Ультразвуковой уровнемер

(51)5 б 01 Г 23/28 СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР).".т. 343 И .Г; . т т ,т гкт т ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ ф 1) 5033885/10ф 2) 10.02.92(71) Совместное предприятие иИнтернаути,В.Скорин3) Совместное предприятие "Интернаутм6) Авторское свидетельство СССР. 1315815, кл. 0 01 Г 23/28, 1985. Изобретение относится к измерительой технике, в частности к измерителям , ровня жидких сред,Внедрение в промышленное производ- ство современных технологических процессов .требует создания приборов контроляровня с повышенными метрологическими характеристиками и высокой информационной надежностью.Техническая сущность изобретения за ключается в ведении в ультразвуковой уровнемер, содержащий импульсный генератор, подключенный к излучающему ультразвуковому преобразователю и установочному входу первого двоичного счетчика, приемный ультразвуковой преобразователь, вто,рой двоичный счетчик, кварцевый генератор, второй триггер и первый триггер, подключенный к регистрирующему блоку, первого и второго регистра данных, соеди, ненных с портами входного интерфейса ре гистрирующего блока, и мультиплексора, к : первому, второму и третьему входам которого подключены соответственно выходизлуЯ 218387 бб АЗ 2(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕУЕР (57) Сущность изобретения: устройство содержит импульсный генератор возбужде-ния, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, два двоичных счетчика, два триггера, кварцевый генератор, регистрирующий блок, мультиплексор и два регистра данных 2 ил. чающего и первый и второй выходы приемного ультразвуковых преобразователей, выход мультиплексора соединен со счетнымвходом первого двоичного счетчика, выход Якоторого подключен к управляющему входумультиплексора, и входом данных первоготриггера, счетный вход которого соединен свыходом кварцевого генератора, подключенным также с счетному входу второго двоичного счетчика, выход которого соединенсо входами данных первого и второго регистров данных, ко входам разрешения запи- - фси которых подключены соответственно (;0прямой и инверсный выходы первого триг-гера, при этом установочный вход второго 0 рдвоичного счетчика соединен с инверснымвыходом второго триггера, счетный и установочный входы которого подключены соот-,ветственно к прямому выходу первоготриггера и выходу управления регистрирующие блока, При этом регистрирующий блокампопиеи содержащим микропроцессор( упостоянное запоминающее устройство,оперативное запоминающее устройство, 18387655 10 15 20 25 30 35 40 5 50 Устройство работает следующим образом,с При включении устройства микропроцессор 13 по программе, записанной в поо 55 стоянном запоминающем устройстве 14,о формирует в дешифраторе команд управления 16 сигнал обнуления Е второго триггера7, устанавливающий на его выходе С 1 едиы ничный уровень, который поступает на входВ второго двоичного счетчика 8 (эпюра 6),дешифратор команд управления, входной и выходной интерфейсы, соединенные между собой совмещенной шиной адреса - данных и шиной управления.В результате введения новых элементов и связей при предложенном выполнении регистрирующего блока " в предлагаемом ультразвуковом уровнемере уменьшается время обработки информационного сигнала, вследствие чего исключается динамическая погрешность измерения.В предлагаемом ультразвуковом уровнемере создана возможность получения за один такт измерения (по одному зондирующему импульсу) информации о времени задержки зондирующего импульса в опорном и измерительном каналах приемного ультразвукового преобразователя и одновременно с этим информации о длительности зондирующего импульса (Тс), которая необходима для определения середины зондирующего импульса и уменьшения погрешности дзап, зависящей от величиныТс (как в прототипе). Причем если в прототипе для обеспечения минимального значения дп требуется время обработки сигнала.равное пяти периодам повторения зондирующего импульса, то в предлагаемом устройстве обработка сигнала происходит за один такт,На фиг,1 представлена блок-схема предлагаемого ультразвукового уровнемера; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.Ультразвуковой уровнемер содержит импульсный генератор 1, излучающий ультразвуковой преобразователь 2, приемный ультразвуковой преобразователь 3, первый двоичный счетчик 4, первый триггер 5, кварцевый генератор 6, второй триггер 7, второй двоичный счетчик 8, регистрирующий блок 9 и введенные мультиплексор 10, первый регистр данных 11 и второй регистр данных 12.Регистрирующий блок 9 содержит микропроцессор 13, постоянное запоминающее устройство 14, оперативное запоминающее устройство 15, дешифратор команд управления 16, входной интерфейс 17, выходной интерфейс 18, которые связаны между собой совмещенной шиной адре са данных(ШДА) и шиной управления (ШУ) Импульсный генератор выходом соединен излучающим ультразвуковым преобразова телем 2 и установочным входом В первог двоичного счетчика 4. Выход излучающег ультразвукового преобразователя 2 и пер вый и второй выходы приемного ультразву кового преобразователя 3 соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами мультиплексора 10., выход которого соединен со счетным входом С первого двоичного счетчика 4 и входом данных 0 первого триггера 5, Выход данных счетчика 4 соединяются с входом управления мультиплексора, Прямой выход 0 первого триггера 5 соединяется с входом прерывания ВЯТ регистрирующего блока 9, счетным входом С второго триггера 7 и выходом разрешения записи СЕ первого регистра данный 11. Инверсный выход 0 первого триггера 5 соединяется с ьходом разрешения записи СЕ второго регистра данных 12, Выход кварцевого генератора 6 соединяется со счетными входами С первого триггера 5 и второго двоичного счетчика 8, установочный вход В которого соединен с инверсным выходом 0 второго триггера 7, Выход второго двоично- го кода 8 соединяется со входами данных первого и второго регистров данных 11 и 12, Выход первого регистра данных 11 соединя-. ются с портом В, а выход второго регистра данных 12 соединяются с портом А входного интерфейса 17 регистрирующего блока 9 Выход Е дешифратора команд 16 регистрирующего блока 9 соединяется с установочным входом В второго триггера 7. Излучающий ультразвуковой преобразователь 2 акустически связан с приемным ультразвуковым преобразователем 3, Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 2, распространяется по эвуководу датчика (на чертеже не показан), представляющего собой магнитострикционную линию задержки с приемным ультразвуковым преобразователем 9, состоящим из измерительного и опорного каналов, Постоянный магнит измерительного канала преобразователя 3 располагается на поплавке, а опорного канала - на конце датчика. При прохождении ультразвукового импульса в месте расположения поплавка в приемном преобразователе 3 за счет обратного магнитострикционного эффекта формируется задержанный импульс измерительного канала, а при прохождении в месте расположения постоянного магнита на конце датчика - формируется импульс опорного канала.рирующего блока 9 микропроцессор 13 переходит на режим обработки прерывания,считывая данные Оо с выхода регистра 11через порт В входного интерфейса 11 и за 5 нося этиданные е оперативное запоминающее устройство 15.При поступлении на вход В второгодвоичного счетчика 8 с выхода триггера 7 нулевого уровня счетчик 8 начинает подсчет10 счетных импульсов (эпюра 7), поступающихна его счетный вход С с выхода кварцевогогенератора 6. При окончании импульса Е 1 наинверсном выходе 0 триггера 5 формируется положительный скачок напряжения, по15 которому происходит запись выходных данных О,счетчика 8 в регистр 12 (эпюра 9) иснимается запрос на прерывание со входаВЗТ регистрирующего блока 9 поступающий с выхода 0 триггера 5.20 При снятии запроса прерывания ВЯТпервой командой после обслуживания прерывания в постоянном запоминающем устройстве 14 записана команда считыванияданных через порт А входного интерфейса25 17. на который поступают данные, занесенные в регистр 12.Данные О с регистра 12 помещаются вследующую ячейку памяти оперативного запоминающего устройства 15. Далее при по 30 ступпении второго импульса Е 2 процесспроисходит аналогично вышеописанному,при этом на выходе первого двоичного счетчика 4 увеличивается код на единицу, разрешая прохождение третьего импульса Е 5, а в35 следующие ячейки памяти оперативного запоминающего устройства 15 заносятсяданные 02 и Оз, соответствующие началу иконцу импульса Е 2,40 Аналогично происходит процесс и припоступлении импульса Ез, после чего в оперативной памяти 15 записываются данные О 4 и О 5, соответствующие началу и концу импульса Ез. После прохождения импульса 45 Ез регистрирующий блок 9 формирует сигнал обнуление Е и переходит в режим расчета уровня. При этом в регистрирующем блоке 9 определяются; середина первого импульса Е 1:50 Ор -О 1 - Оо се 3 О и сигнала 0 с выхода рерывания ВЗТ регист.апрещающий его работу. Первый счетный мпульс, поступающий с выхода кварцевого енератора 6 на счетный вход С первого риггера 5 устанавливает на его прямом выоде 0 нулевой уровень, т.к. на его входе О тсутстеует сигнал. На выходах первого 11второго 12 регистров устанавливаются нуевые коды,Далее процессор переходит в режим жидания прерывания.Импульсный генератор 1 вырабатывает идео импульс (эпюра 1), который обнуляет ервый двоичный счетчик 4 и возбуждает злучающий ультразвуковой преобразоваель 2, на выходе которого формируется ул ьраэвуковой зондирующий импульс Е 1, При аспространении ультразвукового импульа Епо звуководу датчика при достижении остоянного магнита измерительного канав приемного ультразвукового преобразоателя 3 формируется задержанный мпульс Е 2 (эпюра 3), а при прохождении в есте расположения постоянного магнита порного канала преобразователя 3 формиуется импульс Ез (эпюра 4),После обнуления счетчика 4 импульсом,оступающим с генератора возбуждения 1, на его выходе данных устанавливается нуевой код, через мультиплексор 10 разревется прохождение зондирующегомпульса Е. При прохождении импульса Герез мультиплексор 10 (эпюра 5) он постуает на счетный вход С первого двоичного четчика 4 и вход данных О первого триггеа 5. После этого на выходе счетчика 4 устаавливается код, разрешающий рохождение задержанного ультразвуковог импульса измерительного канала Е . Приоявлении на входе данных О первого.триг. г ра 5 переднего фронта импульса Е 1 послеоступления первого счетного импульса с кварцевого генератора 6 на его счетный вод С на выходах триггера 5 появляется п)рямой 0 и инверсный сигнал О, по котороу начинается обсчет временных интервал в,При этом при поступлении сигнала 0 с в хода первого триггера 5 на счетный вход 6 второго триггера 7 предварительно устан вленный на инверсном еыходе 0 сигнал м управления Е с регистрирующего блока 9 положительный потенциал изменяется на н левой (эпюра 6).При поступлении сигнала 0 с выхода т иггера 5 на вход разрешения записи СЕ 5 р гистра 11 записываются данные с выхода в орого счетчика 8 в регистр данных 11 (э юра 8).При поступлени т иггера 5 на вход и ина второго импульса Г 2 середина третьего импульса Ез05 - 04Огз =2задержка зондирующего импульса в измерительном канале 5От 1 = ОГ 2 - ОГ 1,задержка зондирующего импульса в опорном канале: 10От 2 = Огз - О 1вычисляется уровень контролируемой средыН А - =А От 2 Т 1 От,20Вычисленное значение уровня контролируемой среды передается в выходной интерфейс 18 для индикации и формирования необходимых внешних сигналов сигнализа ций и управления.После окончания расчета микропроцес сор переходит в режим ожидания прерывания и при формировании следующего тактового импульса процесс пОвторяется,Таким образом, в предложенном уровнемере, как и в прототипе, происходит фиксация времени задержки зондирующего, импульса по середине импульса, что исключает влияние длительности зондирующего 5 . импульса на результат измерения, а обра- ботка информации происходит за один такт,что исключает динамическую погрешность., Длительность процесса вычисления прииспольэовании мйкропроцессора серии К 1821 составляет несколько десятков микросекунд и длительность процесса измеренйя определяется только диапазоном измерения, Кроме того, следует отметить. что предложенный уровнемер обладает высокой информационной надежностью за счет использования принципа измерения с помощью ультразвука и цифровой обработки информационных сигналов.формула изобретен ия Ультразвуковой уровнемер, содержащий импульсный генератор, подключенный к излучающему ультразвуковому преобразователю и установочному входу первого двоичного счетчика, приемный ультразвуковой преобразователь, второй двоичный счетчик, кварцевый генератор, второй триггер и первый триггер, подключенный к регистрирующему блоку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в него введены первый и второй регистры данных, соединенные с портами входного интерфейса регистрирующего блока, и мультиплексор, к первому, второмуи третьему входам которого подключены соответственно выход излучающего и первый и второй выходы приемного ультразвукового преобразователей, выход муль иплексора соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, выход которого под-. ключен к управляющему входу мультиплекс сора, и входом данных первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенным также к счетному входу второго двоичного счетчика, выход которого соединен с входами данных первого и второго регистров данных, к входам разрешения записи которых подключены соответственйо прямой и инаерсный выходы первого триггера, при этом установочный вход второго двоичного счетчика соединен с инверсным выходом второго триггера, счетный и установочный входы которого подключены соответственно к прямому выходу первого триггера и выходу уг- равления регистрирующего блока,,еда кто агарина. 1 роизООдственно Гаказ 2923 ВНИИПИ Г Составитель В,ВнуковскийТехред М.Моргентал Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 тельский комбинат "Патент", г. Ужгоро