Автор: Кандырин Н. П., Костянец А. В., Лошаков В. А.
Источник: Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил ім. І. Кожедуба, випуск 1(13), 2007
Постановка проблемы. В настоящее время остро стоит необходимость создания недорогих, малогабаритных устройств, способных измерять уровень загрузки сыпучих материалов в технических емкостях. Примером тому могут служить элеваторы, различные башни в производстве строительных материалов, в коксохимическом производстве и т.п.
Кроме того, на предприятиях химической промышленности в силу технологических процессов происходит выделение вредных для обслуживающего персонала химических соединений, что подтверждает важность создания автоматизированных комплексов, позволяющих производить бесконтактный контроль процессов загрузки различных сыпучих материалов.
Для измерения расстояния до поверхности сыпучих материалов в технических емкостях возможно применение акустических и оптических датчиков. Однако их точностные характеристики в значительной степени зависят от состояния окружающей среды (запыленность, высокая влажность и т.п.), а значит, на практике их использование не всегда является целесообразным. Использование же СВЧ датчиков позволяет исключить недостатки, свойственные оптическим и акустическим устройствам. Поэтому исследование возможностей использования радиолокационных методов измерения уровня в технологических процессах является актуальной задачей.
Анализ литературы. Возможности акустических, оптических и СВЧ датчиков уровней сыпучих материалов в технических емкостях нашли отражение в ряде работ. Показано, что характеристики СВЧ датчиков в наименьшей степени зависят от свойств среды, в которой они находятся. Особый интерес представляет создание устройства по непрерывному бесконтактному контролю уровня шихты в башне при производстве кокса. Запыленность в технологической башне ограничивает возможность использования бесконтактных измерительных устройств, и до настоящего времени не создано измерительное устройство, позволяющее непрерывно контролировать технологический процесс загрузки шихты в башню. Следовательно, разработка рекомендаций по внедрению радиолокационных методов и устройств измерения уровня загрузки сыпучих компонентов в технологические емкости, в частности, при производстве кокса является актуальной задачей.
Целью статьи является разработка рекомендаций по построению и применению радиолокационных измерителей дальности для определения уровня загрузки сыпучих материалов в технологических емкостях.
Известны различные методы измерения и схемы построения радиолокационных измерителей. В зависимости от параметра сигнала, содержащего информацию о дальности, различают три основных метода измерения дальности: импульсный, фазовый и частотный. Импульсный метод основан на непосредственном измерении времени запаздывания принимаемого радиоимпульса относительно излученного. Основными достоинствами импульсного метода являются: возможность развязки передающего и приемного трактов с помощью антенного переключателя, позволяющая строить РЛС с одной антенной; простота определения дальности. Недостатки: необходимость использования относительно больших импульсных мощностей передатчиков; сложность обеспечения работы на малых дальностях (единицы, десятки метров), связанная с необходимостью укорочения зондирующих импульсов до единиц наносекунд.
Фазовый метод основан на измерении разности фаз излучаемых и принимаемых колебаний. Достоинства фазового метода: малая мощность генерируемых колебаний, поскольку используется непрерывное излучение; возможность измерения малых дальностей; простота измерителя. Недостатки: неоднозначность измерения дальности в СВЧ диапазоне.
Источником СВЧ колебаний является генератор волноводной конструкции на лавиннопролетном диоде (ЛПД) 4. СВЧ генератор перестраивается по частоте с помощью управляющего частотой элемента – варикапа 7. Сигнал управления на варикап подается от устройства коррекции управляющего напряжения 9.
Рисунок 1 – Структурная схема измерителя уровня
Поскольку ЧНХ управляемого генератора (УГ) нелинейная , то для получения линейной зависимости частоты выходных колебаний необходимо сформировать скорректированное управляющее напряжение специальной формы. Наиболее широкими возможностями по формированию таких напряжений, необходимых для компенсации модуляционных искажений, вызванных нелинейностью ЧНХ управляемых генераторов, обладают цифровые методы формирования. В качестве такого устройства может быть использован цифровой формирователь табличного типа, в память которого записаны коды значений требуемого напряжения. Это позволит учитывать и компенсировать влияние нелинейности ЧНХ управляемого генератора и его инерционности как объекта управления.