Радиоволновый уровнемер

.0 6 01 Г 23 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3285396/3008.05.8107.04.83.В.Л. Фрума(71) Крас ский маши Трудового -исследов озяйственнГорячкин орденанаучнольскохм, В.О88. 8 Всесоюзныи ого Знамен институт с остроения 681,128.8( ель о .пря нымыходдинени втое выхо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР е 682165 кл. А 01 В 41/06, 1978.2, Авторское свидетельство СССР 1 й 666438, кл. 6 01 Р 23/28, 1978.(54)(57) РАДИОВОЛНОВЫЙ" УРОВНЕИЕР, содержащий генератор сигналов, приемо передающую антенну, к измерительной линии которой подключены устройства измерения напряженности поля, связанные с устройством логической обработки сигналов, и реверсивный счетчик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности, надежности и точности измерения уровня, он снабжен блоком управления генератором, содержащим триггер и модулятор, а устройство логической обработки сиг нала связано с реверсивным счетчиком с образованием схемы счета числа прошедших полуволн, причем устройства из мерения напряженности поля выполнены . в виде Схем определения минимумов пе" ремещающейся стоячей волны, измерительная линия - в виде раздельных пе" редающего с ответвителем и приемного трактов, схема счета числа прошедших полуволн содержит, счетные триггеры, схемы И, схему ИЛИ, ВЯ-триггеры, формирователь и реверсивный счетчик БЦ 1 10469 А причем передающий тракт с ответвите" лем на входе соединен с генератором сигналов, а на выходе - с антенной, приемный тракт связан с одной стороны с антенной, а с другой - с ответви телем приемного тракта, входы перво-: го и второго устройств измерения на женности поля соединены с приемтрактом в двух тоцках с определенной разностью фаз, выход первого устройства измерения напряженности поля соединен со счетным входом пер" ;вого счетного триггера, счетным вхо:дом первого ВЗ-триггера и посредством первой схемы И со счетным входом второго Ю-триггера, выход второго уст"ройства иэмерейия напряженности свя" зан со счетным входом второго счетного триггера, установочным входом первого Ю-триггера и посредством второй схемы И с установочным входом Я второго КЬ-триггера, прямой в триггера схемы управления сое с модулятором и входами первой вам рой схем И, прямой и инверсныв (ЮВ ай первого КЗ-триггера подключены со" ффй ответственно к входам третьей и чет , вертой схем И,.а прямой и инверсный ф выходы вторЬго ВВ"триггера связаны со- р ответственно с входами третьей и четвер- цр той схем И, при этом выходй укаэанных схем И посредством схемы ИЛИ подклю" цены к управляющему входу реверсивно го счетчика, а выходы счетных триг- ф геров соеДинены с пятой схемой И, выход которой подключен к.,входу форми"4 рователя и установочным входом счетных триггеров, выход формирователя связан со счетным входом триггера бло. ка, управления генератором, выход моля посредством шестой схемы И соединены со счетным входом реверсивногосцетчика. е 1010169 дулятора подключен к генератору, а инверсный выход триггера блока управ,ления генератором и выход формировате1Изобретение относится к тракторно. му и сельхозмашиностроению, а более точно к устройствам дистанционного контррля технологицеских процессов, уровнемерам, 5Известен уровнемер, используемый в качестве датчика высоты положения рабочих органов свеклоуборочной машины относительно подстилающей поверхности земли, содержащий генератор сигв налов, передающий тракт с ответвителем, приемный тракт, передающую и приемную антенны и схему измерения напряженности поля. Этот датчик уровня использует. высокочастотное поле, а 11точнее стоячуюволну, возникающую меж ду излучателем установленным на агрегате и .объектом, землей или свеклой.Известный уровнемер определяет наличие корнеклубнеплодов на фоне поля ЗВ по изменению расстояния (параметров отражающей поверхности земли или свек лы). Изменение параметров отражающей поверхности эквивалентно изменению расстояния (фазы отраженного сиг ,2 фнала) 1 1 3 Недостатком устройства является неоднозначность измерений, определяемая периодичностью временного и пространственного изменения электромагнитного поля стоячей волны, неопределенностью направления ее перемещения (приближения или удаления). Использо" вание прямолинейного участка полуволны ограничивает диапазон измеряемых ЗЗ расстояний, ухудшает точность измерений и не избавляет от неоднозначности.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является радио волновый уровнемер, содержащий гене- ф ратор сигналов, приемо-передающую антенну, к измерительной линии которой подключены устройства измерения напряженности поля, связанные с уст- ройством логической отработки сигналов 4 и реверсивный счетчик 2 ,Однако известное устройство не обеспечивает достаточные эффективность, надежность и точность измере 2ний вследствие того, цто напряженность поля измеряют в трех точкахстоячей волны, сравнивают разностьзначений поля в средней и двух крайних точках и производят логическуюобработку результатов сравнения сигналов, а основой логической обработки сигналов является последовательность чередования знака результирующих напряженностей поля, получаемыхв результате сравнения его значенийв указанных выше точках.функционирование устройства можетбыть нарушено, если амплитудные характеристики детекторов не сопряжены, так как принцип действия. устройства основан на сравнении абсолютныхзначений поля в трех точках, в которых осуществляется отбор мощности.Развязка этих точек и работа безискажения волны возможна. при значительных потерях энергии.Целью изобретения является повышение эффективности, надежности и точности измерения .уровня,Поставленная цель достигается тем,что коротковолновый уровнемер снатжен блоком управления генератором, содержащим триггер и модулятор, а устройство логической обработки сигнала связано с реверсивным счетчиком собразованием схемы счета числа прошедших полуволн, причем устройстваизмерения напряженности доля выполнены в виде схем определения минимумов перемещающейся стоячей волны,измерительная линия - в виде раздЬльных передающего с ответвителем и приемного трактов, схема счета числапрошедших полуволн содержит счетныетриггеры, схемы И, схему ИЛИ, Ю-триггеры, формирователь и реверсивныйсчетчик, причем передающий тракт сответвителем на входе соединен с генератором сигналов, а на выходе - сантенной, приемный тракт связан с одной стороны с антенной, а с другой -с ответвителем приемного тракта, входы первого и второго устройств измерения напряженности поля соединены с3 10104 приемным трактом. в двух точках с определенной разностью фаз, выход первого устройства измерения напряженности . поля соединен со счетным входом перЪвого счетного триггера, счетным входом первого В 5-триггера и посредством первой схемы И со счетным входом вто- рого .В 5-,триггера, выход второго устройства измерения напряженности связан со счетным входом второго счет ного триггера, устбновочннм входом первого В 5-триггера и посредством вто. рой схемы И с установочным входом вто рого В 5-триггера, прямой выход триггера схемы управления соединен с модулятором и входами первой и второй схем И прямой и инверсные выходы первого В 5-триггера подключены соответственно к входам третьей и четвертой схем И, а прямой и инверсный выходы второго В 5-триггера, связаны сооветственно с входами третьей и четвертой схем И, при этом выходы указанных схем И посредством схемы ИЛИ подклю" цены к управляющему входу реверсивно-го счетчика, а выходы счетных триггеров соединены с пятой схемой И, выход которой подключен к входу Формирователя и установочным входам, счетных . триггеров, выход формирователя связан со счетным входом триггера блока управления генератором, выход модулятора подключен к генератору, а инверсный выход триггера блока управления генератором и выход формирователя посредством шестой схемы И соединены соИ счетным входом реверсйвного счетчика,На чертеже изображена Функциональная схема уровнемера,Уровнемер содержит генератор 1 сиг 4 вналов, передающий 2 с ответвителем иприемный 3 тракты, передающую 4 и приемную 5 антенны, первую 6 и вторую 7схемы измерения напряженности поля,схему 8 управления и схему 9 счета.числа прошедших полуволн. Схема 8 уп"равления содержит триггер 1 О запускаи срыва режима изменения частоты генератора и модулятор 11, Схема 9 счета числа прошедших полуволн содержитпервый 12 и второй 13 счетные триггеры, первый 14 и второй 15 В 5-триггеры, первую 16, вторую 17, третью 18четвертую 19, пятую 20 и шестую 21схемы И, схему ИЛИ 22, формирователь 23 и реверсивный счетчик 24.Передающая 4 и приемная 5 антеннысоединены с передающим 2 и .приемным 3трактами. Приемный 3 тракт соединен 69 4со схемами 6.и 7 (определения миниму" мов стоячей волны в точках с разностью Фаз ЬЧ = О). Выходы каждой из схем 6 и 7 соединены со счетными вхо" дами счетных триггеров 12, 13 и счетным и установочным входами гервогоВ 5-триггера 14, а также через схе-. мы И 16 и 17 со счетным и установоч"ным входами второго В 5-триггера 15.Вторые входы схем И 16, 17 и вход модулятора 11 соединены с выходомсхемы 8 управления, а точнее - с выходом триггера 10. Выходы В 5"триггеров 14 и15 попарно соединены с входами схемИ 18 и 19, выходы которых через схему ИЛИ 22 подключены к управляющемувходу реверсивного счетчика 24, вы"ходы счетных триггеров 12 и 13 соеди"нены через схему И 20 с входом формирователя 23 и установочными входамисчетных триггеров 12 и 13, а выходформирователя соединен со счетным входом триггера 10 схемы управления. Выход модулятора 11 сЬединен с генератором 1 сигналов, второй выход триг"гера 10 и внход Формирователя 23 че"рез схему И 21 соединены с входом реверсивного счетчика 24. Уровнемер работает следующим образом.Уровнемер располагается над объектом, изменение расстояния до которо" го надлежит измерять. Сигнал от генератора 1 через передающий тракт 2 и передающую антенну 4 излучается в пространство, достигает объектапере- отражается обратно, принимается при" емной антенной 5, проходит приемный . тракт 3 и поглощается в основном в нагрузке ответвителя, а частично проходит в передающий тракт 2, Часть сигнала, вырабатываемого генератором 1, через ответвитель передающего тракта 2 также поступает .в приемный тракт 3 и вместе с принимаемым сигналом образует в нем стоячую волну. При постоянной частоте генератора 1 основной режим работы уровнемера ) изменение расстояния между антеннами 4 и 5 и объектом приведет к точно такому же, синхронному, перемещению стоячей волны, При этом она последовательно проходит своими мини- ф мумами точки соединения приемного тракт." 3 со схемами 6 и 7 или 7 и 6, в зависимости от направления переме" щения стоячей волны, а точнее в зависимости от того, уменьшается или5 10104 увеличивается расстояние от антенн М и 5 до объекта.Наличие двух схем определения минимумов перемещающейся стоячей волныпри изменении расстояния), соедине ние которых с приемным трактом разнесено по Фазе, например наЬ 9=Тф, позволяет однозначно определять число прошедших полуволн. Эта возможность реализуется с помощью схемы 9 счета 1 ф прошедших полуволн, учитывающей на счетчике 24 изменение расстояния в одну полуволну только после последовательного прохождения минимума перемещающейся стоячей волны точек соеди нения схем 6 и 7или 7 и 6) с при" емным трактом 3. При этом каждому прошедшему минимуму соответствует вырабатываемый схемой 6 или 7 импульс.26 69 сработают схемы Ь и 7 (переместится одна полуволна ), импульсный сигнал навыходе схемы И 20 приведет. к срыву режима модуляции, к обнулению сигналана входах схем И 16 и 17 и установлению разрешающего потенциала на входесхемы И 21;, после чего производитсяновый цикл измерения уровнй (учетапроходящей полуволны) в режиме постоДля примера примем, что сначалав исходном положении ) минимум стоячей волны находился справа от схемы 6 и расстояние до объекта увеличивается. Импульсный сигнал, вырабатывае з мый схемой 6 в момент прохождения минимумастоячей волны, приведет к срабатыванию счетного триггера 12 и уста. новлению единичного потенциала на вхо. де схемы И 20. Одновременно срабатывает й 5-триггер 14. Импульсный сиг" .нал поступает на вход схемы И 16, но не проходит к В 5-триггеру 15, так как при первом цикле измерений на втором ,входе схемы И 17 нет разрешающего единичного потенциала от триггера 103 схемы 8 управления. После прохождения минимума стоячей волны точки соедине" ния схемы 7 с приемным трактом 3 срабатывает счетный триггер 13. В результате совпадения сигналов на входе схеЮ мы И 20 сигнал поступает на вход Формирователя 23 и проходит с задержкой на вход схемы И 21 и далее на счетный вход счетчика 24. Задержка позволяет выработать сигнал на управляющем вхо- фф де счетчика 24. Наличие обратной связис установочными входами счетных триггеров 12 и 13 позволяет подгото-, вить триггеры к приходу новых импульсов. Ю Импульсный сигнал с выхода Формирователя 23 поступает также на вход триггера 10 схемы 8 управления, опрокидывая его, что приводит к появле- фф нию нулевого потенциала на входе схемы И 21, установлению единичного разрешающего потенциала на входах схем И 16 и 17 и запуску модулятора 11.Модулятор 11 обеспечивает установление режима изменения частоты генератора 1 сигналов. В конечном счете этот режим анализа подготавливает установление необходимого сигнала на управляющем входе счетчика 24 в зависимости от положения минимума стоячей волны,разрешая тем самым неоднозначность определения уровня, Неоднозначность является следствием периодичности закона изменения напряженности поля стоячей волны в Функции расстояния и связана с неопределенностью положениянуля стоячей волны (слева или справаот точки соединения схемы 6 с приемным трактом 3) в момент начала учетаее перемещения. Установка управляющего сигнала на входе счетчика 24 происходит автоматически в режиме измене.ния частоты генератора 1 сигналов.Изменение частоты в заданном направлении производится эа малую долю вре"мени перемещения стоячей волны на половину ее длины. Это время определяется значением частоты, скоростью ееизменения и расстоянием до объекта. Режим анализа управляющего сйгналаначинается запуском с выхода схемы И 20 после прохождения минимума стоячей волны точек соединения схем 6 и 7 с приемным трактом 3, т.е. после перемещения стоячей волны на одну полуволну ( в режиме постоянной частоты генератора 1 сигналов), Режим установки управляющего сигнала определяется также прохождением одной полу- волны, но в режиме изменения частоты генератора 1 сигналов. При этом импульсы вырабатываемые схемами 6 и 7 приводят к срабатываниюВб -триггера 14 и через схемы И 16 и 17%5-триггера 15. После схем И 18 и 19 и схемы ИЛИ 22 на управляющем входе счетчика 24 уста навливается сигнал "Сложение" или "Вычитание" в зависимости от расположения минимума стоячей волны 1,слеваили справа) от точки соединения схемы 6 с приемным трактом 3. Как только7 101 янной частоты, а затем описанный цикл анализа управляющего сигнала,Применение .устройства позволит повысить точность и разрешить неодно 0469 . 8значность контроля глубины пахоты, автоматического контроля изменения сыпучих и жидких материалов, определения потерь корнеклубнеплодов на поле./30ВНИИПИ Госпо дела11 ОД Москлиал ППП "Па сное актная, 4 Р. Гратилл Составитель А, СиаТехреду И. Тепер,Тираж 641дарственного комитизобретений и откад Ж-д Раушская нент",. г. Ужгород, у та ССС ытий аб 8 л, Про ктоо " шуллатшт эа втевш