RU2334953C2 - Method of radio wave level measurement - Google Patents
Method of radio wave level measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334953C2 RU2334953C2 RU2006136898/28A RU2006136898A RU2334953C2 RU 2334953 C2 RU2334953 C2 RU 2334953C2 RU 2006136898/28 A RU2006136898/28 A RU 2006136898/28A RU 2006136898 A RU2006136898 A RU 2006136898A RU 2334953 C2 RU2334953 C2 RU 2334953C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- filter
- level
- fourier transform
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике контроля и измерения уровня различных веществ.The invention relates to techniques for monitoring and measuring the level of various substances.
Известны импульсные радиоволновые способы измерения уровня [1, с.94], при которых зондирующий сигнал представляет собой короткий радиоимпульс, по времени прохождения которого до поверхности среды и обратно производится оценка дальности.Known pulsed radio wave methods of level measurement [1, p. 94], in which the probing signal is a short radio pulse, by the time of passage of which to the surface of the medium and vice versa is estimated range.
Для измерения дальностей, не превышающих нескольких десятков метров (диапазон, характерный для измерения уровня на технологических объектах), необходимы зондирующие импульсы длительностью не более десятых долей наносекунды. При этом резко возрастают требования, предъявляемые к низкочастотным узлам прибора, и применение указанных измерителей не приводит к удовлетворительным результатам по точности.To measure ranges not exceeding several tens of meters (the range characteristic of level measurement at technological objects), probing pulses with a duration of not more than tenths of a nanosecond are required. At the same time, the requirements for low-frequency components of the device sharply increase, and the use of these meters does not lead to satisfactory accuracy results.
Известен способ радиоволнового измерения уровня с использованием линейной частотной модуляции (ЛЧМ) сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала [2], выбранный в качестве прототипа, включающий формирование СВЧ сигнала изменяющейся частоты, излучаемого в направлении поверхности измеряемого уровня, выполнение быстрого преобразования Фурье сигнала разностной частоты излученного и отраженного от поверхности измеряемого уровня сигналов, определение дальности до измеряемого уровня.A known method of radio wave level measurement using linear frequency modulation (LFM) of a microwave signal [2], selected as a prototype, comprising generating a microwave signal of a changing frequency radiated in the direction of the surface of the measured level, performing fast Fourier transform of the signal of the difference frequency of the emitted and reflected from the surface of the measured level of signals, determining the distance to the measured level.
При измерении уровня зондируют контролируемую поверхность линейной частотно-модулированной электромагнитной волной (ЭВ), одновременно регистрируют закон модуляции ЭВ, сравнивают опорную ЭВ и отраженную ЭВ и выделяют сигнал разностной частоты, определяют максимальную разностную частоту сигнала, по величине и закону модуляции определяют время задержки отраженной ЭВ относительно опорной ЭВ. Дальность до контролируемой поверхности определяют по формуле: α=(сΔt)/2, где с - скорость света. Для увеличения точности определяют дальность до контролируемой поверхности как среднее по результатам 2N измерений за N=10 периодов модуляции ЭВ.When measuring the level, the surface under control is probed with a linear frequency-modulated electromagnetic wave (EM), at the same time the law of modulation of the EM is recorded, the reference EM and the reflected EM are compared and the difference frequency signal is extracted, the maximum difference frequency of the signal is determined, and the delay time of the reflected EM is determined from the magnitude and modulation law relative to the reference EV. The distance to the controlled surface is determined by the formula: α = (сΔt) / 2, where c is the speed of light. To increase accuracy, determine the distance to the surface to be monitored as the average according to the results of 2N measurements for N = 10 periods of modulation of the electromagnetic field.
При использовании быстрого преобразования Фурье (БПФ) точность определения частоты зависит от величины ширины фильтра БПФ, которая в свою очередь обратно пропорциональна времени наблюдения (длительности развертки ЛЧМ в данном случае). Для увеличения точности необходимо уменьшение величины фильтра БПФ, увеличение времени наблюдения. Однако длительность развертки ЛЧМ в этом случае становится слишком большой, что приводит к ухудшению быстродействия.When using the fast Fourier transform (FFT), the accuracy of determining the frequency depends on the width of the FFT filter, which in turn is inversely proportional to the observation time (the duration of the LFM scan in this case). To increase the accuracy, a decrease in the FFT filter and an increase in the observation time are necessary. However, the duration of the chirp scan in this case becomes too long, which leads to poor performance.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения уровня при сохранении быстродействия за счет снижения эквивалентной величины ширины фильтра БПФ.The technical result of the invention is to reduce the error of level measurement while maintaining performance by reducing the equivalent width of the FFT filter.
Технический результат достигается тем, что в способе радиоволнового измерения уровня, основанном на линейной частотной модуляции, включающем формирование СВЧ сигнала изменяющейся частоты, излучаемого в направлении поверхности измеряемого уровня, выполнение быстрого преобразования Фурье сигнала разностной частоты излученного и отраженного от поверхности измеряемого уровня сигналов, определение дальности до измеряемого уровня, в отличие от известного выделяют сигнал фильтра быстрого преобразования Фурье с максимальной амплитудой и боковые от него сигналы фильтра, по величинам измеренных сигналов производят построение сигнала интерполяционного кубического сплайна с шагом менее ширины фильтра быстрого преобразования Фурье исходного сигнала, затем определяют точку сигнала с частотой, соответствующей максимальной частоте фильтра сплайна, по которой вычисляют дальность до измеряемого уровня.The technical result is achieved by the fact that in the method of radio wave level measurement based on linear frequency modulation, which includes generating a microwave signal of varying frequency radiated in the direction of the surface of the measured level, performing fast Fourier transform of the signal of the difference frequency of the signal level emitted and reflected from the surface, determining the range to the measured level, in contrast to the known one, they emit a fast Fourier transform filter signal with a maximum amplitude side away filter the signals from the values of the measured signals produce signal construction cubic spline interpolation with a pitch less than the width of the filter fast Fourier transform of the original signal, then a signal point determined with a frequency corresponding to the maximum frequency filter spline at which calculated distance to the measured level.
Суть изобретения поясняется фиг.1, где приведены:The essence of the invention is illustrated in figure 1, which shows:
На фиг.1a - результаты БПФ с выбором максимального по амплитуде фильтра и нескольких боковых по отношению к нему;On figa - FFT results with the choice of the maximum amplitude filter and several side in relation to it;
на фиг.1б - результаты БПФ с выбором максимального по амплитуде фильтра и нескольких боковых по отношению к нему;on figb - FFT results with the choice of the maximum amplitude of the filter and several side in relation to it;
на фиг.1в - результаты построения интерполяционного кубического сплайна;on figv - the results of constructing an interpolation cubic spline;
на фиг.1г - выбор максимальной величины сплайна и соответствующей ей частоты;in Fig.1d - the choice of the maximum value of the spline and the corresponding frequency;
На фиг.2 - система реализации предлагаемого способа радиоволнового измерения уровня.Figure 2 - implementation system of the proposed method of radio wave level measurement.
Система содержит СВЧ генератор 1 с линейной частотной модуляцией, приемник 2 отраженного сигнала, связанные со смесителем 3, который в свою очередь связан с последовательно соединенными блоком 4 быстрого преобразования Фурье, блоком 5 выделения из сигнала гармоники с максимальной амплитудой и боковыми гармониками, блоком 6 построения интерполяционного кубического сплайна по основной и выделенным боковым гармоникам, блоком 7 выделения из сигнала сплайна гармоники с максимальной амплитудой, блоком 8 определения дальности до измеряемого уровня.The system contains a
СВЧ генератор 1 является источником СВЧ колебаний, частота которых изменяется по линейному закону, и может быть выполнен на микросхемах HMC385LP4 Hittite Microwave Corp. В способе радиоволнового измерения уровня с использованием ЛЧМ, при котором СВЧ сигнал излучается через антенно-фидерный тракт, отраженный сигнал поступает на приемник 2, в котором частота отраженного сигнала отличается от частоты сигнала генератора из-за задержки во времени. Измерение дальности сводится к измерению разностной частоты двух сигналов при помощи БПФ (см. фиг.1а) по номеру максимального по величине фильтра. При этом погрешность определения частоты в этом случае составляет до половины ширины фильтра БПФ.
Отраженный сигнал поступает в приемник 2 отраженного сигнала, который может быть выполнен на микросхемах NLB-300 RF Micro Devices, смешивается с частью сигнала СВЧ генератора 1 и в смесителе приемника отраженного сигнала 3 выделяется разностная частота, пропорциональная времени задержки отраженного сигнала, несущая информацию о дальности до измеряемого уровня вещества. Сигнал разностной частоты из смесителя 3 поступает в блок 4, в котором производится быстрое преобразование Фурье и который может быть выполнен на микросхемах C8051F124 Silicon Lab. По результатам БПФ в блоке 5, выполненном, например, в виде амплитудного детектора, выделяются фильтр с максимальной амплитудой и несколько боковых от него фильтров (см. фиг.1б), по величинам которых в блоке 6, выполненном, например, в виде нелинейного усилителя, строится интерполяционный кубический сплайн с шагом, более мелким по сравнению с величиной ширины фильтра БПФ (см. фиг.1в), после чего в блоке 7, выполненном, например, в виде амплитудного детектора, производится выделение из сигнала гармоники с частотой, соответствующей максимальной амплитуде сплайна (см. фиг.1г). Количество боковых фильтров БПФ для построения интерполяционного кубического сплайна снизу ограничивается точностью воспроизведения спектра и не может быть менее чем по одному с каждой стороны фильтра с максимальной амплитудой. Количество боковых фильтров БПФ для построения интерполяционного кубического сплайна сверху ограничивается наличием близлежащих спектральных составляющих с частотой, отличной от основной. При включении данных спектральных составляющих в построение интерполяционного кубического сплайна происходит искажение последнего.The reflected signal enters the
В отличие от известного в предлагаемом способе радиоволнового измерения уровня величина эквивалентной величины ширины фильтра определяется шагом интерполяционного кубического сплайна, которая может быть значительно меньше ширины фильтра исходного БПФ, так как исходный фильтр БПФ разбивается на несколько частей. При разбивке на две части происходит улучшение точности в два раза. Шаг интерполяционного кубического сплайна определяется необходимой точностью измерений и вычислительными возможностями устройства, реализующего способ.In contrast to the known level in the proposed method of radio wave level measurement, the equivalent filter width is determined by the interpolation cubic spline step, which can be significantly less than the filter width of the original FFT, since the original FFT filter is divided into several parts. When divided into two parts, the accuracy is improved twice. The step of the interpolation cubic spline is determined by the necessary measurement accuracy and the computational capabilities of the device that implements the method.
В блоке 8 определения дальности, выполненном, например, в виде перемножителя, вычисляется дальность до измеряемого уровня путем перемножения частоты гармоники сигнала, соответствующей максимальной частоте фильтра сплайна, на константу, величина которой определяется наклоном линейной частотной модуляции и скоростью света.In
За счет снижения эквивалентной величины ширины фильтра БПФ становится возможным уменьшение погрешности измерения уровня при сохранении быстродействия.By reducing the equivalent magnitude of the FFT filter width, it becomes possible to reduce the level measurement error while maintaining performance.
ЛитератураLiterature
1. В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Савлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.99.1. V.A. Viktorov, B.V. Lunkin, A.S. Savlukov. Radio wave measurements of process parameters. - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 99.
2. Заявка №93026872, 20.10.1995, МПК: G01F 23/28 - прототип.2. Application No. 93026872, 10.20.1995, IPC: G01F 23/28 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136898/28A RU2334953C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of radio wave level measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136898/28A RU2334953C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of radio wave level measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006136898A RU2006136898A (en) | 2008-04-27 |
| RU2334953C2 true RU2334953C2 (en) | 2008-09-27 |
Family
ID=39452659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006136898/28A RU2334953C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of radio wave level measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334953C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144203C1 (en) * | 1999-01-11 | 2000-01-10 | Растопов Станислав Федорович | Method and device for measurement of distance to object |
| RU2206101C1 (en) * | 2002-09-06 | 2003-06-10 | Рембовский Анатолий Маркович | Method detecting electromagnetic radiation sources within limits of monitored zone and device for its realization |
-
2006
- 2006-10-19 RU RU2006136898/28A patent/RU2334953C2/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2144203C1 (en) * | 1999-01-11 | 2000-01-10 | Растопов Станислав Федорович | Method and device for measurement of distance to object |
| RU2206101C1 (en) * | 2002-09-06 | 2003-06-10 | Рембовский Анатолий Маркович | Method detecting electromagnetic radiation sources within limits of monitored zone and device for its realization |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШИРМАН Я.Д., МАНЖОС В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981. ШЕВЧЕНКО В.Н. Оценивание углового положения источников когерентных сигналов на основе методов регуляризации. - Радиотехника, 2003, №9. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006136898A (en) | 2008-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11125879B2 (en) | Method for processing a signal arising from coherent lidar and associated lidar system | |
| US10852408B2 (en) | Frequency-modulated continuous-wave (FMCW) | |
| CN104246534B (en) | Method and apparatus for determining the spacing and radial velocity of object by radar signal | |
| JP4313198B2 (en) | Ultra-wideband pulse dispersion spectroscopy method and multi-component composition analyzer | |
| US9310476B2 (en) | Method for detecting a distance, a radar system and a computer program product | |
| US8676543B2 (en) | Determining the resonance parameters for mechanical oscillators | |
| CN103076611B (en) | Method and device for measuring speed and distance by coherent detecting laser | |
| RU2008112680A (en) | DISTANCE MEASUREMENT DEVICE AND METHOD OF DISTANCE MEASUREMENT | |
| US20230236152A1 (en) | Acoustic resonance fluid flow measurement device and method | |
| US9726590B2 (en) | Suspended sediment meter | |
| CN101788671B (en) | Multicycle modulation method applied to laser ranging device using chirp amplitude modulation based on heterodyne detection | |
| RU2410650C2 (en) | Method to measure level of material in reservoir | |
| RU2334953C2 (en) | Method of radio wave level measurement | |
| US7254493B1 (en) | Pressure transducer based fluid velocity sensor | |
| JPWO2016208048A1 (en) | Gas analyzer | |
| RU2350901C1 (en) | Method for detection of dielectric coat thickness | |
| JPH11287859A (en) | Laser range finder | |
| RU2521729C1 (en) | Non-contact radio-wave measurement method of liquid level in reservoir | |
| CN102236092A (en) | Doppler signal period distribution demodulation method of laser Doppler velocimeter | |
| RU2654215C1 (en) | Method of measuring distance by range finder with frequency modulation | |
| RU2350899C1 (en) | Method for detection of dielectric coat thickness | |
| RU2644628C1 (en) | Measurement of reference spectra of marine surface exploration | |
| RU2658558C1 (en) | Method for measuring a distance to a controlled environment with a waveguide lfm radar | |
| RU2569039C2 (en) | Method for non-destructive inspection of defects using surface acoustic waves | |
| Battaglini et al. | Frequency modulated continuous wave ultrasonic radar |