RU2579634C2 - Radar waveguide level meter with waveguide pair - Google Patents

Radar waveguide level meter with waveguide pair Download PDF

Info

Publication number
RU2579634C2
RU2579634C2 RU2013122434/28A RU2013122434A RU2579634C2 RU 2579634 C2 RU2579634 C2 RU 2579634C2 RU 2013122434/28 A RU2013122434/28 A RU 2013122434/28A RU 2013122434 A RU2013122434 A RU 2013122434A RU 2579634 C2 RU2579634 C2 RU 2579634C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
pair
waveguide pair
radar
vibrators
Prior art date
Application number
RU2013122434/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013122434A (en
Inventor
Александр Иванович Смутов
Original Assignee
ОАО "Теплоприбор"
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 ОАО "Теплоприбор" filed Critical ОАО "Теплоприбор"
Priority to RU2013122434/28A priority Critical patent/RU2579634C2/en
Publication of RU2013122434A publication Critical patent/RU2013122434A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579634C2 publication Critical patent/RU2579634C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention proposes two versions of a radar waveguide level meter, which are intended to measure level in plants, for example in vessels, excess-pressure boilers and silos. This level meter includes a receiving-and-transmitting unit, a waveguide pair and communication elements. The receiving-and-transmitting unit is located outside the plant and includes a processing unit, a modulator, a transmitter and a receiver. The waveguide pair is connected through the communication elements to the receiving-and-transmitting unit. The waveguide pair is attached apart from microwave sealed lead-ins and excited with vibrators connected to the receiving-and-transmitting unit via coupled lines. The coupled lines pass from the transmitter and the receiver through the microwave sealed lead-ins and end with vibrators that excite a waveguide line and pick up a level signal from it. A load on the end of the waveguide line can be either a reflector or an absorber.
EFFECT: invention allows simplifying the design of microwave sealed lead-ins and protecting them against loads acting on the waveguide pair, reducing level of losses and interference from structural elements; addition of a capacitance stage improves operation of the device in complex environments.
4 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Настоящее изобретение относится к радиолокационным (радарным) уровнемерам с зондами (level gauge GWR - Guided Wave Radar), предназначенным для измерения текущего уровня в различных установках: емкостях, резервуарах, силосах, в том числе с высокими давлениями и температурами.The present invention relates to radar (radar) level gauges with probes (level gauge GWR - Guided Wave Radar), designed to measure the current level in various installations: tanks, tanks, silos, including those with high pressures and temperatures.

В заявляемом устройстве используется преимущественно метод излучения/приема сверхширокополосных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЧМ /ЛЧМ, аналог FM/CW).The inventive device mainly uses the method of emission / reception of ultra-wideband signals with linear frequency modulation (FM / LFM, analogue of FM / CW).

Уровень техникиState of the art

Известны радарные уровнемеры волноводного типа (Guided Wave Radar) 1) на основе однопроводных линий или линий передач (Goubau line, single line probe, transmission line), обозначаемых далее как волноводные линии (ВЛ или ОВЛ), 2) на основе двухпроводных линий, обозначаемых далее волноводная пара (ВП), от симметричных двухпроводных (twin line, coupled transmission line) до ассиметричных коаксиальных линий.Guided Wave Radar Level Gauges (1) based on single-wire lines or transmission lines (Goubau line, single line probe, transmission line), hereinafter referred to as waveguide lines (VL or OVL), 2) on the basis of two-wire lines, are known then a waveguide pair (VP), from symmetrical two-wire (twin line, coupled transmission line) to asymmetric coaxial lines.

Выбор однопроводных (ВЛ) или двухпроводных (ВП) линий определяется измеряемой средой - ВЛ конструктивно проще, ВП рассеивают меньше энергии, имеют большую чувствительность (для сред с низкой е) и, соответственно, увеличенную дальность действия. Энергия поля волноводной пары концентрируется между двумя проводниками ВП и вокруг них, например, как показано в статье Гончаренко И. В. (1). Свойство волноводной пары изменять волновое сопротивление в широких пределах использовано в патенте US 7636059 (2). Несмотря на отмеченные достоинства двухпроводных линий, их применение в СВЧ радарных уровнемерах ограничено.The choice of single-wire (VL) or two-wire (VP) lines is determined by the medium being measured - the OHL is structurally simpler, the VP dissipate less energy, have greater sensitivity (for media with low e) and, accordingly, an increased range of action. The energy of the field of the waveguide pair is concentrated between two VP conductors and around them, for example, as shown in the article by I. Goncharenko (1). The property of a waveguide pair to vary wave impedance to a wide extent is used in US 7636059 (2). Despite the noted advantages of two-wire lines, their use in microwave radar level gauges is limited.

В заявке US 2012/0319891 A1 (3) волноводные пары предлагается подключать к приемопередатчику через ВЧ трансформатор или через СВЧ кольцо на печатном монтаже с четвертьволновой развязкой плеч. Но примеров практического использования ВЧ трансформаторов в СВЧ радарных уровнемерах нет, так же как СВЧ колец, из-за их рассогласования в широкой полосе частот спектра реальных сигналов. Кроме того, в заявке нет решения по развязке передатчика и приемника при подключении их к волноводной паре.In the application US 2012/0319891 A1 (3), waveguide pairs are proposed to be connected to the transceiver via an RF transformer or through a microwave ring on a printed circuit with quarter-wave isolation of the shoulders. But there are no examples of the practical use of RF transformers in microwave radar level gauges, just like microwave rings, because of their mismatch in a wide frequency band of the spectrum of real signals. In addition, the application does not have a solution for decoupling the transmitter and receiver when connecting them to a waveguide pair.

В патенте US 7827862 (4), как и в ряде других известных источников, волноводная пара образована, например, активным проводником, подключенным к приемопередатчику, и пассивным проводником (проводниками), соединенным с корпусом (фланцем) устройства. Такое решение не позволяет достичь достаточного согласования линии с источником (приемником) сигнала из-за ее асимметрии, так как точки подключения активного и пассивных проводников линии разнесены в пространстве и на площади. Общим недостатком всех известных радарных уровнемеров является сложность конструкции герметичных СВЧ переходов (в российских источниках - СВЧ гермоввод), которые составляют единую конструкцию с ВЛ. СВЧ гермоввод должен иметь приемлемое согласование в частотной области и при этом должен быть механически прочным, рассчитанным на большие давление и температуру, причем нагрузка материала среды на ВЛ может достигать нескольких тонн. Пример сложности конструкции перехода - патент US 7467548 (7).In the patent US 7827862 (4), as in a number of other known sources, the waveguide pair is formed, for example, by an active conductor connected to a transceiver and a passive conductor (conductors) connected to the housing (flange) of the device. Such a solution does not allow to achieve sufficient matching of the line with the source (receiver) of the signal due to its asymmetry, since the connection points of the active and passive conductors of the line are spaced in space and in area. A common drawback of all known radar level gauges is the complexity of the design of sealed microwave junctions (in Russian sources - microwave pressure seals), which make up a single design with overhead lines. The microwave pressure seal must have acceptable coordination in the frequency domain and at the same time must be mechanically strong, designed for high pressure and temperature, and the load of the medium on the overhead line can reach several tons. An example of the complexity of the transition design is US 7467548 (7).

Действительно, у всех радарных уровнемеров к верхней точке активного проводника ВП подключены передатчик (генератор сигналов) и приемник, поэтому она изолирована от прочных элементов конструкции. Усилие натяжения проводов ВП, создаваемое материалом среды, и от воздействия избыточного давления ложится на изоляторы СВЧ гермовводов. Практически для сохранения прочности гермовводов, приходится нарушать радиочастотное согласование, например, цилиндрической вставкой 27 в патенте (7). Точек частотного рассогласования внутри конструкции в патенте (7) на самом деле несколько, не считая внешнего рассогласования на входе и выходе СВЧ гермовводов.Indeed, for all radar level gauges, a transmitter (signal generator) and a receiver are connected to the upper point of the active conductor of the airspace, therefore it is isolated from strong structural elements. The tension force of the VP wires, created by the material of the medium, and from the influence of excessive pressure, lies on the insulators of the microwave pressure glands. In practice, in order to maintain the strength of the pressure glands, it is necessary to violate the radio frequency matching, for example, by the cylindrical insert 27 in the patent (7). There are actually several points of frequency mismatch inside the structure in the patent (7), not counting the external mismatch at the input and output of the microwave pressure glands.

Анализ показывает, что радиочастотное рассогласование присутствует у всех известных устройств. «Платой» за это является существенное усложнение обработки сигналов. Ни один известный радарный волноводный уровнемер не может работать «вслепую» в отличие от функциональных аналогов - бортовых авиационных радиовысотомеров. Любой изготовитель вынужден в итоге встраивать графическую индикацию эхо-сигналов, вводить сложные меню и алгоритмы настройки устройств на конкретных объектах, заявляя это как достоинство изделия. Польза от встраиваемой графической индикации, несомненно, имеется, например, при регламентном обслуживании, но эта задача может решаться и дистанционно.Analysis shows that RF mismatch is present in all known devices. The "pay" for this is a significant complication of signal processing. None of the known radar waveguide level gauges can work "blindly" in contrast to the functional counterparts - airborne radio altimeters. As a result, any manufacturer is forced to embed a graphical display of echo signals, enter complex menus and algorithms for setting devices on specific objects, declaring this as a product advantage. The benefit of the built-in graphical display, of course, is, for example, during routine maintenance, but this task can be solved remotely.

Недостатком известных радарных уровнемеров является «виртуальность» нуля дальности - он определяется, как правило, по вершине импульса, отраженного от нижнего конца СВЧ гермопереходов. Это означает, что переход должен быть всегда рассогласован, чтобы зафиксировать начало отсчета уровня.A disadvantage of the known radar level gauges is the "virtuality" of zero range - it is determined, as a rule, by the top of the pulse reflected from the lower end of the microwave hermetic junctions. This means that the transition must always be inconsistent in order to fix the level reference.

Практически все выпускаемые радарные уровнемеры с ВП используют импульсный метод TDR - Time Domain Reflectometry, излучая короткие импульсы длительностью 0,5 - 1 нс. Имеется множество источников, описывающих достоинства данного метода, а также другие методы, например, автор Peter Devine, сайт фирмы Vega (5), бюллетень фирмы Magnetrol (6). Однако метод радиолокации с непрерывным излучением сигналов с частотной модуляцией (РЛС ЧМ, или по-другому - метод ЧМ) ничем не уступает методу TDR, а в ряде применений может быть эффективнее, превосходя метод TDR по точности и надежности измерения. Это стало возможным благодаря развитию СВЧ цифровых систем и устройств, например выпуску микросхем ГУН и синтезаторов частоты типа ADF4150HV и других.Almost all produced radar level gauges with airspace use the TDR - Time Domain Reflectometry pulse method, emitting short pulses with a duration of 0.5 - 1 ns. There are many sources describing the advantages of this method, as well as other methods, for example, the author Peter Devine, the website of Vega (5), and the newsletter of Magnetrol (6). However, the radar method with continuous emission of signals with frequency modulation (FM radar, or in another way the FM method) is not inferior to the TDR method, and in some applications it can be more effective, surpassing the TDR method in accuracy and reliability of measurement. This was made possible thanks to the development of microwave digital systems and devices, for example, the release of VCO chips and frequency synthesizers such as ADF4150HV and others.

Среди известных аналогов прототипа заявляемому изобретению (по конструкции волноводных линий и других узлов) не найдено.Among the known analogues of the prototype of the claimed invention (the design of waveguide lines and other nodes) is not found.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается: 1) в упрощении конструкции и улучшении согласования СВЧ гермовводов путем снятия с них нагрузки, 2) в повышении прочности волноводных пар путем закрепления верхних концов волноводной пары на прочном основании и смещении точки связи (питания) волноводной пары с источником (приемником) сигнала, 3) в точном задании физической точки нуля дальности для отсчета уровня, 4) в получении новых возможностей уровнемеров путем разделения волноводной пары на излучающую и принимающую линии и добавлении емкостного канала.The problem solved by the claimed invention is: 1) to simplify the design and improve the coordination of microwave pressure glands by removing the load from them, 2) to increase the strength of the waveguide pairs by fixing the upper ends of the waveguide pair on a solid base and offset the point of communication (power) of the waveguide pair with source (receiver) of the signal, 3) in the exact definition of the physical zero point of the range for reading the level, 4) in obtaining new capabilities of the level gauges by dividing the waveguide pair into the emitting and receiving lines and added a capacitive channel.

Сущность изобретения заключается в способе крепления и возбуждения волноводной пары и применении метода ЧМ. Верхние концы ВП могут крепиться к любому проводящему основанию сваркой и иным способом, на нижнем конце ВП может крепиться груз, который может выполнять также функцию отражателя или поглотителя.The invention consists in a method for attaching and exciting a waveguide pair and applying the FM method. The upper ends of the VP can be attached to any conductive base by welding and in another way, at the lower end of the VP, a load can be attached, which can also act as a reflector or absorber.

Возбуждается волноводная пара в диапазоне СВЧ на расстоянии единицы сантиметров от проводящего основания с помощью элементов (проводников), условно называемых вибраторами. Сигналы, подводимые от передатчика (генератора СВЧ) к ВП и отраженные от границ среды, поступающие на приемник (детектор СВЧ), передаются по коротким связанным линиям, которые могут быть встроены в СВЧ гермовводы.A waveguide pair in the microwave range is excited at a distance of a few centimeters from the conductive base using elements (conductors), conventionally called vibrators. The signals supplied from the transmitter (microwave generator) to the VP and reflected from the boundaries of the medium, arriving at the receiver (microwave detector), are transmitted via short connected lines that can be integrated into microwave pressure seals.

Определены положение нуля дальности уровнемеров или точки отсчета при установке уровня. Этой нулевой точкой при условии согласования связи (возбуждения) волноводной пары является точка ее крепления.The zero position of the range of the level gauges or the reference point when setting the level are determined. This zero point, subject to coordination of the connection (excitation) of the waveguide pair, is its attachment point.

Разделение волноводной пары на излучающую и приемную линии снижает, например, на порядок и более уровень конструктивных помех, создаваемых элементами крепления, а также влияние налипания материала среды на проводники.The separation of the waveguide pair into the emitting and receiving lines reduces, for example, by an order of magnitude or more the level of structural noise created by the fastening elements, as well as the influence of sticking of the material of the medium on the conductors.

Введение в устройство емкостного датчика расширяет возможности регистрации сложных сред, например, определение границы раздела сред повышает достоверность оценки измерения уровня.The introduction of a capacitive sensor into the device expands the possibilities of registering complex media, for example, determining the interface between media increases the reliability of the level measurement assessment.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фигура 1 - Радиолокационный волноводный уровнемер. Крепление волноводной пары на проводящей площадке внутри установки. Универсальный вариант, включая установки с большим давлением и высокой температурой.Figure 1 - Radar waveguide level gauge. Mounting a waveguide pair on a conductive pad inside the unit. Universal option, including installations with high pressure and high temperature.

Фигура 2 - Радиолокационный волноводный уровнемер. Наружное крепление волноводной пары на проводящей площадке. Предпочтительный вариант для установок с высокой температурой при небольших давлениях.Figure 2 - Radar waveguide level gauge. External mounting of a waveguide pair on a conductive pad. The preferred option for installations with high temperatures at low pressures.

Фигура 3 - Радиолокационный волноводный уровнемер. Наружное крепление волноводной пары на изоляторе. Предпочтительный вариант при больших нагрузках материала среды на волноводную пару, при невысоких температурах и небольших давлениях.Figure 3 - Radar waveguide level gauge. External mounting of a waveguide pair on an insulator. The preferred option for high loads of the medium on the waveguide pair, at low temperatures and low pressures.

Фигура 4 - Радиолокационный волноводный уровнемер. Вариант с раздельными передающей и приемной линиями.Figure 4 - Radar waveguide level gauge. Option with separate transmitting and receiving lines.

Фигура 5 - Радиолокационный волноводный уровнемер с емкостным каналом.Figure 5 - Radar waveguide level gauge with a capacitive channel.

Фигура 6 - 3D-модель конструкции крепления и питания волноводной пары.Figure 6 - 3D-model of the design of the fastening and power of the waveguide pair.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

С учетом большого разнообразия установок с различными процессами (режимами работы) радиолокационные волноводные уровнемеры (РВУ) с волноводной парой могут иметь разные исполнения. Волноводная пара для одних исполнений крепится и, соответственно, возбуждается внутри установки, для других - снаружи. На фигурах 1-4 представлены наиболее предпочтительные исполнения РВУ, обозначим их далее как первый, второй, третий и четвертый варианты.Given the wide variety of installations with different processes (operating modes), radar waveguide level meters (RVU) with a waveguide pair can have different designs. The waveguide pair for some versions is attached and, accordingly, excited inside the installation, for others - outside. In figures 1-4 presents the most preferred versions of the HLD, we denote them hereinafter as the first, second, third and fourth options.

В первом (универсальном) варианте РВУ на фигуре 1 верхние концы линий волноводной пары 12, 13 крепятся внутри установки непосредственно к основанию фланца или проводящей поверхности (крышке установки) 14. На нижнем конце волноводной пары крепится груз 15, который может быть отражателем или поглотителем. Приемо-передающий блок 1, находящийся снаружи установки, содержит блок обработки 2, модулятор 3, передатчик 4 и приемник 5. Выход передатчика и вход приемника по связанным линиям 6 и 7 через СВЧ гермовводы 10 и 11 подключены к вибраторным парам 8 и 9, которые расположены в точках возбуждения линий 12, 13 волноводной пары.In the first (universal) version of the RGF in figure 1, the upper ends of the lines of the waveguide pair 12, 13 are mounted directly inside the installation to the base of the flange or the conductive surface (cover of the installation) 14. At the lower end of the waveguide pair, a load 15 is attached, which can be a reflector or absorber. The transmitter-receiver unit 1, located outside the installation, contains a processing unit 2, a modulator 3, a transmitter 4, and a receiver 5. The output of the transmitter and the input of the receiver are connected to the vibrator pairs 8 and 9 through the microwave pressure inputs 10 and 11, which are connected located at the excitation points of lines 12, 13 of the waveguide pair.

Во втором варианте на фигуре 2 верхние концы линий волноводной пары 12, 13 крепятся на металлической опоре 17 снаружи установки. Выход передатчика и вход приемника по связанным линиям 6 и 7 подключены к вибраторным парам 8 и 9, расположенным также снаружи. Проводники 12, 13 волноводной пары проходят внутрь установки через гермовводы 10 и 11.In the second embodiment, in figure 2, the upper ends of the lines of the waveguide pair 12, 13 are mounted on a metal support 17 outside the installation. The output of the transmitter and the input of the receiver through connected lines 6 and 7 are connected to the vibrating pairs 8 and 9, also located outside. The conductors 12, 13 of the waveguide pair pass into the installation through the pressure glands 10 and 11.

В третьем варианте на фигуре 3 верхние концы линий волноводной пары 12, 13 крепятся на диэлектрической опоре 18 снаружи установки. Вибратор 8 присоединяется непосредственно к выходу передатчика 4, вибратор 9 - к входу приемника 5.In the third embodiment, in figure 3, the upper ends of the lines of the waveguide pair 12, 13 are mounted on a dielectric support 18 outside the installation. The vibrator 8 is connected directly to the output of the transmitter 4, the vibrator 9 is connected to the input of the receiver 5.

Четвертый вариант на фигуре 4 отличается от первого расположением вибраторных пар 8 и 9 для раздельного возбуждения линий волноводной пары 12, 13.The fourth option in figure 4 differs from the first in the arrangement of the vibrator pairs 8 and 9 for separate excitation of the lines of the waveguide pair 12, 13.

На фигуре 5 в приемо-передающий блок 1 введен емкостной датчик 19, соединенный с блоком обработки 2. Опорная площадка 17 разделена на две части: 17а и 17b, вход емкостного каскада 19 соединен с опорной площадкой 17а.In figure 5, a capacitive sensor 19 connected to the processing unit 2 is introduced into the transceiver unit 1. The support platform 17 is divided into two parts: 17a and 17b, the input of the capacitive cascade 19 is connected to the support platform 17a.

Заявленные РВУ работают как известные радиолокационные авиационные высотомеры и уровнемеры с ЧМ и аналогичные им изделия, использующие метод излучения и приема непрерывных сигналов.Declared RVU work as well-known radar aircraft altimeters and FM level meters and similar products using the method of emission and reception of continuous signals.

Общим для всех вариантов устройств является следующее:Common to all device options is the following:

1) Жесткое крепление начала волноводной пары на опорах 17, 18 или на основании 14 позволяет снять с СВЧ гермовводов 10 и 11 нагрузку, создаваемую средой на ВП 12-13, которая может достигать нескольких тонн. Соответственно, упрощается конструкция и улучшается согласование СВЧ гермовводов и устройства в целом.1) Rigid fastening of the beginning of the waveguide pair on the supports 17, 18 or on the base 14 allows you to remove the load created by the medium on the VP 12-13, which can reach several tons, from the microwave pressure glands 10 and 11. Accordingly, the design is simplified and the coordination of microwave pressure seals and the device as a whole is improved.

2) В точках расположения вибраторов (вибраторных пар) 8 и 9 образуется смесь опорного сигнала и сигнала, отраженного от границы слоя 16 или от конца линии с грузом 15, который может служить отражателем для радиопрозрачных сред. Опорным сигналом является часть передающего сигнала, просачивающегося из передающего вибратора 8 (вибраторной пары) в приемный вибратор 9 (вибраторную пару). Смешанный сигнал поступает в приемник 5, где преобразуется в разностный сигнал, из которого после фильтрации в блоке обработки 2 выделяется сигнал с частотой, соответствующей измеряемой дальности. Блок обработки 2 синхронизирует цикл развертки модулятора 3, который с помощью обратной связи с ФАПЧ формирует линейную перестройку частоты передатчика 4.2) At the locations of the vibrators (vibrator pairs) 8 and 9, a mixture of the reference signal and the signal reflected from the boundary of the layer 16 or from the end of the line with the load 15 is formed, which can serve as a reflector for radiolucent media. The reference signal is part of the transmitting signal leaking from the transmitting vibrator 8 (vibrator pair) to the receiving vibrator 9 (vibrator pair). The mixed signal enters the receiver 5, where it is converted into a difference signal, from which, after filtering, a signal with a frequency corresponding to the measured range is extracted in the processing unit 2. Processing unit 2 synchronizes the scan cycle of modulator 3, which, using feedback from the PLL, forms a linear frequency tuning of the transmitter 4.

3) Вибраторы - это проводники, подведенные к ВП для ее возбуждения. Вибраторы 8, 9 в точке питания (возбуждения) ВП могут накладываться с небольшим перекрытием проводников ВП. Тонкий слой изоляции между вибраторами и проводниками ВП позволяет отсечь низкочастотные и высокочастотные помехи, наводимые в линии, от СВЧ сигналов. Вибраторы могут иметь форму треугольных пластин, которые обеспечивают сверхширокополосное (СШП) согласование связанных линий с ВП. Место расположения вибраторов 8 и 9 находится в точке возбуждения (питания) волноводной пары 12-13 и подбирается по максимуму согласования ВП. Опытным путем определено, что в полосе частот от 1 ГГц до 10 ГГц точка возбуждения отстоит от верхнего конца волноводной пары на единицы сантиметров.3) Vibrators are conductors that are connected to the VP for its excitation. Vibrators 8, 9 at the point of supply (excitation) of the VP can overlap with a slight overlap of the conductors of the VP. A thin layer of insulation between the vibrators and the conductors of the VP allows you to cut off the low-frequency and high-frequency noise induced in the line from microwave signals. Vibrators can be in the form of triangular plates, which provide ultra-wideband (UWB) matching of coupled lines with the VP. The location of the vibrators 8 and 9 is located at the point of excitation (power) of the waveguide pair 12-13 and is selected according to the maximum matching VP. It was experimentally determined that in the frequency band from 1 GHz to 10 GHz, the excitation point is a few centimeters from the upper end of the waveguide pair.

4) В качестве связанных линий 6 и 7 используются известные дифференциальные пары - двухпроводные линии, обладающие полосой пропускания сигналов вплоть до терагерц и регулируемым волновым сопротивлением. Поле связанной линии сосредоточено в основном между проводниками линии и за ними резко убывает, что позволяет сделать на базе связанной линии компактные (малоразмерные) СВЧ гермовводы 10, 11, рассчитанные на высокие давления и температуру.4) As the connected lines 6 and 7, well-known differential pairs are used - two-wire lines with a signal bandwidth up to terahertz and adjustable wave impedance. The field of the coupled line is concentrated mainly between the conductors of the line and decreases sharply behind them, which makes it possible to make compact (small-sized) microwave pressure glands 10, 11 based on the connected line, designed for high pressures and temperatures.

5) Груз на конце ВП, предназначенный для ее натяжения, может выполнять также роль отражателя или поглотителя, выбор которого зависит от отражательной способности и радиопрозрачности измеряемых сред.5) The load at the end of the VP intended for its tension can also act as a reflector or absorber, the choice of which depends on the reflectivity and radio transparency of the measured media.

6) Экспериментально проверено, что место крепления ВП - основание 14, опорная площадка 17 и 18 - является нулевой точкой дальности (расстояния), от которой отсчитывается уровень, измеряемый до границы слоя среды 16.6) It was experimentally verified that the VP attachment point — the base 14, the support platform 17 and 18 — is the zero point of the range (distance) from which the level measured to the boundary of the medium layer 16 is measured.

В первом варианте реализации устройства на фигуре 1 волноводная пара 12-13 жестко закреплена внутри установки на основании 14, которое может быть фланцем, крышкой, корпусом установки и т.д. Расстояние между проводниками ВП некритично и выбирается с учетом конкретных конструктивных решений, например, от 3 до 10 см. В точках возбуждения ВП, отстоящих на 1-5 см от основания 14, находятся вибраторные пары 8 и 9, возбуждающие (питающие и снимающие сигнал) ВП. Для снижения отражений в связанных линиях 6 и 7 на их концах могут устанавливаться низкоомные чип-резисторы со стороны приемо-передающего блока 1 и перед вибраторами.In the first embodiment of the device in figure 1, the waveguide pair 12-13 is rigidly fixed inside the installation on the base 14, which may be a flange, a cover, the housing of the installation, etc. The distance between the conductors of the VP is uncritical and is selected taking into account specific design solutions, for example, from 3 to 10 cm. At the points of excitation of the VP, 1-5 cm away from the base 14, there are vibrating pairs 8 and 9, exciting (supplying and removing the signal) VP To reduce reflections in the connected lines 6 and 7, low-resistance chip resistors can be installed at their ends from the side of the transceiver unit 1 and in front of the vibrators.

Для установок с небольшим избыточным давлением предпочтительны варианты устройств, в которых ВП крепится и возбуждается снаружи. Устройство на фигуре 2 предпочтительно для установок с высокими температурами измеряемых сред.For installations with a slight overpressure, preferred devices are devices in which the VP is attached and driven externally. The device in figure 2 is preferable for installations with high temperatures of the measured media.

Устройство на фигуре 3 с возбуждением ВП одиночными вибраторами 8 и 9 предпочтительно для установок с высокой механической нагрузкой на ВП, например для установок с сыпучими материалами. Благодаря минимуму СВЧ элементов в цепи возбуждения ВП оно имеет наименьший уровень собственных помех и высокую чувствительность к слабым отражениям.The device in figure 3 with the excitation of the VP by single vibrators 8 and 9 is preferable for installations with a high mechanical load on the VP, for example for installations with bulk materials. Due to the minimum of microwave elements in the VP excitation circuit, it has the lowest level of intrinsic noise and high sensitivity to weak reflections.

На фигуре 4 приведен пример устройства с разделением проводников волноводной пары на излучающую (передающую) линию 12 и приемную линию 13. Вибраторы 8а и 9а находятся в точках возбуждения линий 12 и 13, а вибраторы 8b и 9b - в свободном пространстве. Качество согласования связанных линий улучшается, если между концами связанных линий 6 и 7 и вибраторами 8b и 9b включить низкоомные чип-резисторы. Можно было бы повысить потенциал излучения и приема, подключив на концах связанных линий 6 и 7 симметрирующие трансформаторы (balun - балуны), но это не оправдано в первую очередь тем, что само устройство имеет большой запас (избыточность) потенциала.The figure 4 shows an example of a device with the separation of the conductors of the waveguide pair into a radiating (transmitting) line 12 and a receiving line 13. The vibrators 8a and 9a are located at the excitation points of the lines 12 and 13, and the vibrators 8b and 9b are in free space. The quality of matching of the connected lines is improved if low-resistance chip resistors are turned on between the ends of the connected lines 6 and 7 and the vibrators 8b and 9b. It would be possible to increase the radiation and reception potential by connecting balancing transformers (baluns) at the ends of connected lines 6 and 7, but this is not justified first of all because the device itself has a large margin (redundancy) of potential.

Разделение линий на излучение и прием резко снижает уровень конструктивных помех, возникающих, например, от рассогласования в местах крепления СВЧ гермовводов, а также от крепежных стоек, удерживающих линии, проложенные с изгибами вдоль борта корабля. Конструктивные помехи практически не передаются из одной линии в другую. Варианты устройств ВП с раздельным излучением и приемом могут быть разными.Separation of the lines into radiation and reception dramatically reduces the level of structural interference arising, for example, from a mismatch at the points of attachment of the microwave pressure glands, as well as from the mounting posts that hold the lines laid with bends along the side of the ship. Constructive interference is practically not transmitted from one line to another. Variants of devices VP with separate radiation and reception may be different.

На фигуре 5 приведен пример устройства с каналом емкостного датчика 19. В качестве датчика 19 можно применить простой чип-компаратор с положительной обратной связью (гистерезисом) по неинверсному входу. Инверсный вход компаратора является емкостной цепью и соединен с волноводной линией 12. Волноводная линия 13 может служить заземленным электродом емкостной цепи 12 в установках с неметаллическими стенками. Волноводная линия 12 с опорной площадкой 17а изолирована от основания 14, опорная площадка 17b изоляции не требует. В проводящих средах проводник волноводной линии 12 должен иметь изоляционное покрытие (оболочку).Figure 5 shows an example of a device with a capacitive sensor channel 19. As a sensor 19, you can use a simple chip comparator with positive feedback (hysteresis) at a non-inverse input. The inverted input of the comparator is a capacitive circuit and is connected to the waveguide line 12. The waveguide line 13 can serve as a grounded electrode of the capacitive circuit 12 in installations with non-metallic walls. The waveguide line 12 with the support pad 17a is isolated from the base 14, the support pad 17b does not require isolation. In conductive media, the conductor of the waveguide line 12 must have an insulating coating (sheath).

Использование емкостного датчика 19 не только повышает достоверность измерения уровня по основному радиолокационному каналу, но и позволяет обнаруживать расслоения и изменения в свойствах среды 16, например переход воды в перегретый пар в установках с большим давлением и температурой.The use of a capacitive sensor 19 not only increases the reliability of level measurements on the main radar channel, but also allows you to detect delamination and changes in the properties of the medium 16, for example, the transition of water to superheated steam in installations with high pressure and temperature.

На фигуре 6 представлена графическая 3D-модель волноводной пары 12-13 с линиями связи 6 и 7, проходящими через гермовводы 10 и 11, и вибраторными парами 8 и 9, смонтированными на фланце 14.The figure 6 presents a graphical 3D model of the waveguide pair 12-13 with communication lines 6 and 7 passing through the pressure glands 10 and 11, and vibrating pairs 8 and 9 mounted on the flange 14.

БиблиографияBibliography

1. Гончаренко И.В., статья: http://dl2kq.de/ant/3-41.htm1. Goncharenko IV, article: http://dl2kq.de/ant/3-41.htm

2. Патент США US 7636059 B1.2. US patent US 7636059 B1.

3. Патент США US 2012/0319891 A1.3. US patent US 2012/0319891 A1.

4. Патент США US 7827862 В2.4. US patent US 7827862 B2.

5. Stillstandmessung mit Radar Leitfaden für die Prozessindustrie, Peter Devine http://www.vega.corn/downloads/VEGA-Radarbuch.pdf5. Stillstandmessung mit Radar Leitfaden für die Prozessindustrie, Peter Devine http: //www.vega.corn/downloads/VEGA-Radarbuch.pdf

6. Magnetrol bulletin: http://www.levelswitches.com/pdfs/l/41-229.pdf6. Magnetrol bulletin: http://www.levelswitches.com/pdfs/l/41-229.pdf

7. Патент США US 7467548 B2.7. US patent US 7467548 B2.

Claims (4)

1. Радиолокационный волноводный уровнемер, содержащий приемопередатчик, включающий блок обработки, модулятор, передатчик и приемник, волноводную пару, характеризующийся тем, что он содержит две связанные линии, вибраторы и два СВЧ гермоввода, причем верхние концы волноводной пары закреплены на металлическом основании внутри установки, вибраторы расположены в точках возбуждения волноводной пары и соединены связанными линиями, проходящими через СВЧ гермовводы, с выходом передатчика и входом приемника, груз на конце волноводной пары может быть отражателем или поглотителем.1. A radar waveguide level gauge containing a transceiver, including a processing unit, a modulator, a transmitter and a receiver, a waveguide pair, characterized in that it contains two connected lines, vibrators and two microwave pressure glands, the upper ends of the waveguide pair mounted on a metal base inside the installation, the vibrators are located at the points of excitation of the waveguide pair and are connected by connected lines passing through the microwave pressure glands, with the output of the transmitter and the input of the receiver, the load at the end of the waveguide pair t be a reflector or absorber. 2. Радиолокационный волноводный уровнемер, содержащий приемопередатчик, включающий блок обработки, модулятор, передатчик и приемник, волноводную пару, характеризующийся тем, что он содержит вибраторы и два СВЧ гермоввода, причем верхние концы волноводной пары закреплены на металлической или диэлектрической опоре снаружи установки, проводники волноводной пары проходят через СВЧ гермовводы внутрь установки, вибраторы расположены в точках возбуждения волноводной пары снаружи установки и соединены с выходом передатчика и входом приемника, груз на конце волноводной пары может быть отражателем или поглотителем.2. A radar waveguide level gauge containing a transceiver, including a processing unit, a modulator, a transmitter and a receiver, a waveguide pair, characterized in that it contains vibrators and two microwave pressure glands, the upper ends of the waveguide pair mounted on a metal or dielectric support outside the installation, waveguide conductors the pairs pass through the microwave pressure glands inside the unit, the vibrators are located at the points of excitation of the waveguide pair outside the unit and are connected to the output of the transmitter and the input of the receiver and, the load on the end of the waveguide pair can be a reflector or absorber. 3. Радиолокационный волноводный уровнемер по п. 2, отличающийся тем, что один проводник волноводной пары является излучающей линией, а второй проводник - приемной линией.3. The radar waveguide level gauge according to claim 2, characterized in that one conductor of the waveguide pair is the emitting line, and the second conductor is the receiving line. 4. Радиолокационный волноводный уровнемер по п. 2, отличающийся тем, что содержит емкостной датчик, вход которого соединен с волноводной линией, а выход - с блоком обработки. 4. The radar waveguide level gauge according to claim 2, characterized in that it contains a capacitive sensor, the input of which is connected to the waveguide line, and the output to the processing unit.
RU2013122434/28A 2013-05-16 2013-05-16 Radar waveguide level meter with waveguide pair RU2579634C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122434/28A RU2579634C2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Radar waveguide level meter with waveguide pair

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122434/28A RU2579634C2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Radar waveguide level meter with waveguide pair

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013122434A RU2013122434A (en) 2014-11-27
RU2579634C2 true RU2579634C2 (en) 2016-04-10

Family

ID=53381136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122434/28A RU2579634C2 (en) 2013-05-16 2013-05-16 Radar waveguide level meter with waveguide pair

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579634C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU202370U1 (en) * 2020-10-29 2021-02-15 Общество с ограниченной ответственностью "ПЭКОМ-НН" Microwave load
FR3112613A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-21 Universite Grenoble Alpes INSTRUMENT AND METHOD FOR ANALYZING A COMPLEX MEDIUM TO DETERMINE ITS PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU254147A1 (en) * Б. Е. Михалев , П. К. Дрожжин ULTRASOUND ULTRASONIC SIGNALIZER OF THE LIMIT LEVEL FOR LIQUIDS
SU1136024A1 (en) * 1982-03-17 1985-01-23 Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Комплексной Автоматизации Нефтяной И Химической Промышленности Liquid media level indicator
US20020017131A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-14 Endressgmbh+Co. Device for measuring the filling level of a filling material in a container
US7367226B2 (en) * 2004-01-19 2008-05-06 President Of Shizuoka University Interface detection apparatus and method for detecting hidden interface using microwave
US7467548B2 (en) * 2005-10-14 2008-12-23 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauge system and coupling

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU254147A1 (en) * Б. Е. Михалев , П. К. Дрожжин ULTRASOUND ULTRASONIC SIGNALIZER OF THE LIMIT LEVEL FOR LIQUIDS
SU1136024A1 (en) * 1982-03-17 1985-01-23 Научно-Исследовательский И Проектный Институт По Комплексной Автоматизации Нефтяной И Химической Промышленности Liquid media level indicator
US20020017131A1 (en) * 2000-08-02 2002-02-14 Endressgmbh+Co. Device for measuring the filling level of a filling material in a container
US7367226B2 (en) * 2004-01-19 2008-05-06 President Of Shizuoka University Interface detection apparatus and method for detecting hidden interface using microwave
US7467548B2 (en) * 2005-10-14 2008-12-23 Rosemount Tank Radar Ab Radar level gauge system and coupling

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3112613A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-21 Universite Grenoble Alpes INSTRUMENT AND METHOD FOR ANALYZING A COMPLEX MEDIUM TO DETERMINE ITS PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES
WO2022018377A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Universite Grenoble Alpes Instrument and method for analysing a complex medium in order to determine its physicochemical properties
RU202370U1 (en) * 2020-10-29 2021-02-15 Общество с ограниченной ответственностью "ПЭКОМ-НН" Microwave load

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013122434A (en) 2014-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2656026C2 (en) Tank feed input unit for radar level gauge
CN105737942B (en) Guided wave radar level meter based on frequency modulation continuous wave
US7855676B2 (en) Radar level gauge system with leakage detection
US7889120B2 (en) Pulsed radar level detection system using pulse dithering to eliminate inaccuracies caused by tank rattle
US9024808B2 (en) Filling level determination using transmit signals with different frequency steps
US20020040596A1 (en) Filling level gage
RU2652261C2 (en) Radar level gauging with signal division
US20110140951A1 (en) Pulsed radar level gauge system and method for energy efficient filling level determination
US9234783B2 (en) Apparatus and method for securing the connection of a coaxially arranged tube of a measuring probe unit of a fill-level measuring device to a process connection element
US20090085794A1 (en) Radar level gauge system
US10224597B2 (en) Antenna arrangement for a fill-level measuring device
US20180328771A1 (en) Pulsed radar level gauge system and method for reduced relative bandwidth
DK1600748T3 (en) Radar level gauge
US20220205931A1 (en) Measurement device, measurement system, and measurement method
EP3857183B1 (en) System and method for determining level and density distribution
US20140333470A1 (en) Apparatus for Determining Fill Level by Means of a Helical Antenna
RU2579634C2 (en) Radar waveguide level meter with waveguide pair
US10578478B2 (en) Guided wave radar level gauge system with grounded probe
US11927469B2 (en) Proof test of radar level gauge system
WO2018140318A1 (en) Through air radar level transmitter with radio frequency shielding
KR101411573B1 (en) Symmetrical cone with radar level transmitter
RU2504739C1 (en) Device for determining fluid level in container
US10591344B2 (en) Radar level gauge system with low reflection spacer arrangement
RU2504740C1 (en) Method of measurement of fluid level in container
RU2551260C1 (en) Non-contact radio-wave measurement method of liquid level in reservoir

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20150203

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20150327

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150517