×
10.07.2014
216.012.da8f

БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002521729
Дата охранного документа
10.07.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. Способ заключается в том, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - , по полученному коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости. Технический результат - повышение точности измерения уровня жидкости в емкостях. 4 ил.
Основные результаты: Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости достигается тем, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, отличающийся тем, что производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - , по полученному коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др.

Известны радиоволновые способы измерения, которые используют для бесконтактного измерения уровня жидких сред в емкостях для хранения нефтепродуктов, химически активных, агрессивных и вязких жидкостей (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.). При этом реализуемые на основе этих способов уровнемеры должны обеспечивать достаточно высокую одинаковую точность (до 2 мм) в диапазоне измерения от 0,5 до 20 м и при этом быть надежными, удобными в эксплуатации и недорогими устройствами. В задачах, связанных с радиоволновым бесконтактным измерением уровня жидкостей, применяются способы с частотной модуляцией электромагнитных колебаний.

Реализацию способа рассмотрим на примере бесконтактного радиоволнового уровнемера, использующего в работе линейную частотную модуляцию несущей волны (ЛЧМ). Эти частотно-модулированные электромагнитные волны излучаются в сторону поверхности жидкости по нормали к ней. Временное запаздывание отраженной от контролируемой поверхности волны относительно падающей приводит к сдвигу частоты между излученными и отраженными волнами. Эта разностная частота или сигнал биений выделяется на специальном элементе - смесителе, входящем в состав измерительного устройства. В этом случае частота отраженного от поверхности контролируемой среды сигнала отличается от частоты зондирующего сигнала на величину разностной частоты: fP=2FMΔfML/с, где L - расстояние до поверхности контролируемой среды, ΔfM - максимальная девиация частоты, FM=1/TM - частота модуляции, TM - период модуляции, c - скорость света. Из этой формулы следует:

.

Как и у всех частотных дальномеров, здесь имеется методическая дискретная ошибка определения дальности, обусловленная периодичностью модуляции зондирующего сигнала или дискретным характером его спектра:

.

Наличие этой ошибки определяется способом измерения частоты, который основан на подсчете числа нулей N сигнала за определенное время. Так как при незначительном изменении расстояния меняется фаза, а следовательно, и форма сигнала на выходе смесителя, то результат подсчета N меняется дискретно. В связи с этим используются различные технические решения, направленные на уменьшение этой погрешности (Кагаленко Б.И., Марфин В.П., Мещеряков В.П. Дальномер повышенной точности // Измерительная техника.1981. №12. С.68-69.).

Известно также техническое решение - измерение расстояния по максимальному или средневзвешенному значению спектра разностной частоты сигнала биений в методе с использованием частотной модуляции, которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа (Теоретические основы радиолокации /Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: Сов. Радио, 1970. 560 с.). Данный способ-прототип заключается в зондировании поверхности жидкости по нормали к ней частотно-модулированными электромагнитными волнами, приеме отраженных электромагнитных волн, выделении сигнала биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами и вычислении расстояния по разностной частоте сигнала биений, определяемой по максимальному значению его частотного спектра.

Однако спектральный подход к анализу сигнала биений имеет существенный недостаток, не позволяющий получить достаточную точность. При спектральном Фурье-анализе сигнал представляется в виде суммы гармоник согласно формуле:

а коэффициенты Cn вычисляются по формулам:

где n=0; ±1; ±2…, , T=TM - в данном случае для сигнала биений - период частотной модуляции. Базисной функцией при разложении в ряд Фурье является синусоидальное колебание, которое математически определено в интервале времени от -∞ до +∞ при прямом преобразовании Фурье (ППФ) и имеет неизменные во времени параметры. То же самое справедливо и в частотной области при обратном преобразовании Фурье (ОПФ).

Отдельные особенности сигнала биений, например разрывы или смены фазы, происходящие с периодичностью периода модуляции TM, «размазываются» по всей частотной оси, вызывая изменения частотного образа сигнала во всем интервале частот от -∞ до +∞. Резкое увеличение числа гармоник в этом случае оказывает влияние на форму сигнала, поэтому точно определить разностную частоту по спектру сигнала биений невозможно. Сказанное демонстрируется на Фиг.1,а, б. Здесь представлен сигнал биений с разностной частотой 10 Гц и периодом модуляции TM=1 с (см. Фиг.1,а) и его спектр (см. Фиг.1,б), полученный после обработки 1000 выборок сигнала за период TM. Из чертежа видно, что частота максимума спектральной плотности сигнала fmax=7,812 Гц, при истинном значении 10 Гц. Использование оконного преобразования Фурье также не может в полной мере устранить ошибку в определении разностной частоты по спектру сигнала биений, поскольку это не избавляет от принципиального недостатка - использования синусоиды в качестве базисной функции спектрального разложения для анализа локализованного во времени сигнала, каким является сигнал биений (Езерский В.В., Давыдочкин В.М. Оптимизация спектральной обработки сигнала прецизионного датчика расстояния на основе частотного дальномера // Измерительная техника. 2005. №2. С.21-25.).

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат в предлагаемом способе измерения уровня жидкости в емкости достигается тем, что сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование (ПНВП) сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - a, по этому коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости.

Предлагаемый способ поясняется чертежом на фиг.2, где приведена структурная схема устройства для реализации способа.

На фиг.2 показаны модулятор 1, генератор 2, направленный ответвитель 3, передающая антенна 4, приемная антенна 5, смеситель 6, вычислительное устройство 7.

Способ реализуется следующим образом. Генератор линейно-изменяющегося напряжения 1 модулирует частоту генератора СВЧ 2, с выхода которого электромагнитные колебания проходят через направленный ответвитель 3 на антенну 4 и излучается в сторону контролируемой поверхности 8. Отраженная электромагнитная волна принимается антенной 5 и поступает на смеситель 6, куда также поступает часть мощности падающей волны от направленного ответвителя 3. На выходе смесителя 6 формируется сигнал биений, который поступает в вычислительное устройство 7, где происходит определение разностной частоты сигнала с помощью процедуры ПНВП. Затем по этой частоте определяют расстояние L до контролируемой поверхности 8, по которому судят об уровне жидкости в емкости.

ПНВП сигнала U(t) задается по аналогии с преобразованием Фурье путем вычисления вейвлет-коэффициентов по формуле:

где U(t) - сигнал биений, ψ(t) - одна из материнских вейвлет-функций, a - масштабирующий временной коэффициент, b - коэффициент сдвига по времени. Вейвлет-функции или вейвлеты в отличие от синусоиды локализованы как в частотной, так и во временной области. Они, как правило, не имеют аналитического представления в виде одной формулы и задаются итерационными выражениями. На фиг.3 представлены некоторые вейвлеты и их центральные частоты Fc.: а) Добеши 2-го порядка; б) «Мексиканская шляпа»; в) Симлета 4-го порядка; г) Морлета. Результат вычисления вейвлет-спектра сигнала биений (см. фиг.1,а), с использованием вейвлета Морлета (см. фиг.3,г), показан на фиг.4,а. Здесь по оси ординат отложены масштабные коэффициенты a, а по оси абсцисс - временной коэффициент b, коэффициенты C(a, b) представлены в виде эквипотенциальных линий. На фиг.4,б нарисована зависимость частоты f от коэффициента a, которая вычисляется при заданных значениях времени выборки Δ=10-3 с, согласно формуле f=Fc/aΔ, где Fc=0,8125 Гц - центральная частота соответствующего вейвлета, в данном случае - Морлета. Для определения разностной частоты сигнала биений через экстремумы вейвлет-спектра строится прямая до пересечения с осью ординат и в точке пересечения определяют величину a= a 0=81, а по этому значению с помощью фиг.4,б вычисляют разностную частоту fp=10 Гц. Отсюда видно, что с помощью вейвлет-спектра сигнала биений можно точно вычислить разностную частоту, в отличие от определения по Фурье-спектру.

Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости достигается тем, что в сторону поверхности жидкости по нормали к ней излучают частотно-модулированные по линейному закону электромагнитные волны, принимают отраженные электромагнитные волны, затем выделяют сигнал биений на выходе смесителя между падающими и отраженными электромагнитными волнами, отличающийся тем, что производят прямое непрерывное вейвлет-преобразование сигнала биений за время периода модуляции, в полученном вейвлет-спектре сигнала биений находят точки локальных экстремумов, экстраполируют их прямой линией, находят точку пересечения этой линии с осью ординат масштабных коэффициентов - , по полученному коэффициенту с помощью функции преобразования, построенной для используемого вейвлета, определяют разностную частоту, по которой судят об уровне жидкости в емкости.
БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ
БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ
БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ
БЕСКОНТАКТНЫЙ РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 276 items.
27.10.2013
№216.012.7b1d

Устройство декодирования совместно хранимых границ при интервальных вычислениях

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах для осуществления вычислений в формате с плавающей запятой. Техническим результатом является увеличение точности запоминаемых результатов интервальных вычислений в формате с плавающей запятой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497179
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ec0

Струйный элемент

Изобретение относится к устройствам струйной автоматики (пневмоники) и может быть использовано в измерительных системах для измерения количества газа или жидкости. Струйный элемент содержит в плоской пластине крепежные узлы, в плоскости элемента проточную полость с каналами питания, слива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498121
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.81a5

Головка фонтана

Предложена головка фонтана, которая содержит стол с размещенными на нем несущей конструкцией, в которой установлены микродвигатели, и наружным корпусом, имеющим внутренний корпус, в верхней части которого расположены разбрызгивающее устройство и шляпа. Разбрызгивающее устройство снабжено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498865
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.11.2013
№216.012.85bf

Струйное устройство

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в системах управления и контроля, а также для измерения расхода и количества газа или жидкости. Струйное устройство содержит набор струйных элементов в пакете с функциональными каналами, в том числе каналами питания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499917
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.892a

Способ регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500796
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.892b

Способ регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500797
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.01.2014
№216.012.9880

Устройство для определения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагаемое устройство определения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504739
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9881

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагается способ измерения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504740
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.98dc

Устройство для оценки и сравнения эффективности функционирования однотипных организаций, учитывающее взаимодействие с другими уровнями структуры

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки функционирования однотипных организаций с целью выработки рекомендаций по улучшению качества их работы. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет учета взаимодействия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504831
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.02.2014
№216.012.a150

Фонтан с вращающимися или "пляшущими" струями

Изобретение относится к гидротехническим устройствам, а именно к фонтанам, в том числе к декоративным и демонстративным, в которых изменяется характер струи. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, путем создания разновидностей струй, пляшущих под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507011
Дата охранного документа: 20.02.2014
Showing 1-10 of 181 items.
27.10.2013
№216.012.7b1d

Устройство декодирования совместно хранимых границ при интервальных вычислениях

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в арифметических устройствах для осуществления вычислений в формате с плавающей запятой. Техническим результатом является увеличение точности запоминаемых результатов интервальных вычислений в формате с плавающей запятой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497179
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7ec0

Струйный элемент

Изобретение относится к устройствам струйной автоматики (пневмоники) и может быть использовано в измерительных системах для измерения количества газа или жидкости. Струйный элемент содержит в плоской пластине крепежные узлы, в плоскости элемента проточную полость с каналами питания, слива,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498121
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.81a5

Головка фонтана

Предложена головка фонтана, которая содержит стол с размещенными на нем несущей конструкцией, в которой установлены микродвигатели, и наружным корпусом, имеющим внутренний корпус, в верхней части которого расположены разбрызгивающее устройство и шляпа. Разбрызгивающее устройство снабжено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498865
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.11.2013
№216.012.85bf

Струйное устройство

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в системах управления и контроля, а также для измерения расхода и количества газа или жидкости. Струйное устройство содержит набор струйных элементов в пакете с функциональными каналами, в том числе каналами питания,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499917
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.892a

Способ регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500796
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.892b

Способ регулирования распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом

Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано, в частности, при производстве шампанских вин. Регулирование распределения температуры в цилиндрическом резервуаре с виноматериалом, имеющем снаружи "рубашку" с циркулирующим в ней хладоносителем по замкнутому...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500797
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.01.2014
№216.012.9880

Устройство для определения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагаемое устройство определения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504739
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9881

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Предлагается способ измерения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504740
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.98dc

Устройство для оценки и сравнения эффективности функционирования однотипных организаций, учитывающее взаимодействие с другими уровнями структуры

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для оценки функционирования однотипных организаций с целью выработки рекомендаций по улучшению качества их работы. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет учета взаимодействия с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504831
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.02.2014
№216.012.a150

Фонтан с вращающимися или "пляшущими" струями

Изобретение относится к гидротехническим устройствам, а именно к фонтанам, в том числе к декоративным и демонстративным, в которых изменяется характер струи. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, путем создания разновидностей струй, пляшущих под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507011
Дата охранного документа: 20.02.2014
+ добавить свой РИД