2 Конструкція та технічна характеристика радіорівнеміра рду-х2
На стенді для радіолокаційних досліджень, створеному на кафедрі автоматизації виробничих процесів НМетАУ, використаний радіодальномір-рівнемір РДУ-Х2 виробництва ДНВО "Істок" (г.Фрязіно, Росія). РДУ-Х2 виконаний в моноблочному виконанні (рис. 2) з виносним блоком живлення.
Основним силовим елементом РДУ-Х2 є рупорна антена. На антені встановлюється приймально-передавальний СВЧ модуль (ППМ) і підстава для кріплення друкованої плати з мікропроцесором. На основу одягається циліндричний ковпак. На зрізі (апертурі) антени встановлюється фторопластова лінза, що служить для захисту СВЧ апаратури від попадання пилу і вологи. Сферична форма зовнішньої поверхні лінзи забезпечує додаткове фокусування радіопроменя. Для установки РДУ-Х2 на об'єкті служить кріпильний фланець.
Рис. 2. Радіодальномір-рівнемір РДУ-Х2
Технічна характеристика РДУ-Х2:
діапазон вимірюваних відстаней 1 ... 10 м
зона нечутливості до 1 м
максимальна похибка вимірювань ± 0,1 м
діапазон частоти випромінювання 35 ... 37,5 ГГц
ширина діаграми спрямованості антени 6 градусів
вихідні сигнали: цифровий RS-485
постійного струму 0 ... 5, 0 ... 20, 4 ... 20 мА
напруга живлення +24 В
споживана потужність не більше 30 Вт
маса не більше 3 кг
Ступінь захисту РДУ-Х2 відповідає ІP56 згідно ГОСТ 14256-80.
Допустимий тиск навколишнього середовища до 0,1 МПа. Кліматичне виконання - У-1 (помірний клімат, експлуатація на відкритому повітрі) по ГОСТ 15150-69.
Потужність НВЧ-випромінювання не перевищує 20 мВт. При цьому рівень щільності потоку випромінювання, згідно з даними Державної санітарно-епідеміологічної експертизи від 07.11.2003 р. № 45771, не перевищує 2,5 мкВт/см2, що визначає безпеку використання РДУ-Х2 для персоналу. Однак, при роботі з РДУ-Х2 не рекомендується тривале перебування персоналу на відстані менше 1 м від антени.
Структурна схема РДУ-Х2 зображена на рис. 3. РДУ складається з прийомопередающого СВЧ модуля (ППМ), схеми посилення і фільтрації, схеми цифрової обробки сигналу. Вбудований блок живлення 19 формує робочу напругу +5 В і +18 В. Живлення аналогових 5 ВА і цифрових 5 ВЦ пристроїв проводиться від роздільних стабілізаторів напруги.
СВЧ генератор 3 працює в діапазоні частот 35 ... 37,5 ГГц. Перебудову генератора по частоті в межах ± 500 МГц здійснює варактор 4. СВЧ коливання, сформовані генератором 3, надходять в антену 1 і випромінюються в напрямку локаційного об'єкта. Відбитий сигнал приймається антеною 1 і поступає на змішувач 2. На змішувачі сигнал, прийнятий антеною, змішуються з сигналом, випромінюваним генератором в даний момент. У результаті на виході змішувача виходить різницевий сигнал биття (див. рис. 1, б), який несе інформацію про відстань до цілі.
ППМ-модуль встановлений всередині термостата. До складу термостата входять нагрівач 5 і температурний датчик 6. Роботою приладу керує мікропроцесор 17, який виконує такі функції:
- Регулює напруга живлення СВЧ генератора 3 шляхом зміни коефіцієнта передачі підсилювача 8;
- За допомогою цифро-аналогового перетворювача (ЦАП) 14 і підсилювача 9 формується пилоподібна напруга перебудови, що подається на варактори 4;
- Керує роботою аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 15. На АЦП надходять сигнал зі змішувача 2, попередньо посилений в 7, відфільтрований смуговим фільтром 10 і остаточно відрегульований
Цифровой выход
Аналоговый выход
0…5мА
0 … 20 мА
4
… 20 мА
Рис. 3. Структурна схема радіолокаційного далекоміра-рівнеміра РДУ-Х2
автоматичним регулятором рівня (АРР) 13, а також сигнал від температурного датчика 5;
- Управляє коефіцієнтом передачі АРР 13 в залежності від амплітуди прийнятого сигналу;
- Вимірює температуру приймально-передавального модуля і управляє роботою його термостата через реле 20;
- Обчислює дальність до об'єкта за результатами обробки спектра сигналу, здійснює селекцію перешкод і видає результат на ЦАП 14;
- По каналу RS-485 РДУ обмінюється даними з зовнішнім комп'ютером. Приймач 18 перетворює цифрові вихідні сигнали для передачі на великі відстані.
Цифро-аналоговий перетворювач 14 видає напруга, пропорційна дальності до вимірюваного об'єкта. Це напруга перетвориться у вузлі 12 в постійний струм для видачі на вторинний реєструючий прилад. Вихідний струмовий сигнал може налаштовуватися на уніфіковані діапазони 0 ... 5 мА, 0 ... 20 мА, 4 ... 20 мА.
За допомогою восьмирозрядного датчика коду 16 задається індивідуальний номер РДУ-Х2 і вибираються різні варіанти робочої програми з бібліотеки програм, що зберігається в пам'яті процесора, наприклад, встановлюється робочий діапазон вимірюваних відстаней (від 5 до 15 м), вводиться поправка до робочої характеристиці, настроюється чутливість приладу (від 10 до 20 дБ), регулюється постійна часу зміни його показань (від 0 до 60 с), а також встановлюється нижня межа температури ППМ (від 20 до 50 º С).