RU42654U1

RU42654U1 - RADAR LEVEL METER

Info

Publication number: RU42654U1
Application number: RU2004125058/22U
Authority: RU
Inventors: С.Н. Логинов; А.А. Иванов; А.И. Смутов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания"
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2004-12-10

Abstract

Полезная модель относится к контролю и измерению уровня различных веществ посредством радиолокации. Использование полезной модели позволяет расширить функциональные возможности радиолокационного уровнемера. Радиолокационный уровнемер включает модулятор 1, генератор 2, направленный ответвитель 3, циркулятор 4, приемопередающую антенну 5, смеситель 6, усилитель 7, дифференциатор 8, следящий фильтр 9 и программируемый микроконтроллер 10, снабженный интерфейсом для подключения к внешним сетевым устройствам, например, компьютеру 11.The utility model relates to monitoring and measuring the level of various substances by means of radar. Using the utility model allows to expand the functionality of a radar level gauge. The radar level transmitter includes a modulator 1, a generator 2, a directional coupler 3, a circulator 4, a transceiver antenna 5, a mixer 6, an amplifier 7, a differentiator 8, a tracking filter 9 and a programmable microcontroller 10, equipped with an interface for connecting to external network devices, for example, a computer 11 .

Description

Полезная модель относится к контролю и измерению уровня различных веществ посредством ближней радиолокации.The utility model relates to monitoring and measuring the level of various substances by means of near-radar.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран радиолокационный уровнемер, описанный в [1]. Известный уровнемер включает модулятор, генератор, направленный ответвитель, циркулятор, приемопередающую антенну, смеситель, усилитель, дифференциатор, следящий фильтр, экстрематор, формирователь импульсов и частотомер. Он позволяет - за счет обработки отраженного от измеряемой поверхности сигнала и реализации фазовой сшивки - с достаточной точностью измерить уровень материала (например, какой-либо среды в емкости) как при больших, так и при малых расстояниях.As a prototype of the claimed technical solution, a radar level gauge is described, described in [1]. A known level meter includes a modulator, a generator, a directional coupler, a circulator, a transceiver antenna, a mixer, an amplifier, a differentiator, a servo filter, an extremator, a pulse shaper and a frequency meter. It allows - by processing the signal reflected from the measured surface and realizing phase cross-linking - with sufficient accuracy to measure the level of the material (for example, any medium in the tank) both at large and at short distances.

Известный радиолокационный уровнемер имеет следующие недостатки. При измерении одним прибором, например, уровня продуктов в нескольких смежных емкостях, или уровня насыпи посредством прибора, устанавливаемого на движущемся транспортере, часто имеет место значительный разброс измеряемого уровня. Чтобы обеспечить в этих условиях оперативное измерение уровня (измерение уровня в динамическом режиме), уровнемер должен обладать одновременно как высоким быстродействием, так и высокой точностью измерения во всем диапазоне измеряемых уровней, или, говоря иначе, должен с требуемой скоростью адаптироваться к изменяющимся условиям измерения. Однако схемная организация устройства-прототипа ввиду невозможности одновременной быстрой перестройки параметров модуляции и полосы пропускания следящего фильтра не позволяет осуществлять такую адаптацию, что существенно ограничивает его функциональные возможности. Кроме того, в прототипе отсутствует возможность подключения к внешним сетевым устройствам, например, к серверу сбора данных или к компьютеру, что Known radar level gauge has the following disadvantages. When measuring with a single device, for example, the level of products in several adjacent containers, or the level of the embankment by means of a device mounted on a moving conveyor, there is often a significant variation in the measured level. To ensure operational level measurement in these conditions (level measurement in dynamic mode), the level gauge must have both high speed and high accuracy in the entire range of measured levels, or, in other words, must adapt to the changing measurement conditions with the required speed. However, the circuit organization of the prototype device, due to the impossibility of simultaneously quickly tuning the modulation parameters and the passband of the servo filter, does not allow such an adaptation, which significantly limits its functionality. In addition, the prototype lacks the ability to connect to external network devices, for example, to a data collection server or to a computer, which

затрудняет его использование в дистанционных автоматизированных системах измерения и управления и также ограничивает функциональные возможности.complicates its use in remote automated measurement and control systems and also limits the functionality.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение функциональных возможностей радиолокационного уровнемера.The problem solved by the utility model is to expand the functionality of a radar level gauge.

Указанная задача решается тем, что в радиолокационном уровнемере, содержащем модулятор, выход которого соединен с входом генератора, выход которого подключен к входу направленного ответвителя, первый выход которого соединен с входом циркулятора, связанного с приемопередающей антенной, а второй выход соединен с первым входом смесителя, второй вход которого связан с выходом циркулятора; усилитель, подключенный первым входом к выходу смесителя и соединенный первым выходом с входом дифференциатора и первым входом следящего фильтра, а вторым входом с выходом дифференциатора, выход которого подключен ко второму входу следящего фильтра, и узел управления и измерения уровня, упомянутый узел управления и измерения уровня выполнен в виде программируемого микроконтроллера, вход которого соединен с выходом следящего фильтра, первым выход подключен к входу модулятора, а второй выход подсоединен к третьему входу следящего фильтра, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью подключения к внешним сетевым устройствам.This problem is solved in that in a radar level gauge containing a modulator, the output of which is connected to the input of the generator, the output of which is connected to the input of the directional coupler, the first output of which is connected to the input of the circulator connected to the transceiver antenna, and the second output is connected to the first input of the mixer, the second input of which is connected to the output of the circulator; an amplifier connected by a first input to the mixer output and connected by a first output to the differentiator input and the first input of the follower filter, and a second input to the differentiator output, the output of which is connected to the second input of the follower filter, and a control and level measurement unit, the said control and level measurement unit made in the form of a programmable microcontroller, the input of which is connected to the output of the servo filter, the first output is connected to the input of the modulator, and the second output is connected to the third input of the servo filter and, wherein the microcontroller is configured to connect to external network devices.

Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 схематически представлен заявляемый радиолокационный уровнемер.The utility model is illustrated in the drawing. Figure 1 schematically shows the inventive radar level gauge.

Радиолокационный уровнемер включает модулятор 1, выход которого соединен с входом генератора 2, выход которого подключен к входу направленного ответвителя 3, при этом первый выход ответвителя 3 соединен с входом циркулятора 4, связанного с приемопередающей антенной 5, а второй выход соединен с первым входом смесителя 6, второй вход которого связан с выходом циркулятора 4; усилитель 7, подключенный The radar level gauge includes a modulator 1, the output of which is connected to the input of the generator 2, the output of which is connected to the input of the directional coupler 3, while the first output of the coupler 3 is connected to the input of the circulator 4 connected to the transceiver antenna 5, and the second output is connected to the first input of the mixer 6 the second input of which is connected to the output of the circulator 4; amplifier 7 connected

первым входом к выходу смесителя 6 и соединенный первым выходом - с входом дифференциатора 8 и первым входом следящего фильтра 9, а вторым входом - с выходом дифференциатора 8, выход которого подключен ко второму входу следящего фильтра 9, и программируемый микроконтроллер 10, связанный своим входом с выходом фильтра 9, первым выходом - с входом модулятора 1, а вторым выходом - с третьим входом следящего фильтра 9. Кроме того, микроконтроллер соединен посредством, например, интерфейса RS 485 с внешним компьютером 11.the first input to the output of the mixer 6 and connected by the first output to the input of the differentiator 8 and the first input of the follow-up filter 9, and the second input to the output of the differentiator 8, the output of which is connected to the second input of the follow-up filter 9, and a programmable microcontroller 10 connected to its input by the output of the filter 9, the first output with the input of the modulator 1, and the second output with the third input of the follow-up filter 9. In addition, the microcontroller is connected via, for example, the RS 485 interface to an external computer 11.

Заявляемый уровнемер работает следующим образом. В соответствии с условиями измерения и диапазоном измеряемого уровня микроконтроллер 10 по определенной программе устанавливает полосу модуляции в модуляторе 1 и полосу пропускания в следящем фильтре 9. Модулятор 1 вырабатывает линейно-симметричное пилообразное напряжение, управляющее частотой генератора 2 СВЧ сигналов, передаваемых посредством антенны 5 по направлению к поверхности 12, уровень которой измеряется. Отраженный от поверхности 12 ВЧ сигнал принимается антенной 5 и через циркулятор 4 направляется в смеситель 6, где смешивается с частью опорного частотно-модулированного (ЧМ) сигнала, в результате чего возникает сигнал разностной частоты, основная гармоника которого несет информацию о расстоянии до измеряемой поверхности. В усилителе 7 происходит усиление сигнала разностной частоты, который с выхода усилителя 7 поступает на первый вход следящего фильтра 9 и на вход дифференциатора 8, осуществляющего дифференцирование сигнала и, как следствие - поворот всего спектра сигнала на 90 град. С выхода дифференциатора 8 сигнал поступает на второй вход фильтра 9, в котором осуществляется перемножение отфильтрованного и продифференцированного сигналов разностной частоты, что обеспечивает нулевой фазовый сдвиг фильтра на частоте полезного сигнала и его настройку на наиболее интенсивную гармонику спектра. С выхода фильтра 9 The inventive level gauge operates as follows. In accordance with the measurement conditions and the range of the measured level, the microcontroller 10, according to a certain program, sets the modulation band in the modulator 1 and the passband in the follow-up filter 9. The modulator 1 generates a linearly symmetrical sawtooth voltage that controls the frequency of the generator 2 of microwave signals transmitted via antenna 5 in the direction to the surface 12, the level of which is measured. The RF signal reflected from the surface 12 is received by the antenna 5 and sent through the circulator 4 to the mixer 6, where it is mixed with a part of the reference frequency-modulated (FM) signal, resulting in a difference frequency signal, the main harmonic of which carries information about the distance to the measured surface. In amplifier 7, the difference frequency signal is amplified, which from the output of amplifier 7 goes to the first input of the servo filter 9 and to the input of the differentiator 8, which differentiates the signal and, as a result, rotates the entire signal spectrum by 90 degrees. From the output of the differentiator 8, the signal enters the second input of the filter 9, in which the filtered and differentiated differential frequency signals are multiplied, which ensures a zero phase shift of the filter at the frequency of the useful signal and its tuning to the most intense harmonic of the spectrum. Filter output 9

отфильтрованный гармонический сигнал поступает на вход микроконтроллера 10, в котором осуществляется фазовая сшивка принимаемого антенной 5 отраженного сигнала, имеющего в общем случае кусочно-гармонический характер, и определение расстояния до измеряемой поверхности. Полученные данные по интерфейсу передаются в компьютер 11.the filtered harmonic signal is fed to the input of the microcontroller 10, in which phase matching of the reflected signal received by the antenna 5, which is generally piecewise harmonic in nature, and determining the distance to the measured surface are carried out. The received data is transmitted to the computer 11 through the interface.

В том случае, когда требуется произвести в динамическом режиме измерение, например, уровня какой-либо среды в нескольких емкостях, или уровня насыпного материала с движущегося транспортера, при значительном разбросе значений измеряемого уровня, микроконтроллер 10 осуществляет соответствующее изменение полосы модуляции модулятора 1 и полосы пропускания следящего фильтра 9, обеспечивая, тем самым, адаптацию уровнемера к текущим условиям измерения и позволяя производить их с высокой точностью при требуемом быстродействии. Как следствие, заявляемый радиолокационный уровнемер имеет по сравнению с устройством-прототипом более широкие функциональные возможности.In the case when it is required to dynamically measure, for example, the level of a medium in several containers, or the level of bulk material from a moving conveyor, with a significant spread in the values of the measured level, the microcontroller 10 performs a corresponding change in the modulation band of modulator 1 and the passband tracking filter 9, thereby ensuring the adaptation of the level gauge to the current measurement conditions and allowing them to be made with high accuracy at the required speed. As a result, the inventive radar level gauge has, in comparison with the prototype device, broader functionality.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Решение о выдаче патента по заявке №2002124660/09(026058) на изобретение «Способ радиолокации с частотной модуляцией непрерывного зондирующего сигнала» от 12.03.2004 г., МКИ 7 G 01 S 13/34 (прототип).1. The decision to grant a patent according to the application No. 2002124660/09 (026058) for the invention “A method of radar with frequency modulation of a continuous probing signal” dated 12.03.2004, MKI 7 G 01 S 13/34 (prototype).

Claims

1. A radar level gauge, including a modulator, connected by an output to the input of the generator, the output of which is connected to the input of a directional coupler, the first output of which is connected to the input of the circulator connected to the transceiver antenna, and the second output is connected to the first input of the mixer, the second input of which is connected to the output circulator, an amplifier connected by the first input to the mixer output and connected by the first output to the input of the differentiator and the first input of the servo filter, and the second input to the output of the differentiator, in the path of which is connected to the second input of the servo filter, and the control and level measurement unit, characterized in that the control and level measurement unit is made in the form of a programmable microcontroller, the input of which is connected to the output of the servo filter, the first output is connected to the modulator input, and the second output is connected to the third input of the tracking filter.

2. The radar level gauge according to claim 1, characterized in that the microcontroller is configured to connect to external network devices.