Способ измерения уровня

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СеветсепСоциалистическихРеспублик в 11943531(6)Дополиительиое к авт. свид-ву(22) Заявлено 17, 12. 80 (23) 3224830/18-10 И М. Кл. 6 01 Р 23/28 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 150782,.Бюллетень МО 26 Дата опубликования описания 15. 07. 82. И, Хстме Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени(71) За явитель государственный университет им. 300-летия восссоЪдинения Украины с Россией(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ Изобретение относится к техникебесконтактных измерений расстояний,в частности измерений расстоянийв высокотемпературной и агрессивной.среде, прозрачной для радиоволн СВЧдиапазона. Оно может быть использовано в металлургии для измеренияуровня расплава в конвертере.Известен способ измерения уровняжидкости с помощью радиолокатора сизменяющейся во времени частотой, вкотором производят умножение разностной частоты и опорной на коэффициент,постоянный в течение равных интервалов времени сканирования, но которнй. 15может изменяться на ступень.по окончании каждого интервала, суммируютпроизведения и затем, по окончаниивремени сканирования, определяют отношение между полученными суммами; 20оно является мерой искомого расстояния, например уровня жидкости в резервуарах на судах,Способ отличается сложностью ре ализации.Известен способ определения расстояния между наконечником фурмы и отражающей поверхностью., в котором рас-, стояние определяется по величине ин тенсивности отраженного электромагнитного излучения.Однако известный способ не обладает необходимой точностью, так как результат зависит от случайных изменений отражающих свойств поверхности.Радиолокационные способы, основанные на измерении времени прохождения сигнала от источника до цели и обратно, также не обеспечивают высокой точности так как допускают погрешности измерений расстояния, превышающие несколько длин волн используемого электромагнитного излученияНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения изменений уровня жидких и сыпучих сред радио- волновыми средствами, заключающийся в генерировании и излучении радиоволн СВЧ в направлении поверхности среды, приема отраженного от поверхности сигнала, сдвиг фазы которого зависит от изменений уровня, сложении отраженного сигнала с опорным и получе" нии в измерительном волноводе режима стоячих волн.Известный способ непригоден для бесконтактного, не зависящего от предыдущих замеров, измерения расстоя 943531ния между подвижной антенной и гра.ничной поверхностью среды,Цель изобретения " повышениЕ надежности и точности измерения.Поставленная цель достигается тем,что в известном способе, включающем 5излучение и прием радиоволн СВЧ, сложение отраженной и опорной волны споследующим детектированием результирующего сигнала и усилением полученного низкочастотного сигнала, вовре"10мя излучения радиоволн н направленииграничной поверхности среды в этом женаправлении вбрасывают пассивный отражатель волн, детектируют результирующий сигнал и производят счет чис 15ла возникающих экстремальных значений тока в низкочастотном сигнале,затем определяют значение уровня посоотношениюгде Ь - измеряемое расстояние;п - число максимумов (минимумов)тока в низкочастотном сиг."нале;- длина волны СВЧ в снобоцномпространстве.На чертеже приведена схема осуществления способа.Приняты следуюцие обозначения 1 генератор СВЧ колебаний, 2 - волноводный тракт, 3 - антенна, 4 - граничная поверхность среды, 5 - движущийся пассивный отражатель, б " от ветвитель, 7 - детектор, 8 - блок обработки информации (усилитель, счетчик, индикатор) .Пассивным отражателем в предлагаемом способе мбжет служить металли ческий предмет, кусок присадочного материала или другое пробное тело, форма которого близка к шарообразной и линейные размеры которого (средний диаметр) имеют величину порядка од ной или нескольких длин волн СВЧ (О = К ); ): Ъ 1), Материал пробного чела выбирают таким, чтобы во время свободного движения от антенны до граничной поверхности среды оно не потеряло свойстн пассивного отражателя рациоволн вследствии разрушения в высокотемпературной агрессивной среде, а при соприкосновении с граничной поверхностью оно должно остановиться или разрушиться как отражатель рациоволн.Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.В результате сложения волны, от- раженной от движуцегося пассивного 60 отражателя, с опорной излучаемой волной получают результирующий сигнал, представляюций собой интерференционную картину электромагнитного поля, которая перемещается в пространстве 65 тс же, как переМещается пассивныйотражатель. В любой неподвижной относительно антенны точке поля, н томчисле в точке, в которую помещаютдетектор, периодически, с низкойчастотой, возникают интерференционные максимумы (минимумы) амплитудынапряженности результирующего сигнала, Прохождение пассивным отражателем каждого последующего отрезка пути, равного половине длины СВЧ волны,1.(2, приводит к возникновению каждого последующего максимума (минимума) амплитуды напряженности результирующего сигнала, который затем подвергают детектированию,Путем детектирования результируюцего сигнала и выделения из негониэкочастотной составляющей получают последовательность низкочастотныхмаксимумов тока в цепи детектора.Радиотехническое усилие сигнала производят в соответствующем диапазонечастот.Перемещающаяся в пространстве интерференционная картина электромагнитного поля и максимумы тока. в цепидетектора появляются, начиная с момента входа пассивного отражателя вполе антенны (например, после пересечения отражателем плоскости раскрыва рупорной антенны) и исчезают вмомент остановки или разрушения отражателя при соприкосновении его сграничной поверхностью среды. Следовательно, число максимумов тока вцепи детектора равно числу полуволнСВЧ, укладывающихся в измеряемом расстоянии Ь от антенны до граничнойповерхности среды, т,е. (Лгде ) - длина волны изве:тна с большой точностью.Частота следования низкочастотных1 максимумов пропорциональна скоростидвижения пассивного отражателя, носкорость не влияет на число максимумов тока н последовательности.Возможные отражения волн от неподвижных граничных поверхностей,увеличивая высокочастотный фон, неоказывают существенного влияния наперемещающуюся интерференционнуюкартину и не изменяют число максиму-.,мов (минимумов) тока в цепи детектора, следовательно не изменяют суцности способа.Гармонические электромагнитныеколебания СВЧ от генератора 1 передают по волновому тракту 2 и черезантенну 3 излучают в направлении гра-.ничной поверхности среды 4, В томже направлении вбрасывают в созданное электромагнитное поле пассивныйотражатель радиоволн 5, сообщая емуначальную скорость. Опорный сигнал(волну), поступающий из генератора 1,складывают с сигналом (нолной), отраженным От движущегося пассивного943531 Формула изобретения Составитель Т. ИноземцеваТехред А. Ач Корректор Е. Рсшко Редактор Т. ПарФенова Заказ 5094/47 Тираж 673 .ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 отражателя 5 в ответвителе 6, результирующий сигнал детектируют с помощью детектора 7 и в выделенном такимобразом сигнале после усиления производят счет низкочастотных максимумов (минимумов) тока с помощью блока 8. 10,Способ измерения уровня, включающий излучение и прием радиоволн СВЧ сложение отраженной и опорной волн с последующим детектированием и усилением результирующего сигнала, о т - 15 л и ч а ю щ и й с я тем, что, с, целью повышения надежности и точности измерения во время излучения вбрасивают пассивный отражатель волн в направлении граничной поверхности среды, детектируют результирующий сигнал и производят счет числа возникающих экстремальных значений тока в низкочастотном (продетектированном) сигнале, затем определяют значение уровня по соотношению,:игде 8 - расстояние от антенны дограничной поверхности средыИ - число максимумов или минимумов тока в низкочастотномсигнале1 - длина волны СВЧ в свободномпространстве.