Пристрій для визначення швидкості і якісного складу речовини

Номер патенту: 82190

Опубліковано: 25.03.2008

Автори: Полівкін Сергій Миколайович, Широков Ігор Борисович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій для визначення швидкості і якісного складу речовини, який містить високочастотний генератор, передавальну антену, змішувач, який відрізняється тим, що до виходу високочастотного генератора підключений вхідний порт першого спрямованого відгалужувача, перший вихідний порт якого з'єднаний із вхідним портом другого спрямованого відгалужувача, причому перший вихідний порт другого спрямованого відгалужувача з'єднаний з передавальною антеною, а другий порт другого спрямованого відгалужувача з'єднаний із входом каліброваного фазообертача, вихід якого підключений до опорного входу фазового детектора, причому до сигнального входу фазового детектора підключена приймальна антена допоміжного каналу, а вихід фазового детектора з'єднаний із входом суматора, вихід якого з'єднаний з опорним входом аналогово-цифрового перетворювача, а до другого вихідного порту першого спрямованого відгалужувача підключений перший вхід змішувача, причому другий вхід змішувача з'єднаний із приймальною антеною основного каналу, а вихід змішувача підключений до входу селективного підсилювача-обмежника, вихід якого з'єднаний із входом перетворювача частота-напруга, вихід якого підключений до сигнального входу аналогово-цифрового перетворювача.

Текст

Пристрій для визначення швидкості і якісного складу речовини, який містить високочастотний генератор, передавальну антену, змішувач, який відрізняється тим, що до виходу високочастотного генератора підключений вхідний порт першого спрямованого відгалужувача, перший вихідний порт якого з'єднаний із вхідним портом другого спрямованого відгалужувача, C2 2 (19) 1 3 Прийомний тракт складається з прийомної антени, що має необхідні властивості спрямованості, за допомогою якої приймають електромагнітну хвилю, випроменену передавальною антеною і перетворять її у високочастотні коливання, змішувача, за допомогою якого виділяють сигнал, що містить інформацію про швидкість потоку речовини, і фільтра, що виділяє корисний сигнал із суміші, що утвориться на виході змішувача. Однак пристрій, реалізований таким чином, має невисоку точність, що зв'язано з відсутністю в ньому обліку зміни величини допплерівського зрушення частоти при зміні електрофізичних параметрів речовини, крім того, не дозволяє визначити електрофізичні параметри речовини, швидкість потоку якої виміряється. В основу винаходу покладена задача зниження помилок виміру швидкості потоку речовини і забезпечення можливості одночасного одержання інформації про швидкість потоку речовини і електрофізичні параметри речовини в потоці. Вона вирішується шляхом того, що в пропонованому пристрої використаний високочастотний генератор, до виходу якого підключений вхідний порт першого спрямованого відгалужувача, перший вихідний порт якого з'єднаний із вхідним портом другого спрямованого відгалужувача, причому перший вихідний порт другого спрямованого відгалужувача з'єднаний з передавальною антеною, а другий порт другого спрямованого відгалужувача з'єднаний із входом каліброваного фазообертача, вихід якого підключений до опорного входу фазового детектора, причому до сигнального входу фазового детектора підключена прийомна антена допоміжного каналу, а вихід фазового детектора з'єднаний з першим входом суматора, на другий вхід якого надходить напруга зсуву, причому вихід суматора з'єднаний з опорним входом аналоговоцифрового перетворювача (АЦП), а до другого вихідного порту першого спрямованого відгалужувача підключений перший вхід змішувача, причому другий вхід змішувача з'єднаний із прийомною антеною основного каналу, а вихід змішувача підключений до входу селективного підсилювача-обмежника, вихід якого з'єднаний із входом перетворювача частотанапруга, вихід якого підключений до сигнального входу АЦП. Порівняння пропонованого пристрою з уже відомими пристроями і прототипом показує, що пристрій, що заявляється, виявляє нові технічні властивості, що полягають у можливості одночасного незалежного визначення швидкості потоку речовини і його якісного складу без необхідності прямого контакту з речовиною й усуненні погрішності виміру швидкості потоку речовини, зв'язаної зі зміною електрофізичних властивостей речовини в потоці. Ці властивості передбачуваного винаходу є новими, тому що в пристрої-прототипі маються недоліки, що полягають у відсутності можливості виміру електрофізичних параметрів речовини в потоці, а також залежності обмірюваного значення 82190 4 швидкості потоку речовини від його електрофізичних параметрів. Структурна схема пристрою приведена на Фіг.1. Пристрій складається з високочастотного генератора 1, першого спрямованого відгалужувача 2, другого спрямованого відгалужувача 3, змішувача 4, селективного підсилювача-обмежника 5, перетворювача частота-напруга 6, каліброваного фазообертача 7, фазового детектора 8, суматора 9 аналоговоцифрового перетворювача 10, передавальної антени 11, приймальної антени основного каналу 12, приймальної антени допоміжного каналу 13. Пристрій складається з передавальної і прийомної частин. Прийомна частина пристрою складається з основного каналу, за допомогою якого виділяється інформація про швидкість потоку речовини і допоміжного, котрий виділяє інформацію про електрофізичні параметри речовини в потоці. У передавальній частині пристрою генератор формує високочастотні коливання частотою f 0, що через перший вихідний порт першого спрямованого відгалужувача надходять на перший вхід змішувача, а через другий вихідний порт першого спрямованого відгалужувача надходять на вхідний порт другого спрямованого відгалужувача. З вихідних портів другого спрямованого відгалужувача високочастотні коливання надходять на передавальну антену і калібрований фазообертач. Прийомна антена основного каналу приймає електромагнітну хвилю, що пройшла через шар речовини, що рухається, і отримує зсув центральної частоти на величину допплерівського зрушення. Цей сигнал далі надходить на другий вхід змішувача. У результаті на виході змішувача буде присутній низькочастотний сигнал f д, що несе в собі інформацію про швидкість потоку речовини 14. Селективний підсилювач-обмежник забезпечує фільтрацію і посилення подаваного на нього сигналу. Крім того, селективний підсилювачобмежник приводить вхідний сигнал до виду, необхідному для роботи перетворювача частотанапруга, до входу якого він підключений. З виходу перетворювача частота-напруга сигнал, що відповідають швидкості потоку речовини подається на сигнальний вхід АЦП. Цей сигнал можна описати наступним вираженням: n × cos(a ) × e , l0 де К1 - коефіцієнт перетворення ПЧН, n - швидкість потоку речовини, a - кут між напрямком руху речовини і центральною віссю прийомної антени, e - діелектрична проникність речовини, l0 довжина хвилі випромінюваної Uсигн = К1 електромагнітної хвилі. Таким чином, на опорний вхід АЦП надходить сигнал, пропорційний швидкості потоку речовини, отриманий в основному каналі. Прийомна антена допоміжного каналу розташована перпендикулярно напрямку 5 поширенню речовини, тому прийнятий нею сигнал від передавальної антени не містить допплерівського зрушення частоти. Високочастотний сигнал з виходу приймальної антени допоміжного каналу надходить на сигнальний вхід фазового детектора, на опорний вхід якого через калібрований фазообертач надходять високочастотні коливання частотою f 0. Напруга на виході фазового детектора визначається як: 2p UФД = К 2 ( × d × e - Dj ), l0 де К2 - коефіцієнт перетворення фазового детектора; d - шлях, який проходить електромагнітна хвиля в речовині; Dj - фазове зрушення, внесене каліброваним фазообертачем. Сигнал на виході фазового детектора характеризує відхилення електрофізичних параметрів речовини від еталонних значень і може бути використане для побудови систем, що здійснюють безупинний контроль складу речовини в потоці. Для забезпечення такої можливості в структурній схемі вимірника передбачений вивід сигналу з виходу фазового детектора. Калібрований фазообертач призначений для отримання необхідного фазового зрушення при калібруванні вимірника в процесі настроювання. У процесі калібрування виробляється таке значення фазового зрушення, внесеного каліброваним фазообертачем, щоб UФД=0,чи 2p × d × e . l0 У результаті, на виході фазового детектора формується сигнал, що містить інформацію про набіг фази, що одержала електромагнітна хвиля при поширенні від передавальної антени до приймальної через шар речовини: 2p UФД = K1 × × d( e - 1). l0 Залежність вихідного коду АЦП від напруг на сигнальному й опорному вході визначається як: U NАЦП = сигн × Nпреобр, Uопорн де Uсигн - напруга на сигнальному вході АЦП; Uопорн - напруга на опорному вході АЦП; Nпреобр - масштаб перетворення АЦП. Для одержання вихідного коду АЦП, пропорційного швидкості потоку речовини, напруга, подавана на опорний вхід АЦП, повинну Dj = e . Для бути прямо пропорційна величині виконання цієї умови сигнал, що надходить на опорний вхід АЦП, подається з виходу змішувача через суматор, що вводить у цей сигнал постійний зсув, рівний 2p UКОМП = К 2 × × d. l0 Тоді напруга на його виході буде визначатися як: 82190 6 2p × d × e. l0 Таким чином, напруга на виході суматора UСУМ = UФД + UКОМП = К 2 × e . Ця напруга прямо пропорційне величині подається на опорний вхід АЦП. Тоді цифровий код на його виході буде залежати від вхідних впливів у такий спосіб: U K × n × cos(a) × Nпреобр. NАЦП = сигн × Nпреобр = 1 Uопорн K 2 × 2p × d Таким чином, на виході АЦП формується цифровий код, що прямо пропорційний швидкості потоку речовини і не залежить від його електрофізичних параметрів. Сигнал на виході фазового детектора характеризує електрофізичні параметри речовини в потоці. Перевага даного вимірника в порівнянні з прототипом полягає в його підвищеній точності при вимірі швидкості потоку речовини, склад і властивості якого змінюються в широких межах з часом. Крім того, на виході вимірника присутній сигнал, що характеризує електрофізичні параметри речовини, що дозволяє, наприклад, організовувати безупинний контроль якісного складу прохідної речовини. Народногосподарський ефект від використання передбачуваного винаходу зв'язаний з наявністю можливості одночасного виміру складу і електрофізичних параметрів речовини в потоці. Крім того, що заявляється пристрій містить мінімальне число необхідних елементів настроювання, що позитивно впливає на його надійність і стабільність при наявності різних зовнішніх впливів. Пристрій не пред'являє високих вимог до точності юстирування положення випромінюючої і прийомних антен, що істотно знижує відповідні складові погрішності, а також дає можливість застосування різних вимірювальних вузлів після відповідної калібрування вимірників. Інший аспект підвищення ефективності застосування передбачуваного винаходу зв'язаний з можливістю його використання в складі експертно-аналітичних систем дистанційного моніторингу і комплексів безупинного контролю за параметрами речовини в потоці, витратою і зміною складу робочих речовин у виробничих процесах, системах автоматичного керування технологічними процесами. 7 82190 8

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device for determination of rate and qualitative composition of substance

Автори англійською

Shyrokov Ihor Borysovych, Polivkin Serhii Mykolaiovych

Назва патенту російською

Устройство для определения скорости и качественного состава вещества

Автори російською

Широков Игорь Борисович, Поливкин Сергей Николаевич

МПК / Мітки

МПК: G01N 22/00, G01F 1/66, G01F 13/00

Мітки: визначення, швидкості, пристрій, якісного, речовини, складу

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-82190-pristrijj-dlya-viznachennya-shvidkosti-i-yakisnogo-skladu-rechovini.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для визначення швидкості і якісного складу речовини</a>

Подібні патенти