Спосіб вимірювання відстані до межі розділу повітря-поверхня матеріалу

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в горной, нефтехимической и других отраслях промышленности, а также в авиации при посадке самолетов. В измерительной технике для измерения уровня жидкости или сыпучих тел в емкостях, определения расстояния до взлетной площадки при посадке самолетов используют контактные, бесконтактные, визуальные способы. Известны способ определения расстояния до границы раздела воздух - поверхность материала [1], заключающийся в излучении в сторону границы раздела электромагнитной энергии и исследования отраженной части этой энергии, причем частота электромагнитных колебаний меняется в процессе измерений (так называемый радиовысотомерный способ с ЧМНИ-частотной модуляцией непрерывного излучения). Недостатком этого способа является физическая невозможность определения предельно малых расстояний (т.н. "мертвая зона", измеряемая 20 длинами радиоволн метрового диапазона), сложность и дороговизна коммутации и авторегулирования параметров модуляции для повышения точности. В этом способе при малых расстояниях искажаются диаграммы направленности передающей и приемной антенн из-за случайного расположения многочисленных элементарных отражателей облучаемой площадки. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ [2], где отраженный от границы раздела воздух поверхность материала сигнал принимают той же (передающей) антенной и затем смешивают с опорным сигналом. Результирующий сигнал обрабатывают с помощью спектроанализатора радиолокационной станции, используя еще четыре блока станции; микроволновый блок, антенны, системы управления на основе микропроцессора для контроля и управления микроволновым блоком и микрокомпьютера для обработки сигналов и общего управления системой, чем резко снижают надежность и достоверность измерений. Недостатком его является невозможность измерения малых расстояний "мертвой зоны", влияние окружающих предметов на параметры антенны и сложность аппаратуры. Цель изобретения - получение физической возможности измерения малых расстояний "мертвой зоны", повышение надежности и достоверности измерений путем исключения влияния границы раздела воздух - поверхность материала на параметры антенны, снижение стоимости измерений. Поставленная цель достигается тем, что в известном бесконтактном способе определения расстояния радиоволнами до границы раздела воздух - поверхность материала, при котором радиоволны метрового диапазона направляют в сторону границы раздела, причем частоту колебаний изменяют а процессе измерения вместо сравнения отраженного сигнала с опорным, измеряют параметры стоячих радиоволн метрового диапазона, возникающих в результате интерференции падающей и отраженной от раздела двух сред волн, плавно изменяют при этом частоту колебаний падающей бегущей волны и измеряют амплитуду стоячих волн посредством регистрации сеточного тока генератора при перемещении его вместе с приемо-передающей антенной в точки любых двух соседних узлов или пучностей стоячей волны в пространстве между местом первого отсчета и границей раздела воздух - материал, после чего результаты измерений с помощью дифференциального звена первого порядка сравнивают с эталонными (например, предварительно построенными по результатам измерений параметров стоячих волн в пустой емкости до помещения материала, или по измерениям уровня в этой емкости, полученными способами повышенной точности контактными, с помощью мерной нити отвеса) и получают величину расстояния. На фиг.1 показана функциональная схема реализации способа определения уровня радиоволнами метрового диапазона, включающая генератор 1, приемо-передаточную антенну 2, границу раздела воздух - материал 3, емкость 4, в которой находится материал 5. На фиг.2 показана кривая зависимости тока сетки генератора I a от расстояния l между антенной и границей раздела воздух - материал. Пример реализации способа. Генератор СВЧ 1 соединяют с антенной 2 и регулируют его так, чтобы сеточный ток Ia, измеренный, например, мостовым методом, был равен 0 (фиг.2). После включения генератора 1, через антенну 2 излучают радиоволны метрового диапазона, которые в виде падающей бегущей волны перемещаются к границе раздела воздух материал, от которой они отражаются и частично поглощаются. Отраженная волна с определенной фазой накладывается на бегущую в прямом направлении падающую волну и в результате интерференции возникает стоячая волна, которая характеризуется определенным распределением тока I a = f(l) сетки генератора (фиг.3). Изменяя расстояние l от антенны до границы раздела в пределах двух соседних узлов или пучностей или частоту генератора, регистрируют периодическую зависимость изменения тока f a сетки от расстояния l до границы раздела, из которой извлекают информацию о расстоянии. Если бы на пути не было активных потерь, все узлы и пучности стоячей волны имели бы одинаковую амплитуду. В реальном случае они испытывают затухание и изменяются в зависимости от расстояния между границей раздела воздух поверхность материала и антенной (фиг.3).