Радиоволновый уровнемер

Радиоволновый уровнемер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

,SU„„.1 10469 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИЛЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН др G 01 F 23/28; А.01 D 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ причем передающий тракт с ответвителем на входе соединен с генератором сигналов, а на выходе - с антенной, приемный тракт связан с одной стороны с антенной, а с другой - с ответвителем приемного тракта, входы перво-: го и второго устройств измерения напряженности поля соединены с приемным трактом s двух тоЧках с определенной разностью фаз, выход первого устройства измерения напряженности поля соединен со счетным входом пер;вого счетного триггера, счетным входом первого RS- perripa и посредством первой схемы И со счетным входом второго RS-триггера, выход второго уст" Я ройства иэмерейия напряженности связан со счетным входом второго счетного триггера, установочным входом первого RS-триггера и посредством

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3285396/30-15 (22) 08.05.81 (46) 07,04.83. Вюл. " 13 (72) В,Л. Фрумович и А.В. Галюс (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследователь ский институт сельскохозяйственного машиностроения им, В.0. Горячкина .(53) 681.128.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР я 682165,,кл. А 01 В 41/06, 19782, Авторское свидетельство Ct:CP и 666438, кл. G 01 F 23/28, 1978. (54) (57) РАДИОВОЛНОВЫЙ" УРОВНЕНЕР, содержащий генератор сигналов, приемо-. передающую антенну, к-измерительной линии которой подключены устройства измерения напряженности поля, связанные с устройством логической обработки сигналов, и реверсивный счетчик, отличающийся 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 перемещающейся 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, RS-триггеры, формирователь и реверсивный счетчик второй схемы И с установочным входом O второго RS-триггера, прямой выход триггера схемы управления соединен с модулятором и входами первой и вто- «в рой схем И, прямой и инверсные выхо- ( дй первого RS-триггера подключены со- « ответственно к входам третьей и четвертой схем И,.а прямой и инверсный «ф, выходы вторЬго RS-триггера связаны со- ответственно с входами третьей и четвер- цр той схем И, при этом выходй укаэанных схем И посредством схемы ИЛИ подключены к управляющему входу реверсивно

ro счетчика, а выходы счетных триг- ф ° геров соеДинены с пятой схемой И, выход которой подключен к.,входу форми-> рователя и установочным входом счетных триггеров, выход формирователя связан со счетным входом триггера блока. управления генератором, выход моля посредством шестой схемы И соединены со счетным входом реверсивного счетчика. е

1010469 дулятора подключен к генератору, а инверсный выход триггера блока управ,ления генератором и выход формировате.

Изобретение относится к тракторному и сельхозмашиностроению, а более точно к устройствам дистанционного контррля технологических процессов, уровнемерам. 5

Известен уровнемер, используемый в качестве датчика высоты положения рабочих органов свеклоуборочной машины относительно подстилающей поверхности земли, содержащий генератор сиг-1 налов, передающий тракт с ответвителем, приемный тракт, передающую и приемную антенны и схему измерения напряженности поля. Этот датчик уровня использует. высокочастотное поле, а 15

1 точнее стоячую волну,.возникающую меж ду излучателем установленным на агрегате и .объектом, землей или свеклой.

Известный уровнемер определяет наличие корнеклубнеплодов на фоне поля 26 по изменению расстояния (параметров отражающей поверхности земли или свек. лы). Изменение параметров отражающей поверхности эквивалентно изменению расстояния (фазы отраженного сиг :25 нала) 11).

Недостатком устройства является неоднозначность измерений, определяемая периодичностью временного и пространственного изменения электромагнитного поля стоячей волны, неопределен.ностью направления ее перемещения (приближения или удаления). Использо" вание прямолинейного участка полуволны ограничивает диапазон измеряемых 55 расстояний, ухудшает точность измерений и не избавляет от неоднозначности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является радио. волновый уровнемер, содержащий генератор сигналов, приемо-передающую антенну, к измерительной линии которой подключены устройства измерения напряженности поля, связанные с уст= ройством логической обрабОтки сигналов 45 и реверсивный счетчик 1.2 ).

Однако известное устройство не обеспечивает достаточные эффективность, надежность и точность измере2 ний вследствие того, что напряженность поля измеряют в трех точках стоячей волны, сравнивают разность значений поля в средней и двух крайних точках и производят логическую обработку результатов сравнения сигналов, а основой логической обработки сигналов является последовательность чередования знака результирующих напряженностей поля, получаемых в результате сравнения его значений в указанных выше точках.

Функционирование устройства может быть нарушено, если амплитудные характеристики детекторов не сопряжены, так как принцип действия. устройства основан на сравнении абсолютных значений поля в трех точках, в которых осуществляется отбор мощности.

Развязка этих точек и работа без искажения волны возможна. при значительных потерях энергии.

Целью изобретения является повышение эффективности, надежности и точности измерения .уровня.

Поставленная цель достигается тем, что коротковолновый уровнемер снабжен блоком управления генератором, со держащим триггер и модулятор, а устройство логической обработки сигнала связано с реверсивным счетчиком с образованием схемы счета числа прошедших полуволн, причем устройства измерения напряженности поля выполнены в виде схем определения минимумов перемещающейся стоячей волны, измерительная линия — в виде раздЬльных передающего с ответвителем и приемного трактов, схема счета числа прошедших полуволн содержит счетные триггеры, схемы И, схему ИЛИ, RS-триг геры, формирователь и реверсивный счетчик, причем передающий тракт с ответвителем на входе соединен с генератором сигналов, а на выходе - с антенной, приемный тракт связан с одной стороны с антенной, а с другой— с ответвителем приемного тракта, входы первого и второго устройств измерения напряженности поля соединены с

3 10104 приемным трактом. в двух точках с определенной разностью фаз, выход первого устройства измерения напряженности . поля соединен со счетным входом пер1 вого счетного триггера, счетным входом первого RS-триггера и посредством первой схемы И со счетным входом вто- рого .RS-,òðèããåðà, выход второго устройства измерения напряженности связан со счетным входом второго счет- 1В ного триггера, устАновочным входом первого RS-триггера и посредством вто. . рой схемы И с установочным входом вто. . рого RS-триггера, прямой выход триггера схемы управления соединен с модулятором и входами первой и второй схем И прямой и инверсные выходы пер1 вого RS-триггера подключены соответственно к входам третьей и четвертой схем И, а прямой и инверсный выходы второго RS-триггера. связаны сооветственно с входами третьей и четвертой схем И, при этом выходы указанных схем И посредством схемы ИЛИ подключены 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 4в налов, передающий 2 с ответвителем и приемный 3 тракты, передающую 4 и при. емную 5 антенны, первую 6 и вторую 7 схемы измерения напряженности поля, схему 8 управления и схему 9 счета .числа прошедших полуволн. Схема 8 управления содержит триггер 10 запуска и срыва режима изменения частоты генератора и модулятор 11. Схема 9 счета числа прошедших полуволн содержит первый 12 и второй 13 счетные триггеры, первый 14 и второй 15 КЬ-триггеры, первую 16, вторую 17, третью 18, четвертую 19, пятую 20 и шестую 21 схемы И, схему ИЛИ 22, формирователь 23 и реверсивный счетчик 24.

Передающая 4 и приемная 5 антенны соединены с передающим 2 и .приемным 3 трактами. Приемный 3 тракт соединен

69 4 со схемами 6.и 7 (определения минимумов стоячей волны в точках с разностью фаз Ь Ч = О). Выходы каждой из схем 6 и 7 соединены со счетными входами счетных триггеров 12, 13 и счетным -и установочным входаМи г ервого

RS-триггера 14, а также через схе-. мы И 16 и 17 со счетным и установочным входами второго RS-триггера 15.

Вторые входы схем И 16, 17 и вход.модулятора 11 соединены с выходом схемы 8 управления, а точнее - с выходом триггера 10 ° Выходы RS-триггеров 14 и

15 попарно соединены с входами схем

И 18 и 19, выходы которых через схему ИЛИ 22 подключены к управляющему входу реверсивного счетчика 24, выходы счетных триггеров 12 и 13 соединены через схему И 20 с входом формирователя 23 и установочными входами счетных триггеров 12 и 13, а выход формирователя соединен со счетным входом триггера 10 схемы управления. Выход модулятора 11 сЬединен с генератором 1 сигналов, второй выход триггера 10 и выход формирователя 23 че" рез схему И 21 соединены с входом реверсивного счетчика 24.

Уровнемер работает следующим образом.

Уровнемер располагается над объектом, изменение расстояния до которого надлежит измерять. Сигнал от генератора 1 через передающий тракт 2 и передающую антенну 4 излучается в пространство, достигает объекта,,переотражается обратно, принимается приемной 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- мумами точки соединения приемного тракт" "3 со схемами 6 и 7 или 7 и 6, в зависимости от направления перемещения стоячей волны, а точнее в зависимости от того, уменьшается или

% 10104 увеличивается расстояние от антенн 4 и 5 до объекта.

Наличие двух схем определения минимумов перемещающейся стоячей волны упри изменении расстояния), соедине- з. ние которых с приемным трактом разнесено по Фазе, например наЬ9= Г/Я, позволяет однозначно определять число прошедших полуволн. Эта возможность реализуется с помощью схемы 9 счета 10 прошедших полуволн, учитывающей на счетчике 24 изменение расстояния в одну полуволну только после последовательного прохождения минимума перемещающейся стоячей волны точек соеди- 1З нения схем 6 и 7 (или 7 и 6) с приемным трактом 3. При этом каждому прошедшему минимуму соответствует вырабатываемый схемой 6 или 7 импульс.

69 сработают схемы 6 и 7 (переместится одна полуволна ), импульсный сигнал на выходе схемы И 20 приведет. к срыву режима модуляции, к обнулению сигнала на входах схем И 16 и 17 и установлению разрешающего потенциала на входе схемы И 21; после чего производится новый цикл измерения уровня (учета проходящей полуволны) в режиме постоДля примера примем, что сначала (в исходном положении ) минимум стоячей волны находился справа от схемы 6 и расстояние до объекта увеличивается. Импульсный сигнал, вырабатывае- 2s мый схемой 6 в момент прохождения минимума*стоячей волны, приведет к срабатыванию счетного триггера 12 и установлению единичного потенциала íà входе схемы И 20. Одновременно срабатывает Ю-триггер 14. Импульсный сиг" .нал поступает на вход схемы И 16, но не проходит к RS-триггеру 15, так как при первом цикле измерений на втором .входе схемы И 17 нет разрешающего единичного потенциала от триггера 10

ЗЮ 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 схе«Ю 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- Э де счетчика 24. Наличие обратной связи с установочными входами счетных триггеров 12 и 13 позволяет подгото-, вить триггеры к приходу новых импульсов. 50

Импульсный сигнал с выхода Формирователя 23 поступает также на вход триггера 10 схемы 8 управления, опрокидывая его, что приводит к появлению 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 onределения уровня. Неоднозначность является следствием периодичности закона изменения напряженности поля стоячей волны в Функции расстояния и связана с неопределенностью положения нуля стоячей волны (слева или справа от точки соединения схемы 6 с приемным трактом 3) в момент начала учета ее перемещения. Установка управляющего сигнала на входе счетчика 24 происходит автоматически в режиме изменения частоты генератора 1 сигналов.

Изменение частоты в заданном направлении производится эа малую долю времени перемещения стоячей волны на половину ее длины. Это время определяется значением частоты, скоростью ее изменения и расстоянием до объекта.

Режим анализа управляющего сйгнала начинается 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 полуволны, но в режиме изменения частоты генератора 1 сигналов. При этом импульсы вырабатываемые схемами 6 и 7 приводят к срабатываниюЯЯ -.триггера 14 и через схемы И 16 и 17Я5-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 (слева или справа) от точки соединения схемы 6 с приемным трактом 3. Как только

7 101 янной частоты, а затем описанный цикл анализа управляющего сигнала.

Применение .устройства позволит повысить точность и разрешить неодно0469 значность контроля глубины пахоты, автоматического контроля изменения сыпучих и жидких материалов, определения потерь корнеклубнеплодов на поле.

Составитель А. Сидоров.

Редактор Л. Гоатилло Техреду M.Tenep, . Корректор "1 ° «" Улла

Заказ 2467/30 . Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)ОЯ д„Москва Ж-Я Раушская наб 8д 4Д

Филиал ППП Патент",. г. Ужгород, ул. Проектная, 4