close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2334953

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 334 953
(13)
C2
(51) МПК
G01F 23/284 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2006136898/28, 19.10.2006
(72) Автор(ы):
Фролов Андрей Николаевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
19.10.2006
(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью
Производственное предпри тие "Парус" (RU)
(43) Дата публикации за вки: 27.04.2008
R U
(45) Опубликовано: 27.09.2008 Бюл. № 27
2 3 3 4 9 5 3
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2144203 С1, 10.01.2000. RU 2206101
C1, 10.06.2003. ШИРМАН Я.Д., МАНЖОС В.Н.
Теори и техника обработки радиолокационной
информации на фоне помех. - М.: Радио и
св зь, 1981. ШЕВЧЕНКО В.Н. Оценивание
углового положени источников когерентных
сигналов на основе методов регул ризации. Радиотехника, 2003, №9.
C 2
(57) Реферат:
Изобретение относитс к технике контрол и
измерени уровн различных
веществ.
Технический результат - уменьшение погрешности
измерени уровн при сохранении быстродействи за счет снижени эквивалентной величины ширины
фильтра БПФ. Технический результат достигаетс тем, что в способе радиоволнового измерени уровн , основанном на линейной частотной
модул ции, включающем формирование СВЧ
сигнала измен ющейс частоты, излучаемого в
направлении поверхности измер емого уровн ,
выполнение быстрого преобразовани Фурье
сигнала разностной частоты излученного и
R U
отраженного от поверхности измер емого уровн сигналов, определение дальности до измер емого
уровн , в отличие от известного выдел ют сигнал
фильтра быстрого преобразовани Фурье с
максимальной амплитудой и боковые от него
сигналы фильтра, по величинам измеренных
сигналов
производ т
построение
сигнала
интерпол ционного кубического сплайна с шагом
менее ширины фильтра быстрого преобразовани Фурье исходного сигнала. Затем определ ют точку
сигнала
с
частотой,
соответствующей
максимальной частоте фильтра сплайна, по
которой вычисл ют дальность до измер емого
уровн . 2 ил.
Страница: 1
RU
C 2
(54) СПОСОБ РАДИОВОЛНОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ
2 3 3 4 9 5 3
Адрес дл переписки:
141075, Московска обл., г. Королев, пр-кт
Космонавтов, 1а, кв.74, Т.Г. Миериной
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 334 953
(13)
C2
(51) Int. Cl.
G01F 23/284 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2006136898/28, 19.10.2006
(72) Inventor(s):
Frolov Andrej Nikolaevich (RU)
(24) Effective date for property rights: 19.10.2006
(73) Proprietor(s):
Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'ju
Proizvodstvennoe predprijatie "Parus" (RU)
(43) Application published: 27.04.2008
R U
(45) Date of publication: 27.09.2008 Bull. 27
Mail address:
141075, Moskovskaja obl., g. Korolev, pr-kt
Kosmonavtov, 1a, kv.74, T.G. Mierinoj
C 2
R U
2 3 3 4 9 5 3
known one, signal of fast Fourier transform
filter is singled out with maximum amplitude and
filter signals lateral from it, by values of
measured signals signal of interpolated cubic
spline is built with pitch that is less than
width of filter of fast Fourier transform of
initial signal. Then signal point is detected
with frequency that corresponds to maximum
frequency of spline filter, based on which
distance to measured level is calculated.
EFFECT: reduction of level measurement
inaccuracy with preservation of fast action.
2 dwg
Страница: 2
EN
C 2
(57) Abstract:
FIELD: physics.
SUBSTANCE:
invention
is
related
to
instrumentation
for
measurement
of
different
substances level. In method of radio wave level
measurement,
based
on
linear
frequency
modulation,
which
includes
generation
of
microwave
signal
of
alternating
frequency,
radiated in direction of measured level surface,
execution of fast Fourier transform of difference
frequency
signal
of
radiated
and
surfacereflected measured level of signals, detection of
distance to the measured level, compared to the
2 3 3 4 9 5 3
(54) METHOD OF RADIO WAVE LEVEL MEASUREMENT
RU 2 334 953 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к технике контрол и измерени уровн различных веществ.
Известны импульсные радиоволновые способы измерени уровн [1, с.94], при которых
зондирующий сигнал представл ет собой короткий радиоимпульс, по времени прохождени которого до поверхности среды и обратно производитс оценка дальности.
Дл измерени дальностей, не превышающих нескольких дес тков метров (диапазон,
характерный дл измерени уровн на технологических объектах), необходимы
зондирующие импульсы длительностью не более дес тых долей наносекунды. При этом
резко возрастают требовани , предъ вл емые к низкочастотным узлам прибора, и
применение указанных измерителей не приводит к удовлетворительным результатам по
точности.
Известен способ радиоволнового измерени уровн с использованием линейной
частотной модул ции (ЛЧМ) сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала [2], выбранный в
качестве прототипа, включающий формирование СВЧ сигнала измен ющейс частоты,
излучаемого в направлении поверхности измер емого уровн , выполнение быстрого
преобразовани Фурье сигнала разностной частоты излученного и отраженного от
поверхности измер емого уровн сигналов, определение дальности до измер емого
уровн .
При измерении уровн зондируют контролируемую поверхность линейной частотномодулированной электромагнитной волной (ЭВ), одновременно регистрируют закон
модул ции ЭВ, сравнивают опорную ЭВ и отраженную ЭВ и выдел ют сигнал разностной
частоты, определ ют максимальную разностную частоту сигнала, по величине и закону
модул ции определ ют врем задержки отраженной ЭВ относительно опорной ЭВ.
Дальность до контролируемой поверхности определ ют по формуле: ?=(с?t)/2, где с скорость света. Дл увеличени точности определ ют дальность до контролируемой
поверхности как среднее по результатам 2N измерений за N=10 периодов модул ции ЭВ.
При использовании быстрого преобразовани Фурье (БПФ) точность определени частоты зависит от величины ширины фильтра БПФ, котора в свою очередь обратно
пропорциональна времени наблюдени (длительности развертки ЛЧМ в данном случае).
Дл увеличени точности необходимо уменьшение величины фильтра БПФ, увеличение
времени наблюдени . Однако длительность развертки ЛЧМ в этом случае становитс слишком большой, что приводит к ухудшению быстродействи .
Техническим результатом предлагаемого изобретени вл етс уменьшение
погрешности измерени уровн при сохранении быстродействи за счет снижени эквивалентной величины ширины фильтра БПФ.
Технический результат достигаетс тем, что в способе радиоволнового измерени уровн , основанном на линейной частотной модул ции, включающем формирование СВЧ
сигнала измен ющейс частоты, излучаемого в направлении поверхности измер емого
уровн , выполнение быстрого преобразовани Фурье сигнала разностной частоты
излученного и отраженного от поверхности измер емого уровн сигналов, определение
дальности до измер емого уровн , в отличие от известного выдел ют сигнал фильтра
быстрого преобразовани Фурье с максимальной амплитудой и боковые от него сигналы
фильтра, по величинам измеренных сигналов производ т построение сигнала
интерпол ционного кубического сплайна с шагом менее ширины фильтра быстрого
преобразовани Фурье исходного сигнала, затем определ ют точку сигнала с частотой,
соответствующей максимальной частоте фильтра сплайна, по которой вычисл ют
дальность до измер емого уровн .
Суть изобретени по сн етс фиг.1, где приведены:
На фиг.1a - результаты БПФ с выбором максимального по амплитуде фильтра и
нескольких боковых по отношению к нему;
на фиг.1б - результаты БПФ с выбором максимального по амплитуде фильтра и
нескольких боковых по отношению к нему;
на фиг.1в - результаты построени интерпол ционного кубического сплайна;
на фиг.1г - выбор максимальной величины сплайна и соответствующей ей частоты;
Страница: 3
DE
RU 2 334 953 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
На фиг.2 - система реализации предлагаемого способа радиоволнового измерени уровн .
Система содержит СВЧ генератор 1 с линейной частотной модул цией, приемник 2
отраженного сигнала, св занные со смесителем 3, который в свою очередь св зан с
последовательно соединенными блоком 4 быстрого преобразовани Фурье, блоком 5
выделени из сигнала гармоники с максимальной амплитудой и боковыми гармониками,
блоком 6 построени интерпол ционного кубического сплайна по основной и выделенным
боковым гармоникам, блоком 7 выделени из сигнала сплайна гармоники с максимальной
амплитудой, блоком 8 определени дальности до измер емого уровн .
СВЧ генератор 1 вл етс источником СВЧ колебаний, частота которых измен етс по
линейному закону, и может быть выполнен на микросхемах HMC385LP4 Hittite Microwave
Corp. В способе радиоволнового измерени уровн с использованием ЛЧМ, при котором
СВЧ сигнал излучаетс через антенно-фидерный тракт, отраженный сигнал поступает на
приемник 2, в котором частота отраженного сигнала отличаетс от частоты сигнала
генератора из-за задержки во времени. Измерение дальности сводитс к измерению
разностной частоты двух сигналов при помощи БПФ (см. фиг.1а) по номеру максимального
по величине фильтра. При этом погрешность определени частоты в этом случае
составл ет до половины ширины фильтра БПФ.
Отраженный сигнал поступает в приемник 2 отраженного сигнала, который может быть
выполнен на микросхемах NLB-300 RF Micro Devices, смешиваетс с частью сигнала СВЧ
генератора 1 и в смесителе приемника отраженного сигнала 3 выдел етс разностна частота, пропорциональна времени задержки отраженного сигнала, несуща информацию
о дальности до измер емого уровн вещества. Сигнал разностной частоты из смесител 3
поступает в блок 4, в котором производитс быстрое преобразование Фурье и который
может быть выполнен на микросхемах C8051F124 Silicon Lab. По результатам БПФ в блоке
5, выполненном, например, в виде амплитудного детектора, выдел ютс фильтр с
максимальной амплитудой и несколько боковых от него фильтров (см. фиг.1б), по
величинам которых в блоке 6, выполненном, например, в виде нелинейного усилител ,
строитс интерпол ционный кубический сплайн с шагом, более мелким по сравнению с
величиной ширины фильтра БПФ (см. фиг.1в), после чего в блоке 7, выполненном,
например, в виде амплитудного детектора, производитс выделение из сигнала гармоники
с частотой, соответствующей максимальной амплитуде сплайна (см. фиг.1г). Количество
боковых фильтров БПФ дл построени интерпол ционного кубического сплайна снизу
ограничиваетс точностью воспроизведени спектра и не может быть менее чем по одному
с каждой стороны фильтра с максимальной амплитудой. Количество боковых фильтров
БПФ дл построени интерпол ционного кубического сплайна сверху ограничиваетс наличием близлежащих спектральных составл ющих с частотой, отличной от основной.
При включении данных спектральных составл ющих в построение интерпол ционного
кубического сплайна происходит искажение последнего.
В отличие от известного в предлагаемом способе радиоволнового измерени уровн величина эквивалентной величины ширины фильтра определ етс шагом
интерпол ционного кубического сплайна, котора может быть значительно меньше ширины
фильтра исходного БПФ, так как исходный фильтр БПФ разбиваетс на несколько частей.
При разбивке на две части происходит улучшение точности в два раза. Шаг
интерпол ционного кубического сплайна определ етс необходимой точностью измерений
и вычислительными возможност ми устройства, реализующего способ.
В блоке 8 определени дальности, выполненном, например, в виде перемножител ,
вычисл етс дальность до измер емого уровн путем перемножени частоты гармоники
сигнала, соответствующей максимальной частоте фильтра сплайна, на константу,
величина которой определ етс наклоном линейной частотной модул ции и скоростью
света.
За счет снижени эквивалентной величины ширины фильтра БПФ становитс возможным уменьшение погрешности измерени уровн при сохранении быстродействи .
Страница: 4
RU 2 334 953 C2
Литература
1. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Савлуков. Радиоволновые измерени параметров
технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.99.
2. За вка №93026872, 20.10.1995, МПК: G01F 23/28 - прототип.
5
10
15
Формула изобретени Способ радиоволнового измерени уровн , основанный на линейной частотной
модул ции, включающий формирование СВЧ-сигнала измен ющейс частоты, излучаемого
в направлении поверхности измер емого уровн , выполнение быстрого преобразовани Фурье сигнала разностной частоты излученного и отраженного от поверхности
измер емого уровн сигналов, определение дальности до измер емого уровн ,
отличающийс тем, что выдел ют сигнал фильтра быстрого преобразовани Фурье с
максимальной амплитудой и боковые от него фильтры сигнала, по величинам измеренных
фильтров сигнала производ т построение сигнала интерпол ционного кубического сплайна
с шагом менее ширины фильтра быстрого преобразовани Фурье исходного сигнала, затем
определ ют сигнал с частотой, соответствующей максимальной частоте фильтра сплайна,
по которой вычисл ют дальность до измер емого уровн .
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 5
CL
RU 2 334 953 C2
Страница: 6
DR
RU 2 334 953 C2
Страница: 7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
151 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа