Пристрій вимірювання рівня

Пристрій вимірювання рівня, що містить датчик контролю рівня, передавач, блок узгодження датчика контролю рівня з передавачем та блок електроживлення, який відрізняється тим, що як датчик рівня використовують неконтактний лазерний рівнемір, а для передачі інформації використовують двосторонню систему стільникового зв'язку. (19) (21) u201010734 (22) 06.09.2010 (24) 11.04.2011 (46) 11.04.2011, Бюл.№ 7, 2011 р. (72) СМИНТИНА ВАЛЕНТИН АНДРІЙОВИЧ, САНТОНІЙ ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, ЯНКО ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ, ІВАНЧЕНКО ІРАЇДА ОЛЕКСАНДРІВНА, БУДІЯНСЬКА ЛЮДМИЛА МИХАЙЛІВНА 3 У некритичних умовах зчитування та передача інформації споживачеві здійснюється на постійній основі - багаторазово за заданий термін часу. При наближенні значень параметрів до критичних або заданих значень чи при появі такої тенденції ЦКП, відповідно програмі, збільшує частоту опитування датчиків та переходить в аварійний режим передачі інформації у позачерговий термін часу. Недоліком пристрою-прототипу є застосування контактного датчика рівня з невеликою точністю вимірювання, пов'язаною з обмеженнями лінійних розмірів електродів, та впливом корозійних процесів на занурені електроди при тривалому використанні, і використання провідної системи передачі інформації споживачеві без зворотного зв'язку, що виключає можливість зовнішнього керування алгоритмом роботи пристрою. Задача, на рішення якої спрямована корисна модель, що пропонується, є збільшення точності вимірювання рівня, виключення впливу корозії, забезпечення зворотного зв'язку та покращення керованості процесу вимірювань за рахунок підвищення оперативності вимірювань та передачі даних. Ця задача вирішується пристроєм вимірювання рівня, що містить датчик контролю рівня, передавач, блок узгодження та блок живлення, який відрізняється тим, що в якості датчика рівня використовується неконтактний лазерний рівнемір, а для передачі інформації використовується двостороння система стільникового зв'язку. Загальними ознаками прототипу і запропонованого пристрою вимірювання рівня є наступні: прототип і запропонований пристрій містять датчик контролю рівня, передавач, блок узгодження датчика контролю рівня з передавачем і блок електроживлення. Відмітними ознаками запропонованого пристрою вимірювання рівня від прототипу є те, що в якості датчика рівня використовується неконтактний лазерний рівнемір, а для передачі інформації двостороння система стільникового зв'язку. На фіг.1 представлена блок-схема пристрою вимірювання рівня, що пропонується. На фіг.2 показана блок-схема фазового лазерного рівнеміра. На фіг.3 зображена блок-схема GSM-пристрою. Пристрій вимірювання рівня (фіг.1) містить лазерний рівнемір 1, з виходу котрого аналоговий сигнал надходить на вхід GSM-пристрою 2. Пристрій містить також блок живлення 3, з'єднаний з GSM-пристроєм 2. Дана структура забезпечує підключення до GSM-мережі стільникового зв'язку з метою забезпечення взаємообміну інформацією між вимірювальним пристроєм і користувачами. Блок-схема лазерного рівнеміра, який фазовим методом дистанційно вимірює рівень поверхні, представлена на фіг.2. Вона складається із трьох функціональних блоків - блока випромінювача і двох ідентичних каналів фотоприйому, опорного та вимірювального. У склад блока випромінювача входять задавальний генератор 1, підсилювач потужності 2 та випромінювач 3. В якості випромінювача може використовуватися лазерний діод. Живлення у 58288 4 блок випромінювача надходить через лінійний стабілізатор 4. Частота задавального генератора стабілізується за допомогою кварцового резонатора 5. Опорний канал складається із фотоприймача 6, на який, за допомогою напівпрозорого дзеркала (НД), відводиться частина зондуючого оптичного сигналу випромінювача 3, резонансного підсилювача 7, помножувача 8, НЧ-фільтра 9 і підсилювача-обмежувача 10. У склад вимірювального каналу входять фотодіод 11, на який надходить відбитий від досліджуваної поверхні (ДП) оптичний сигнал, резонансний підсилювач 12, помножувач 13, НЧ-фільтр 14, узгоджувальний підсилювач НЧ-складової вимірювального каналу 15, підсилювач-обмежувач 16. Також у склад обох каналів входить гетеродин 18, частота якого формується за допомогою кварцового резонатора 19. Виходи опорного та вимірювального каналів з'єднані з входом фазового детектора 17, в котрому вимірюється зсув начальної фази НЧ-сигналів даних каналів, прямо пропорційний вимірюваній відстані. Вимірювання лазерним рівнеміром проводиться фазовим методом, що базується на непрямій реєстрації часу розповсюдження оптичного випромінювання до досліджуваної поверхні і назад, пропорційного зсуву фаз між випроміненим та прийнятим відбитим сигналами визначеної частоти. У неперервного сигналу з гармонічною модуляцією біжуча фаза  гармонічного коливання є лінійною функцією часу t =2fmt+o, де fm - частота модуляції сигналу, о - початкова фаза. У свою чергу зсув фази  пов'язаний з вимірюваною відстанню S до поверхні співвідношенням S=[/(2)][с/(2f], де с - швидкість світла у повітрі. Точність вимірювання відстані фазовим методом досягає декількох міліметрів [Протопопов В.В., Устинов Н.Д. Инфракрасные лазерные локационные системы. - М.: Воениздат, 1987], що значно вище, ніж у проекційно-геометричних. Алгоритм вимірювання реалізований у рівнемірі наступним чином. У відповідності з Фіг.2 ВЧ-сигнал з кварцового задавального генератора 1 через підсилювач потужності 2 поступає на лазерний діод 3. Модульований за інтенсивністю оптичний сигнал з лазерного діода 3, що пройшов НД, через однолінзову оптичну систему випромінюється у напрямку ДП. Світловий сигнал, відбитий від ДП, через приймальну оптичну систему надходить на фотоприймач 11 вимірювального каналу. Одночасно оптичний сигнал, відбитий від НД, спрямовується на фотоприймач 6 опорного каналу. Підсилений по амплітуді резонансним підсилювачем 12 електричний сигнал поступає на помножувач 13. На інший вхід помножувача 13 надходить сигнал з гетеродина 18. З виходу помножувача 13 відфільтрована фільтром 14 НЧскладова сигналу надходить на лінійний узгоджу 5 вальний підсилювач 15. З його виходу сигнал, підсилений по амплітуді, надходить на вхід підсилювача-обмежувача 16. На виході підсилювачаобмежувача 16 формується НЧ-сигнал прямокутної форми типу "меандр", початкова фаза котрого відповідає початковій фазі модульованого ВЧсигналом оптичного сигналу, що пройшов вимірювану відстань туди і назад. Опорний канал по схемній реалізації ідентичний вимірювальному каналу. Таким чином, на виходах опорного та вимірювального каналів формуються НЧ-сигнали прямокутної форми, початкові фази котрих зсунуті один відносно іншого на величину, пропорційну відстані до досліджуваної поверхні. За допомогою фазового детектора 17 вилучається постійна складова опорного та вимірювального сигналів і у подальшому подається на вхід аналогово-цифрового перетворювача, який входить до складу GSMпристрою. GSM-пристрій уявляє собою блок обробки та передачі інформаційного сигналу рівнеміра на базі мікроконтролера та GSM-модему і призначається для організації двостороньої безпровідної передачі даних лазерного рівнеміра та керуючих команд з застосуванням мереж стільникового зв'язку з метою здійснення дистанційного контролю віддалених вимірювальних пристроїв. GSM-пристрій (Фіг.3) складається із транзисторного ключа 1, мікроконтролера 2, АЦП 3, GSMмодему 4, SIM-карти 5 і стабілізатора напруги живлення 6. GSM-пристрій працює в прямому та зворотному напрямку з використанням SMS-технології обробки інформації. 58288 6 В режимі вимірювання рівня мікроконтролер 2 за допомогою транзисторного ключа 1 здійснює подачу живлення від блока живлення напруги 6 на лазерний рівнемір у перебіг часу, визначений керуючою командою в одержаному SMSповідомленні. Вихідний аналоговий сигнал лазерного рівнеміра надходить на вхід АЦП 3, де перетворюється у цифрову форму. З виходу АЦП 3 сигнал надходить до мікроконтролера 2, де здійснюється попередня обробка результатів вимірювання. Сформований згідно з необхідною програмою попередньої обробки пакет обчислених даних вимірювань надходить до GSM-модему 4, який забезпечує його пересилання у SMS-форматі крізь GSM-мережу в адресу певного абонента. SIM-карта 5 забезпечує одержання GSMпристроєм ідентифікаційного номера у GSMмережі. У зворотному напрямку за допомогою передачі на GSM-модем командних SMS-повідомлень певного формату здійснюється управління алгоритмом обробки вимірювальних сигналів, формування керуючих команд і режиму обміну даними через GSM-мережу. SMS-повідомлення може вміщувати, наприклад, команду циклічної відсилки інформаційного повідомлення з вимірювальною та службовою інформацією в адресу певного абонента GSM-мережі або код доступу для керуючих SMSповідомлень і т.і. Таким чином, застосування в структурі пристрою вимірювання рівня GSM-пристрою дозволяє збільшити точність вимірювання рівня, уникнути впливу корозії, забезпечити зворотний зв'язок та покращити керованість процесу вимірювань за рахунок підвищення оперативності вимірювань та передачі даних. 7 58288 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 58288 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601