Цифровой оптический уровнемер

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1624262 А 9) .Ъ) О 3/22 л1 1 Е:- г;,. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относ ной технике. Целью из повышение быстродейс тический уровнемер со тактовых импульсов, пе сор 2, и излучателей 3,1 ков света 5.1, 52 , бл передающими и прием блок 7 задержки и регис передающие световоды пы, объединяющие свет ходящихся в узлах с пирамидальной структу ст ин Оптоволоих перемеводов, М,; иг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство ССФ 587338, кл, 0 01 Е 23/22, 1977Азимов Р,К., Шипули Ю,Г.,конные преобразователи большщений на основе полых светоЭнергоатомиздат, 1987, с, 4-5,Авторское свидетельство ССМ 1372189, кл, 6 01 Г 23/22, 198 ВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕится к измеритель- обретения является твия, Цифровой опдержит генератор 1 рвый демультиплек- , 3,2 , а приемниок пхгп датчиков 4 с ными световодами, тр 6 памяти, причем объединены в груп- оводы датчиков, наигнального графа ры. а приемные обь1624262 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 единены в соответствии с весом младшего значащего разряда в двоичном коде да гчика. В уровнемер введены второй демультиплексор 9, в триггеров 12.1, 12,2с установочными входами и гп триггеров 14.1, 14.2задержки, гп логических элементов И 10.1, 10.2,.(т - 1) логических элементов Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано присоздании средств и систем автоматики иконтроля для оперативного и коммерческого учета нефтепродуктов, а также в химической, металлургической и других отрасляхпромышленности.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.На фиг.1 приведена схема цифровогооптического уровнемера; на фиг.2 - схемаобъединения передающих и приемных световодов в группы.Цифровой оптический уровнемер включает генератор 1 импульсов, первый демультиплексор 2 на и выходов, излучатели 3,1,3,2, , З,п, которые снабжены усилителямитока возбуждения, блок датчиков 4 уровня,причем датчики, могут быть выполнены ввиде крутого изгиба световода, работающего на эффекте полного внутреннего отражения, приемники 5.1, 5,2, , 5,п света снормирующими усилителями сигнала, регистр б памяти, блок 7 задержки, имеющийа каналов, счетчик 8 импульсов, второй демультиплексор 9 на (а+1) выходов, логические элементы И 10.1, 10,2, ., 10.гл,логические элементы ИЛИ 11.1, 11.211.(а - 1), триггеры 12.1, 12.2, 12,гп с установочными входами, кодопреобразователь13, имеющий я входов и (гп) выходов,триггеры 14,1, 14.2, 14.гп задержки (Отриггеры),Выход генератора 1 подключен к информационному входу первого демультиплексора 2, подключены также излучатели3.1, 3.2, , З.п. Адресные входы второгодемультиплексора 9 подключены к соответствующим выходам счетчика 8 импульсов.Выходы триггеров 12.1, 12,2, 12.гп с установочными входами через кодопреобраэователь 13 подключены к адресным входампервого демультиплексора 2. Установочныевходы (в единичное состояние) триггеров12.1, 12.2, , 12,гп объединены с соответствующими входами блока 7 задержки, который имеет т каналов, и подключены ксоответствующим выходам второго демультиплексора 9. ИЛИ 11.1, 11.2 и кодопреобразователь 13 п-разрядного кода в (гл - 1)-разрядный, При измерении уровня жидкости устройство проводит опрос датчиков по итеррационной схеме, Цикл измерения осуществляется эа (И+1) такт, где 2 - число уровнейНдискретности. 2 ил. Выход логического элемента 10,1 соединен с входом сброса в нулевое состояние триггера 12.1 непосрсдственно, а выходы оставшихся логических элементов И 10,2, 10,3, 10.гп соедичены с входами сброса соответствующих триггеров 12,1, 12,2, 12.т чере:. логические элементы ИЛИ 11,1, 11.2, , 11.(гл 1). Вторые входы логических элементов ИЛИ 11.1, 11,211.(п) обьединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора 9, Первые входы логических элементов И 10,1 0,2 10.гп подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора 9 т,е, первый вход логического элемента И 1 Х 1 подключен к второму выходу дультиплексора 9, первый вход элемента10.2 - к третьему выходу, первый выход элемента И 10.гп - к (т+ 1) выходу второго демультиплексора 9.Информационные входы триггеров 14,1, 14.2, ., 14,гп задержки подключены к выходам соответствующих приемников 5.1.5,2, 5,пз света. Тактовые входы каждого из триггеров 14,1, 14.2, 14.п подкл,очены к соответствующим выходам блока 7 задержки, а выходы триггеров 14.1, 14.2, ., 14,П - к вторым выходам соответствующих логических элементов И 10,1, 10.2,10.е. Информационные входы регистра 6 памяти подключены к выходам соответствующих триггеров 12,1, 12.2, ., 12.е с установочными входами, Причем тактовьй вход регистра 6 памяти подключен к последнему(в+1) входу второго демультиплексора 9,Передающие световоды блока датчиков 4 объединены в группы таким образом, что в одну группу входят световоды, находящиеся в узлах, связанных нисходящими (или восходящими) ветвями сигнального графа пирамидальной структуры, Как показано на фиг,2 в одну группу входят световоды имеющие двоичные номера 10000, 01000,0,0100, 00010 и 00001, другая группа образована передающими световодами с номерами 0.0101 и 00110, третья состоит из световодов 01001, 011010 и 01100 и т,д. Некоторые световоды составляют группы, включающие только один элемент (на 1624262сы, поступающие на его информационныйвход, поочередно на(гг 1) выходов соглас 55 пример 00011. 00111), Это обусловлено тем, что в сигнальном графе пирамидальной структуры они связаны только с одним элементом нисходящей ветвью, При использовании восходящих ветвей сигнального графа пирамидальной структуры образуются группы из световодов с другими номерами датчиков, Применение для образования групп восходящих или нисходящих ветвей сигнального графа непринципиально, так как при этом изменяется внутренняя структура только одного блока - вгорого демультиплексора 2.Приемные световоды блока датчиков 4 объединены в группы так, что в одну группу входят световоды, имеющий одинаковлй вес младшего значащео разряда в двоичном номере датчика (фиг.2), В первую группу приемных световодов входит (фиг.2) 1 олько один центральный световод, имеющий двоичный номер 10000 Во торую группу попадают уже два приелных свеовода с номерами 01000, 11 .000. В предпоследней (т - 1) группе - световоды, имеющие двоичные номера 1 1110, 11010, 10110, 10010, 0 . 1110, 01010, 00110 и 00010. Р последней ГтЙ груп пе оказываются приемнле световоды с нечетными номерами, При этом одовреленно обеспечивается некоторое упрощение опти ческой части уровнемера, так как в переда ющей части 1 ребуется в два раза меньше излучателей, чем число контролируемых уровней дискретнос-и, а число приемников света определяется только числом доич ных разрядов в схеме уровнемераЦифровой оптический уровнемер работает следующим образом.Эле ктрическ ие ил 1 п ул ьс сформированные генератором 1, с периодом следования То поступают на счетный вход двоичного счетчика 8, информационные входы первого демультиплексора 2 и второго демультиплексора 9. На выходах счетчика 8 Формируется двоичный код, значение котороо изменяется с периодом То в пределах от нуля до 1. Второй демультиплексор 9 распределяет импульно двоичному коду, поступающелу на его адресные входы, При этом нулевому состоянию счетчика 8 соответствует первчй подключенный выход демультиплексора 9. Далее после поступления первого импульса в счетчик 8 будет подключен второй выход демультиплексора 9 и т.д.При включении питания счетчик 8 устанавлиьается в исходное (нулевое) состояние. В исходном состоянии в счетчике 8 5 10 15 20 2 с 30 г, 40 записана нулевая комбинация и поэтому второй демультиплексор 9 подключен своим первым выходом, При этом первый импульс поступает на установочный вход триггера 12,1, переводя его в единичное состояние. Оставшиеся триггеры 12,2, 12,3, , 12,п этим же импульсом сбрасываются в нулевое состояние, Таким образом, на выходах этих триггеров сформироааа комбинация 10.0000, соответствующая номеру цент рального (среднего) датчика из блока 5 датчиков, Этот гп-разрядный код преобразуется в (т -1)-разрядный кодопреобрэзователем 13,Код с выхода кодапреобразователя 13 поступает на адресные входы первого демультиплексора 2, который подключает один из излучателей 3.1, 3.2 3 и. В излучателях электрические импульсы преобразуются в оптические, которье через датчики блока 4 могут проходить на приемники 5 света, Датчики блока 4 пропускают оптические импульсы, если находятся и опорной среде(например, в падухе), и не пропускают, если находятся в жидкости, уровень которой измепяется В приемниках 5 света оптическп импульсьпреобразуются в лктрческие, которые и ступают на 1 риггеры 14 1, 11 2, 14 гтзадержки. В данном так е импульс должен поступить на информационньй вход тригерд 14 1 задержки через приемник 5.1 светаЧерез промежуток г;ремени т, равный времени задор яки, вносимой одним из каналпо блока 7 задержки, импульс с первого выхода второго демультиплекспра 9 поступает на тактоыи вход тгиггера 14.1 задержки. Если уровень жидкости ниже уровня, на котором находится опрашиваемый датчик, то триггер 14,1 устанавливается в единичное состояние, Блок 7 задержки осушествляет компенсацию времени задержки, которая обусловлена задержкой сигнала в аппаратуре и оптическом канале уровнемера, Если же уровень выше уровня, на котором находится датчик, то триггер 14,1 находится в нулевом состоянии.Отрицательным фронтом (спадом) первого импульса счетчик 8 переводится в следующее состояние. При этом на его ыходах формируется комбинация 0001, которая поступает на адресные входы второго демультиплексора 9. При этом информационный вход демультиплексора 9 оказывается подключенным к его второму выходу.При поступлении второго импульса триггер 12.2 устанавливается в единичное состояние. Состояние триггера 12,1 оп ределяется потенциалом на выходе триггера 14.1. Если триггер 14.1 находится в единич 1624262мом состоянии (уровень жидкости ниже уровня центрального датчика блока 4 датчиков), то триггер 12.1 переходит в нулевое состояние. Если жв триггер 14.1 находится в нулевом состоянии, то состояние триггера 12.1 не меняется и он остается в единичном состоянии. При этом на выходах триггеров 12.1, 12.2, ,12.а будет сформирована комбинация 01000 (уровень жидкости ниже центрального датчика). либо 11000 (уровень жидкости выше центрального датчике). Кодовая комбинация, сформированная ма выходе триггеров 12.1, 12.2 12.а, поступает на кодопреобразователь 13 и далее на адресные входы демультиплексорэ 2, который в соответствии.е полученным кодом подключает соответствующий излучатель 3,1,3,2, , 3.п. Оптический импульс, сформированный излучателем, поступает через соответствующий датчик блока 4, имеющий двоичный номер 01000 либо 11000, и фиксируется триггером 14,2 по сигналу, поступающему на вго тактовый вход от второга канала блока 7 задержки,20 30 35 40 50 Такой процесс продолжается а тактов. В такте е положительным фронтом импульса от генератора 1 через второй демультиплексор 9 осуществляются установка триггера 12.а в единичное состояние и определение значения последнего разряда, характвриаующего уровень контролируемой жидкости. Чераз промежуток ю триггер 14;е фиксирует наличие или отсутствие им- пульсВ от последнего датчике блока 4 датчиков, Отрицательным фронтом этого же импульса счетчик 8 переходит в состояние, которое характеризуется комбинацией 1111. Второй двмультиплексор 9 подключает свой информационный вход к (а+1) выходу,8 последнем (а+1) такте цикла положительным фронтом импульса осуществляется правильность установки единичного состояния триггера 12.а и в случае необходимости триггер 12,а переводится в нулевое состояние. Код, соответствующий уровню жидкости, теперь находится в триггерах 12.1, 12,2, , 12.а.Отрицательным фронтом (а+1) импульса осуществляется запись результата измерения в регистр 6 памяти, счетчик 8 переводится в нулевое состояние, демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к первому выходу.При поступлении очередного импульса от генератора начинается новый цикл измерения уровня контролируемой жидкости,Формула и зоб рете н и я Цифровой оптический уровнемер, содержащий генератор импульсов, выходом соединенный с информационным входом первого демультиплексора, к выходам которого подключены п излучателей света, а также содержащего а приемников света, блок датчиков уровня, выполнЕнных в виде последовательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, причем передающие и приемные световоды обьединены в группы и подключены к л излучателям и а приемникам свете соответственно, блок задержки, регистр памяти и счетчик импульсов, входом подключенный к генератору импульсово тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, передающие световоды обьединемы в группы, в каждую иэ которых входят световоды датчиков, находящихся в узлах, связанных нисходящими или восходящими ветвями сигнального графе пирамидальной структуры. приемные световоды датчиков обьединены в группы. в каждую иэ которых входят световоды датчиков, имеющих одинаковый вес младшего энечащего разряда в двоичном номере датчика, а также введены второйдемультиплексор, инФормационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, адресные входы - к соответствующим выходам счетчика импульсов, а триггеров с установленными входами, выходы которых через кодопреобраэовэтель подключены к адресным входам первого демультиплексора, установочные входы этих триггеров обьединены с соответствующими входами блока задержки. который имеет а каналов. и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексорэ, а логических элементов И, причем выхОд первого иэ них соединен непосредственно. а остальных через логические элементы ИЛИ с входами сброса соответствующих триггеров с установочными входами; при этом вторые входы логических элементов ИЛИ обьединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора, первые выходы логических элементов И подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора, а триггеров задержки, информационные, входы которых подключены к выходам соответствующих приемников света, тактовые входы каждого триггера задержки - к соответствующим выходам блока задержки, а выходы триггеров - к вторым входам соответствующих логических элементов И, а информационные входы регистра памяти подключены к выходам со1624262 10 Составитель П, КармановТехред М.Моргентал Корректор М, Шароши Редактор И, Касарда Заказ 181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,Москва,Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ответствующих триггеров с установочными входами, а тактовый вход регистра-памяти подключен к (в+1) выходу второго демультиплексора.