волокне.
Для повышения точности измерения уровня жидкости в цифровом блоке обработки измерение задержки между излучаемым и отраженным сигналами проводится по частоте биений сигналов двух идентичных друг другу ЧМ-генераторов ждущего режима, один из которых запускается опорным сигналом, совпадающим по времени с излучаемым импульсом, второй ЧМ-генератор - импульсом дальности, совпадающим по времени с отраженным импульсом.
Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах АЭС поясняется следующими чертежами.
На фигуре 1 приведена структурная схема уровнемера. На ней показаны: 1 - сверхширокополосная антенна; 2 - приемопередающий СВЧ-модуль; 3 - кабель связи; 4 - цифровой блок обработки.
На фигуре 2 приведена функциональная схема приемопередающего СВЧ-модуля. На ней показаны: 5 - генератор сверхкоротких импульсов; 6 - направленный ответвитель; 7 - амплитудный детектор; 8 - компаратор.
На фигуре 3 приведены эпюры основных сигналов, характеризующих работу СВЧ-модуля. На фигуре 3а показан видеоимпульс, генерируемый генератором 5; на фигуре 3б показан сигнал на выходе направленного ответвителя 6 в виде моноцикла Гаусса; на фигуре 3в - огибающие сигнала генератора 5 (А) и отраженного сигнала (Б) на выходе амплитудного детектора 7; на фигуре 3г - опорный импульс (А) и импульс дальности (Б) на выходе компаратора 8.
На фигуре 4 приведена функциональная схема цифрового блока обработки. На ней показаны: 9 - время-цифровой преобразователь; 10 - интерфейс связи с АСУ ТП АЭС.
На фигуре 5 приведена функциональная схема время-цифрового преобразователя. На ней показаны: 11 - переключатель; 12 - первый ЧМ-генератор; 13 - второй ЧМ-генератор; 14 - смеситель; 15 - частотомер.
На фигуре 6 приведены эпюры основных сигналов, характеризующих работу цифрового блока обработки. На фигуре 6а показаны опорный импульс (А) и импульс дальности (Б) на входе блока обработки; на фигуре 6б - модуляционные характеристики f(t) ЧМ-генераторов 12, 13; на фигуре 6в - сигнал биений VБ на выходе смесителя 14.
Устройство работает следующим образом.
В СВЧ-модуле генератор 5 генерирует сверхкороткие видеоимпульсы, которые через направленный ответвитель 6 поступают в антенну 1 и излучаются в виде моноцикла Гаусса. Ослабленная в направленном ответвителе 6 до допустимого уровня часть сигнала поступает на вход амплитудного детектора 7, с выхода которого огибающая сигнала генератора в виде видеоимпульса поступает на компаратор 8, формирующий опорный (стартовый) импульс для блока обработки 4. Отраженный от поверхности жидкости сигнал через антенну 1 и направленный ответвитель 6 поступает в амплитудный детектор 7, с выхода которого огибающая отраженного сигнала в виде видеоимпульса поступает на компаратор 8 с регулируемым порогом, формирующий импульс дальности для блока обработки 4.
С выхода СВЧ-модуля опорный импульс и импульс дальности подаются на вход время-цифрового преобразователя 9, на входе которого установлен переключатель 11, подключающий при поступлении на его вход опорного импульса ЧМ-генератор 12, находящийся в ждущем режиме, при поступлении импульса дальности - подключающий точно такой же ЧМ-генератор 13, находящийся в ждущем режиме; с выходов ЧМ-генераторов 12, 13 линейно частотно-модулированные сигналы, сдвинутые по времени на величину задержки импульса дальности относительно опорного импульса, поступают на входы смесителя 14, с выхода которого сигнал биений подается на частотомер 15, где его частота измеряется и пересчитывается в коды уровня для передачи через интерфейс 10 в АСУ.
Построение бесконтактного радарного уровнемера, использующего импульсный метод СШП-радиолокации с малым энергопотреблением, и введение конструктивно-функционального разделения на СВЧ-модуль и цифровой блок обработки позволят повысить его надежность и время наработки на отказ при функционировании в составе АСУ ТП АЭС.
Литература
1. Уровнемер УРАН-ДУУ. http://www.niiis.nnov.ru/wps/wcm/connect/niiis/site/production/produkcia/ptsAscTpNps/izdeliya/uran_duu/dec7278040dcac228c679e224b65266e.
2. Уровнемер УЛМ-11. http://www.limaco.ru/ru/production.
3. И.Я. Иммореев. Практическое использование сверхширокополосных радаров. / Сборник докладов III Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь». Стр. 172-173. ПРИЛОЖЕНИЕ. Электронное издание (Tested for Acrobat Reader 9 Windows & Unix versions) 1035 стр. Москва: Изд. ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, 2009.
Claims (4)
1. Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов, построенный на принципе импульсной сверхширокополосной радиолокации, содержащий антенну, генератор сигналов, приемник с компаратором, блок обработки с время-цифровым преобразователем, отличающийся тем, что уровнемер выполнен с разделением на приемопередающий СВЧ-модуль и цифровой блок обработки, причем приемопередающий СВЧ-модуль выполнен на радиационно-стойкой электронно-компонентной базе, состоит из генератора короткоимпульсных сигналов и приемника отраженных сигналов и расположен вместе с антенной на резервуаре, а цифровой блок обработки, содержащий время-цифровой преобразователь и интерфейс, подключен к СВЧ-модулю с помощью кабеля и расположен вне зоны действия радиации.
2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что для защиты СВЧ-модуля от действия радиации с поверхности жидкости, конденсированных паров и капель от брызг антенна интегрирована в состав СВЧ-модуля, выполнена в виде плоского рупора с несмачиваемой жидкостью поверхностью раскрыва, размеры и материал которого обеспечивают защиту СВЧ-модуля от радиации с поверхности жидкости.
3. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что для устойчивости к действию электромагнитных наводок и помех от работы технологического электрооборудования АЭС кабель выполнен на оптическом волокне.
4. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что для повышения точности измерения уровня жидкости в время-цифровом преобразователе измерение задержки между излучаемым и отраженным сигналами происходит с помощью частотомера по частоте биений сигналов двух идентичных друг другу ЧМ-генераторов ждущего режима, один из которых запускается опорным сигналом, совпадающим по времени с излучаемым импульсом, второй ЧМ-генератор - импульсом дальности, совпадающим по времени с отраженным импульсом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129149/28A RU2564453C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129149/28A RU2564453C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2564453C1 true RU2564453C1 (ru) | 2015-10-10 |
Family
ID=54289484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014129149/28A RU2564453C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564453C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110346016A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-18 | 中广核研究院有限公司北京分公司 | 抗辐射的导波雷达液位计 |
| RU2769541C2 (ru) * | 2019-02-11 | 2022-04-01 | Фега Грисхабер Кг | Радиолокационное измерительное устройство, имеющее плосковыпуклую линзу |
| RU2780644C1 (ru) * | 2019-04-02 | 2022-09-28 | Фега Грисхабер Кг | Радарный модуль с двойным ребром |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831594B2 (en) * | 2002-10-02 | 2004-12-14 | Magnetrol International Inc. | Guided waver radar level transmitter |
| UA18119U (en) * | 2006-05-29 | 2006-10-16 | Borys Mykolaiovych Hordieiev | Device for determining the levels and the boundary of radioactive fluids |
| RU2342639C2 (ru) * | 2002-08-13 | 2008-12-27 | Вега Грисхабер Кг | Система для изготовления имеющего модульную конструкцию устройства для определения физической величины в технологическом процессе и унифицированные компоненты |
| EP2219015A2 (en) * | 2009-02-11 | 2010-08-18 | Magnetrol International Incorporated | Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle |
| RU2521729C1 (ru) * | 2012-12-07 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня жидкости в емкости |
-
2014
- 2014-07-15 RU RU2014129149/28A patent/RU2564453C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2342639C2 (ru) * | 2002-08-13 | 2008-12-27 | Вега Грисхабер Кг | Система для изготовления имеющего модульную конструкцию устройства для определения физической величины в технологическом процессе и унифицированные компоненты |
| US6831594B2 (en) * | 2002-10-02 | 2004-12-14 | Magnetrol International Inc. | Guided waver radar level transmitter |
| UA18119U (en) * | 2006-05-29 | 2006-10-16 | Borys Mykolaiovych Hordieiev | Device for determining the levels and the boundary of radioactive fluids |
| EP2219015A2 (en) * | 2009-02-11 | 2010-08-18 | Magnetrol International Incorporated | Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle |
| RU2521729C1 (ru) * | 2012-12-07 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня жидкости в емкости |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769541C2 (ru) * | 2019-02-11 | 2022-04-01 | Фега Грисхабер Кг | Радиолокационное измерительное устройство, имеющее плосковыпуклую линзу |
| RU2780644C1 (ru) * | 2019-04-02 | 2022-09-28 | Фега Грисхабер Кг | Радарный модуль с двойным ребром |
| CN110346016A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-10-18 | 中广核研究院有限公司北京分公司 | 抗辐射的导波雷达液位计 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105793677B (zh) | 具有多个波形的自适应雷达系统 | |
| US7823446B2 (en) | Pulsed radar level gauging with relative phase detection | |
| US8044844B2 (en) | Pulsed radar level gauge system and method for energy efficient filling level determination | |
| US9612147B2 (en) | Radar level gauge system with multiple receiver branches | |
| US7889120B2 (en) | Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle | |
| EP3077777B1 (en) | Multi-mode pulsed radar providing automatic transmit pulse signal control | |
| RU2578022C2 (ru) | Способ определения уровня наполнения резервуара | |
| US20120056628A1 (en) | Propagation Time Measuring Method for Determining a Distance | |
| US8686895B2 (en) | Pulsed radar level gauge system with higher order harmonic regulation | |
| US9746366B2 (en) | Radar level gauging | |
| US20130004154A1 (en) | Distance measurement | |
| RU2564453C1 (ru) | Бесконтактный радарный уровнемер для измерения уровня жидких радиоактивных отходов в резервуарах аэс | |
| US9031811B2 (en) | System and method for pulse-echo ranging | |
| CN104471358A (zh) | 基于激光确定容器中的填充物质的料位的方法和设备 | |
| WO2016054000A1 (en) | Resolution mode switching for pulsed radar | |
| CN100470257C (zh) | 用于机动车周围障碍物的探测方法 | |
| Park et al. | An efficient method of eliminating the range ambiguity for a low-cost FMCW radar using VCO tuning characteristics | |
| Fernandes | Implementation of a RADAR System using MATLAB and the USRP | |
| Moll et al. | Radar-based structural health monitoring of wind turbine blades | |
| Jahagirdar | A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar | |
| RU54679U1 (ru) | Радиолокационная станция | |
| CN110471053B (zh) | 变频测距装置 | |
| Duzdar et al. | Applications using a low-cost baseband pulsed microwave radar sensor | |
| Gong et al. | Design and application of the digital multifunctional ionosonde | |
| US20130057426A1 (en) | Pulsed level gauge system with supply voltage controlled delay |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190507 |