[nsemenoff 0]

Доброго времени суток,

помогите, пожалуйста, советом - как сделать волноводный радарный уровнемер с доставаемыми компонентами и высокой точностью (низкой шумностью).

Есть опыт изготовления акустических, но там скорость звука низкая, поэтому измерять задержки легко. Скорость света у радара в тысячи раз больше, время там уже не измерить, нужны другие принципы. Прочитал, что есть ЛЧМ, и после гетеродинирования посланного и принятого сигнал появляется разностный сигнал, по которому можно измерять расстояние. Но тогда для точности 2мм нужна ширина полосы в десятки ГГц, что нереально. Плюс переходные процессы в антенне, которые будут влиять на точность.

Есть мысль использовать ступеньки по частоте, давать установиться сигналу, после чего оцифровывать одну точку сигнала медленным АЦП.

Вопросы:

1. чем можно генерировать ступенчатый сигнал в широком диапазоне на частотах выше 10 ГГц?

2. как развязать посылаемый и принимаемый сигнал на одной антенне? Есть ли что-то типа моста для отвода принятого сигнала?

3. для волноводного радарного уровнемера нужен волновод, который будет с одной стороны с маленьким затуханием передавать сигнал, а с другой обеспечивать отражение от границы сред. Я видел, что в качестве волновода может быть стальной трос... Но как? Там же куча паразитных емкостей между стальными нитками...

Где можно почитать про подобные схемы? И есть ли где-то примеры отладочных комплектов со схемами и возможностью собрать макет?

 

[k155la3 26]

3 часа назад, nsemenoff сказал:

. . . . Я видел, что в качестве волновода может быть стальной трос... Но как? Там же куча паразитных емкостей между стальными нитками...

Где можно почитать про подобные схемы? И есть ли где-то примеры отладочных комплектов со схемами и возможностью собрать макет?

Если уж допустим трос, "есть два выхода" :))))  Оба принципа - рефлектометра. Один вариант - радиочастотный. Второй - ультразвуковой.

В радиочастотном в качестве зонда - металлический или покрытый диэлектриком (не помню) стержень. Отражение от неоднородности окр. среды (воздух-продукт). Если допустимо использование поплавка - это намного упрощает решение для всех методов, добавляется еще тот-же рефлектометр, но на магнитострикционном принципе.

Может сейчас чего нового напридумали, можно здесь https://www.vega.com осмотреться, они специализируются на изм. уровня.

Насчет application notes и оценочных плат - для ультразвука есть у Ti и Maxim (TOF). Радиочастотные не попадались (использовался только ультразвук).

3 часа назад, nsemenoff сказал:

>>> точность измерения 2мм

Где можно почитать про подобные схемы? И есть ли где-то примеры отладочных комплектов со схемами и возможностью собрать макет?

 

ps

Точность измерения 2мм для дистанции 20 см это одно, а для 20м - немного другое.

Для лаб. исследований можете взять готовый лаб.генератор на требуемые частоты и/или рефлектометр. 

[makov 0]

nsemenoff, Вам верную подскзку дал k155la3 посмотреть разработки www.vega.com. Их радарный уровнемер VEGAPULS-62 измеряет уровни жидкости в резервуарах с точностью +/- 2мм на расстоянии до 35м в диапазоне "К".

[nsemenoff 0]

On 9/24/2022 at 2:24 AM, k155la3 said:

Если уж допустим трос, "есть два выхода" :))))  Оба принципа - рефлектометра. Один вариант - радиочастотный. Второй - ультразвуковой.

Ультразвуковой расходомер-уровнемер мы и так делаем. Но он плохо работает, если на поверхности есть пена, а судя по рассказам, волноводный работает в таких условиях существенно лучше - есть примеры иностранных датчиков

 

On 9/24/2022 at 2:24 AM, k155la3 said:

В радиочастотном в качестве зонда - металлический или покрытый диэлектриком (не помню) стержень. Отражение от неоднородности окр. среды (воздух-продукт). Если допустимо использование поплавка - это намного упрощает решение для всех методов, добавляется еще тот-же рефлектометр, но на магнитострикционном принципе.

Поплавок использовать нельзя - он зарастает грязью и застревает. Лучше вообще бесконтактный метод измерения, но и у акустического и у радарного есть расширяющийся луч, который часто мешает в узких измерительных емкостях. Волноводный вроде бы лишен всех этих недостатков, и не боится обрастания до некоторой степени, которую можно удаленно измерять.

 

On 9/24/2022 at 2:24 AM, k155la3 said:

Точность измерения 2мм для дистанции 20 см это одно, а для 20м - немного другое.

По инструкции на волноводный уровнемер точность у него не уменьшается с расстоянием. Скорее всего используется ЛЧМ сигнал с длиной, закрывающей в несколько раз максимальное расстояние для измерения уровня, и шириной полосы, позволяющей получить требуемую точность. Дальше преобразование Фурье и по положению частотных пиков определяем уровень жидкости, а по амплитуде пика степень загрязненности волновода и импеданс измеряемой жидкости.

 

On 9/24/2022 at 2:24 AM, k155la3 said:

Для лаб. исследований можете взять готовый лаб.генератор на требуемые частоты и/или рефлектометр. 

Рефлектометры - спасибо за идею, изучаю, но они обычно импульсные, и точность идет на метры, а нам нужны миллиметры. Поэтому такое решение не подойдет :(

 

On 9/24/2022 at 9:57 AM, makov said:

nsemenoff, Вам верную подскзку дал k155la3 посмотреть разработки www.vega.com. Их радарный уровнемер VEGAPULS-62 измеряет уровни жидкости в резервуарах с точностью +/- 2мм на расстоянии до 35м в диапазоне "К".

VEGAPULS 62 - немецкие уровнемеры. Не спорю, что они хорошо работают, но являются санкционными. Поэтому нужен отечественный аналог. Диапазон К - как раз то, о чем нам говорили заказчики, 18-24 ГГц, точность нужна 2-3 мм, возможно за прототип они и брали эти немецкие уровнемеры. Теперь самое интересное - как изготовить высокочастотную аналоговую часть? Есть ли примеры таких решений для работы в диапазоне К ? :) 

И еще один вопрос - если использовать измерение импеданса, посылая сигнал на разных частотах и измеряя КСВ, можно будет найти расстояние до преграды? Ведь в волноводе будут образовываться стоячие волны, волновод будет иметь свою АЧХ для каждого уровня заполнения бака. И тогда по частоте генерации можно будет определить уровень. Схема теоретически будет проще - нам не нужно измерять принятый сигнал, достаточно смотреть за током излучаемого. Проблема только в высокой частоте сигнала

[khach 33]

Длина волны в К диапазоне- 12 мм. Значит для точного измерения 2 мм нужно или фазочувствительное детектирование или вообще ЛЧМ. Ясно, что и для того и другого нужна DSP обработка сигнала ПЧ. с одной стороны с этим справится и китайский клон STM32, но вот с радиомодулем и синтезатором- проблема. Раньше просто брался infineon BGT24MTR11 или BGT24MTR12 и в принципе этого было достаточно. А вот что с этим делать теперь? Китайцы ВЧ тракта в одном корпусе на 24 ГГц не выпускают вроде. Городить по старинке на DRO и волноводах- будет огромная и нетехнологичная бандура.

[makov 0]

On 9/24/2022 at 6:56 PM, nsemenoff said:

VEGAPULS 62 - немецкие уровнемеры. Не спорю, что они хорошо работают, но являются санкционными. Поэтому нужен отечественный аналог. Диапазон К - как раз то, о чем нам говорили заказчики, 18-24 ГГц, точность нужна 2-3 мм, возможно за прототип они и брали эти немецкие уровнемеры. Теперь самое интересное - как изготовить высокочастотную аналоговую часть? Есть ли примеры таких решений для работы в диапазоне К ? :)

Если быть точным, немецкий уровнемер WEGAPULS-62 работает на частоте 26 ГГц. В условиях пенообразования и волнения жидкости используется уровнемер серии  WEGAPULS-66, который работает на частоте 6 ГГц, слабо поглощаемой в среде с пенообразованием. Однако точность определения уровня этого прибора составляет порядка +/-8 мм. 
В обоих радарах используется метод импульсной радиолокации. Антенна (рупорная или параболическая) радарного датчика излучает короткие импульсы длительностью 1 нс и принимает их в виде эхо-сигналов, отраженных от поверхности продукта. Время прохождения импульса от излучения до приема пропорционально расстоянию до поверхности продукта, т.е., уровню. 
Прозондируйте возможность заказа разработки высокочастотной аналоговой части на 24-26 ГГц в у своих соседей, например, mwaves.ru, radar-mms.com или поинтересуйтесь в www.simicon.ru или www.olvia.ru, кто разрабытывал СВЧ узлы на 24,15 ГГц для радаров ГИБДД, которые они выпускают.

[vladec 7]

В плане ЛЧМ почитайте, еще тут:

https://microwave-e.ru/applications/silicon-radar/

Немного про другое, но может навести на мысли.

[khach 33]

18 часов назад, makov сказал:

В обоих радарах используется метод импульсной радиолокации. Антенна (рупорная или параболическая) радарного датчика излучает короткие импульсы длительностью 1 нс и принимает их в виде эхо-сигналов, отраженных от поверхности продукта. Время прохождения импульса от излучения до приема пропорционально расстоянию до поверхности продукта, т.е., уровню. 

Но Холмс, как (с)? 1 нс это 30 см длины. Даже с учетом субнаносекундных фронтов детектора ( предположим) 2 мм никак не вытянуть из времяимпульсного метода.

[makov 0]

46 minutes ago, khach said:

Но Холмс, как (с)? 1 нс это 30 см длины. Даже с учетом субнаносекундных фронтов детектора ( предположим) 2 мм никак не вытянуть из времяимпульсного метода.

Ватсон, этот вопрос нужно задавать разработчикам фирмы WEGA. Для достижения точности 2 мм они используют специальную процедуру обработки сигналов. Цитирую абзац из технических материалов WEGA: "Принцип измерения VEGAPULS WL 61, 61, 62, 65, 66. Антенная система датчика передает короткие микроволновые импульсы на измеряемый продукт и принимает их после отражения от поверхности продукта. Время от передачи до приема сигнала пропорционально уровню заполнения емкости. Специальная процедура растяжения времени обеспечивает надежное и точное измерение предельно коротких временных периодов и пересчет в расстояние до уровня." 
В процедуре "растяжения времени" нужно разбираться отдельно.

Изменено 27 сентября, 2022 пользователем makov

[khach 33]

А может ли кто опознать чип радарный из новых VEGAPULS 6X? Вроде VEGA ушли на 80 ГГц с этим чипом и утверждают что сенсор намного проще и надежнее чем старые 24 и 6 ГГц.

[Strashila 0]

1 hour ago, khach said:

А может ли кто опознать чип радарный из новых VEGAPULS 6X? Вроде VEGA ушли на 80 ГГц с этим чипом и утверждают что сенсор намного проще и надежнее чем старые 24 и 6 ГГц.

 

В ролике (на канале Веги) мужчина говорит, что чип они разработали сами.

 

[k155la3 26]

9 часов назад, khach сказал:

Но Холмс, как (с)? 1 нс это 30 см длины. Даже с учетом субнаносекундных фронтов детектора ( предположим) 2 мм никак не вытянуть из времяимпульсного метода.

Возможно дополнительно какой-либо принцип, похожий на стробоскопический для осциллографа ("растяжение времени"). Хотя для малого расстояния модуляционный -фазовый (когда СВЧ несущая модулируется более нч сигналом). 

[faa 4]

12 часов назад, k155la3 сказал:

Возможно дополнительно какой-либо принцип, похожий на стробоскопический для осциллографа ("растяжение времени"). Хотя для малого расстояния модуляционный -фазовый (когда СВЧ несущая модулируется более нч сигналом). 

Можно и без несущей. Субнаносекундный импульс. И стробоскоп.

Выдаем несколько импульсов, каждый сдвинут на несколько пикосекунд (по нарастающей или убывающей) от "старта".

Период между стартами не меньше времени пробега сигнала "туда-сюда".

Детектор отраженного сигнала.

Можно использовать не очень скоростной АЦП (10-50МГц).

См.: подповерхностное зондирование, георадары и т.п.

Сантиметровую точность еще в конце 80-х получали. В элеваторах на МСК-ДСК-3 (и не только).

[nsemenoff 0]

Есть SDR радио, работающее на частотах 70 МГц-6ГГц, но у него отдельно излучение и прием на разных разъемах. Как подключить к одной антенне? Где можно купить направленный ответвитель на широкую полосу частот? Какие бывают и где продаются? - Для макета нужен такой ответвитель с разъемами.

 

[iliusmaster 5]

В 28.09.2022 в 14:43, nsemenoff сказал:

Есть SDR радио, работающее на частотах 70 МГц-6ГГц, но у него отдельно излучение и прием на разных разъемах. Как подключить к одной антенне? Где можно купить направленный ответвитель на широкую полосу частот? Какие бывают и где продаются? - Для макета нужен такой ответвитель с разъемами.

 

Я бы начал с математической модели в "Матлаб". Там можно проверить все варианты и оценить получающуюся точность. 

После бы подумал о том, как реализовать модель в железе. 

Иначе - скорее не получится, чем получится, или будет в 10 раз больше времени затрачено.