Виды сигналов в акустической уровнеметрии

В настоящее время в акустических системах контроля уровня применяются преимущественно две технологии: с импульсным излучением сигнала и непрерывным частотно-модулированным излучением (FMCW — frequency modulated continuous wave).

В импульсных УЗ-уровнемерах применяются, в основном, генераторы трех типов: генераторы ударного возбуждения, генераторы импульсов с огибающей колоколообразной формы, либо с огибающей вида sirrc и генераторы импульсов с прямоугольной огибающей и заданным целым числом периодов заполнения. Большинство применяемых на практике задающих генераторов содержат колебательный контур, через который осуществляется связь выходного каскада с пьезорезонатором. Более сложные сигналы используются реже, что связано с узкой полосой пропускания, температурной и временной нестабильностью фазочастотной характеристики широко применяемых на практике пьезорезонаторов.

Технология FMCW еще с 3()-х годов прошлого века широко применялась в гидролокаторах в военных целях для обнаружения подводных лодок. После соответствующей адаптации может быть использована в акустических локационных уровнемерах. Эта технология реализует косвенный метод измерения расстояния. Уровнемер излучает акустический сигнал, частота которого изменяется непрерывно по линейному закону f (t) = fo+kt, где fo и к — постоянные начальная частота и скорость изменения частоты между двумя значениями f, nf_max с девиацией частоты Д/" = /_тах — /о. Отраженный от поверхности контролируемой среды (жидкость, сыпучий материал и т. п.) сигнал принимается преобразователем и обрабатывается. Его частота сравнивается с частотой сигнала, излучаемого в данный момент времени. Значение разности частот /_р = (f_mn ^_/отр) прямо пропорционально времени прохождения сигналом двойного расстояния до границы раздела сред /. FMCW-технология широко применяется в радарной уровнеметрии (см. раздел 6.1 настоящего пособия) и лазерной уровнеметрии.

В настоящее время можно констатировать применение следующих основных типов акустических уровнемеров:

• • «прямого» зондирования, в т. ч. диссипативные;
• • локационные, в т. ч. корреляционные и
• • генераторные (осцилляторные);
• • резонансные (резонаторные);
• • акустические сигнализаторы уровня.

Все они реализуют различные физические явления, связанные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде.