Способ измерения расхода измельченных сочно-зеленых кормов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИ СОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК 642240 А 1 1/66)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ 6 Изобретени ля и измерений сельскохозяйст нии для измере сочно-зеленых токе.относится к технике контроможет быть использовано в енном кормоприготовлеия расхода измельченных ормов в непрерывном повлено превалирое электромагнитх потерь во влагеи потерь вследстобласти частот ресвязанных с ы. Таким образом, ощности электромельченном сочляется в основном ои.ь электромагнит лится следующи Р 1+ Р 2 + Рз+ Р 4(71) Украинский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства и Головной экспериментально-конструкторский институт по машинам для переработки травы и соломы (72) Н.А.Корчемный, В,А.Дацишин, Н,Н,Кобак, В.С.Федорейко, Л,Г.Гассанов, Л.М.Бойко, В,ВЛусвашкис, П.Г,Печера и А.ПЛимпе (53) 681.121 (088,8)(56) Авторское свидетельство СССР М 994920, кл, 6 01 Г 1/66, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1191794, кл. 6 01 й 22/04, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1257409, кл, 6 01 Р 1/66, 1986.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ СОЧНО-ЗЕЛЕНЫХ КОРМОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ- НИЯ Целью изобретения является повышения точности,Сущность способа состоит в том, что при зондировании измельченного сочно-зеленого корма электромагнитными СВЧ-волнами значительно уменьшается влияние изменения химического состава корма и параметров заполняющего измерительный канал воздуха на точность измерения расхо(57) Изобретение относится к технике контроля и может быть использовано в сельскохозяйственном кормоприготовлении для измерения расхода измельченных сочно-зеленых кормов в непрерывном потоке. Цель изобретения - повышение точности. Поток корма облучается перпендикулярно его поверхности СВЧ-излучением первой частоты и под острым углом к поверхности потока СВЧ-излучением второй частоты, большей, чем первой. Регистрируется ослабление прошедшей мощности и отраженная мощность СВЧ-излучения первой частоты, регистрируется отраженная и рассеянные мощности СВЧ-излучения второй частоты, определяется допогеровский сдвиг отраженного излучения. Электронная схема устройства в аналоговом виде на основе измеренных величин определяет расход по гока корма. 1 ил. да. Это физически обусло ванием в СВЧ-диапазон ных волн диэлектрически над всеми другими видам вие преобладания в этой лаксационных потерь поляризацией молекул вод ослабление иэлученной м магнитных СВЧ-волн в из но-зеленом корме опреде содержащейся в нем влагИзлученная мощност ных СВЧ-волн распреде образом:1642240 где Ро, Р 1, Р 2, Рз, Р 4 - соответственно мощности излученных, отраженных, рассеянных,.поглощенных и прошедших волн,Потерями мощности на рассеяние при выполнении критерия Рэлея можно пренеб речь, т.е. если(2) где Ь - наибольший размер частиц контролируемого потока;Л - длина зондирующей поток электромагнитной волны;а - угол зондирования потока (острыйугол между направлением движения потока 15и напрвлением зондирования), Р 2 = О,В длинноволноеой части СВЧ-диапазона это условие выполняется для всех потоков измельченных сочно-зеленых кормовво взвешенном состоянии в свободном 20пространстве. Измеряя излученную Ро, отраженную Р 1 и прошедшую Р 2 мощностинормально облучающих поток СВЧ-волн,определяют поглощенную Рз измельченным кормом часть мощности 25 Рз = Ро - Р 1 - Р 4 = т(М 1), (3) а тем самым независимо от химического состава корма и параметров воздуха, и массу М 1 содержащейся в оценочном обьеме 30 потока корма влаги, Массу влаги вычисляют по ослаблению излученной мощности в потоке корма Мз Л 16 зп а(6) 35 40 обратных потерь мощности излучений первой и второй частот с использованием калибровочной кривой, независимо от шероховатости отражающей поверхности и 45 плотности потока. Измеряя доплеровскоесмещение чафоты 19 отраженной волны относительно падающей при зондировании потока СВЧ-излучениями под острым углом к направлению движения и зная длину 50 излучаемой волны, Л и угол зондированияпотока а, определяют скорость потока ч по формуле ч -Л 2 сова(7) М 1= К 1 9 Р = 1(йз), (4) где К 1 - пересчетный коэффициент, не зависящий от контролируемого корма,Для исключения влияния на измерения соотношения влаги и сухого вещества в корме, дополнительно определяют его влажность чч. Тогда массу корма Мо в оценочном объеме можно вычислять по соот- ношению Мо= (5) независимо от качества и вида сочно-зеленого корма.Отражающая способность поверхности обуславливается в первую очередь ее влажностью, плотностью и шероховатостью. Поэтому для измерения влажности корма методом отраженной мощности необходимо вводить коррекцию по плотности и шероховатости облучаемой поверхности потока, Разделение полезного и мешающих сигналов производится как по частотам СВЧ-излучения - для компенсации изменений плотности потока, так и по углам зондирования потока - для компенсации изменений шероховатости отражающей поверхности, При этом одна частота выбирается в области наибольшей чувствительности к влажности и минимальной к плотности и шероховатости, а другая частота принимается из противоположных условий, Чувствительность метода отражения для измерения влажности растет с увеличением длины волны зондирующего СВЧ-излучения, поэтому для получения информации о влажности корма используется изменение отраженной части мощности длинноволнового нормально зондирующего поток СВЧ- излучения, которое изменяется также для определения поглощенной в корме части мощности. При контроле плотности потока корма чувствительность метода отражения повышается с ростом частоты СВЧ-излучения, исходя из этого вторая частота выбирается в коротковолновой части СВЧ- диапазона, Шероховатость поверхности является одним из основных факторов, определяющих соотношение зеркально отраженной и диффузно рассеянной энергии СВЧ-излучения, направленного под острым углом к поверхности. Если высота неравностей на всей поверхности удовлетворяет ус- ловию то по обратно отраженной части СВЧ-излучения, зондирующего под углом поток корма, можно судить о степени шероховатости отражающей поверхности. Для этого поток корма зондируется под острым углом СВЧ-излучениями второй час.,ты. Тогда влажность корма определяется по разности По полученной информации о массе корма Мо в оценочном объеме и скорости движения потока ч определяют расход из 1642240Ор= К МОч,510 25 30 35 40 45 50 55 мельченного со 1 но-зеленого корма Ор в непрерывном потоке где К - пересчетный коэффициент, постоянный для данного измерительного канала.На чертеже представлена функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа,Устройство состоит из первого СВЧ-генератора 1, первого блока 2 выделения мощности, делителя 3 мощности, делителя 4 напряжения, блока 5 вычитания, первого блока 6 регистрации отраженной мощности, второго блока 7 регистрации отраженной мощности, первой антенны 8, второй антенны 9, третьей антенны 10, четвертой антенны 11, первого логарифмического усилителя 12, управляемого дифференциального усилителя 13, второго логарифмического усилителя 14, втооого СВЧ-генератора 15, двойного тройника 16, второго блока 17 выделения мощности, третьего блока 18 выделения мощности, смесителя 19, первого усилителя 20, преобразователя 21, управляемого интегратора 22, детектора 23, второго усилителя 24, третьего логарифмического дифференциального усилителя 25, делителя 26 и умножителя 27.Устройство работает следующим образом,Электромагнитное СВЧ-излучение первой части поступает с первого СВЧ-генератора 1 через первый блок 2 выделения мощности в делитель 3 мощности. При этом в блоке выделения мощности формируется в выбранном масштабе электрический сигнал в 0, пропорциональный излучаемой генератором 1 СВЧ-мощности, В делителе 3 мощности излученная мощность распределяется в соотношении 2:1 между двумя плечами, откуда соответственно через блоки 6 и 7 регистрации отраженной мощности излучается на контролируемый поток 28 по нормали к направлению его движения приемно-передающими антеннами 8 и 10, Излучение с антенны 8 линейно поляризованно в горизонтальной плоскости, а с антенны 10 - в вертикальной плоскости. При этом в блоках 6 и 7 регистрации отраженной мощности формируются электрические сигналы в и в, соответственнопропорциональные отраженным в обратном направлении мощностям СВЧ-излучений первой частоты. Причем в блоке 6 формируется электрический сигнал в 1, несущий информацию об отражающих свойствах всего потока корма, а в блоке 7 - электрический сигнал в, зависящий ототражающих свойств стабильной по разме-. рам поверхности потока.Таким образом, часть излученной СВЧ- мощности первой частоты отражается от потока корма 28 и регистрируется блоками 6 и 7, а другая часть мощности линейно поляризованного в горизонтальной плоскости СВЧ-излучения после ослабления в потоке корма регистрируется через приемную антенну 9 детектором 23. Прошедшая же часть мощности СВЧ-излучения, линейно поляризованного в вертикальной плоскости, не воспринимается антенной 9, вследствие различной поляризации, второй усилитель 15 24 формирует в выбранном масштабе электрический сигнал в 4 , пропорциональныйпрошедшей мощности.Одновременно поток корма зондируется под острым углом излучением второй 20 частоты с второго СВЧ-генератора 15. Двойной тройник 16 служит для развязки приемного и передающего трактов и для связи смесителя 19 с СВЧ-генератором 15. Излученная мощность проходит через блОки 17 и 18 выделения мощности и излучается антенной 11 на поток корма. Через эту же антенну принимается отраженная от стабильной по размерам поверхности потока часть СВЧ- излучения, которая проходит через блоки 17 и 28 и двойной тройник 16 на смеситель 19 При этом в блоке 17 выделения мощности формируется электрический сигнал в 0 ф, пропорциональный излученной СВЧ- генератором 15 мощности, а в блоке 18 - электрический сигнал в 1, пропорциональныйотраженной от потока части мощности. На смеситель 19 через двойной тройник 16 поступает также часть излученной мощности от генератора 15. Он вырабатывает сигнал доплеровской частоты, который усиливается первым усилителем 20, после чего формируется в преобразователе 21 в серию импульсов с доплеровской частотой Г и усредняется управляемым интегратором 22. В последнем формируется сигнал в, пропорциональный скорости движения потока. При этом за счет подачи управляющего сигнала на интегратор 22 с третьего логарифмического дифференциального усилителя 25 происходит изменение времени усреднения в зависимости от изменений величины расхода. В делителе 4 напряжения, на вход которого поступает электрический сигнал об иэлученной мощности СВЧ-излучения перв.й часготы формируются электрические сигналы оо и вокоторые соответственно пропорциональны излученным мощностям через первый и второй выходы делителя 3 мощности.В блоке 5 вычитания определяется разность сигналов(цо - ц 1 ), которая поступает1 1на первый вход третьего логарифмического дифференциального усилителя 25, на второй вход которого с второго усилителя 24 5 поступает сигнал ц 4, Нэ выходе третьего логарифмического дифференциального усилителя 25 формируется сигнал, пропорциональный ослаблению мощности излучения, прошедшего по нормали к потоку 10а1 1Мз = 10 о04В первом логарифмическом дифференциальном усилителе 12, на ходы которого поступают сигналы с делителя 4 напряжения и второго блока 7 регистрации отраженной мощности, определяется величина отраженной мощности СВЧ-излучения первой частоты от стабильной по размерам поверхности потока11чобр,1 = 10 яооВо втором логэрифмическом дифференциальном усилителе 14, на входы котороо поступают сигналы оо и ц 1 соответственно111 111с блоков 17 и 18 выделения мощности, определяются обратные потери СВЧ-излучения второй частоты от той же стабильной по размерам поверхности потока, что и в слу- ЧаЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ йобр 1, т.Е,иоБобр,2 = 10 1 Я40После чего в управляемом дифференциальном усилителе 13, своими входами связанного с первым и вторым логарифмическими дифференциальными усилителями 12 и 14, определяется разность обратных 45 потерь первой и второй частот.Л Йобр = чобр 1 - чобр 2,При этом на управляющий вход усили теля 13 поступает сигнал логарифмического дифференциального усилителя 25, пропорциональный толщине потока в направлении зондирования, В результате компенсируется влияние изменения толщины потока на 55 его отражающие свойства,Нэ делитель 26 поступают сигналы чз и Ь Чобр, ПРОПОРЦИОНаЛЬНЫЕ СООтВЕтСтВЕННО массе, содержащейся в корме влаги М 1 и влажности корма Ю. а на его выходе формируется сигнал о массе корма МО в оценочномобаеме потокаСигналы о массе корма в оценочном объеме потока о мо и скорости движения потока о перемножаются в умножителе 27, на выходе которого формируется электрический сигнал оо, пропорциональный расходу измельченного сочно-зеленого корма и не зависящий от его вида, т,е.О - оуоочТаким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять расход измельченных сочно-зеленых кормов в непрерывном потоке. Точность возрастает за счет исключения зависимости результата измерений от химического состава и влажности корма,Формула изобретения 1, Способ измерения расхода измельченных сочно-зеленых кормов, заключающийся в определе ии скорости движения потока и масса материала в оценочном обаме путем измерения ослабления мощности зондирующего поток излучения, 0 т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в качестве зондирующего поток излучения используют электромагнитные СВЧ-волны первой и второй частот, котооыми облучают поток измельченного корма на выходе из питателя в свободном пространстве соответственно по нормали и под углом к направлению движения потока, определяют ослабление мощности направленного по нормали излучения в потоке корма и по нему судят о массе содержащейся в нем влаги, одновременно определяют величину отраженной мощности излучений первой и второй частот и доплеровский сдвиг частоты направленного под острым углом излучения, по величине мощности судят о влажности корма. а по доплеровскому сдвигу судят о скорости потока, после чего по полученным данным определяют расход измельченных сочно-зеленых кормов,2. Устройство для измерения расхода измельченных сочно-зеленых кормов, содержащее первый СВЧ-генератор, второй СВЧ-генератор, первую и вторую антенны, расположенные на одной оси с противоположных сторон потока, третью и четвертую антенны, расположенные в той же плоскости последовательно вдоль контролируемо 1642240 10(го потока, смеситель, делитель и умножитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двойным тройником, делителем мощности, делителем напряжения, первым, вторым и третьим блоками выделения мощности, первым и вторым блоками регистрации отраженной мощности, первым и вторым усилителями, управляемым интегратором, преобразователем, управляемым дифференциальным усилителем, первым, вторым и третьим логарифмическими дифференциальными усилителями, блоком вычитания и детектором, причем первый СВЧ-генератор соединен с последовательно соединенными первым блоком выделения мощности и делителем мощности, первый выход которого через первый блок регистрации отраженной мощности соединен с первой антенной, а второй выход через второй блок регистрации отраженной мощности - с третьей антенной, причем выход первого блока выделения Мощности соединен с входом делителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом блока вычитания, а второй выход - с первым входом первого логарифмического дифференциального усилителя, при этом второй вход блока вычитания соединен с выходом первого блока регистрации отраженной мощности, второй вход первого логарифмического дифференциального усилителя - с выходом второго блока регистрации отраженной мощности. а выход первого логарифмического дифференциального усилителя соединен с первым входом дифференциального управляемого усилителя, второй вход которого соединенс выходом второго логарифмического дифференциального усилителя, а управляющийвход - с выходом третьего логарифмическо 5 го дифференциального усилителя, при этомпервый и второй входы второго логарифмического дифференциального усилителя соответственно соединены с выходами второго и .третьего блоков выделения мощности, которые10 последовательно соединены с четвертой антенной и через двойной тройник - с вторымСВЧ-генератором, при этом второй выходдвойного тройника через смеситель соединен с последовательно соединенными вто 15 рым усилителем, преобразователем иуправляемым интегратором, выход которого соединен с первым входом умножителя,при этом управляющий вход интеграторасоединен с выходом третьего логарифмиче 20 ского усилителя, а второй вход умножителя -с выходом делителя, первый вход которогосоединен с выходом дифференциальногоуправляемого усилителя, а второй вход - свыходом третьего логарифмического диф 25 ференциального усилителя, к первому входу которого подсоединен выход первогоусилителя, а к второму входу - выход блокавычитания, при этом соединенная черездетектор с первым усилите ем вторая ан 30 тенна и первая антенна линейно поляризованы в горизонтальной плоскости инаправлены перпендикулярно потоку, также направлена линейно поляризованная ввертикальной плоскости третья антенна, а35 четвертая антенна направлена под острымуглом к потоку,1642240 Составитель Ю. Б вРедактор Ю. Середа Техред М.Моргентал , Коррек айко чик роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 каз 1137 Тираж 435 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5