Цифровой оптический измеритель уровня

СООЗ СОБЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 923/2 1)5 С ИЗОБРЕТЕНИ Пи Н ДВТОРСНО ИДЕТЕЛЬСТВ У ерит овня Цифр ово содержи оптическии иэ генератор, дв плексор, мульт задержки, дис я, выполненные счетчика,плексор, два етные датчи демульт элемент ки уров дающего в виде пере твительного товода, чуя товода, а полнительно вве такжесчетчитригге в ьтиплексора,элементы И, ИПИ,смеситсли, однииены в группытроками, а другиетолбцами исходнойи приемные свеединены в групо столбцами втощы. 2 табл.,ро- стуровнель ор 1 прямовый 2 и втовторой 4,тчики им ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 1372189, кл. С 01 Р 23/23, 1986.(54) ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬУРОВНЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам определения уровня жидкихсред. Цель изобретения - упрощениеконструкции устройства и повышениебыстродействия измерителя уровня,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании средств исистем автоматики и контроля дляоперативного и коммерческого учетанефтепродуктов, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.Целью изобретения является упщение конструкции и повышение быродействия,На чертеже приведена схема цифрового оптического измерителяЦифровой оптический измеритуровня включает генератугольных импульсов, перрой 3 демультиплексоры,третий 5 и первый 6 счепульсов, регистр 7 памяти, мультиэлемента и приемного ка, два демулр, логическиеЗАПРЕТ, оптическиевходы которых объедив соответствии со св соответствии со сматрицы, передающиетоводы датчиков объпы в соответствии срой образующей матр плексор 8, третий 9 и четвертый 10 демультиплексоры, триггер 11 с уста новочными входами, первый 12 и второй 13 элементы И, первый 14 и второй 15 элементы временной задержки, четвертый счетчик 16, логический элемент ЗАНРЕТ 17 и элемент ИЛИ 18, ждущие мультивибраторы 19и 20, источники света первой ступени 21 и второй ступени 22, оптические смесители 23, датчики 24 уровня, приемники 25 света и пороговые устройства 26.Первый выход генератора 1 импульсов подключен к объединенным между собой установочному входу триггера 11, информационным входам первого 2 и второго 3 демультиплексоров и через последовательно сое диценные первый элемент 14 временной задержки, логический элементЗАПРЕТ 17 и логический элемент ИЛИ18 со счетным входом четвертого5счетчика 16. При этом инверсныйвХод логического элемента ЗАПРЕТ17 подключен к выходу мультиплексора 8, а два входа элемента ИЛИ 18подключены через ждущие мультивиб Ораторы 19 и 20 к выходам эаема вгорого 4 и третьего 5 счетчиков импУльсов.Второй выход генератора 1 импульсов соединен через логический 15элемент И 12, один из входов которого подключен к выходу триггера 11,с информационным входом третьего демультиплексора 9, выходы которогоподключечы к входам вычитания вто" 20рого 4, третьего 5 и первого 6 счетчнков импульсов, входы слохециякоторых соединены с соответствующимМ выходами черветого демультиплексора, а установочные входы счетчикОв 4 - 6 объединены между собойи через второй элемент 15 временнойзадержки подключены к объединеннымвМесте выходу второго логическогоэлемента И 13, входу разрешения параллельной записи регйстра 7 памяти,входу сброса четвертого счетчика 16и входу сбр са триггера 11. Инпормационный вход четвертого демультнплексора непосредственно подклю 35чен к входу логического элементаЗАПРЕТ 17,Адресные входы третьего демультпкпексоре 9 объединены пореерпднос адресными входами четвертого де 1м льтиплексора 10, с входами второгологического элемента И 13 и подключенй к соответствующим выходам четвертого счетчика 16 импульсов.Адресные входы первого демультиппексора 2 объединены поразрядно ссоответствующими инЬормационньжи входами регистра 7 памяти и подключенык выходам,второго счетчика 4 импульсов. Адресные входы второго демультиппексора 3 объединены также поразрядно с соответствующими инпормационными входами регистра 7 памяти и подключены поразрядно к соответствующим выходам третьего счетчика 6 импульсов. Адресные входы мультиплексора 8 объединены поразрядно с соответствующими инпормационцыми входамирегистра 7 памяти и подключены к соответствующим выходам первого счетчика б импульсов.Выходы первого 2 и второго 3 демультиплексоров подключены к излучателям света первой 21 и второй 22 ступеней соответственно, а инормационные входы мультиплексора 8 связаны через пороговые устройства 26 с приемниками 25 света.Входы оптических смесителей 23 свя" заны с излучателями светя первой 21 и второй 22 ступеней в соответствии с табло 1 еСледовательно, к первому источнику света 21.1 первой ступени будут подключены первые входы смесителей 23,1,1, 23.1,2, 23.1,3, , 23,1,п, к следующему источнику света 21,2 - первые входы смесителей 23,2.1, 23,2.2, 23,2,323,2,п, к третьему источнику света 23,3.1 первые входы смесителей 23.3,1, 23.3,2, 23,3,3, ,23,3,п. Наконец, к последнему источнику света 21.п - первые входы смесителей 23,щ.1, 23.щ.2, 23,п,З,р 23.тпеп.1( источникам 22 света второй ступени подключены вторые входы оптических смесителей 23 индексы которых находятся в одних столбцах исходной матрицы, т,е, к первому источнику света 22.1 подключены вторые входы смесителей 23,1.1, 23.2.1, 23.3,1 23.п.1 р к второму источнику 22.2 света подключены вторые входы смесителей 23.12, 23,2.2, 23.3.2 23.п.2, к третьему источнику света 22.3 - входы смесителей 23.1.3, 23.2.3, 23.3.323,ш 3 и наконец к последнему источнику 22 еп второй ступени подключены вторые входы смесителей 23, 1.п, 23.2.п, 23,З.п23. . .Датчики 24 уровня, выполненные, например, в виде крутого изгиба свето- вода, подключены к выходам оптических смесителей 23 и к приемникам 25 света в соответствии с табл. 2.Датчики размещаются вертикально с шагом, равным шагу дискретности, причем в начале размещаются датчики, имеющие индекс, соответствуюпце первой строке, затем второй и т.д., вплоть до последней шхп строки.Уровень срабатывания пороговых устройств 26 выбирается равным суммарному сигналу на выходе соответ 165282515 ствующего приемника 25, поступающему от двух источников света.11 иАровой оптический измеритель уровня работает следующим образом.В исходном состоянии на выходе триггера 11 имеется низкий потенциал и поэтому логический элемент И 12 закрыт, а в счетчиках 4 - 6 записано чило, соответствующее максимально возможному уровню жидкости в контролируемом резервуаре, счетчик 16 находится и нулевом состоянии. Нулевая комбинация с выхода счетчика 16 поступает на адресные входы третьего 9 и четвертого 10 демультиплексоров, подключая к их иннрмационным входам счетчик 4 импульсов, Выходные комбинации, соответствующие числам, записанным в счетчики 4 - б импульсов, поступают на адресные входы демультиплексоров 2 и 3, мультиплексора 8. При этом создается канал передачи импульсов от генератора 1 импульсов через параллельно включенные 25 демультиплексоры 2 и 3, излучатели света 21 первой ступени и излучатели света 22 второй ступени, соответствующие смеситель 23, датчик 25 уровня, пороговое устройство 26 и подключенный соответствующий информационный вход мультиплексора 8, который управляет работой элемента ЗАПРЕТ 17.Первый импульс с первого выхода генератора 1 импульсов поступает на установочный (в единичное состояние) вход триггера 11, переводит его в еди" ничное состояние, открывая этим логический элемент И 12, Одновременно этот импульс проходит по рассмотрен ному выше каналу передачи на инверсный вход элемента ЗЛЛРЕТ 17 и на прямой его вход через первый элемент 14 задержки, который осуществляет компенсацию задержки, вносимой оптической 45 частью устройства и элементами электронного блока.Если соответствующий датчик уровня находится над жидкостью, уровень, которой контролируется, то потенциал на выходе элемента ЗЛЛРЕТ 17 не изменится, так как он будет закрыт импульсом с выхода мультиплексоров Я. Поэтому импульс от генератора 1 на четвертый счетчик 16 импульсов не55 пройдет, потенциалы на его выходах останутся прежнимиПервый импульс с второго выхода генератора 1 через открыться элемент И 12 и третий демультиплексор 9 по-.ступает на вход вычитания второгосчетчика 4, уменьшая его содержимоена единицу. При этом происходит подключение следующего излучателя 2 1первой ступени. Так как состояниесчетчиков 5 и б не изменяется, то квыходам демультиплексора 3 и мультиплексора 8 останутся подключенньиитот же источник 22 света второй ступени и тот же приемник 25 света.Следовательно, в следующем такте бу;дет осуществлен опрос датчика 24,имеющего индекс (и)п,с 1.Далее процесс уменьшения содержимого счетчика б продолжается до техпор, пока не будет опрошен датчик 24уровня с индексом (щ-)п,Ч, которыйнаходится ниже уровня жидкости. Тогдаимпульс от датчика 24 на инверсныйвход элемента ЗАПРЕТ 17 не поступити он будет находиться в открытом состоянии. Поэтому импульс с первого выхода генератора 1 импульсов черезпервый элемент 14 задержки, открытыйэлемент ЗАПРЕТ 1, элемент ИЛИ 18 проходит на информационный вход четвер,того демультиплексора 10 и далее навход суммирования второго счетчика 4,увеличивая его содержимое на единицу.Отрицательным Аронтом этого же импульса увеличивается содержимое счетчика 16. При этом на адресные входытретьего 9 и четвертого 10 демультиплексоров поступает следующая комбинапия и к информационным входам подключается третий счетчик 5 импульсовего входы вычитания и суммированиясоответственно).В дальнейшем происходит процессуменьшения содержимого третьего счетчика 5, т.е. в мультиплексору поочередно подключаются датчики 24, в которых изменяется уже средняя индексная часть:Ь-+1) и 1;(тл-з.+1) (и) с 1.11 роцесс счета в третьем счетчике 5 продолжается также до тех пор, пока не будет опрошен соответствующий датчик 24 с индексом (н+1)(п)1, нахсдящийся ниже уровня жидкости. При этом содержимое счетчика 5 увеличивается на единицу, также увеличивается на единицу содержимое четвертого счетчика 16, что приводит к переходу первого счетчика 6 в активноесоетояние. С помощью счетчика 6 начинается опрос датчиков 24, в которых изменяется младшая индексная часть. При этом управление опросом датчиков осуществляется с помощью мультиплексора Я. 11 ри этом опрос датчиков осу" щеатвляется уже в таком парядкеф(ш+1)(п+1)(1-1 с) находится нижеуровня гсндкости, та счетчик 16 Аикси 1 ует еще один импульс, после которого импульсом с выхода второго элемелта И 13 осуществляется запись индюрмации из счетчиков 4-6 в регистр 7 20памяти, сброс в исходное состояниетриггера 11 и счетчика 16, а такжечерез промежуток времени, определяемый вторым элементом 15 задержки,установка в исходное состояние счетчиков 4 - 6,11 ринудительное изменение состояния счетчика 16 импульсами с выходовзама второго 4 и третьего 5 счетчиков через соответствующие ждущие муль тиибратары 19 и 20 осуществляется,если уровень жидкости ниже уровня,на котором установлены датчики 24 синДексами Ип ц или Ис 1 (см,табл.2).Введение дополнительных элементови Связей, в частности оптических смесич"елей, и объединение их входов вгруппы в соответствии со стрелками истолбцами исходной матрицы, а также,.обтединение в группы передающих и при емЦых светаводов датчиков. в соответствии со строками и столбцами второйобразующей матрицы позволяет значитеЛьна упростить устройство и повысить быстродействие предлагаемого 45цисроваго оптического измерителя уровня Так при измерении уровня нефтепродуктов необходимо определение уровня с погрешностью не более 0,03%, Дляэтога необходимо иметь около 4096уровней дискретности (4096=2 ).1 ЯВ устройстве необходимо иметьнхйхс 1=4096 уровней дискретности, гдечисло излучателей света первойступени, и - число излучателей светавторой ступени, с - число приемников.Так как минимальное значение ш,пи и обеспечивается в случае их,равенства, та можно получить, что я=п=.1= 2 =16Следовательно, для устройства понадобится 32 излучателя и 16 приемников, когда для прототипа необходима 64 излучателя и 64 приемника света, Устройство обеспечивает трехкратное, уменьшение необходимо-,. го числа излучателей и приемников света:64-641/ 1,32-16 =3.В устройстве полное время опроса датчиков всех трех ступеней составит 48 тактов, когда при последовательном опросе датчиков необходимо затратить 4096 тактов. Следовательно, в этом случае выигрыш составит примерно 80 раз.Формула изобретенияЦифровой оптический измеритель уровня, содержащий генератор импульсов, первый выход которого подключен к информационному входу первого демультиплексара, выходами соединенного с излучателями света, датчики уровня, выполненные в виде последовательно соединенных падаюг(его световода, чувст" вительнаго элемента и приемного световода, причем приемные световоды объединены в группы и подключены к приемникам света в соответствии с номерами групп, мультиплексор, информационные входы которого подключены к выходам приемников света через пороговые устройства, адресные входы мультиплексора объединены поразрядно с соотввтствующими инйор 1 яационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам первого счетчика импульсов, а адресные входы первого демультиплексора объединены по- разрядно с соответствующими информационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам второго счетчика импульсов, первый и второй элементы задержки, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения быстродействия, дополнительно введены второй демультиплексор, инпормацианный вход которого объединен с установоч-. ным входом триггера и подключен к первому выходу генератора импульсов и через первый элемент задержки - с прямым входам элемента ЗР.ПГРТ, адресные входы второго демультиплексара объединены поразрядно с соответствующими.1 1.2 .1 2,2 .1 3.2 2,пеЗвП в.1 в.2 в.Зв Т 3 Г хсн летчихпн УРОВ Выхои еител.п.2 и.п,9информационными входаи регистра памяти и подключены к выходам третьего .счетчика импульсов, выходы второго демультиплексора подключены к излучателям света, третий и четвертый демультиплексоры, выходы которых подключены соответственно к вычитаюшим и суммирующим входам второго, третьего и первого счетчиков импульсов, 10 информационный вход третьего демультиплексора через первый элемент И - к выходу триггера и к второму выходу генератора импульсов, четвертый счетчик импульсов, выходы кото рого соединены с соответствуюЦими адресными входами третьего и четвертого демультиплексоров, объединенными с входами второго элемента И, выход которого связан с объединен ными между собой входом сброса в исходное состояние триггера и входом сброса четвертого счетчика импуль,сов, а также входом разрешения параллельной записи регистра памяти,и через второй элемент задержки -с объединенными ме 31 ду собой установочными входами первого, второгои третьего счетчиков импульсов,элемент ИЛИ, выход которого подклю-чен к счетному входу четвертогосчетчика импульсов, а первые двавхода через ждущие мультивибраторыс выходами заема второго и третьегосчетчиков, третий вход объединен син 13 ормационным входом четвертогодемультиплексора и подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, инверсныйвход которого связан с выходом мультиплексора, оптические смесители,оптические входи которых объединены в группы так, что первые входыобъединены в соответствии со столбцами исходной матрицы, а вторыев соответствии со строками исходной матрицы и подключены к соответствуюцим источникам света, а световоды датчиков подключены к выходамоптических смесителей,а б л и ц а 11652825 Составитель А.УдалТехред М.Дидыкр Т.Лазоренк орректор А Обручар е иэводственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10 Заказ 1766ВНИИПИ Государственно11303 Тираж 433о комитета по и Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., д. 4/5