2 Конструкция и техническая характеристика радиоуровнемера рду-х2

На стенде для радиолокационных исследований, созданном на кафедре автоматизации производственных процессов НМетАУ, использованный радиодальномер-уровнемер РДУ-Х2 производства ГНПО "Исток" (г.Фрязино, Россия). РДУ-Х2 выполнен в моноблочном исполнении (рис. 2) с выносным блоком питания.

О сновным силовым элементом РДУ-Х2 является рупорная антенна. На антенне устанавливается приемо-передающий СВЧ модуль (ППМ) и основание для крепления печатной платы с микропроцессором. На основу одевается цилиндрический колпак. На срезе (апертуре) антенны устанавливается фторопластовая линза, которая служит для защиты СВЧ аппаратуры от попадания пыли и влаги. Сферическая форма внешней поверхности линзы обеспечивает дополнительное фокусировки радиолуча. Для установки РДУ-Х2 на объекте служит крепежный фланец.

Рис. 2. Радиодальномер-уровнемер РДУ-Х2 Техническая характеристика РДУ-Х2:

диапазон измеряемых расстояний 1 ... 10 м

зона нечувствительности до 1 м

максимальная погрешность измерений ± 0,1 м

диапазон частоты излучения 35 ... 37,5 ГГц

ширина диаграммы направленности антенны 6 градусов

выходные сигналы: цифровой RS-485

постоянного тока 0 ... 5, 0 ... 20, 4 ... 20 мА

напряжение питания +24 В

потребляемая мощность не более 30 Вт

масса не более 3 кг Степень защиты РДУ-Х2 соответствует ИP56 согласно ГОСТ 14256-80.

Допустимое давление окружающей среды до 0,1 МПа. Климатическое исполнение - У-1 (умеренный климат, эксплуатация на открытом воздухе) по ГОСТ 15150-69.

Мощность СВЧ-излучения не превышает 20 мВт. При этом уровень плотности потока излучения, согласно данным Государственной санитарно-эпидемиологической экспертизы от 07.11.2003 г. № 45771, не превышает 2,5 мкВт/см2, определяющий безопасность использования РДУ-Х2 для персонала. Однако, при работе с РДУ-Х2 не рекомендуется длительное пребывание персонала на расстоянии менее 1 м от антенны.

Структурная схема РДУ-Х2 изображена на рис. 3. РДУ состоит из приемопередающего СВЧ модуля (ППМ), схемы усиления и фильтрации, схемы цифровой обработки сигнала. Встроенный блок питания 19 формирует рабочее напряжение +5 В и +18 В. Питание аналоговых 5 ВА и цифровых 5 ВЦ устройств производится от раздельных стабилизаторов напряжения.

СВЧ генератор 3 работает в диапазоне частот 35 ... 37,5 ГГц. Перестройку генератора по частоте в пределах ± 500 МГц осуществляет варакторы 4. СВЧ колебания, сформированные генератором 3, поступающие в антенну 1 и излучаются в направлении локационного объекта. Отраженный сигнал принимается антенной 1 и поступает на смеситель 2. На смесителе сигнал, принятый антенной, смешиваются с сигналом, излучаемым генератором в данный момент. В результате на выходе смесителя получается разностный сигнал биений (см. рис. 1, б), который несет информацию о расстоянии до цели.

ППМ-модуль установлен внутри термостата. В состав термостата входят нагреватель 5 и температурный датчик 6. Работой прибора управляет микропроцессор 17, который выполняет следующие функции:

- Регулирование напряжения питания СВЧ генератора 3 путем изменения коэффициента передачи усилителя 8;

- С помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 14 и усилителя 9 формируется пылевидная напряжение перестройки, подаваемого на варакторы 4;

- Руководит работой аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. На АЦП поступают сигнал со смесителя 2, предварительно усиленный в 7, отфильтрованный полосовым фильтром 10 и окончательно отрегулирован

Рис. 3. Структурная схема радиолокационного дальномера-уровнемера РДУ-Х2

автоматическим регулятором уровня (АРР) 13, а также сигнал от температурного датчика 5;

- Управляет коэффициентом передачи АРР 13 в зависимости от амплитуды принимаемого сигнала;

- Измеряет температуру приемно-передающего модуля и управляет работой его термостата через реле 20;

- Вычисляет дальность до объекта по результатам обработки спектра сигнала, осуществляет селекцию помех и выдает результат на ЦАП 14;

- По каналу RS-485 РДУ Связь с внешним компьютером. Приемник 18 преобразует цифровые выходные сигналы для передачи на большие расстояния.

Цифро-аналоговый преобразователь 14 выдает напряжение, пропорциональное дальности до измеряемого объекта. Это напряжение преобразуется в узле 12 в постоянный ток для выдачи на вторичный регистрирующий прибор. Выходной токовый сигнал может настраиваться на унифицированные диапазоны 0 ... 5 мА, 0 ... 20 мА, 4 ... 20 мА.

С помощью восьмиразрядного датчика кода 16 задается индивидуальный номер РДУ-Х2 и выбираются различные варианты рабочей программы из библиотеки программ, хранящейся в памяти процессора, например, устанавливается рабочий диапазон измеряемых расстояний (от 5 до 15 м), вводится поправка к рабочей характеристике , настраивается чувствительность прибора (от 10 до 20 дБ), регулируется постоянная времени изменения его показаний (от 0 до 60 с), а также устанавливается нижний предел температуры ППМ (от 20 до 50 ºС).