Цифровой оптический измеритель уровня

(5 П 5 ".л 01 Г 23/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС 54) ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ157) Изобретение относится к измери. тельной технике и может быть использовано при создании средств и систем автоматики и контроля уровня нефтепродуктов. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его быстродействия. При проведении измерений проводится автоматический опрос групп оптических датчиков по схеме, позволяющий опросить 4096 уровней дискретности за 33-34 такта.1 ил 1 табл.21) 4705730/10, 1975.во СССР2, 1982,во СССР2, .1986. и 19, источники 20 света, датчики 21 уровня, приемники 22 света, логические элементы И 23, ИЛИ 24, третий элемент 25 задержки,Второй выход генератора 1 подключен к единичному входу триггера 15 и через последовательно соединенные первый элемент 10 задержки, логический элемент ЗАПРЕТ 14 и логический элемент ИЛИ 13 соединен со счетным входом третьего счетчика 7 импульсов. При этом инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 подключен к выходу мультиплексора 8, а другие два входа логического элемента ИЛИ 13 - через одновибраторы 18 и 19 к выходам заема первого 5 и второго 6 счетчиков.Первый выход генератора 1 соединен через логический элемент И 12, один из входов которого подключен к выходу триггера 15, с информационным входом второго демультиплексора 3, выходы которого подключены к входам вычитания втооого 6 и первого 5 счетчиков. входы сложения кототение относится к измеритель- и может быть использовано при редств и систем автоматики и ля оперативного и коммерческофтепродуктов, а также в химичелургической и других отраслях ности.обретения - упрощение измерии повышение его быстродейстИзобре ной технике создании с контроля д го учета не ской, метал промышлен Цель из теля уровня вия. Неже приведена схема цифрового измерителя уровня.ой оптический измеритель уров- генератор 1 импульсов, первый и третий 4 демультиплексоры, торой 6 и третий 7 счетчики имльтиплексор 8, регистр 9 памяти,второй 11 элементы задержки, элементы И 12, ИЛИ 13, ЗАПРЕТ 15 с установочными входами, роной преобразователь 16, анаммутатор 17, одновибраторы 18 а роптическогоЦиф ров5 10 15 20 30 50 55 рых соединены с первым и вторым выходами третьего демультиплексора.4 соответственно, а установочные входы второго 6 и первого 5 счетчиков объединены с входами сброса триггера 15 и третьего счетчика 7 и через второй элемент 11 задержки подклюцены к выходу готовности аналого-цифрового преобразователя 16 и входу разрешения записи регистра 9 памяти. Информационный вход третьего демультиплексора 4 подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ 14, Информационный вход аналого-цифрового преобразователя 16 связан с выходом аналогового коммутатора 17.Информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 16 связаны поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9.Выход и вход третьего элемента 25 задержки подключены к входу запуска аналого-цифрового преобразователя 16 и к объединенным между собой первому входу второго элемента ИЛИ 24 и выходу второго элемента И 23, входы которого связаны с соответствующими вьходами третьего счетчика 7, Выход и второй вход второго элемента ИЛИ 24 связаны с информационным входом первого демультиплексора 2 и вторым выходом генератора 1,Выходы второго счетчика 6 объединены поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9 памяти и под,ключены к адресным входам первого демультиплексора 2, выходы которого связаны с источниками 20 светя. Адресные входы мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 обьединены между собой поразрядно и связаны с соответствующими информационными входами регистра 9, а также с соответствующими выходами первого счетчика 5, Информационные входы мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 объединены между собой поразрядно .и подключены к соответствующим приемникам 22 света,Входы и выходы датчиков 21 связаны с источниками 20 и приемниками 22 света в соответствии со следующей таблицей. Следовательно, к первому источнику 20.1 света подключены входы датчиков 21 синдексами 1. 1. 1 1, 1, р, 2, 1.1, 2. 1т, 1, 1, в. 1,о, т. е. нахрдящиеся в первом столбце. К второму источнику 20.2 подключены входы датчиков 21, находящиеся во втором столбце, и т,д. Выходы датчиков 21 образуют группы в соответствии со строками исходной матрицы, Следовательно, к первому приемнику 22,1 подключены выходы датчиков 21, индексы которых приведены в первой строке,к второму приемнику 22.2 света - выходыдатчиков 21, имеющих индексы, приведенные во второй строке, и т.д.Группы датчиков 21, подключенные кодноименным приемникам и источникамсвета, образуют подгруппы, в которые входят датчики 21, имеющие два одинаковыхстарших индекса. Например, одну подгруппу образуют датчики 21 с индексами 1 1.1,1,1,2.1.1.р,Датчики размещаются вертикально сшагом, равным шагу дискретности, причемвначале размещаются датчики, имеющиеиндекс, соответствующий первому столбцу,затем - второму, и т.д, вплоть до последнегостолбца,Цифровой оптический измеритель уровня работает следующим образом,В исходном положении на выходе триггера 15 имеется низкий потенциал и поэтому логический элемент И .12 закрыт, а всчетчиках 5 и 6 записано число, соответствующее максимально возможному уровнюжидкости в контролируемом резервуаре,счетчик 7 находится в нулевом состоянии.Нулевая комбинация с выхода счетчика7 поступает на адресные входы второго итретьего демультиплексоров 3 и 4, подключая к их информационным входам счетчик 6,Выходные комбинации, соответствующиечислам, записанным в счетчики 5 и 6, поступают на адресные входы демультиплексора2, мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17, При этом создается канал передачиинформации от генератора 1 через демультиплексор 2, источник 20.1 света, датчики 21уровня, имеющие индексы 1.1.1 , 1.1.р,приемник 22.1 света, соответствующий входмультиплексора 8, который управляет работой логического элемента ЗАПРЕТ 14,Первый импульс с второго выхода генератора 1 поступает на единичный входтриггера 15, переводя его в единичноесостояние и открывая этим логический элемент И 12. Одновременно этот же импульспроходит по рассмотренному каналу передачи на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ14 и на его прямой вход через первый элемент 10 задержки, который осуществляеткомпенсацию временной задержки, вносимой оптической частью устройства и элементами электронного блока.Если хотя-бы один из подгруппы датчиков 21 с индексами 1.1.1, , 1.1.р находитсянад жидкостью, уровень которой контролируется, то потенциал на выходе элементаЗАПРЕТ 14 равен нулю, так как он закрытимпульсом с выхода мультиплексора 8. Поэтому импульс от генератора 1 на третий счетчик7 не проходит и его состояние не изменяется, 16472701.0 15 Первый импульс с первого выхода генератора 1 через открытый элемент И 12 и второй демультиплексор 3 поступв.,т на вход вычитания второго счетчика 6, уменьшая его содержимое на единицу. При этом происходит подключение источника 20.2 света, Так как состояние первого счетчика 5 не изменяется, то к выходам мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 подключается тот же приемник 22.1 света, Таким образом, в следующем такте осуществляется опрос подгруппы датчиков 21, имеющих индексы 1.2.1 1.2.О.Далее процесс уменьшения содержимого счетчика 6 продолжается до тех пор, пока не будет опрошена подгруппа, в которой все датчики 21 находятся ниже уровня жидкости. Тогда импульс от датчиков 21 на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 14 нэ поступает и он оказывается в открытом состоянии. Поэтому импульс с первого выхода генератора 1 через первый элемент 10 задержки, открытый элемент ЗАПРЕТ 14, элемент ИЛИ 13 проходит на информационный вход третьего демультиплексора 4 и далее на вход суммирования второго счетчика 6, увеличивая его содержимое на единицу. Отрицательным фронтом этого же илпульса увеличивается на единицу содержимое третьего счетчика 7. При этом к информационным входам второго и третьего демультиплексоров 3 и 4 подключается первый счетчик 5 (его входы вычитания и суммирования, соответственно).Р дальнейшем происходит процесс уменьшения содержимого пеового счетчика 5, т.е, к мультиплексору подключаются поочередно датцики 21, в которых изменяется уже соедняя индексная часть0-1),1.1, , 0- 1),1.а,(1 - 1),2.1 (1 - 1),1.О.Процесс счета в первом счетчике 5 продолжается также до тех пор, пока не будет опрошена подгруппа датциков 21 с индексами 1 - 1). ).1, ( - 1),).ц, в которой все датчики находятся ниже уровня жидкости, При этом содержимое сцетчика 5 увеличивается на единицу, Одновременно при атом увеличивается на единицу содержимое счетчика 7 и происходит формирование положительного потенциала на выходе логического элемента И 23, который переводит источник 20,1 - 1) в режим непрерывной работы и через логический элемент 25 задержки запускает аналого-цифровой преобразователь 16. Аналого-цифровой преобразователь 16 формирует код, соответствующий количеству засвеченных датчиков 21, имеющих старшие индексы ( - 1), О - 1), находящиеся. выше уровня жидкости. 20 25 30 35 40 45 50 55 После Окончания цикла преобразования знало о-цифровой преобразователь 16 фсрмирует импульс готоьности, по которому осуществлятся звпи; ь инфосмации в регисто 9 нз счетчиков 5 и 6 и преобразователя 16 и с задержкоЙ, вносимой элементом 11 задержки, производится установка в исходное положение счетчиков 5 - 7, после чего измеритель начинает новый цикл работы.Принудительное изменение состояния счетчика 7 импульсами с выходов заема второго 6 и первого 5 счетчиков через соответ. ствующие одновибраторы 18 и 19 Осуществляется, если уровен ь жидкости ниже уровня, на котором установлены оатчики 21 с индексами щ.1.1. п.1,ц или щ,п,1, и;,пл,Формула изобретения Циф;"свой оптический измеритель уровня, содержащий генератор импульсов, первый демультиплексор, выходами соединенный с источниками света, Й датчиков уровня, Выполненных В Виде последовательно соединеннь,х передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, при 1 ем пеоедающие светаводы Объединены е, ггппы и подключены к источникам света в соответствии с их номерами согласно столбцам исходной мат рицы, а приемчые световоды объединены в группы и подключены к приемникам света в соответствии с их номерами в соответствии со строками и:ходной матрицы, мультиплексор, и формационные Входы которого подклю;ены к Выходам приемников света, адресные Входь; мультиплексора объединены поразрядно с соо 1 Ветствующими информационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам первого счетчика импульсов, а адресные входы первого демультиплексора объединены пора. рядно с соответствующими информационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам второго сцетцика импульсов, первый и второй элементы задержки. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения устройства и поаышения быстродействия, дополнительно введень 1 Второй и третий демультиплек"оры, выходы которых подключены соответственно к Входам вычитания и входам сложения Второго и первого счетчиков импульсов, информационный Вход Второго демультиплексора связан цеоез первый логический элвлент И с первым ьыходом генератора импульсов и с выходом триггера с установоцными Входами, единичный вход которого под слючен к второму выходу генера; Ора ИМПуЛьСОВ И ЧЕрсэ ПЕроцй ЭЛЕМЕНТзадержки к прямому входу логического элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого связан с выходами мультиплексора, третий , счетчик импульсов, выходы которого соедииены с соответствующими адресными входами второго и третьего демультйплексоров первый и второй одновибраторы, входы которых подключены к выходам заема первого и второго счетчиков импульсов, а выходы - к первому и второму входам первого логического элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом логического элемента ЗАПРЕТ и информационным входом третьего демультиплексора, а выход первого логического элемента ИЛИ связан со счетным входом третьего счетчика, аналоговый коммутатор, адресные и информационные входы которого объединены с соответствующими адресными и информационными входами мультиплексора, аналого-цифровой преобразователь,информационный вход которого подключен к выходу аналогового коммутатора, информационные выходы - к соответствующим информационным входам регистра памяти, выход готовности - к входу разрешения записи регистра памяти и через второй эле мент задержки - к объединенным междусобой входам сброса триггера с установочными входами и третьего счетчика импульсов, а также с входами установки в исходное состояние первого и второго счетчиков им пульсов, вход запуска аналого-цифровогопреобразователя через третий элемент задержки связан с первым входом второго логического элемента ИЛИ и выходом второго логического элемента И, входы которо го подключены к выходам третьего счетчикаимпульсов, второй вход и выход второго логического элемента ИЛИ связаны с вторым выходом генератора импульсов и информационным входом первогодемультиплексора 20 соответственно, причем группы датчиковразделены на подгруппы, количество датчиков в которых равно числу уровней дискретности аналого-цифрового преобразователя., 10 аз 1389 Тираж 432 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5