Методы измерения.

Радиотехнические устройства, измеряющие уровень заполнения промышленного резервуара на основе измерения, называют радиоуровнемерами. Дальность до крайнего положения R определяют по времени запаздывания отражённого сигнала:

(3.1)

где с-скорость распространения радиоволн.

Время задержки ф может измеряться:

– непосредственно при фиксации моментов излучения и приёма сигнала;

– посредством измерения разности фаз между гармоническими колебаниями, которые выделяются из излучаемого и принимаемого сигналов;

– посредством измерения разности частот излучаемого и принимаемого сигналов.

Существует три основных метода измерения времени запаздывания:

– фазовый, когда измеряется набег фазы за время запаздывания;

– частотный, когда измеряется разность частот зондирующего и отражённого сигналов за время запаздывания;

– импульсный (временной), непосредственно измеряющий время запаздывания отражённого сигнала.

Эти методы используются в фазовых, частотных и импульсных радиодальномерах соответственно.

Фазовый метод измерения дальности

В фазовом методе (в отличие от импульсного) применяются непрерывные сигналы (не обязательно монохроматические).

Рисунок. 3.8 – Фазовый дальномер

Фазовый метод основан на измерении разности фаз излучаемых и принимаемых колебаний. Генератор масштабной частоты (ГМЧ) (рисунок 3.8) модулирует по амплитуде колебания генератора высокой частоты (ГВЧ), которые излучаются в пространство. На фазометр (Ф) с ГМЧ поступает зондирующий сигнал:

(3.1)

являющейся непрерывным гармоническим колебанием, и сигнал с выхода приемника, который без учета шумов можно записать в виде:

(3.2)

- масштабная частота;

- начальная фаза;

– время запаздывания сигнала;

- фазовый сдвиг, возникающий при отражении радиоволн от объекта;

- фазовый сдвиг сигнала в цепях дальномера.

Разность фаз сигналов и : . Поэтому время запаздывания и, следовательно, дальность до объекта:

= (3.3)

Таким образом, если предварительно определить сдвиг фаз и , то измерив разность фаз , можно найти дальность. Последнее выражение справедливо и при работе с ответчиком. В этом случае под , следует понимать фазовый сдвиг сигнала в цепях ответчика.

Фазовый сдвиг , можно исключить при калибровке РД, когда часть сигнала с выхода УРЧ (входит в состав ГВЧ на рис. 1 не показан) подается на вход приемника РПрУ, а фазометр измеряет . Изменение фазы при отражении сигнала сильно влияет на точность, так как при отражении от металлов и диэлектриков меняется на 180 градусов. Поэтому работают в режиме модуляции сигнала.

Абсолютная погрешность измерения дальности: , где – абсолютные ошибки определения разности фаз, сдвига фазы при отражении и сдвига фазы в цепях дальномера соответственно. Получим, что дальномерная ошибка обратно пропорциональна масштабной частоте. Поэтому для уменьшения Нужно увеличивать . Однако при этом будет уменьшаться диапазон однозначного измерения дальности. Дело в том, что однозначное измерение разности фаз двух колебаний возможно в пределах не более 2р. Следовательно, для однозначного измерения дальности необходимо, чтобы , т.е. частота масштабных колебаний и их период должны удовлетворять условию: . Этому условию удовлетворяют сравнительно низкие частоты. Чтобы обеспечить требуемую точность и в то же время однозначность фазовой дальнометрии, используют две масштабные частоты или более, т.е. применяют многошкальный метод измерения дальности. Вначале однозначно измеряют дальность на низкой масштабной частоте, т.е. по грубой шкале. Затем измерения производят на второй, более высокой масштабной шкале, т.е. более точной шкале. При этом, чтобы сохранялась однозначность дальнометрии, период второй масштабной частоты должен превышать погрешность измерения временного запаздывания на первой масштабной частоте (т.е. по грубой шкале).

Достоинства фазовой метода: малая пиковая мощность генерируемых колебаний благодаря непрерывности излучения, возможность изменения малых дальностей, простота измерителя, сравнительно малая аппаратурная погрешность.

Недостатки: отсутствие разрешения объектов по дальности, необходимость использования двух антенн для эффективной развязки передающего и приемного каналов [2].