RU2655746C1

RU2655746C1 - Method of level measurement and radio range station with frequency modulation

Info

Publication number: RU2655746C1
Application number: RU2017128203A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Давыдочкин
Original assignee: ООО предприятие "КОНТАКТ-1"
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2018-05-29

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metrology, in particular to radio range meters. Radio-range station contains: a waveguide with perforations located in the reservoir, an electromagnetic wave excitation device, a controlled radio frequency signal generator with one input and two outputs, a digital signal processing circuit, a power divider, a directional coupler, a mixer, a pre-processing circuit, a frequency synthesizer, a digital signal processing circuit, and a controlled radio-frequency signal generator. In the waveguide, standard reflectors are created, located at distances from each other more than six elements of the distance resolution of the radar method of measuring the distance from FM probing waves, wherein the upper reference reflector is positioned above the maximum level of filling of the reservoir with the controlled liquid, and the reference reflectors are designed to reflect electromagnetic waves propagating in the waveguide that do not exceed a predetermined portion of the reflected electromagnetic waves from the monitored liquid.

EFFECT: reducing the error in measuring the distance when changing the properties of the medium inside the waveguide.

22 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению расстояния до поверхности жидкости, например, в закрытых резервуарах с последующим пересчетом в уровень заполнения и основано на принципе радиолокации с частотной модуляцией (ЧМ) зондирующих радиоволн.The invention relates to the field of measuring technology, in particular to measuring the distance to the surface of a liquid, for example, in closed tanks with subsequent conversion to the filling level and is based on the principle of frequency-modulated (FM) radar radar probe sounding waves.

Радиолокационные методы измерения с направляющими полыми волноводами (традиционное название - волноводные уровнемеры), в частности с ЧМ, находят широкое применение в системах измерения уровня заполнения резервуаров [1, 2]. Применение волноводных уровнемеров обусловлено необходимостью существенного снижения уровня помех в сигнале разностной частоты (СРЧ), снижения влияния турбулентности, повышения отношения сигнал-шум при зондировании жидкости с низкой диэлектрической проницаемостью и многими другими неблагоприятными для измерения факторами. Однако в волноводных уровнемерах полностью от помех избавиться не удается из-за необходимости выполнения перфорационных отверстий, через которые в волновод должна свободно поступать контролируемая жидкость. Кроме того, проблемой для точных измерений является влияние частотной дисперсии в волноводе и постепенное отложение на внутренней поверхности волновода малоподвижных фракций контролируемой жидкости в виде слоя осадков.Radar measurement methods with guiding hollow waveguides (traditionally called waveguide level gauges), in particular with FM, are widely used in systems for measuring the level of reservoir filling [1, 2]. The use of waveguide level meters is due to the need to significantly reduce the level of interference in the differential frequency signal (RMS), reduce the influence of turbulence, increase the signal-to-noise ratio when sensing a liquid with a low dielectric constant and many other factors unfavorable for measurement. However, in waveguide level gauges, interference cannot be completely eliminated due to the need to make perforations through which a controlled fluid should freely enter the waveguide. In addition, the problem for accurate measurements is the influence of frequency dispersion in the waveguide and the gradual deposition on the inner surface of the waveguide of inactive fractions of the controlled fluid in the form of a precipitation layer.

Для достижения низкой погрешности измерения в радиолокационных дальномерах с ЧМ стараются обеспечить возможно больший диапазон перестройки частоты Δf при ЧМ. Но при увеличении диапазона перестройки частоты увеличивается составляющая погрешности, обусловленная частотной дисперсией в линиях передачи электромагнитной энергии (ЛПЭЭ), например, в волноводах антенно-волноводного устройства (АВУ). Частотная дисперсия вызывает паразитную частотную модуляцию (ПЧМ) СРЧ в радиодальномерах с линейной ЧМ передатчика. В свою очередь ПЧМ приводит к большой погрешности измерения, особенно при одновременном влиянии частотной дисперсии и помех, всегда сопутствующих радиолокационным измерениям [3].To achieve a low measurement error in FM radar range finders, they try to provide the largest possible frequency tuning range Δf for FM. But with an increase in the frequency tuning range, the error component increases due to the frequency dispersion in the transmission lines of electromagnetic energy (LETE), for example, in the waveguides of an antenna-waveguide device (AVU). Frequency dispersion causes parasitic frequency modulation (FFM) of the RF system in radio rangefinders with a linear FM transmitter. In turn, the FFM leads to a large measurement error, especially with the simultaneous influence of frequency dispersion and interference, always associated with radar measurements [3].

В свободном пространстве значительно снизить погрешность оценки частоты разностного сигнала на фоне помех при незначительном увеличении длительности его анализа позволяет применение двухэтапного алгоритма оценки частоты [4]. Двухэтапный алгоритм заключается в первоначальной оценке частоты разностного сигнала определенной, например, максимумом модуля спектральной плотности амплитуд, вычисленной по преобразованию Фурье, первоначальном вычислении расстояния, линейно связанного с частотой СРЧ и последующем уточнении частоты метода максимального правдоподобия вблизи первоначальной оценки расстояния. При практическом применении двухэтапного алгоритма используют цифровой спектральный анализ. Однако влияние частотной дисперсии не позволяет достигнуть высокой точности измерения.In free space, the use of a two-stage frequency estimation algorithm allows to significantly reduce the error in estimating the frequency of a difference signal against a background of interference with a slight increase in the duration of its analysis [4]. The two-stage algorithm consists in the initial estimation of the frequency of the difference signal determined, for example, by the maximum modulus of the spectral density of the amplitudes calculated by the Fourier transform, the initial calculation of the distance linearly related to the frequency of the superfine frequency and the subsequent refinement of the frequency of the maximum likelihood method near the initial distance estimate. In the practical application of the two-stage algorithm, digital spectral analysis is used. However, the influence of frequency dispersion does not allow to achieve high measurement accuracy.

Близкими аналогами к заявляемым являются "устройство и способ измерения уровня на основе радиолокации" [5], содержащее передатчик для передачи микроволнового сигнала в виде первой моды в трубу с перфорационными отверстиями в направлении жидкости сквозь газ, присутствующий в резервуаре, приемник для приема микроволнового сигнала, отраженного от поверхности указанной жидкости и прошедшего через трубу в обратном направлении, и устройство обработки сигнала для вычисления уровня жидкости в резервуаре на основе данных о времени распространения переданного и отраженного микроволнового сигнала. При этом передатчик выполнен с возможностью передачи микроволнового сигнала в полосе частот, в пределах которой групповая скорость микроволнового сигнала для первой моды, распространяющейся в трубе, по существу, не зависит от диэлектрической постоянной из указанного заранее определенного интервала значений. Первая мода, на которой передатчик выполнен с возможностью передавать микроволновый сигнал в трубу является любой из следующих мод: Н₁₁, Н₀₁, Н₀₂. Приемник выполнен с возможностью выделения частей микроволнового сигнала, принятого в виде различных, т.е. первой и второй мод, на основе различного времени поступления указанных частей в приемник.Close analogs to the claimed ones are “a device and a method of level measurement based on radar” [5], containing a transmitter for transmitting a microwave signal in the form of a first mode into a pipe with perforations in the direction of the liquid through the gas present in the tank, a receiver for receiving a microwave signal, reflected from the surface of the specified liquid and passed through the pipe in the opposite direction, and a signal processing device for calculating the liquid level in the tank based on data on the propagation time Nia transmitted and reflected microwave signal. The transmitter is configured to transmit a microwave signal in a frequency band within which the group velocity of the microwave signal for the first mode propagating in the tube is essentially independent of the dielectric constant from the specified predetermined range of values. The first mode on which the transmitter is configured to transmit a microwave signal into the pipe is any of the following modes: H ₁₁ , H ₀₁ , H ₀₂ . The receiver is configured to isolate portions of the microwave signal received in the form of different, i.e. the first and second modes, based on different times of receipt of these parts in the receiver.

В цитированных способе и устройстве используется многомодовый волновод и поэтому погрешность измерения возникает за счет возбуждения любой из перечисленных мод других мод, которые могут распространяться в волноводе. В результате возникают помехи и, соответственно, погрешность измерения. Кроме того, погрешность возникает при использовании групповой скорости распространения электромагнитных волн для вычисления расстояния по задержке эхо сигнала.The cited method and device uses a multimode waveguide and therefore the measurement error arises due to the excitation of any of the above modes of other modes that can propagate in the waveguide. The result is interference and, accordingly, measurement error. In addition, an error occurs when using the group propagation velocity of electromagnetic waves to calculate the distance from the delay of the echo signal.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному (прототипом на способ) является способ измерения расстояния [6] радиодальномером с ЧМ, включающий: генерирование радиочастотного сигнала с периодической дискретной ЧМ и эквидистантно распределенными ступенями частоты по диапазону ЧМ Δf с известными значениями нижней f₀ частоты, числа дискретных отсчетов частоты М; формирование электромагнитных волн в полом волноводе с критической частотой f_кр, в который свободно поступает контролируемая жидкость до уровня, равного уровню жидкости в резервуаре; выделение части генерируемого радиочастотного сигнала; прием, спустя время распространения, эхо волн и формирование из них отраженного сигнала; смешивание его с выделенной частью генерируемого радиочастотного сигнала; выделение СРЧ; аналоговую обработку СРЧ; аналого-цифровое преобразование СРЧ; генерирование цифровых отсчетов не симметричной весовой функции; генерирование цифровых отсчетов базисной функции f_бц(x_i,m), заданных по дискретным отсчетам базисной функции f_бд(x_i,m); взвешивание СРЧ путем перемножения цифровых отсчетов ВФ и цифровых отсчетов СРЧ; вычисление цифровых отсчетов спектра в виде суммы произведений взвешенных цифровых отсчетов СРЧ и цифровых отсчетов базисной функции; выделение информационного пика модуля спектра (ИПМС) и его центральной частоты, соответствующей отражению от контролируемой жидкости; вычисление расстояния по известным скорости распространения радиоволн, центральной частоте ИПМС и геометрическим размерам волновода.The closest set of essential features to the claimed one (prototype of the method) is a method of measuring the distance [6] with a FM radio range finder, including: generating a radio frequency signal with a periodic discrete FM and equidistant distributed frequency steps over the FM range Δf with known values of the lower frequency f ₀ frequency, the number of discrete samples of the frequency M; the formation of electromagnetic waves in a hollow waveguide with a critical frequency f _cr , into which the controlled fluid freely flows to a level equal to the level of the fluid in the tank; the allocation of part of the generated radio frequency signal; receiving, after the propagation time, the echo of the waves and the formation of the reflected signal from them; mixing it with the selected part of the generated radio frequency signal; the allocation of HFR; analogue processing of RFs; analog-to-digital conversion of the RF system; generation of digital samples of a non-symmetric weight function; the generation of digital samples of the basis function f _bts (x _i , m) specified by discrete samples of the basis function f _bd (x _i , m); weighting of the WFD by multiplying the digital samples of the WF and digital samples of the WFD; calculation of digital samples of the spectrum in the form of the sum of the products of the weighted digital samples of the RMS and digital samples of the basis function; the allocation of the information peak of the spectrum module (IPMS) and its center frequency corresponding to the reflection from the controlled fluid; calculating the distance from the known propagation velocity of the radio waves, the central frequency of the IMS and the geometric dimensions of the waveguide.

Цитированный способ может быть реализован устройством (наиболее близким к заявляемому устройству, по совокупности существенных признаков - прототип на устройство) [1, стр. 119-125, 156-158], содержащим; размещенный в резервуаре волновод с устройством возбуждения электромагнитных волн (УВЭВ); схему цифровой обработки сигналов (СЦОС) с одним входом и тремя выходами; управляемый генератор радиочастотного сигнала (УГРС) с одним входом и двумя выходами; синтезатор частоты (СЧ) с двумя входами и одним выходом; последовательно соединенные делитель мощности (ДМ) и направленный ответвитель (НО) каждый с одним входом и двумя выходами; смеситель (См) с двумя входами и одним выходом; схему предварительной аналоговой обработки (СПАО) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с двумя входами и одним выходом. При этом вход УГРС соединен с выходом СЧ, входы которого соединены с первым выходом СЦОС и первым выходом УГРС. Второй выход УГРС соединен с последовательно соединенными ДМ и НО, а первый выход НО соединен с УВЭВ, который соединен с волноводом. Вторые выходы ДМ и НО соединены с входами См, выход которого соединен с последовательно соединенными СПАО и АЦП. Выход АЦП соединен с входом СЦОС, а второй вход АЦП соединен со вторым выходом СЦОС. Третий выход СЦОС является информационным выходом радиодальномера.The cited method can be implemented by a device (closest to the claimed device, in the aggregate of essential features - a prototype of the device) [1, pp. 119-125, 156-158], containing; a waveguide located in the reservoir with an electromagnetic wave excitation device (UVEV); Digital Signal Processing (DSP) circuit with one input and three outputs; controlled radio frequency signal generator (UGRS) with one input and two outputs; frequency synthesizer (MF) with two inputs and one output; serially connected power divider (DM) and directional coupler (BUT) each with one input and two outputs; mixer (cm) with two inputs and one output; a preliminary analog processing circuit (SAW) and an analog-to-digital converter (ADC) with two inputs and one output. At the same time, the UGRS input is connected to the MF output, the inputs of which are connected to the first output of the central control system and the first output of the UGRS. The second output of the UGRS is connected to serially connected DM and HO, and the first output of the HO connected to UVEV, which is connected to the waveguide. The second outputs of DM and BUT are connected to the inputs of CM, the output of which is connected to series-connected SPAO and ADC. The output of the ADC is connected to the input of the SCC, and the second input of the ADC is connected to the second output of the SCC. The third output of the SCE is the information output of the radio range finder.

В указанных способе измерения расстояния и радиодальномере погрешность может возникать из-за: постепенного отложения на внутренней поверхности волновода слоя осадков, в результате чего изменяются свойства среды, сквозь которую распространяются электромагнитные волны внутри волновода и, соответственно, время распространения зондирующих и эховолн;In the indicated method of measuring distance and the radio range finder, an error can occur due to: gradual deposition of a layer of sediment on the inner surface of the waveguide, as a result of which the properties of the medium through which electromagnetic waves propagate inside the waveguide and, accordingly, the propagation time of the probe and echo waves change;

из-за помех от перфорационных отверстий, через которые в волновод должна свободно поступать контролируемая жидкость;due to interference from perforations through which the controlled fluid should flow freely into the waveguide;

из-за непостоянства внутреннего сечения волноводных труб, связанного с погрешностью изготовления.due to the inconstancy of the internal section of the waveguide tubes associated with the manufacturing error.

Технический результат изобретения - уменьшение погрешности измерения расстояния при изменении свойств среды внутри волновода.The technical result of the invention is the reduction of the error of distance measurement when changing the properties of the medium inside the waveguide.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения уровня радиодальномером с ЧМ, цикл измерения которого включает:The technical result is achieved by the fact that in the method of level measurement by a radio range finder with FM, the measurement cycle of which includes:

генерирование радиочастотного сигнала с периодической дискретной частотной модуляцией и эквидистантно распределенными ступенями частоты по диапазону ЧМ Δf с известными значениями нижней f₀ частоты, числа дискретных отсчетов частоты М;generating a radio frequency signal with periodic discrete frequency modulation and equidistant distributed frequency steps over the FM band Δf with known values of the lower frequency f ₀ , the number of discrete samples of the frequency M;

формирование электромагнитных волн в полом волноводе с критической частотой f_кр, в который свободно поступает контролируемая жидкость до уровня, равного уровню жидкости в резервуаре;the formation of electromagnetic waves in a hollow waveguide with a critical frequency f _cr , into which the controlled fluid freely flows to a level equal to the level of the fluid in the tank;

выделение части генерируемого радиочастотного сигнала;the allocation of part of the generated radio frequency signal;

прием, спустя время распространения, эхо волн и формирование из них отраженного сигнала;receiving, after the propagation time, the echo of the waves and the formation of the reflected signal from them;

смешивание его с выделенной частью генерируемого радиочастотного сигнала;mixing it with the selected part of the generated radio frequency signal;

выделение СРЧ;the allocation of HFR;

аналоговую обработку СРЧ;analogue processing of RFs;

получение цифровых отсчетов СРЧ u_ц(m) на каждой текущей m-й ступени частоты путем аналого-цифрового преобразования СРЧ;Obtaining digital samples of the RMSF u _c (m) at each current mth frequency stage by analog-to-digital conversion of the RMS;

генерирование не симметричной весовой функции (ВФ) w_ц[Ф(m)] в форме цифровых отсчетов, заданных по дискретным отсчетам ВФ w_д[Ф(m)];generating not symmetric weighting function (WF) w _n [O (m)] in the form of digital samples defined by discrete readings WF w _d [F (m)];

взвешивание СРЧ путем перемножения цифровых отсчетов ВФ и цифровых отсчетов СРЧ;weighting of the WFD by multiplying the digital samples of the WF and digital samples of the WFD;

генерирование базисной функции f_бц(x_i,m) в форме цифровых отсчетов с нелинейной зависимостью величин ступеней частоты от их номера, заданных по дискретным отсчетам базисной функции f_бд(x_i,m)the generation of the basis function f _bts (x _i , m) in the form of digital samples with a nonlinear dependence of the magnitude of the frequency steps on their number given by discrete samples of the basis function f _bd (x _i , m)

,

где j - мнимая единица;where j is the imaginary unit;

x_i - i-й отсчет частоты;x _i is the i-th sample of the frequency;

a=Δf/f₀;a = Δf / f ₀ ;

b=f_кр/f₀;b = f _cr / f ₀ ;

вычисление цифровых отсчетов спектра S(x_i) в виде суммы М произведений взвешенных цифровых отсчетов СРЧ и цифровых отсчетов базисной функции

;calculation of digital samples of the spectrum S (x _i ) as the sum of M products of weighted digital samples of the RMS and digital samples of the basis function

;

выделение ИПМС, соответствующего отражению от контролируемой поверхности жидкости;the allocation of IPMS, corresponding to the reflection from the controlled surface of the liquid;

вычисление центральной частоты x_L ИПМС по цифровым отсчетам спектра S(x_i);calculation of the center frequency x _L IPMS from digital samples of the spectrum S (x _i );

вычисление расстояния

с использованием: известной скорости распространения радиоволн ν, центральной частоты x_L ИПМС, известного диапазона модуляции и размеров волновода;distance calculation

using: a known propagation velocity of radio waves ν, a center frequency x _L IPMS, a known modulation range and waveguide size;

пересчет вычисленного расстояния в уровень заполнения резервуара, с соблюдением указанных ниже условий дополнительно выполняют следующую совокупность действий.recalculation of the calculated distance to the tank filling level, subject to the following conditions, additionally perform the following set of actions.

Создают в волноводе эталонные отражатели, размещенные на заданных расстояниях;Create reference reflectors placed at specified distances in the waveguide;

до размещения волновода в резервуаре выделяют первоначальные эталонные СРЧ (ЭСРЧ) от электромагнитных волн, отраженных эталонными отражателями;prior to placement of the waveguide in the reservoir, the initial reference RMS (ESRF) from electromagnetic waves reflected by the reference reflectors are isolated;

вычисляют и записывают первоначальные значения разностных частот и фаз ЭСРЧ.calculate and record the initial values of the difference frequencies and phases of the ESRF.

При размещении волновода в резервуаре: выделяют ЭСРЧ от электромагнитных волн, прошедших сквозь газовую среду над поверхностью контролируемой жидкости и отраженных эталонными отражателями;When placing the waveguide in the tank: emit ESRF from electromagnetic waves that have passed through the gaseous medium above the surface of the controlled fluid and reflected by the reference reflectors;

вычисляют и записывают значения разностных частот и фаз ЭСРЧ и используют их и первоначальные значения разностных частот и фаз ЭСРЧ для вычисления и записи смещенных первоначальных значений разностных частот и фаз ЭСРЧ по всей длине волновода и определения контрольных уровней смещения частот и фаз ЭСРЧ вдоль волновода по контрольным уровням изменения свойств среды в волноводе (ССВВ).calculate and record the values of the difference frequencies and phases of the EHFR and use them and the initial values of the difference frequencies and phases of the EHFR to calculate and record the offset initial values of the difference frequencies and phases of the EHFR along the entire length of the waveguide and determine the reference levels of the displacement of the frequencies and phases of the EHF along the waveguide from the control levels changes in the properties of the medium in the waveguide (CERW).

При проведении измерения расстояния до контролируемой жидкости вычисляют текущие значения частот и фаз ЭСРЧ, вычисляют разность между смещенными первоначальными и текущими значениями частот ЭСРЧ, и при разности между смещенными первоначальными и текущими значениями частот ЭСРЧ менее контрольного уровня, вычисляют частоту и фазу информационного слагаемого (ИС) СРЧ, соответствующие отражению от контролируемой жидкости и используют их и текущие смещения частот и фаз ЭСРЧ для вычисления расстояния до контролируемой жидкости.When measuring the distance to the controlled fluid, the current values of the frequencies and phases of the ESRF are calculated, the difference between the offset initial and current values of the frequencies of the ESRF is calculated, and if the difference between the offset initial and current values of the frequencies of the ESRF is less than the control level, the frequency and phase of the information term (IS) are calculated The UHF corresponding to the reflection from the controlled fluid and use them and the current biases of the frequencies and phases of the EHF to calculate the distance to the controlled fluid.

Используя смещенные первоначальные частоты и фазы ЭСРЧ от электромагнитных волн, прошедших сквозь газовую среду над поверхностью контролируемой жидкости и отраженных эталонными отражателями, и первоначальные частоты и фазы эталонных СРЧ, путем экстраполяции вычисляют и записывают зависимость смещений частот ЭСРЧ по всей длине волновода.Using the displaced initial frequencies and phases of the EHF from electromagnetic waves transmitted through the gaseous medium above the surface of the liquid under control and reflected by the reference reflectors, and the initial frequencies and phases of the reference HF, the dependence of the frequency shifts of the EHF along the entire length of the waveguide is calculated and recorded by extrapolation.

Используя смещенные первоначальные частоты и фазы эталонных СРЧ, текущие частоты и фазы ЭСРЧ, от эталонных отражателей, расположенных над поверхностью жидкости, вычисляют величины смещений частоты и фазы ИС СРЧ путем экстраполяции величин смещения частот и фаз ЭСРЧ между эталонными отражателями над поверхностью контролируемой жидкости и корректируют вычисленные частоту и фазу ИС СРЧ на величины вычисленных смещений частоты и фазы ИС СРЧUsing the displaced initial frequencies and phases of the reference HFM, the current frequencies and phases of the ESHF, from the reference reflectors located above the surface of the liquid, calculate the displacements of the frequency and phase of the IC HFM by extrapolating the values of the frequencies and phases of the ESHF between the reference reflectors above the surface of the controlled fluid and correct the the frequency and phase of the IS RF system by the magnitude of the calculated offsets of the frequency and phase of the IS RF system

Верхний эталонный отражатель размещен выше максимально возможного уровня заполнения резервуара контролируемой жидкостью.The upper reference reflector is placed above the maximum possible level of filling the reservoir with a controlled fluid.

Эталонные отражатели создают с коэффициентами отражения электромагнитных волн, распространяющихся в волноводе, не превышающими заданной части от коэффициента отражения электромагнитных волн от контролируемой жидкости. При этом коэффициенты отражения электромагнитных волн от эталонных отражателей менее минус 12 дБ от коэффициента отражения электромагнитных волн от контролируемой жидкостиReference reflectors are created with reflection coefficients of electromagnetic waves propagating in the waveguide, not exceeding a predetermined part of the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid. In this case, the reflection coefficients of electromagnetic waves from reference reflectors are less than minus 12 dB from the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid

Расстояния между соседними эталонными отражателями более шести элементов разрешения по дальности радиолокационного метода измерения расстояния с ЧМ.The distances between adjacent reference reflectors are more than six resolution elements in the range of the radar method for measuring distance with FM.

Частоту ЭСРЧ от эталонного отражателя, ближайшего над поверхностью контролируемой жидкости, вычисляют при разности частот между ЭСРЧ, соответствующей этому отражателю и частотой ИС СРЧ более двух элементов разрешения по частоте.The frequency of the ESRF from the reference reflector closest to the surface of the liquid being monitored is calculated with the frequency difference between the ESRF corresponding to this reflector and the frequency of the IS RF of more than two frequency resolution elements.

Цифровые отсчеты ВФ w_ц[Ф(m)] генерируют по отсчетам дискретной или континуальной ВФ, определенной с возможностью формирования уровня боковых лепестков (УБЛ), не превышающего заданного на заданных частотах. Предпочтительно ВФ задавать с УБЛ, не превышающим минус 35 дБ.Digital samples of the WF w _c [F (m)] are generated from samples of a discrete or continuous WF, determined with the possibility of forming a level of side lobes (UBL), not exceeding the set at the given frequencies. It is preferable to set the WF with UBL not exceeding minus 35 dB.

Вычисление частот ЭСРЧ и ИС СРЧ выполняют в два этапа с использованием вычисленных центральных частот пиков модуля спектра, соответствующих частотам ЭСРЧ и ИС СРЧ на первом этапе для первоначальной оценки частот ЭСРЧ и ИС СРЧ и последующим уточнением указанных частот на втором этапе. При этом для уточнения частот ЭСРЧ и ИС С ϕ_оц(x_i,m) РЧ генерируют опорную функцию в форме цифровых отсчетов с нелинейной зависимостью величин ступеней частоты от их номера, заданных по дискретным отсчетам опорной функции, определенной выражениемThe calculation of the frequencies of the EHF and the IF of the HFM is carried out in two stages using the calculated center frequencies of the peaks of the spectrum module corresponding to the frequencies of the EHF and the HF of the HF in the first stage for the initial estimation of the frequencies of the HFM and the IF of the HF and subsequent refinement of these frequencies at the second stage. At the same time, to clarify the frequencies of the ESRF and IC C ϕ _sc (x _i , m), the RFs generate a reference function in the form of digital samples with a nonlinear dependence of the magnitude of the frequency steps on their number given by discrete samples of the reference function defined by the expression

,

вычисляют сигнальную функцию

в виде суммы М произведений взвешенных цифровых отсчетов СРЧ и цифровых отсчетов опорной функции, вычисляют частоту глобального максимума сигнальной функции, а уточненные частоты ЭСРЧ и ИС СРЧ принимают равными частотам глобальных максимумов сигнальной функции.calculate the signal function

in the form of the sum M of the products of the weighted digital samples of the RMS and digital samples of the support function, the frequency of the global maximum of the signal function is calculated, and the refined frequencies of the ESRF and the IS of the RMS are taken equal to the frequencies of the global maxima of the signal function.

Контрольные уровни изменения ССВВ определяют величиной максимально допустимой толщины слоя осадков на внутренней поверхности волновода с известной диэлектрической проницаемостью.Control levels of changes in the CERW are determined by the maximum permissible thickness of the sediment layer on the inner surface of the waveguide with a known dielectric constant.

Контрольные уровни смещения частот и фаз ЭСРЧ и контрольные уровни изменения ССВВ используют для оценки состояния внутренней поверхности волновода и оценки необходимости профилактических работ.The control levels of the frequency and phase shift of the EHFR and the control levels of changes in the CERW are used to assess the state of the inner surface of the waveguide and assess the need for preventive maintenance.

Возможно использование известных расстояний до эталонных отражателей для вычисления расстояния до поверхности жидкости как суммы расстояния до ближайшего над поверхностью жидкости разрешаемого эталонного отражателя и скорректированного расстояния между указанным эталонным отражателем и поверхностью жидкости.You can use the known distances to the reference reflectors to calculate the distance to the liquid surface as the sum of the distances to the nearest resolved reference reflector above the liquid surface and the adjusted distance between the specified reference reflector and the liquid surface.

Технический результат достигается также тем, что в радиодальномере с частотной модуляцией зондирующих радиоволн, содержащем:The technical result is also achieved by the fact that in a radio range finder with frequency modulation of the probe radio waves, containing:

волновод с перфорационными отверстиями размещенный в резервуаре;a waveguide with perforations located in the tank;

устройство возбуждения электромагнитных волн (УВЭВ);electromagnetic wave excitation device (UVEV);

управляемый генератор радиочастотного сигнала с одним входом и двумя выходами (УГРС);controlled generator of a radio frequency signal with one input and two outputs (UGRS);

схему цифровой обработки сигналов с одним входом и тремя выходами (СЦОС);a digital signal processing circuit with one input and three outputs (SCOS);

делитель мощности с одним входом и двумя выходами (ДМ);power divider with one input and two outputs (DM);

направленный ответвитель с одним входом и двумя выходами (НО);directional coupler with one input and two outputs (BUT);

смеситель с двумя входами и одним выходом;mixer with two inputs and one output;

схему предварительной аналоговой обработки с одним входом и одним выходом (СПАО);pre-analog processing circuit with one input and one output (SVAO);

синтезатор частоты (СЧ) с одним выходом, соединенным с входом управляемого генератора радиочастотного сигнала, и двумя входами, соединенными с первыми выходами, соответственно, схемы цифровой обработки сигналов и управляемого генератора радиочастотного сигнала. Второй выход УГРС соединен с последовательно соединенными ДМ и НО. Первый выход НО соединен с УВЭВ, а вторые выходы ДМ и НО соединены, соответственно, с первым и вторым входами смесителя. Выход смесителя соединен с последовательно соединенными СПАО и первым входом АЦП. Первый выход АЦП соединен с входом СЦОС. А второй вход АЦП соединен со вторым выходом СЦОС, третий выход которой является информационным выходом радиодальномера, дополнительно в волноводе созданы эталонные отражатели, размещенные на расстояниях друг от друга более шести элементов разрешения по дальности радиолокационного метода измерения расстояния с ЧМ, при этом верхний эталонный отражатель размещен выше максимального уровня заполнения резервуара контролируемой жидкостью, а эталонные отражатели созданы с возможностью отражения электромагнитных волн, распространяющихся в волноводе, не превышающих заданной части от отраженных электромагнитных волн от контролируемой жидкости.frequency synthesizer (MF) with one output connected to the input of a controlled radio frequency signal generator, and two inputs connected to the first outputs, respectively, of a digital signal processing circuit and a controlled radio frequency signal generator. The second output of the UGRS is connected to series-connected DM and BUT. The first output of the BUT is connected to the UVEV, and the second outputs of DM and BUT are connected, respectively, with the first and second inputs of the mixer. The output of the mixer is connected to series-connected SPAO and the first input of the ADC. The first output of the ADC is connected to the input of the SCC. And the second input of the ADC is connected to the second output of the signal processing center, the third output of which is the information output of the radio range finder, in addition to the waveguide, reference reflectors are created located at distances from each other of more than six resolution elements in the range of the radar method for measuring distance from the FM, while the upper reference reflector is located above the maximum filling level of the tank with a controlled fluid, and reference reflectors are designed to reflect electromagnetic waves propagating in the waveguide, not exceeding a given part of the reflected electromagnetic waves from the controlled fluid.

Эталонные отражатели созданы с коэффициентами отражения электромагнитных волн менее минус 12 дБ от коэффициента отражения электромагнитных волн от контролируемой жидкости.Reference reflectors are designed with reflection coefficients of electromagnetic waves less than minus 12 dB from the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid.

Возможно эталонные отражатели создать в виде кольцевых отрезков волновода с длинами, не превышающими четверти длины волны в волноводе с внутренним диаметром превышающим внутренний диаметр волновода. При этом целесообразно кольцевой отрезок волновода заполнить диэлектрическим кольцом с внутренним диаметром равным внутреннему диаметру волновода.It is possible to create reference reflectors in the form of circular segments of a waveguide with lengths not exceeding a quarter of the wavelength in a waveguide with an inner diameter greater than the inner diameter of the waveguide. It is advisable to fill the annular segment of the waveguide with a dielectric ring with an inner diameter equal to the inner diameter of the waveguide.

Целесообразно эталонные отражатели создать в виде отверстий, размещенных преимущественно в одной плоскости.It is advisable to create reference reflectors in the form of holes located mainly in the same plane.

Предпочтительно эталонные отражатели создать в виде отверстий, размещенных преимущественно в одной плоскости и соединенных с открытыми резонаторами, размещенными на внешней стороне волновода.It is preferable to create the reference reflectors in the form of holes located mainly in the same plane and connected to open resonators placed on the outside of the waveguide.

Возможно эталонные отражатели создать в виде штырей с длинами, не превышающими четверти длины волны.It is possible to create reference reflectors in the form of pins with lengths not exceeding a quarter of the wavelength.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипов способа и устройства позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемых объектах, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемых способа и устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found technical solutions characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototypes of the method and device made it possible to identify a set of essential (with respect to the technical result perceived by the applicant) distinctive features in the claimed objects set forth in the claims. Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty" under the current law. Information about the fame of the distinguishing features in the totality of the characteristics of the known technical solutions with the achievement of the same as the claimed method and device, there is no positive effect. Based on this, it was concluded that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Сопоставление признаков известного и предлагаемого способов для анализа изобретательского уровня показывает существенное различие совокупности действий и условий осуществления действий над электрическими сигналами, которые характеризуются амплитудой, частотой и фазой.A comparison of the features of the known and proposed methods for analyzing the inventive step shows a significant difference in the totality of actions and conditions for performing actions on electrical signals, which are characterized by amplitude, frequency and phase.

Кроме того, условия осуществления совокупности действий взаимосвязаны с размерами поперечного сечения волновода, диапазоном ЧМ и параметрами весовой функции.In addition, the conditions for the implementation of the set of actions are interconnected with the dimensions of the waveguide cross section, the FM range, and the parameters of the weight function.

Эти отличия приводят к появлению качественно новых свойств заявленных способа и устройства - возможности точного измерения уровня при загрязнении внутренней поверхности волновода слоем осадков и при погрешности производства волноводов.These differences lead to the emergence of qualitatively new properties of the claimed method and device - the ability to accurately measure the level when the inner surface of the waveguide is contaminated with a layer of precipitation and with an error in the production of waveguides.

Сущность предлагаемого способа поясняется с помощью устройств схематично изображенных на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и графиками, изображенными на фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10.The essence of the proposed method is illustrated using devices schematically depicted in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 and the graphs depicted in FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10.

На фиг. 1 приведена структурная схема радиодальномера с волноводом размещенного на резервуаре.In FIG. 1 shows a structural diagram of a radio range finder with a waveguide located on the tank.

На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 приведены примеры выполнения эталонных отражателей.In FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 shows examples of the implementation of reference reflectors.

На фиг. 5 приведен модуль спектра СРЧIn FIG. Figure 5 shows the frequency spectrum module

На фиг. 6 приведен модуль спектра ЭСРЧIn FIG. Figure 6 shows the ESRF spectrum module

На фиг. 7 приведены зависимости смещения центральных частот ЭСРЧIn FIG. 7 shows the dependence of the offset of the central frequencies of the ESRF

На фиг. 8 приведены зависимости смещения центральных частот ЭСРЧIn FIG. Figure 8 shows the dependences of the central frequency offset of the ESRF

На фиг. 9 приведена сигнальная функция СРЧIn FIG. 9 shows the signal function of the UHF

На фиг. 10 приведены зависимости погрешности измерения предлагаемого способа и прототипа.In FIG. 10 shows the dependence of the measurement error of the proposed method and prototype.

Радиодальномер с частотной модуляцией зондирующих радиоволн (фиг. 1) содержит: размещенный в резервуаре 1 волновод 2 с устройством возбуждения электромагнитных волн (УВЭВ) 3 и эталонными отражателями (ЭО) 4, 5, 6; схему цифровой обработки сигналов (СЦОС) 7 с одним входом и тремя выходами; управляемый генератор радиочастотного сигнала (УГРС) 8 с одним входом и двумя выходами; синтезатор частоты (СЧ) 9 с двумя входами и одним выходом; последовательно соединенные делитель мощности (ДМ) 10 и направленный ответвитель (НО) 11 (или циркулятор) каждый с одним входом и двумя выходами; смеситель (См) 12 с двумя входами и одним выходом; схему предварительной аналоговой обработки (СПАО) 13 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 с двумя входами и одним выходом.A radio range finder with frequency modulation of the probing radio waves (Fig. 1) contains: a waveguide 2 located in the reservoir 1 with an electromagnetic wave excitation device (UVEV) 3 and reference reflectors (EO) 4, 5, 6; a digital signal processing circuit (SEC) 7 with one input and three outputs; controlled radio frequency signal generator (UGRS) 8 with one input and two outputs; frequency synthesizer (MF) 9 with two inputs and one output; serially connected power divider (DM) 10 and directional coupler (BUT) 11 (or circulator) each with one input and two outputs; mixer (cm) 12 with two inputs and one output; pre-analog processing circuit (SPAO) 13 and analog-to-digital Converter (ADC) 14 with two inputs and one output.

Вход УГРС 8 соединен с выходом СЧ 9, входы которого соединены с первым выходом СЦОС 7 и первым выходом УГРС 8. Второй выход УГРС 8 соединен с последовательно соединенными ДМ 10 и НО 11, а первый выход НО 11 соединен с УВЭВ 3, который соединен с волноводом 2. Вторые выходы ДМ 10 и НО 11 соединены с входами См 12, выход которого соединен с последовательно соединенными СПАО 13 и АЦП 14. Выход АЦП 14 соединен с входом СЦОС 7, а второй вход АЦП 14 соединен со вторым выходом СЦОС 7. Третий выход СЦОС 7 является информационным выходом радиодальномера.The input of the UGRS 8 is connected to the output of the midrange 9, the inputs of which are connected to the first output of the SSCOS 7 and the first output of the UGRS 8. The second output of the UGRS 8 is connected to the serially connected DM 10 and HO 11, and the first output of HO 11 is connected to UVEV 3, which is connected to waveguide 2. The second outputs of DM 10 and HO 11 are connected to the inputs of Cm 12, the output of which is connected to series-connected SPAO 13 and ADC 14. The output of ADC 14 is connected to the input of SCC 7, and the second input of ADC 14 is connected to the second output of SCC 7. Third the output of the alarm system 7 is the information output of the radio range finder.

СЦОС 7 может быть выполнена стандартной, содержащей генератор импульсов синхронизации и цифровой процессор, включающий устройство памяти и арифметическое устройство. НО 11 может быть выполнен, например, в виде циркулятора.SSEC 7 can be performed standard, containing a synchronization pulse generator and a digital processor, including a memory device and an arithmetic device. BUT 11 can be performed, for example, in the form of a circulator.

В волноводе составленном из отдельных отрезков, например, с фланцевыми соединениями, предпочтительны эталонные отражатели в виде кольцевых отрезков волновода 15 (фиг. 2) с длинами не превышающей четверти длины волны λ в волноводе и внутренним диаметром D₁ превышающем внутренний диаметр D волновода 2. Внутренний диаметр D₁ отрезков волновода 15 может быть определен экспериментально или теоретически по известной связи [7, стр. 200-207] коэффициента отражения q, со скачком сечений волновода 2 и отрезков волноводов 15. При использовании этой связи внутренний диаметр D_l кольцевых отрезков волновода 15 определяется приближенным выражениемIn a waveguide composed of separate segments, for example with flange connections, reference reflectors in the form of annular segments of the waveguide 15 (Fig. 2) with lengths not exceeding a quarter of the wavelength λ in the waveguide and an inner diameter D ₁ exceeding the inner diameter D of the waveguide 2 are preferred. diameter D ₁ of waveguide segments 15 may be determined experimentally or theoretically known relationship [7, pp. 200-207] reflectance q, the discontinuity of the waveguide sections 2 and waveguide segments 15. with this connection vnut enny diameter D _l annular waveguide segments 15 is determined by the approximate expression

,

При использовании таких ЭО, для снижения отложений на внутренней поверхности указанных отрезков волноводов слоя осадков, в них целесообразно разместить диэлектрические кольца 16 с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру D волновода 2.When using such EO, to reduce deposits on the inner surface of these segments of the waveguides of the sediment layer, it is advisable to place dielectric rings 16 with an inner diameter equal to the inner diameter D of the waveguide 2.

В неразъемном волноводе эталонные отражатели целесообразно выполнить в виде отверстий 17 (фиг. 3), размещенных в одной плоскости вдоль одной образующей (при измерении расстояния до слабо отражающих жидкостей с коэффициентом отражения до минус 26 дБ) или вдоль двух диаметрально противоположных образующих (при измерении расстояния до слабо отражающих жидкостей с коэффициентом отражения до минус 20 дБ). Диаметр d отверстий 17, приближенно равный от λ/10 до λ/4 может быть уточнен экспериментально, для получения необходимого коэффициента отражения.In a one-piece waveguide, it is advisable to make reference reflectors in the form of holes 17 (Fig. 3) located in one plane along one generatrix (when measuring the distance to weakly reflecting liquids with a reflection coefficient of up to minus 26 dB) or along two diametrically opposite generators (when measuring the distance to weakly reflecting liquids with a reflection coefficient of up to minus 20 dB). The diameter d of the holes 17, approximately equal to from λ / 10 to λ / 4, can be refined experimentally to obtain the necessary reflection coefficient.

Для снижения излучения электромагнитных волн из волновода через отверстия с диаметром до λ/4 целесообразно на внешней поверхности волновода над отверстиями разместить открытые запредельные открытые резонаторы (фиг. 4).To reduce the emission of electromagnetic waves from the waveguide through openings with a diameter of up to λ / 4, it is advisable to place open transcendent open resonators on the external surface of the waveguide above the openings (Fig. 4).

При выполнении эталонных отражателей в виде отверстий целесообразно использовать их, в том числе, в качестве перфорационных, через которые в волновод поступает контролируемая жидкость, что исключает дополнительные помехи для ИС СРЧ.When performing standard reflectors in the form of holes, it is advisable to use them, including as perforation, through which a controlled fluid enters the waveguide, which eliminates additional interference for the RMS IF.

ЭО 4, 5, 6 могут быть выполнены также в виде штырей размещенных в плоскости вектора

. При этом длины штырей не превышают четверти длины волны в волноводе;

EO

4, 5, 6 can also be made in the form of pins placed in the plane of the vector

. In this case, the lengths of the pins do not exceed a quarter of the wavelength in the waveguide;

Эталонные отражатели должны быть созданы с коэффициентами отражения электромагнитных волн менее минус 12 дБ от коэффициента отражения электромагнитных волн от контролируемой жидкости при Δf=3 ГГц и f₀=8,5 ГГц. При сужении диапазона модуляции коэффициенты отражения электромагнитных волн от эталонных отражателей должны пропорционально уменьшаться.Reference reflectors must be created with reflection coefficients of electromagnetic waves less than minus 12 dB from the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid at Δf = 3 GHz and f ₀ = 8.5 GHz. When narrowing the modulation range, the reflection coefficients of electromagnetic waves from reference reflectors should be proportionally reduced.

Практическая реализация устройства не представляет собой сложности и осуществляется на основе широко распространенных электронных элементов, например, производимых фирмами «ANALOG DEVICES», «MOTOROLA», «MICRONETICS», «PERE-GRINE» и др.The practical implementation of the device is not difficult and is carried out on the basis of widely distributed electronic elements, for example, those produced by ANALOG DEVICES, MOTOROLA, MICRONETICS, PERE-GRINE, etc.

С помощью радиодальномера с частотной модуляцией зондирующих радиоволн способ измерения расстояния осуществляют следующим образом. Управляемым генератором радиочастотного сигнала УГРС 8 генерируют радиочастотный сигнала с периодической дискретной частотной модуляцией по линейному закону с известными значениями начальной f₀ и конечной частот, диапазона частотной модуляции Δf, периода модуляции и числа дискретных отсчетов частоты М. Делителем мощности ДМ 10 выделяют часть генерируемого радиочастотного сигнала, которая через НО 11 поступает на вход УВЭВ 3. УВЭВ 3 формируют электромагнитные волны в полом волноводе, в который свободно поступает контролируемая жидкость до уровня, равного уровню жидкости в резервуаре, а также осуществляют прием, спустя время распространения, эхо волн и формирование из них отраженного сигнала, который через НО 11 поступает на один из входов смесителя СМ 12. На второй вход СМ 12 через ДМ 10 поступает вторая выделенная часть генерируемого радиочастотного сигнала, используемая в качестве гетеродинного сигнала. Выходной сигнал смесителя - СРЧ обрабатывают СПАО 13 путем фильтрации и усиления. При этом выделенный СРЧ искажен паразитной частотной модуляцией с уровнем искажений, который зависит от критической частоты волновода, диапазона ЧМ и величины отложений на внутренней поверхности волновода слоя осадков.Using a radio range finder with frequency modulation of the probing radio waves, the distance measuring method is as follows. A controllable generator of the RF signal UGRS 8 generates a radio frequency signal with periodic discrete frequency modulation according to a linear law with known values of the initial f ₀ and final frequencies, the frequency modulation range Δf, the modulation period and the number of discrete samples of the frequency M. A power divider 10 allocates a part of the generated RF signal , which through NO 11 enters the input of the UVEV 3. UVEV 3 form electromagnetic waves in a hollow waveguide into which the controlled fluid freely flows about the level equal to the liquid level in the tank, and they also receive, after the propagation time, the echo of the waves and the formation of the reflected signal from them, which through NO 11 goes to one of the inputs of the mixer SM 12. The second input of SM 12 through DM 10 receives the second the allocated part of the generated radio frequency signal used as a heterodyne signal. The output signal of the mixer - the RF system is processed by SPAO 13 by filtration and amplification. In this case, the selected RMS is distorted by parasitic frequency modulation with a distortion level that depends on the critical waveguide frequency, the FM band, and the amount of deposits on the inner surface of the waveguide of the sediment layer.

Выделенный СРЧ через АЦП 14 в виде цифровых отсчетов u_ц(m) поступает на вход СЦОС 7. С применением СЦОС 7 управляют синтезатором СЧ 9 заданием кодов дискретных частот, синхронизируют работу АЦП 14 и выполняют все действия над СРЧ: генерируют ВФ w_ц[Ф(m)] в форме цифровых отсчетов с заданным УБЛ, взвешивают СРЧ путем перемножения цифровых отсчетов ВФ и цифровых отсчетов СРЧ, генерируют базисную функции в форме цифровых отсчетов f_бц(x_i,m) по дискретным отсчетам базисной функции, определенной выражением

, вычисляют цифровые отсчеты спектра S(x_i) в виде суммы М произведений взвешенных цифровых отсчетов СРЧ и цифровых отсчетов базисной функции

, выделяют ИПМС, используя амплитудный признак. ИПМС от контролируемой жидкости должен быть выше пиков модуля спектра, созданных помехами от эталонных отражателей и перфорационных отверстий не менее чем на заданный уровень, связанный с диапазоном ЧМ. Затем вычисляют центральную частоту x_L ИПМС, вычисляют расстояние по известным скорости распространения радиоволн ν, центральной частоте ИПМС и геометрическим размерам волновода, используя выражениеThe allocated RMS through the ADC 14 in the form of digital samples u _c (m) is fed to the input of the SCMS 7. Using the SCMS 7, the synthesizer of the SCh 9 is controlled by setting discrete frequency codes, synchronizes the operation of the ADC 14 and performs all actions on the RMS: generate WF w _c [Ф (m)] in the form of digital samples with a given UBL, weigh the RMS by multiplying the digital samples of the WF and digital samples of the RMS, generate a basis function in the form of digital samples f _bts (x _i , m) from discrete samples of the basis function defined by the expression

, calculate the digital samples of the spectrum S (x _i ) in the form of the sum M of the products of the weighted digital samples of the RMS and digital samples of the basis function

IPMS is isolated using an amplitude attribute. The IPMS from the controlled liquid should be higher than the peaks of the spectrum modulus created by interference from the reference reflectors and perforation holes by at least a predetermined level associated with the FM range. Then calculate the center frequency x _L IPMS, calculate the distance from the known propagation velocity of the radio waves ν, the center frequency of the IPMS and the geometric dimensions of the waveguide using the expression

,

пересчитывают вычисленное расстояние в уровень заполнения резервуара. При этом дополнительно выполняют следующую совокупность действий.recalculate the calculated distance to the tank fill level. Moreover, the following set of actions is additionally performed.

В производственных условиях в волноводе создают эталонные отражатели 4, 5, 6…, размещенные на заданных расстояниях. Причем расстояния между соседними эталонными отражателями более шести элементов разрешения по дальности радиолокационного метода измерения расстояния с ЧМ.Under production conditions, reference reflectors 4, 5, 6 ... are created in the waveguide, placed at predetermined distances. Moreover, the distances between adjacent reference reflectors are more than six resolution elements in the range of the radar method for measuring distance from the FM.

При эксплуатации радиодальномера эталонные отражатели 4, 5, 6… должны отвечать следующим условиям. Уровни и, соответственно, коэффициенты отражений электромагнитных волн от эталонных отражателей q_эт, определяющие отношение сигнал - помеха, должны удовлетворять двум противоречивым требованиям. С одной стороны они должны быть достаточной амплитуды (фиг. 5, пики модуля спектра ЭСРЧ 19, 20, 21), для обеспечения низкой погрешности оценки разностных частот СРЧ от этих отражателей на фоне боковых лепестков спектра ИС СРЧ от контролируемой жидкости (фиг. 5, ИПМС 22). Т.к. при оценке частоты ЭСРЧ информационное слагаемое СРЧ является интенсивной помехой, особенно при большом коэффициенте отражения от контролируемой жидкости q_ж. Это требование удовлетворяется заданием УБЛ ВФ. При Δf=3 ГГц УБЛ ВФ должен быть менее минус 35 дБ. С другой стороны, уровни отражений от эталонных отражателей должны быть настолько низкими, чтобы погрешность в оценке разностной частоты от контролируемой жидкости даже с низким коэффициентом отражения была ниже заданной, когда расстояние от эталонного отражателя до поверхности жидкости менее удвоенного разрешаемого. Уровни отражений от эталонных отражателей могут быть определены экспериментальным или расчетным путем по приближенному соотношению q_эт≤q_ж(0,9÷0,7)λΔf/ν. Меньшие значения q_эт - при использовании ВФ с УБЛ от минус 50 до минус 80 дБ, а большие - при использовании ВФ с УБЛ минус 35 дБWhen operating a radio range finder, reference reflectors 4, 5, 6 ... must meet the following conditions. The levels and, accordingly, the reflection coefficients of electromagnetic waves from the reference reflectors q _et , which determine the signal-to-noise ratio, must satisfy two conflicting requirements. On the one hand, they should be of sufficient amplitude (Fig. 5, peaks of the ESRF spectrum modulus 19, 20, 21), in order to provide a low error in estimating the difference frequencies of the RMS from these reflectors against the background lobes of the RMS IC spectrum from the controlled liquid (Fig. 5, IPMS 22). Because when assessing the frequency information ESRCH term APS is a degree of interference, particularly at high reflectance from the controlled liquid _g q. This requirement is satisfied by the UBL VF task. At Δf = 3 GHz, the UF of the VF should be less than minus 35 dB. On the other hand, the levels of reflection from the reference reflectors should be so low that the error in estimating the difference frequency from the controlled liquid, even with a low reflection coefficient, is lower than the specified value when the distance from the reference reflector to the surface of the liquid is less than twice the resolved. The levels of reflections from the reference reflectors can be determined experimentally or by calculation using the approximate ratio q _et ≤q _w (0.9 ÷ 0.7) λΔf / ν. Smaller values of q _et - when using a WF with UBL from minus 50 to minus 80 dB, and large - when using a WF with UBL minus 35 dB

До начала эксплуатации и, соответственно, измерений уровня, например, также в производственных условиях выполняют калибровку радиодальномера. Калибровку выполняют путем размещения согласованной нагрузки с низким коэффициентом отражения в конце "сухого" волновода без жидкости на расстоянии, превышающем расстояние до наиболее удаленного эталонного отражателя, выделения пиков модуля спектра (ПМС) фиг. 6, соответствующих отражениям от эталонных отражателей, вычисления центральных частот ПМС ЭСРЧ и фаз ЭСРЧ на вычисленных центральных частотах ПМС ЭСРЧ, записи измеренных, таким образом, первоначальных значений разностных частот и фаз ЭСРЧ.Before the start of operation and, accordingly, level measurements, for example, also in a production environment, calibration of the radio range finder is performed. Calibration is performed by placing a matched load with a low reflection coefficient at the end of a “dry” waveguide without liquid at a distance greater than the distance to the farthest reference reflector, highlighting the peaks of the spectrum modulus (PMS) of FIG. 6, corresponding to the reflections from the reference reflectors, calculating the center frequencies of the PMS EHF and the phases of the EHF at the calculated center frequencies of the PMS EHF, recording thus measured initial values of the difference frequencies and phases of the EHF.

Затем размещают в волноводе отражатель с плоским торцом перпендикулярным оси волновода (плоский отражатель), перемещают плоский отражатель последовательно в направлении каждого из эталонных отражателей до совмещения вычисленных расстояний до соответствующего эталонного отражателя и до плоского отражателя и принимают за расстояние до эталонного отражателя указанное расстояние до плоского отражателя. При этом плоский отражатель выполняют с коэффициентом отражения электромагнитных волн, по меньшей мере, на 12 дБ превышающем коэффициент отражения от эталонных отражателей при Δf=3 ГГц. При уменьшении диапазона ЧМ коэффициент отражения электромагнитных волн от плоского отражателя должен быть увеличен обратно пропорционально диапазону ЧМ.Then a reflector with a flat end face perpendicular to the axis of the waveguide (flat reflector) is placed in the waveguide, the flat reflector is moved sequentially in the direction of each of the reference reflectors until the calculated distances to the corresponding reference reflector and to the flat reflector are combined, and the specified distance to the flat reflector is taken as the distance to the reference reflector . When this flat reflector is performed with a reflection coefficient of electromagnetic waves at least 12 dB higher than the reflection coefficient from the reference reflectors at Δf = 3 GHz. With a decrease in the FM range, the reflection coefficient of electromagnetic waves from a flat reflector should be increased inversely with the FM range.

После установки радиодальномера с волноводом на резервуаре, который может быть частично заполнен контролируемой жидкостью, также до начала эксплуатации выполняют коррекцию первоначальных значений разностных частот и фаз ЭСРЧ, необходимость которой обусловлена наличием газовой среды с относительной диэлектрической проницаемостью ε_газ в резервуаре над поверхностью контролируемой жидкости (например, углеводородной). Для коррекции первоначальных значений разностных частот и фаз ЭСРЧ вычисляют разностные частоты и фазы ЭСРЧ от эталонных отражателей, расположенных над поверхностью жидкости, вычисляют разности (смещения) между первоначальными и измеренными значениями частот ЭСРЧ и зависимость вычисленных разностей (смещений) от расстояния до эталонных отражателей, расположенных над поверхностью жидкости. Затем экстраполируют полученную зависимость смещений частот ЭСРЧ на всю длину волновода, вычисляют и записывают смещенные первоначальные значения разностных частот и фаз ЭСРЧ. Далее вычисляют контрольные уровни смещений, т.е. максимально допустимые значения дополнительных смещений частот ЭСРЧ, которые могут возникнуть из-за отложений на внутренней поверхности волновода слоя осадков. Для этого используют известное значение относительной диэлектрической проницаемости ε этих отложений, задают максимально допустимую толщину ΔR слоя осадков в волноводе радиусом R и используют связь центральной частоты ПМС ЭСРЧ с толщиной слоя осадков, которая может быть определена экспериментально или по приближенному выражениюAfter installing a radio range finder with a waveguide on the reservoir, which can be partially filled with a controlled fluid, the initial values of the difference frequencies and ESRD phases are also corrected before operation, the need for which is due to the presence of a gas medium with a relative permittivity ε _gas in the reservoir above the surface of the controlled fluid (for example hydrocarbon). To correct the initial values of the difference frequencies and phases of the EHFR, the difference frequencies and phases of the EHFR from the reference reflectors located above the surface of the liquid are calculated, the differences (offsets) between the initial and measured values of the frequencies of the EHFs and the dependence of the calculated differences (offsets) on the distance to the reference reflectors located above the surface of the liquid. Then, the obtained dependence of the displacement of the ESRF frequencies over the entire length of the waveguide is extrapolated, and the displaced initial values of the difference frequencies and phases of the ESRF are calculated and recorded. Next, control displacement levels are calculated, i.e. the maximum allowable values of the additional frequency shifts of the ESRF that may occur due to deposits on the inner surface of the waveguide of the sediment layer. To do this, use the known value of the relative permittivity ε of these deposits, set the maximum permissible thickness ΔR of the sediment layer in the waveguide of radius R, and use the relationship of the central frequency of the PMS ESRF with the thickness of the sediment layer, which can be determined experimentally or by an approximate expression

где

- изменение разности частот сигналов от k-го и k-1-го эталонных отражателей;Where

- change in the frequency difference of the signals from the k-th and k-1-th reference reflectors;

L_эk; L_эk-1 - расстояния до k-го и k-1-го эталонных отражателей.L _ek ; L _ek-1 - distances to the k-th and k-1-th reference reflectors.

В процессе эксплуатации при проведении измерения расстояния до контролируемой жидкости вычисляют текущие значения частот и фаз ЭСРЧ, которые разрешаются с ИС СРЧ. Текущие значения частот и фаз ЭСРЧ, из-за газа над жидкостью и отложений на внутренней поверхности волновода слоя осадков, могут быть дополнительно смещены относительно смещенных первоначальных значений, которые возникают только из-за газа над жидкостью (фиг. 5), (фиг. 7). На фиг. 5 центральные частоты ПМСЭО, соответствующие ЭСРЧ смещены относительно максимумов, определяющих первоначальные значения разностных частот ЭСРЧ, приведенных на фиг. 6. На фиг. 7 приведены зависимости нормированного смещения центральных частот ПМСЭО от величины отложений ΔR на внутренней поверхности волновода слоя осадков с относительной диэлектрической проницаемостью ε=2,2, при ε_газ=1,005, диапазоне частотной модуляции Δf=3 ГГц с минимальной частотой f₀=8,5 ГГц, для волноводов с внутренними диаметрами 25 и 34 мм линии, соответственно, 23 и 24. Для примера максимально допустимая толщина слоя осадков для волновода с внутренними диаметрами 34 мм принята 0,4 мм, а для волновода с внутренними диаметрами 25 мм минус 0,2 мм. Соответственно, контрольные уровни смещения частот ЭСРЧ, нормированные к элементу разрешения, будут 0,0095 и минус 0,001 (линии 25 и 26).During operation, when measuring the distance to the controlled fluid, the current values of the frequencies and phases of the ESRF are calculated, which are resolved with the IS RF. The current values of the frequencies and phases of the EHF, due to gas above the liquid and deposits on the inner surface of the waveguide of the sediment layer, can be further shifted relative to the offset initial values, which arise only due to gas above the liquid (Fig. 5), (Fig. 7 ) In FIG. 5, the central PMSEO frequencies corresponding to the ESRF are offset from the maxima defining the initial values of the difference frequencies of the ESRF shown in FIG. 6. In FIG. Figure 7 shows the dependences of the normalized displacement of the central frequencies of the PMSEO on the deposits ΔR on the inner surface of the waveguide of the sediment layer with a relative permittivity ε = 2.2, for ε _gas = 1.005, the frequency modulation range Δf = 3 GHz with a minimum frequency f ₀ = 8.5 GHz, for waveguides with inner diameters of 25 and 34 mm lines, respectively, 23 and 24. For example, the maximum allowable thickness of the sediment layer for a waveguide with inner diameters of 34 mm is 0.4 mm, and for a waveguide with inner diameters of 25 mm minus 0, 2 mm. Accordingly, the reference bias levels of the ESRF frequencies normalized to the resolution element will be 0.0095 and minus 0.001 (lines 25 and 26).

Контрольный уровень смещений частот ЭСРЧ используют для оценки возможности эксплуатации уровнемера и при дополнительном смещении частот ЭСРЧ выше контрольного уровня считают эксплуатацию радиодальномера невозможной и оценивают необходимость профилактических работ.The reference level of the EHF frequency shifts is used to assess the possibility of operating the level gauge and, with an additional offset of the EHF frequencies above the control level, the operation of the radio range finder is impossible and the need for preventive maintenance is assessed.

После задания контрольных уровней смещения частот ЭСРС, в процессе эксплуатации радиодальномера, по выделенному и обработанному СРЧ вычисляют разность между смещенными первоначальными и текущими значениями частот ЭСРЧ и, при разности между смещенными первоначальными и текущими значениями частот ЭСРЧ менее контрольного уровня, вычисляют частоту и фазу ИС СРЧ, корректируют ее на величину дополнительного смещения и используют для вычисления расстояния до контролируемой жидкости.After setting the reference levels of the frequency shift of the ESDS, during operation of the radio range finder, the difference between the shifted initial and current values of the frequencies of the ESRF is calculated from the selected and processed RMS and, if the difference between the shifted initial and current values of the frequencies of the ESR is less than the reference level, the frequency and phase of the IS RPS are calculated , correct it by the amount of additional bias and use to calculate the distance to the controlled fluid.

Коррекцию вычисленной частоты ИС СРЧ выполняют путем экстраполяции дополнительных смещений частоты между эталонными отражателями 4, 5, 6 над поверхностью контролируемой жидкости.The correction of the calculated frequency of the MIS IF is performed by extrapolating additional frequency offsets between the reference reflectors 4, 5, 6 above the surface of the controlled fluid.

На фиг. 8 линиями 27 и 28 приведены зависимости величины смещений частот ЭСРЧ над поверхностью контролируемого материала при равномерном, не зависящем от измеряемого расстояния (прямая линия 27), и линейно нарастающем отложении на внутренней поверхности волновода слоя осадков (параболическая кривая линия 28), при этом сплошные участки линий 27 и 28 определены по результатам вычисления смещений частот ЭСРЧ, а пунктирные участки этих линий определены путем экстраполяции участков сплошных линий.In FIG. 8 lines 27 and 28 show the dependences of the frequency shift of the ESRF over the surface of the controlled material with a uniform, independent of the measured distance (straight line 27), and linearly increasing deposition on the inner surface of the waveguide sediment layer (parabolic curve line 28), while solid sections lines 27 and 28 are determined by calculating the frequency offsets of the ESRF, and the dotted sections of these lines are determined by extrapolating the sections of solid lines.

Для измерения частот ЭСРЧ и ИС СРЧ целесообразно применять двухэтапный алгоритм измерения частоты с использованием вычисленных центральных частот ПМС ЭСРЧ и ПМС ИС СРЧ на первом этапе для первоначальной оценки частот ЭСРЧ и ИС СРЧ и последующим уточнением частоты.To measure the frequencies of the EHFR and IS RF, it is advisable to apply a two-stage algorithm for measuring the frequency using the calculated central frequencies of the PMS EHF and the PMS IS HFM at the first stage for the initial assessment of the frequencies of the EHF and IS HFM and the subsequent refinement of the frequency.

Для уточнения частоты СЦОС 7 генерируют опорную функцию ϕ_оц(x_i,m) по нелинейному закону в форме цифровых отсчетов, заданных по дискретным отсчетам опорной функции, определенной выражениемTo clarify the frequency of the SSEC 7 generate the reference function ϕ _sc (x _i , m) according to a nonlinear law in the form of digital samples specified by discrete samples of the reference function defined by the expression

,

вычисляют сигнальную функцию

(СФ) в виде суммы М произведений взвешенных цифровых отсчетов СРЧ и цифровых отсчетов опорной функции, а уточненные частоты ЭСРЧ и ИС СРЧ принимают равными частотам глобальных максимумов сигнальной функции.calculate the signal function

(SF) in the form of the sum of M products of weighted digital samples of the RMS and digital samples of the reference function, and the refined frequencies of the ESRF and the RMS IC are taken equal to the frequencies of the global maxima of the signal function.

Значительное уточнение частот ЭСРЧ и ИССРЧ обусловлено узкими лепестками быстроосциллирующей СФ (фиг. 9), которые под действием помех смещаются значительно меньше, чем смещаются ПМС ЭСРЧ и ИПМСSignificant refinement of the frequencies of the EHFR and HFRS is due to the narrow petals of the rapidly oscillating SF (Fig. 9), which under the influence of interference are shifted much less than the PMS of the EHFR and the IMSP are shifted

Сигнальная функция имеет осциллирующий характер с огибающей, которая по форме совпадает с формой спектра сигнала. Причем помеха, созданная мешающим объектом и боковыми лепестками его спектра, искажает форму огибающей сигнальной функции, но практически не изменяет положений ее локальных максимумов. Поэтому при измерении расстояния до объекта на фоне помех низкого уровня двухэтапный способ обеспечивает погрешность на один - два порядка меньшую, чем одноэтапный способ с использованием только центральных частот ПМС. Однако при увеличении уровня помех огибающая сигнальной функции искажается, и определить, какой из локальных максимумов соответствует истинному значению расстояния становится невозможным. В этом случае при монотонном изменении расстоянии между мешающим объектом и контролируемым объектом погрешность скачкообразно изменяется на половину длины волны вокруг погрешности одноэтапного способа. Для исключения неоднозначности определения глобального максимума СФ информационного слагаемого СРЧ из числа ее максимумов коэффициент отражения от эталонных отражателей должны быть на 12 дБ меньше коэффициента отражения от контролируемой жидкости при Δf=3 ГГц, f₀=8,5 ГГц. А для исключения неоднозначности определения глобального максимума СФ от ЭСРЧ из числа ее максимумов все боковые лепестки ВФ должны быть ниже минус 35 дБ. Задание таких параметров весовых функций не представляет собой сложности и осуществляется с многими ВФ [8-12].The signal function has an oscillating character with an envelope, which in shape coincides with the shape of the signal spectrum. Moreover, the interference created by the interfering object and the side lobes of its spectrum distorts the shape of the envelope of the signal function, but practically does not change the positions of its local maxima. Therefore, when measuring the distance to the object against the background of low-level interference, the two-stage method provides an error of one to two orders of magnitude smaller than the one-stage method using only the central frequencies of the ICP. However, as the noise level increases, the envelope of the signal function is distorted, and it becomes impossible to determine which of the local maxima corresponds to the true value of the distance. In this case, with a monotonic change in the distance between the interfering object and the controlled object, the error abruptly changes by half the wavelength around the error of the one-stage method. To eliminate the ambiguity in determining the global maximum of the SF of the informational component of the RHF from the number of its maxima, the reflection coefficient from the reference reflectors should be 12 dB less than the reflection coefficient from the controlled liquid at Δf = 3 GHz, f ₀ = 8.5 GHz. And to eliminate the ambiguity of determining the global maximum of the SF from the ESRF from the number of its maxima, all side lobes of the WF should be below minus 35 dB. Setting such parameters of the weight functions is not difficult and is carried out with many WFs [8-12].

С третьего выхода СЦОС 7 результаты точного вычисления расстояния и уровня поступают на выход устройства.From the third output of SCE 7, the results of the exact calculation of the distance and level are fed to the output of the device.

На фиг. 10 линиями 29 и 30 показаны зависимости погрешности измеренного расстояния до поверхности жидкости от величины отложений на внутренней поверхности волновода при использовании, соответственно, предлагаемых способа и устройства и известного способа измерения [прототипа] при f₀=8,5 ГГц и Δf=3 ГГц. В приведенном примере поверхность жидкости в волноводе с внутренним диаметром 34 мм удалена от УВЭВ на 10 метров. Относительная диэлектрическая проницаемость отложений на внутренней поверхности волновода равна 2,2. При использовании предлагаемых способа и устройства погрешность измерения не превышает 4 мм, в то время как при использовании известного способа погрешность монотонно растет до 210 мм с увеличением отложении на внутренней поверхности волновода до 0,85 мм.In FIG. 10 lines 29 and 30 show the dependence of the error of the measured distance to the liquid surface on the amount of deposits on the inner surface of the waveguide when, respectively, using the proposed method and device and the known measurement method [prototype] at f ₀ = 8.5 GHz and Δf = 3 GHz. In the above example, the liquid surface in a waveguide with an internal diameter of 34 mm is 10 meters away from the UVEV. The relative dielectric constant of deposits on the inner surface of the waveguide is 2.2. When using the proposed method and device, the measurement error does not exceed 4 mm, while when using the known method, the error monotonically increases to 210 mm with an increase in deposition on the inner surface of the waveguide to 0.85 mm.

Источники информацииInformation sources

1. Б.А Атаянц., И.В. Баранов, В.А. Болонин, М.Э. Боровков, и др. Отечественные радиолокационные уровнемеры с частотной модуляцией. Практика промышленного применения. / Рязань: ГУП РО «Рязанская областная типография», 2017. 360 с.: ил.1. B.A. Atayants., I.V. Baranov, V.A. Bologin, M.E. Borovkov, and others. Domestic radar level gauges with frequency modulation. Industrial practice. / Ryazan: State Unitary Enterprise "Ryazan Regional Printing House", 2017. 360 pp., Ill.

2. Уровнемеры волноводные радарные 5300. Описание типа средств измерений // Государственный реестр средств измерений. Регистрационный номер №38679-08.2. Level gauges waveguide radar 5300. Description of the type of measuring instruments // State register of measuring instruments. Registration number No. 38679-08.

3. Атаянц Б.А., Давыдочкин В.М., Езерский В.В. Точность измерения уровня волноводным частотно-модулированным уровнемером // Радиотехника. 2015. №5. С. 73-79.3. Atayants B.A., Davydochkin V.M., Yezersky V.V. The accuracy of level measurement by a waveguide frequency-modulated level gauge // Radio Engineering. 2015. No5. S. 73-79.

4. Патент 2410650 РФ, МПК G01F 23/284, G01S 13/34. Способ измерения уровня материала в резервуаре / Атаянц Б.А., Паршин B.C., Езерский В.В. Заявл. 01.11.2008, Опубл. 27.01.2011, Бюл. №3.4. RF patent 2410650, IPC G01F 23/284, G01S 13/34. The method of measuring the level of material in the tank / Atayants B.A., Parshin B.C., Yezersky V.V. Claim 11/01/2008, Publ. 01/27/2011, Bull. Number 3.

5. EUROPEAN PATENT APPLICATION 1422503, МПК G01F 23/284. Apparatus and method for radar-based level gauging / Edvardsson, Kurt Olov, Date of publication: 26.05.2004 Bulletin 2004/22.5. EUROPEAN PATENT APPLICATION 1422503, IPC G01F 23/284. Apparatus and method for radar-based level gauging / Edvardsson, Kurt Olov, Date of publication: 05/26/2004 Bulletin 2004/22.

6. Давыдочкин B.M. Преобразование Фурье в задаче измерения расстояния частотным дальномером в пространстве с дисперсией // Цифровая обработка сигналов. 2015. №1. С. 66-70.6. Davydochkin B.M. Fourier transform in the task of measuring distance with a frequency rangefinder in a dispersive space // Digital signal processing. 2015. No1. S. 66-70.

7. А.Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич, В.П. Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники / М.: Советское радио. 1967. 652 с.7. A.L. Feldstein, L.R. Yavich, V.P. Smirnov. Handbook of elements of waveguide technology / M.: Soviet radio. 1967.652 s.

8. Патент №2435168 РФ, МПК G01R 23/16. Способ гармонического анализа периодического многочастотного сигнала. / Давыдочкин В.М., Давыдочкина С.В. Опубл. 27. 11. 2011. Бюл. №33.8. Patent No. 2435168 of the Russian Federation, IPC G01R 23/16. Method for harmonic analysis of a periodic multi-frequency signal. / Davydochkin V.M., Davydochkina S.V. Publ. 27. 11. 2011. Bull. No. 33.

9. Давыдочкина С.В. Весовые функции для адаптивного гармонического анализа финитных колебательных процессов // Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. Рязань, 2008. С. 78-81.9. Davydochkina S.V. Weight functions for adaptive harmonic analysis of finite-state oscillatory processes // Collection of scientific works of the faculty of Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostycheva. Ryazan, 2008.S. 78-81.

10. Давыдочкин В.М., Давыдочкина С.В. Весовые функции для адаптивного гармонического анализа сигналов с многомодовым спектром // Цифровая обработка сигналов. 2008. №4. С. 44-48.10. Davydochkin V.M., Davydochkina S.V. Weighting functions for adaptive harmonic analysis of signals with a multimode spectrum // Digital signal processing. 2008. No4. S. 44-48.

11. Давыдочкин В.М., Давыдочкина С.В. Весовые функции для адаптивного гармонического анализа сигналов с многомодовым спектром // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2006. №66. С. 66-72.11. Davydochkin V.M., Davydochkina S.V. Weighted functions for adaptive harmonic analysis of signals with a multimode spectrum // Bulletin of the Ryazan State Radio Engineering University. 2006. No. 66. S. 66-72.

12. Патент №2551400 РФ, МПК G01R 23/16. Способ гармонического анализа периодического многочастотного сигнала на фоне шума / Давыдочкин В.М. Опубл. 20.05.2015. Бюл. №14.12. Patent No. 2551400 of the Russian Federation, IPC G01R 23/16. The method of harmonic analysis of a periodic multi-frequency signal against a background of noise / Davydochkin V.M. Publ. 05/20/2015. Bull. No. 14.

Claims

1. A method for measuring the level of a radio range finder with frequency modulation, the cycle of which includes: generating an RF signal with periodic discrete frequency modulation and equidistant frequency steps over the frequency modulation range Δƒ with known values of the lower frequency ƒ ₀ , the number of discrete samples of the frequency M, the formation of electromagnetic waves in a hollow fiber with a critical frequency, ƒ _cr which flows freely controlled liquid to a level equal to the liquid level in the reservoir, isolating Part of the generated RF signal reception, after the propagation time, echo waves and the formation of these reflected signal, mixing it with a selected part of the generated radio frequency signal isolation of the difference frequency signal (MPS), analog processing MPS, obtaining digital samples of APS and _p (m) at each current m-th frequency step by analog-to-digital conversion of the RMS, generating a non-symmetric weight function (WF) w _c [Ф (m)] in the form of digital samples given by discrete samples of the weight function w _d [Ф (m)] , at veshivanie MPS by multiplying the digital samples of the wave function and the digital samples MPS, generating a basis function ƒ _BC (x _i, m) in the form of digital samples with nonlinear dependence of the quantities of frequency stages of their numbers defined by the discrete readings basis function ƒ _bd (x _i, m )

where j is the imaginary unit;

x _i is the i-th frequency sample;

a = Δƒ / ƒ ₀ ;

b = f _cr / ƒ ₀ ;

calculation of digital samples of the spectrum S (x _i ) as the sum of M products of weighted digital samples of the RMS and digital samples of the basis function

the selection of the information peak of the spectrum module (IMS) corresponding to the reflection from the controlled surface of the liquid, the calculation of the center frequency x _L IPMS from digital samples of the spectrum S (x _i ), calculation of the distance

using: the known propagation velocity of the radio waves ν, the center frequency x _L IPMS, the known modulation range and dimensions of the waveguide, recalculating the calculated distance to the tank filling level, characterized in that reference reflectors placed at given distances are created in the waveguide before the waveguide is placed in the tank the initial reference RFMs (ESCFs) are isolated from electromagnetic waves reflected by the reference reflectors, the initial values of the difference frequencies and phases of the ESCFs are calculated and recorded, and when the waveguide is placed in the reservoir, the EHFR is separated from electromagnetic waves transmitted through the gaseous medium above the surface of the controlled liquid and reflected by the reference reflectors, the difference frequencies and phases of the EHFR are calculated and recorded, and their initial values of the difference frequencies and EHF phases are used to calculate and record the offset initial the values of the difference frequencies and phases of the EHFR along the entire length of the waveguide and the determination of control levels of displacement of the frequencies and phases of the EHFR along the waveguide from the control levels of the properties of the medium in the waveguide (SSWR), and when measuring the distance to the controlled fluid, calculate the current values of the frequencies and phases of the ESRF, calculate the difference between the offset initial and current values of the frequencies of the ESRF, and if the difference between the offset initial and current values of the frequencies of the ESRF is less than the control level, calculate the frequency and phase of the informational component (IS) of the RF system corresponding to the reflection from the controlled fluid, and use them and the current offsets of the frequencies and phases of the ESRF to calculate the distance d controlled liquid.

2. The method according to p. 1, characterized in that, using the offset initial frequencies and phases of the EHF from electromagnetic waves transmitted through the gaseous medium above the surface of the liquid under control and reflected by the reference reflectors, and the initial frequencies and phases of the reference HF, calculate and record by extrapolation dependence of the frequency shifts of the ESRF over the entire length of the waveguide.

3. The method according to p. 1, characterized in that, using the offset initial frequencies and phases of the EHF, the current frequencies and phases of the EHF, from the reference reflectors located above the surface of the liquid, calculate the magnitude of the displacements of the frequency and phase of the IS RF by extrapolating the magnitude of the frequency displacement and the phases of the ESRF between the reference reflectors above the surface of the liquid being monitored and adjust the calculated frequency and phase of the IS RF to the values of the calculated frequency offsets and the phases of the IS RF.

4. The method according to p. 1, characterized in that the upper reference reflector is placed above the maximum possible level of filling the tank with a controlled liquid.

5. The method according to p. 1, characterized in that the reference reflectors create with reflection coefficients of electromagnetic waves propagating in the waveguide, not exceeding a predetermined part of the reflection coefficient of electromagnetic waves from the controlled fluid.

6. The method according to p. 5, characterized in that the reflection coefficients of electromagnetic waves from the reference reflectors less than minus 12 dB from the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid.

7. The method according to p. 1, characterized in that the distance between adjacent reference reflectors is more than six resolution elements in the range of the radar method for measuring distance with frequency modulation.

8. The method according to p. 1, characterized in that the frequency of the ESRF from the reference reflector closest to the surface of the liquid being monitored is calculated when the frequency difference between the ESRF corresponding to this reflector and the frequency of the IF RPS is more than two frequency resolution elements.

9. The method according to p. 1, characterized in that the digital samples of the weight function w _c (m) are generated from samples of a discrete or continuous weight function, determined with the possibility of forming a level of side lobes not exceeding a given level at given frequencies.

10. The method according to p. 9, characterized in that the weight function is set with the level of the side lobes not exceeding minus 35 dB.

11. The method according to p. 1, characterized in that the calculation of the frequencies of the EHF and the HF IS is performed in two stages using the calculated center frequencies of the peaks of the spectrum module corresponding to the frequencies of the HMF and the HF IS at the first stage for the initial estimation of the frequencies of the HF and IS HF and subsequent clarification of these frequencies in the second stage.

12. The method according to p. 11, characterized in that to clarify the frequencies of the EHF and the HF IS, the reference function ϕ _sc (x _i , m) is generated in the form of digital samples with a nonlinear dependence of the values of the frequency steps on their number specified by discrete samples of the reference function defined by

calculate the signal function

13. The method according to p. 1, characterized in that the control levels of changes in the CERW are determined by the value of the maximum allowable thickness of the sediment layer on the inner surface of the waveguide with a known dielectric constant.

14. The method according to p. 1, characterized in that the control levels of the frequency and phase displacement of the ESRF and the control level of changes in the CERW are used to assess the state of the inner surface of the waveguide and assess the need for preventive maintenance.

15. The method according to p. 1, characterized in that the known distances to the reference reflectors are used to calculate the distance to the liquid surface as the sum of the distances to the nearest resolved reference reflector above the liquid surface and the adjusted distance between the specified reference reflector and the liquid surface.

16. A radio range finder with frequency modulation of the sounding radio waves, comprising: a waveguide with perforations located in the tank; electromagnetic wave excitation device; controlled radio frequency signal generator with one input and two outputs; a digital signal processing circuit with one input and three outputs; power divider with one input and two outputs; directional coupler with one input and two outputs; mixer with two inputs and one output; pre-analog processing circuit with one input and one output; frequency synthesizer with one output connected to the input of a controlled radio frequency signal generator, and two inputs connected to the first outputs, respectively, of a digital signal processing circuit and a controlled radio frequency generator, the second output of which is connected to a power divider and a directional coupler, the first output of which connected to an electromagnetic wave excitation device, and the second outputs of the power divider and directional coupler are connected respectively the first and second inputs of the mixer, the output of which is connected to a series-connected circuit for preliminary analog processing and the first input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the digital signal processing circuit, and the second input of the analog-to-digital converter is connected to the second output of the digital signal processing circuit, the third output of which is the information output of the radio range finder, characterized in that reference reflectors are created in the waveguide located at distances from each other ha more than six resolution elements for the range of the radar method of measuring the distance from the FM sounding waves, with the upper reference reflector placed above the maximum level of the reservoir with controlled liquid, and the reference reflectors are designed to reflect electromagnetic waves propagating in the waveguide, not exceeding a given part of the reflected electromagnetic waves from a controlled fluid.

17. The radio range finder according to claim 16, characterized in that the reference reflectors are designed with reflection coefficients of electromagnetic waves of less than minus 12 dB from the reflection coefficient of electromagnetic waves from a controlled fluid.

18. The radio range finder of claim 16, wherein the reference reflectors are designed as circular segments of a waveguide with lengths not exceeding a quarter of the wavelength in a waveguide with an inner diameter greater than the inner diameter of the waveguide.

19. The radio range finder according to claim 16, characterized in that the annular segment of the waveguide is filled with a dielectric ring with an inner diameter equal to the inner diameter of the waveguide.

20. The radio range finder according to claim 16, characterized in that the reference reflectors are made in the form of holes located in one plane.

21. The radio range finder according to claim 16, characterized in that the reference reflectors are made in the form of holes located in one plane connected to open resonators placed on the outside of the waveguide.

22. The radio range finder according to claim 16, characterized in that the reference reflectors are made in the form of pins placed in one plane with lengths not exceeding a quarter of the wavelength.