FI61246C - Saett och anordning foer beraekning av en vaetskeytas nivao - Google Patents

Description

R3F*I M (11)KUULUTU$JULKAISU ,1 λ i /

Mi lJ ' v UTUAOONINOSSKRIfT 612 40 C Patentti myönnetty 10 C6 1902 V!vi ^ Patent aieddelat ^ ^ (51) Kv.ik.3/im.ci.3 G 01 P 23/28

SUOMI —FINLAND (21) IHMntUh.kmmM —Pmm«»n.eknlnf 3306/?U

(22) HakamitpUvl —AnaMutkigad·· lU.11.71» ' ' (23) Alkuptlvi—Glklghrtsdig lU.11.71* (41) Tullut julltlMlui — Bllvlt offuntllg 21.05.75

Patentti- ja rekisterihallitus .... ........ , _ ___. , , . _. , (44) Nlhttvlkslpunon |s kuuLlullulaun pvm. — ?6 02 82

Patent- och registerstyrelsen ' ' AmMcm uttogd och u«i.«kriftM puMiewsd ^o.u^.oc (32)(33)(31) Pyydetty utuolkaut—Begird priorlcet 20.11.73

Ruotsi-Sverige(SE) 731561*9-9 (71) Saab-Scania Aktiebolag, S-58I 88 Linköping, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Kurt Olov Edvardsson, Linköping, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Leitzinger Oy (5M Tapa ja laite nestepinnan tason arvioimiseksi - Sätt och anordning för beräkning av en vätskeytas niv& Tämä keksintö koskee tapaa laskea nestepinnan taso edullisesti säiliössä, jolloin lähetetään mikroaaltosignaali, jonka taajuus pyyhkii ajan mukaan, toisaalta pintaa vastaan, jota vastaan osa heijastetaan ja viiveen jälkeen vastaten etäisyyttä vertailukohdan ja pinnan välillä vastaanotetaan ja sekoitetaan sen signaalin kanssa, joka sillä hetkellä lähetetään niin, että etäisyyttä vastaava erotustaa-juus saadaan, toisaalta niin, että se voidaan vastaanottaa tunnettua etäisyyttä vastaavan viiveen mukaisesti, joka samalla tavoin muunnetaan etäisyyttä vastaavaksi vertailutaajuudeksi, ja että erotustaa-juus suhteistetaan vertailutaajuuteen niin, että etäisyyden laskeminen tulee pohjautumaan tunnetulle välimatkalle.

Sen vuoksi, että mikroaalloilla on hyvin vakio leviämisnopeus, ovat nämä aallot sopivia käyttää nestepintojen tarkkaan mittaukseen, kuten edellä on esitetty. Mittalaitteisto, joka toimii mikroaalloilla on lisäksi suhteellisen tunteeton likaisuudelle ja edelleen on mittaus kosketukseton, joka on eduksi monissa sovellutuksissa, erityisesti mitattaessa nestepintoja, joista haihtuu helposti syttyviä höyryjä.

2 61246

Mikroaalloilla pintoja mitattaessa kuitenkin on monia tekijöitä, jotka vaikuttavat haitallisesti mittaustarkkuuteen. Tällaisia tekijöitä ovat vaikeudet määrittää tarkasti saatu erotustaajuus, että erotetaan pois häiritsevät heijastukset esimerkiksi tukipalkeista tai pohjasta säiliössä, sekä mikroaaltolähteen epälineaarisuus tai muu epätäydellisyys. Jotta lisättäisiin mittatarkkuutta, on ehdotettu esimerkiksi saksalaisessa kuulutusjulkaisussa 1.935.012, että mittauksessa käytettäisiin hyväksi vertailuviivettä, johon tasomittaus suhteistetaan.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tapa ja laite nestepinnan tason mittausta varten mikroaalloilla, joka antaa hyvän mittatarkkuuden, asettaa kohtuulliset vaatimukset mikroaaltolähteen lineaarisuudelle, ja joka samalla laajoissa rajoissa on tunteeton häiritseville heijastuksille, ja tämä saavutetaan siten, että keksinnöllä on oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyt tunnusmerkit.

Keksintö selitetään seuraavassa edelleen viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää kaaviomuotona keksinnön mukaisesti toimivan tasomit-tarin periaaterakenteen.

Kuvio 2 on kaavio, joka kuvaa keksinnölle ominaisen laskinsovellu-tusta.

Kuvio 3 on aika-amplitudidiagrammi, joka esittää signaalien kulkua, jotka ovat otetut ilmoitetuissa kohdissa kuvion 1 mukaisessa kaaviossa.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisesti lukuisia tasomittareita, jotka ovat asennetut säiliöalukselle.

Kuvio 5 esittää yksityiskohtaisesti ja osittain leikkauksessa tällaista asennusta.

Kuviossa 1 merkitsee 1 lähetinyksikköä, joka on yhdistetty signaalin käsittely-yksikköön kolmella liitosnavalla 3, 4 ja 5. Signaalin käsittely-yksikkö voidaan liittää useampaan lähetinyksikköön siten, että 3 61246 liitäntänapoihin 3-5 kytketyn jaksollisesti työskentelevän valitsijan avulla aikaansaadaan alkajako valitsijan rinnakkain kytkettyjen lähe-tinyksikköjen välillä.

Lähetinyksikkö 1 käsittää mikroaaltogeneraattorin 6, esimerkiksi kapa-sitanssigunndiodin, jonka lähtö on sekoittajan R kautta yhdistetty sitä pintaa 9 vastaan, jonka tasoa tulee mitata, suunnatun antennin 10 kanssa. Sekoittaja 8 on lisäksi vahvistimen 11 kautta yhdistetty signaalikäsittely-yksikön napaan 3. Mikroaaltogeneraattori 6 on kytketty liitosnapaan 5 signaalin käsittely-yksikössä ja sitä syötetään tämän kytkennän kautta pyyhkäisykäynnistyspulsseilla, jotka kukin vapauttavat taajuuspyyhkäisyn a, jonka taajuus vaihtelee pääasiassa lineaarisesti ajan mukaan, kuten esitetään kuviossa 3. Sekoittaja R vuotaa säädetysti niin, että osa mikroaaltosingaalista generaattorista 6 antennin 10 kautta lähetetään ulos pintaa 9 vastaan. Osa pintaa 9 vastaan tulevasta mikrosäteilystä heijastuu kohti antennia 10, josta se syötetään sekoittajaan 8. Tämän heijastuneen mikroaaltosignaa-lin kulku, jotka kutsutaan d:ksi, esitetään kuviossa 3. Kuten nähdään, omaavat signaalit a ja b saman taajuusarvon eri aikakohdilla. Aika-erotus vastaa mikroaallon kulkuaikaa, välimatkaa sekoittajasta 8 pintaa 9 vastaan ja takaisin. Toisenlainen ilmaisu antaa määrätyllä silmänräpäyksellä erotustaajuuden signaalin a ja b välillä, joka riippuu juuri mainitusta välistä. Sekoittajalla 8 on tehtävänä signaalien a ja b sekoittamisella tuottaa tällainen erotustaajuussignaali c, jonka kulku käy selville kuviosta 3. Epäsäännöllisyysyksiköt, jotka voidaan havaita signaalissa c, omaavat alkuperänsä häiritsevästä kaiusta esineistä nestepinnan 9 ylä- tai alapuolella ja epälineaarisuuksista mik-roaaltogeneraattorissa 6. Kuvio 4 esittää säilyttäen viitemerkinnät kuviossa 1, sellaista kohdetta, tässä tapauksessa jäykistyspalkkeja 12, jotka synnyttävät kaiun, jota voidaan vaihdella nestepinnan 9 kanssa. Lähetinyksiköt 1 ovat koteloidut ja liitetyt ei-esitettyyn signaalin käsittely-yksikköön.

Jotta sinänsä tunnetulla tavalla eliminoitaisiin mainittujen häiriö-lähteiden vaikutus, on mikroaaltogeneraattorin 6 lähtöön liitetty sekoittaja 13, joka samalla tavoin kuin sekoittaja 8 on yhdistetty toisaalta viivejohdon 14 kanssa, toisaalta vahvistimen 15 kautta signaalin käsittely-yksikön 2 liitosnavan 4 kanssa. Samalla tavoin kuin . 61246 4 edellä on selitetty, saadaan sekoittajasta 13 erotustaajuussignaali d, jolla on viivejohdon 14 määräämä vakiotaajuus. Tämä on esitetty kuviossa 3. Signaali d käytetään hyväksi jatkossa vertailusignaalina. Lä-hetinyksikön 1 lähtösignaalit c ja d sisältävät siis pääasiassa kaksi taajuutta ja osamäärää eli jako niiden välillä antaa etsityn neste-tason. Signaali d on suhteellisen puhdas sinisignaali ja sillä on lähes vakio taajuus. Signaali c sisältää sitä vastoin, kuten mainittu, lukuisia taajuuksia, joista ainoastaan yksi johtuu heijastuksista nestepinnassa, jonka taso tulee mitata. Signaalin käsittely-yksikön 2 tehtävä on suhteistaa erotustaasuunsignaali c vertailutaajuussingaa-liin d niin, että tason laskeminen pinnassa 9 perustuu viivejohdon 14 pituuteen.

Liitosnapa 4, johon signaali d tulee signaalin käsittely-yksikköön 2, on taajuuskertoja 15 ja pulssinmuokkaajän 17 kautta liitetty laskimeen 18. Samalla tavoin on liitosnapa 3, johon signaali c tulee, säädettävän suodattimen 19 ja pulssinmuokkaajän 20 kautta yhdistetty laskuelimeen 18. Tämä on toisaalta muistin 21 kautta yhdistetty osoi-tinelimen 22 kanssa ja toisaalta yhdistetty ohjaisyksikön 23 kanssa. Osoitinelin 22 ja ohjainyksikkö 23 ovat liitetyt elimeen 24 mittauksen käsinohjausta varten ja vakioiden johtamiseksi laskuun. Ohjain-yksikkö 23 ja lähtö muistista 21 ovat yhdsitetyt suodattimeen 19, joka sisääntulossa ja ulosmenossa on yhdistetty amplitudin vertaili-jaan 25, joka puolestaan ulostulossa on kytketty ohjainyksikköön 23. Tämä on lisäksi liitinnavan 5 kautta yhdistetty mikroaaltogeneraat-torin 6 kanssa.

Taajuuskertojan 16 tehtävänä on signaalista d kehittää signaali e, kts. kuvio 3, vakiolla amplitudilla ja taajuudella, joka on signaalissa d olevan taajuuden monikerta, joka on vastaava viivejohdon 14 pituuden näennäisen lisäyksen kanssa. Tämän pituuden lisäämiseksi todellisuudessa tämä käsittää toisaalta lisätyn vaimennuksen siitä johtuvan mittausprobleeman kera toisaalta enemmän tilaa vaativan ja kalliin johdon. Pulssinmuokkaaja 17 on sovitettu tuottamaan pulssijono f pulssisignaalin e puoli jaksoa kohti.

Signaali c suodatetaan sitten, kun se on ohittanut vahvistimen 11 suodattimessa 19, joka on kapeakaistainen ohjattava kaistanpäästösuo- 5 61246 datin. Tämä on sovitettu niin, että sen keskitaajuus signaalista e järjestetään olemaan suhteessa vertailutaajuussignaalin d hetkelliseen taajuuteen ja ohjainyksikön 23 kautta ohjainelimestä 24 tulevaan arvoon nähden. Täten voidaan mikroaalto-oskillaattorin 6 pyyhkäisyn nopeuden sallia vaihdella hieman, sillä suodattimen keskitaajuus, joka myös käy selville keksinnön erityisestä tunnusmerkistä, järjestetään seuraamaan muutoksia pyyhkäisynopeudessa. Suodattimen 19 lähtösignaali g on puhdas sinisignaali, jonka taajuus on mitta etsitylle nestetasol-le. Pulssinmuokkaajalla 20 saadaan signaalista g pulssisignaali h, joka sisältää pulssin kullekin signaalin g puolijaksolle. Jatkuva signaalin käsittely lähtee siitä, että muodostetaan osamäärä molempien pulssisignaalien f ja h välillä, jolloin pulssien aika-asemia ei käytetä vaan ainoastaan pulssien keskinäinen järjestys on merkityksellinen. Osamäärän muodostuksessa käytetään painotekijää i, jonka kulku yhden pyyhkäisyn aikana esitetään esimerkkinä, kuten kuviossa 3. Tämä kuviossa esitetty painotekijä omaa keksinnön erityisen tunnusmerkin mukaisesti muodon n(N-n), jossa N on lukumäärä keskenään pääasiassa yhtä suuria osavälejä pyyhkäisyn aikana ja n on osavälin järjestysnumero, joka on 1 ensimmäiselle ja N viimeiselle osavälille. Tämän pai-notekijän voidaan esittää sisältävän sen, että signaalien f ja h taajuuksien osamäärä määräytyy pienimmän neliömenetelmän mielessä ja antaa arviossa tarkkuuden jo yhden pyyhkäisyn jälkeen. Vakiopainotekijä sisältäisi tavallisen pulssin laskun, joka korkeaa tarkkuutta varten vaatii pulssin laskun suurella lukumäärällä taajuuspyyhkäisyjä, mutta joka kuitenkin on suhteellisen herkkä häiriökaiuille.

Keksinnölle tunnusomaisen painotekijän ja osamääränmuodostuksen laskeminen tapahtuu laskuelimessä 18, jonka rakenne esimerkkinä käy selville kuviosta 2. Tässä kuviossa on 26 pulssinmuokkaajaan 20 liitetty elin painotekijän laskemiseksi signaalista h. Laskettu painotekijä varastoidaan rekisteriin 27, joka ohjaa signaalien f ja h sisäänsyöttöä kahteen kertojaan 28, 29, joista kukin lisäävien rekisterien 30, 31 kautta ovat yhdistetyt osamäärän muodostajaan 32. Painotekijän johtaminen tapahtuu seuraavalla tavalla: Edellä mainittu välipituus valitaan yhtä suureksi kuin etäisyys pulssien välillä signaalissa h. Kutakin pulssia varten signaalissa h lasketaan painotekijää vastaan ko. arvojen lukumäärä pulsseja rekisteriin 30. Kutakin pulssia varten signaalissa f lasketaan samalla välillä sama lukumäärä pulsseja rekiste- 6 61246 riin 31. N vertailusignaalipulssien jälkeen lasketaan osamäärä k lukujen 1 ja m välillä molemmissa rekistereissä 30, 31. Yhden asteikkote-kijän tarkkuudella tämä osamäärä k on etsityn tason mitta. Koska taso mitataan sekoittajan 8 ja pinnan 9 välillä, on sopivaa, että ohjain-elimen 24 avulla johdetaan vakio, jonka avulla nestetasomittaus suh-teistetaan sopivaan ulommaiseen kohtaan. Mittauksen tulos varastoidaan muistiin 21 ja esitetään esityselimellä 24. Varastoitu mittatulos voidaan myös rekisteröidä kirjoittimella.

Kuten edellä olevasta nähdään, omaa erotustaajuussignaalin c amplitudi vähäisen vaikutuksen jatkuvaan signaalin käsittelyyn, mutta jos amplitudi ulkopuolisilla ominaisuuksilla on tullut niin pieneksi, että se voidaan sekoittaa signaaliamplitudeihin, jotka tulevat häiritsevistä kaiuista, on vaara vaihtumiseen. Sen vuoksi voi määrätyissä sovellutuksissa esimerkiksi pintaa mitattaessa säiliöaluksella olla tarpeellista amplitudivalvonta, sillä amplitudiin vaikuttavat aallot nestepinnassa. Amplitudivertailijän 25 tehtävä on aikaansaada tällainen vertailu ja tarkkailu vertailemalla signaalia g, joka sisältää nestepintaa 9 vastaavan erotustaajuuden, vastaavalla signaalista c suodatetun taajuuden kiinteän kaiun, vertailija 25 on järjestetty tuottamaan loogisen signaalin, joka esittää kuinka signaali, joka vastaa sitä tasoa, joka tulee laskea, omaa suuremman tai pienemmän amplitudin kuin signaali, joka vastaa kiinteää kaikua. Tämä vertailu tekee myös tasomittauksen riippumattomaksi vaihteluista mikroaalto-generaattorin 6 ulostehossa. Jos amplitudi signaalissa c on riittämätön, pysäytetään mittaus ohjainyksiköllä 23.

Kuvio 5 esittää sovellutusesimerkkiä keksinnön mukaisesta lähetinyksi-köstä ja sellaisesta, joka esitetään kuviossa 4. Putkimaiseen koteloon 33 on järjestetty antenni 10 niin, että se on suunnattu nestepintaa 9 vastaan. 34 on mikroaaltotorvi, joka aaltoputken 35 kautta on yhdistetty sekoittajan ja mikroaaltogeneraattorin kanssa, jotka yhdessä lä-hetinyksikön muiden aikaisemmin selitettyjen toimintakappaleiden 36 kanssa ovat yhdistetyt koteloon 33 järjestettyyn ja tämän suhteen pienempään, putkimaiseen koteloon 37. Antenni 10, torvi 34, aaltoputki 35 ja toimintakappaleet 36 ovat helposti luoksepäästäviä tarkastusta ja mahdollista korjausta varten luukkujen 38, 39 kautta jotka ovat koteloissa 33 ja 37.

Claims (8)

1. Tapa laskea nestepinnan taso sopivimmin säiliössä, jolloin läheteään mikro-aaltosignaali, jonka taajuus pyyhkii ajan kuluessa, toisaalta pintaa vastaan, jota vastaan osa heijastetaan, ja vertailukohdan ja pinnan välistä etäisyyttä vastaavan taajuuden jälkeen vastaanotetaan ja sekoitetaan signaalin kanssa, joka sillä hetkellä lähetetään, toisaalta etäisyyttä vastaava erotustaajuus saavutetaan viiveen kera, joka samalla tavoin muunnetaan väliä vastaavaksi vertai-lutaajuudeksi ja että erotustaajuus suhteistetaan vertailutaajuuksiin niin, että välimatkan laskeminen tulee perustumaan tunnettuun väliin, tunnettu siitä, että erotustaajuus (c) ja vertailutaajuus (d) kerrotaan pyyhkäisyajan osavälillä vakiolla mutta pyyhkäisyaikana muuttuvalla tekijällä (i), että tekijän (i) ja vastaavien taajuuksien (c, d) tulokset lasketaan yhteen kukin ja että pyyhkäisyajan lopussa muodostetaan osamäärä (k) siten saatujen summien (1, m) välillä, joka osamäärä on mitta etsitylle välimatkalle.

2. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että tekijä (i) kullekin osavälille on yhtä kuin n(N-n), jossa N on lukumäärä keskenään pääasiassa yhtä suuria osaväliä ja n on osavälien järjestysnumero, joka on yhtä kuin 1 ensinnäiselle osavälille ja N viimeiselle osavälille.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tapa, tunnettu siitä, että kukin osaväli oi yhtä kuin erotustaajuuden (c) puolijakso.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että vertailutaajuus (d) kerrotaan siten valitulla vakiolla, että se taajuus (e), joka tällöin saadaan, cm suurempi kuin erotustaajuus (c), joka sisältää sen, että viive näennäisesti lisääntyy niin, että välin näennäinen pituus aina on suurempi kuin välimatka, joka tulee mitata.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että erotsu-taajuus (c) suodatetaan kaistanpäästösuodattimen (1) avulla, jonka keskitaa-juuksia ohjataan niin, että se on suhteessa vertailutaajuuksiin (d) nähden, jolloin saadaan häiritsevien heijastusten pois suodattuminen huolimatta pyyh-käisynopeuden vaihtelusta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että heijastuneen mikroaaltosignaalin (d) amplitudia verrataan tunnetun kaikusignaalin amplitudiin ja että sellaiset signaalit erotetaan, joiden amplitudi on suurempi 61246 tai pienempi kuin amplitudiväli tunnetun kaiun amplitudin lähellä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että erotustaa-juuden signaali (c) muunnetaan pulssijonoksi (f) pulssin kera erotustaajuuden kutakin puolijaksoa varten, että pulssit pyyhkäisyä varten syötetään siirtore-kisteriin vertailutaajuuden ohjaamalla nopeudella ja että siten varastoidut pulssit syötetään ulos tasaisella nopeudella, joka on samanlainen pyyhkäisyn lineaarisuuden kanssa.

7 61246

8. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen tavan soveltamiseksi, johon kuuluu mik-roaaltogeneraattori (6) mikroaaltosignaalin (a) tuottamiseksi, jonka taajuus pyyhkii ajan mukaan, generaattoriin liitetty, pintaa (9) vastaan suunnattu an** tenni (10) mikroaaltosignaalin (a) lähettämiseksi ja mikroaaltosignaalin pinnasta (9) heijastuneen osan (b) vastaanottamiseksi, ja antenniin (10) ja generaattoriin (6) yhdistetty ensimmäinen sekoittaja (8), joka on sovitettu heijastuneen ja lähetetyn mikroaaltosignaalin sekoituksella tuottamaan välimatkaa vastaavan erotustaajuuden (c), generaattoriin (6) liitetyn viivejohdon (IA) tunnettua väliä vastaavan viiveen kera, generaattorin (6) ja viivejohtoon (14) liitetyn toisen sekoittajan (13), joka on sovitettu siten viivytetyn mikroaaltosig-naalin ja lähetetyn mikroaaltosignaalin sekoituksella tuottamaan tunnettua väliä vastaavan vertailutaajuuden (d), sekä laskin (18), joka on järjestetty niin, että erotustaajuuksilla (c) suhteistettuna vertailutaajuuksiin (d) lasketaan etsitty välimatka, tunnettu siitä, että laskin (18) sisältää kerto-elimen (28, 29) kanssa toiminnallisesti yhdistetyt lisärekisterit (30, 31) jotka ovat järjestetyt siten, että pyyhkäisyajalla lasketaan yhteen tekijän (i) ja vastaavien taajuuksien tulokset, sekä rekisteriin kytketty osamäärän-muodostaja (32), jonka tehtävänä on se, että pyyhkäisyajan lopussa muodostetaan osamäärä (k) summien välillä rekisterissä. Patentkräv 612 4 6