Способ определения степени заполнения движущихся транспортных средств и устройство для его осуществления

Союз Советския Социапистн чески я Республик(23) Приоритет 3/1 601 Г 23/ 301 Р 23/ ет ственныИ комит СССРелаи изобретени открытиИпубликовано 050579. Бюллетень М 1 Дата опубликования описан 5. 05. 7(71) заявитель адский ордена Ленина, ордена Октябрьскоии и ордена Трудового Красного Знаменигорный институт им, Г.В,Плеханова Лен Рев(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ЗАПОЛНЕНИ ДВИЖУЩИХСЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к области измерительной техники, преимуцественно звуколокационной, и может быть использовано На горнодобываЮ- щих предприятиях для автоматизированного учета объема добытого полезного ископаемого во время его пе.ревозки внутришахтным, железнодо:рожным или автомобильным транспортом.1 ОИзвестны способы и устройства для измерения уровня заполнения технологических емкостей и бункеров, основанные на эвуколокации. Однако известные способы не могут быть использованы для автоматического измерения степени заполнения движущихся транспортных средсгв, поскольку не предназначены для это- го Мкроме того, большинствь из них требует периодической ручной калибровки аппаратуры с целью кор.ректировки режимов измерительного устройства при изменении внешних условий или параметров объекта локации. В этих способах не предусматривается защита от грубых ошибок, возможных при потере на приеме акустических импульсов вследствие зеркального отражения или сильного рассеяния на отдельных участках лоцируемой поверхности транспортируемого материала. Они имеют низкую точность, обусловленную малым числом измеряемых точек на лоцируемой поверхности. Известные способы предназначеиы для регистрации абсолютнйх значений измеряемых расстояний и для определения степени заполнения транспортных средств требуют дополнительного перерасчета результатов измерений.Наиболее близким по технической сущности является способ определения степени заполнения движущихся транспортных средств, включающий формирование управляющих сигналов, акустическую локацию поверхности транспортируемого материала, формирование измеряемых и эталонного интервала времени, выделение и квантование разностных интервалов времени, суммирование импульсов квантования, усреднение и цифровую индикацию результата. Устройство для его реализации содержит блок управления, соедийенный с вычислительным устройством и со входом управления измерительного блока, соединецного с акустическими датчикамии входом синхронизации блока формированйя эталонного интервала времени,ко входу которого подключен акустический датчик, узел сравнения, входы которого подключены к выходам измерительного блока и блока формирования эталонных интервалов времени, а выход - к блоку квантования и к вычислительному устройству, выход которого подключен к блоку цифровой индикации 2.Однако известный способ недостаточно точен, а устройство довольносложноЦелью изобретения является повышение точности измерений и надежности устройства.Эта цель достигается благодарятому, что Формируют эталонный интервал времени путем синхронной локации фиксированной отражающей поверхности, квантуют его пропорционально глубйне транспортных средств,суммируют в каждом периоде посылокимпульсы квантования раздельно дляразностного и эталонного интерваловвремени и по разрешающему сигналу,.соответствующему промежутку временимежду соседними разностными интервалами, вырабатывают цифровой код текущего значения степени заполнениятранспортного средства в точке измерения, а затем,используя управляю- щйе сигналы, аналогично последовательно усредняют результат.В устройстве же блок квантования выполнен в виде генератора импульсов, пересчетного триггера идвух схем еовпадения, первые входыкоторых соединены с выходами узласравнения и блока формирования эталонного интервала времени, их вторые входы соответственно подключены кгенератору импульсов и выходупересчетного триггера, счетныйвходкоторого соединенс генераторомимпульсов, а их выходы подключены кинформационным входам вычислительного устройства.Предлагаемый способ характеризуется полнойнеэавиСймоСтью" результатовизмерений от изменений внешних условий,температурного дрейфа параметровэлектронной схемы и не требует коррекции показаний. Это обусловленотем, что изменение внешних условийвыэйвает пропорциональные изменениякак измеряемых, так и эталонныхинтервалов времени, Аналогично температурный дрейф параметров, напримерпериода следования квантующих импульв- сов; вызывает пропорциональные измененйя числа импульсов квантования,соответствующих глубине транспортНого средства,и уровню его заполнения в точках измерения. Поскольку длядальнейшей цифровой обработки используются отношенияэтих величин, вычис Вагон 1 находится в зоне действия блока 2 управления, представляющего собой устройство для контроля 35 передвижения транспортных средств.К выходу С блока 2 подключен входуправления измерительного блока 3,соединенного с измерительными акустическими датчиками 4. Один из вы ходов блока 3 соединен со входомсинхронизации блока 5 формированияэталонных интервалов времени. К блоку 5 подключен эталонный акустический датчик 6, установленный на расстоянии Ъо напротив фиксированной отражающей поверхности 7. Выходы блоков 3 и 5 соединены со входами узла 8 сравнения временных интервалбв, предСтавляющего собой схему совпадения. Выходы блока 5 и узла 8 подключены к блоку 9 квантования, который соединен с цифровым вычислительньм устройством 10 Входы вычислительного устройства 10 соединены также с выходами блока 2 управлейия и узла 8 сравнения, а .к его выходу подключен блок щюфровой индикации 11.Блок 9 квантования содержит генератор 12 импульсов, соединенный .со счетным входом триггера 13 ивходом схемы 14 совпадения, Выход: триггера 13 соединен со входом второй схемы 15 совпадения, другиевходы схем 14 и 1 5 являются входами блока 9 и подключены к информацион 5 10 15 2 а 25 30 ляемых непосредственно после каждого измерения, то результат, несмотря на дрейф параметров, практически остается неизменным. При этом период следования квантующих импульсов ограничивается только быстродей ствием используемых элементов цифровой техники. Практически он может выбираться произвольно в широких пределах, в том числе и не кратным целой единице длины, например равным 1/5 или 1/20 см и т.д. Это умен шает погрешность дискретной обработки информации.Кроме тоГо, применительно к изме рению степени заполнения рудой железнодорожных составов данный способ снижает погрешность измерений, возникающую за счет неравномерности скорости движения состава. Для этого предусматривается последовательное определение средних коэффициентов заполнения: вначале по каждому вагону, а затем - по составу в целом. Выходные сигналы в стан дартной цифровой форме могут быть использованы в автоматизированной системе управления производством (АСУП) .На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.ным входам устройства 10, котороесостоит из нескольких каскадно включенных однотипных вычислительныхблоков 16, 17 и 18. В каждом изЭтих блоков входы Х и У являютсяинформационными, вход 7. - Управляющим. На выходе 9 воспроизводитсяфункция Я= Х/У по разрешающему сигналу на входе 7 . Выход О блока 16 соединен со входом Х блока 17, вхдды Хблока 16 и Х блока 17 соединены с выходомуэла"8 сравнения, Выход О блока 17 соединен со входом Х блока 18,входы 7 блока 17 и У блока 18 соедйнены с выходом В блока 2 управления,Вход 2 блока 18 соединен с выходомС блока 2 управления, выход 7 блока18 - с блоком 11 цифровой индикациии является выходом всего устройства.Он может быть использован для подключения к АСУП, С этой же цельюпредусмотрен выход промежуточногорезультата с выхода О вычислительного блока 17.На фиг. 1 приняты геометрическиеразмеры;Ъ - расстояние между измериотельными акустическими датчиками 4и дном вагона 1;й - измеряемое расстояние долоцируемой поверхности руды в периодпосылки 1 зондирующего импульса;Ьи - уровень заполнения вагонарудой в 1 - й точке измерения;геометрическая глубйна ваТгона.На фиг. 2 приняты следующие обозначениягС т, т -моменты начала отсчетао, эинтервалов времени, соответствующие моментам посылок зондирующихимпульсов;Тй - период следования зондирующих импульсов;Г - эталонный интервал времеОни, получаемый на вь 1 ходе блока 5при локации отражающей поверхности 7;измеряемый интервал времени, получаемый на выходе блока3 при локации поверхности руды ввагоне 1;61 - разностный интервал времени д 1 Г =Го-Т 1, получаемый на вьюходе узла 8 сравнения;Г - период следования импульКсов квантования;ЬЙ - число импульсов квантования, заполняющих разностные интервалы йЛ 1;а,Т - период следования импульКСов, квантующих эталонный интерЬал о,Й - число импульсов квантоваТния, заполняющих эталонный интервал СоПри прохождении состава с рудойпод акустическими датчиками 4 блок2 управления с помощью системысигнальных датчиков вырабатывает(2)с,Выходные сигналы блоков 3 и 5 вызывают на выходе узла 8 появление сигналов, соответствующих разностныминтервалам времени дГ ф Го-С, которые с учетом выражений (1 и 2) 45 пропорциональны уровням заполнениявагона рудой в точках измеренийд"о П 1 1 Сзь= 2 д Ь 11 С ю (яЕсли во время очередйой посылки Я происходит потеря отраженного сигнала,то, поскольку. узел 8 представляет собой схему совпадения, работающую в положительной логике, сигнал на его выходе в этом случае ра вен нулю т.е. отсутствует (фиг.2).Таким образом автоматически исключаются из результатов измеренийте периоды посылок, в которых отраженные сигналы по указанным ранеепричинам не вызывают срабатываниеизмерительного блока 3.При измерениИ степени заполнениярудой железнодорожных составов потери отраженных сигналов по тем илииным причинам составляют 10-15 Ъ 65 от общего числа измерений. 40 сигналы управления работой всегоустройства, На выходе С появляется импульс (сигнал состава), длительность которого соответствуетвремени прохождения состава под измерительными датчиками 4, На выхо де В в течение этого же интервалавремени появляется последовательность импульсов (сигналы "вагонов),равных по длительности временипрохождения отдельных вагонов. При 10 этом локомотив и промежутки между вагонами автоматически исключаются из измерений.При наличии разрешающего сигнала на выходе С блоха 2 измерительный блок 3 с помощью датчиков 4 осуществляет последовательную непрерывную локацию точек поверхности рудыв движущемся вагоне 1 по четыремпрофилям. На выходе блока 3 в каждом периоде посылок Тп появляютсяимпульсы, длительность которых соответствует измеряемым интерваламвремени и будет пропорциональна измеряемому расстоянию:251 С2 ЬР)ЗВгде С - скорость звука.Синхронно с работой измерительного блока 3 блок 5 с помощью датчика 6 производит лоцирование поверхности 7, находящейся на фиксированном расстоянии Йо . При этомна выходе блока 5 в каждом периодепосылок Т появляются импульсные сиг.П35 налы, длительностью 7;о (эталонныеинтервалы времени)(б) Для упрощения процесса цифрового преобразования и соответствующего повышенйя надежности устройства н нем датчики акустических блоков установлены относительно, уровня дна транспортного средства на расстоянии, равном удвоенной глубине по=2)1 При этом с учетом выражения (5) .коэффициент делениячастоты ГКсле- . дования вмйульсов квантования равен 1/2, т.е. а "- 2.В этом случае "схема блока 9 уйрощается и содержит всего .одну бинарную пересчетную ячейку - триггер 13, работающий в счетном режиме,.Импульсы, составляющие число Я, поступают на информационный вход У вычислительного блока 16, где они суммируются, и их сумма, равная К преобразуется в цифровой код, аналогичный коду числа ДЙ 1.После записи информации по вхо-дам Х, У й окончания разностного интервала Д 61, поступающего на управляющий вход 7, в блоке 16 вычисляется отношение ЬН 1(йти на выходе Я появляется цифровой код;результата, соответстнунзций текущему (мгновенС выхода узла 8 сравнения интервалы времени ДТ поступают на устройство 10 и на входе блока 9 кван" товання, В блоке 9 эти интервалы квантуются н схеме 14 импульсами генератора 12 с периодом следования ТК. При этом число квантующих импульсов ЬМ 1 для интервала ЬT определяется соотношением Ьй,= ЬСГ. Я,)Импульсы, составляющие число ЬЙ 1, с выхода блока 9 поступают на вход )( блока 16, где они суммируются, и их сумма, равная ЬЙ 1, преобразуется в цифровой код, например двоичный,На другой вход блока 9 с выхода блока 5 поступают эталонные интервалы О, Они преобразуются в число ймпульсов квантования, соответствующее глубине вагона. Это осуществляется путем уменьшения частоты следования импульсов квантования ГК пропорционально отношению глубины нагона ( П к расстоянию между уровнем дна и акустическими датчиками (ар). ОбозначиМй(отогда период следования импульсов, квантующих интернал ГО, равен аТк.Следовательно, на втором выхо-де блока 9 (выход схемы совпадения) в каждом периодеследования Тпоявляется число квантующих импульсов Й, соответствующее глубине вагооа 661244 8ному) значению коэффициента заполнения К в точке измерениядИ(7)т тПоследовательность цифроных кодов5 )( поступает на вход Х следующегонйчислительного блока 17, а на еговход У подается последовательностьразностных интервалов Ь 7,(, отображающая число достоверных измере 10 ний Ю.Поступление информации на входыХ и У блока 17 продолжается в течение времени действия разрешаннцегосигнала вагона на управляющем входе Е, поступающего с выхода В блока 2 управления. Таким образом суммируются результаты единичных измерений в пределах каждого вагона.По окончании сигнала вагона прекра- .щается прохождение инФормации навходы Х, У и вычисляется отношение.йк,соответствующее среднему коэф-фициенту заполнения вагона К (транспортной единицы)ТЮК ЮАналогично предыдущему последовательность цифровых кодов )( поступает на вход Х вычислительногоблока 18, а на его вход У поступают сигналы вагонов с выхода Вблока 2, отражающие число вагоновв измеряемом состане. Поступление информацйи на входы Х.и У бло-.ка 18 продолжается в течение временидействия разрЬшающего сигнала состава на управляющем входе 1, постуйающего с вЫхода С блока 2;. Та ким путем суммируются результаты измерений по всем вагонам в пределахсостава. По окончании сигнала состава прекращается прохождение информаций на входы Х, У и вычисляется 45ЙкОтношениет, соответствующеесреднему коэффициенту заполненияжелезнодорожного состава Кс)(Сф п (9)ФЭтот результат поступает в блок11 цифровой индикации, преобразуетсяв десятичный код и сохраняется доМ подхода следующего состана.По переднему фронту следующего сигнаЛа состава происходнт сброс предыцу"щих показаний, устройство приводится в исходное состояние и весь цикл 60 измерений повторяется.Способ повышает точность определения степени заполнения движущихсятранспортных средств, автоматизируетучет объемов транспортируемого ма 65териала и повышает загруженностьтранспортных средств. Устройство,реализующее данный способ, имеетупрощенную схему и повышенную надежность, что позволяет применить егов автоматизированной системе управления производством. Формула изобретения1. Способ определения степени заполнения движущихся транспортных средств, включающий формирование управляющих сигналов, акустическую локацию поверхности транспортируемого материала, формирование измеряемых и эталонного интервалов времени, выделение и квантование разностных интервалов времени, сум" мирование импульсов квантования, усреднение и цифровую индикацию результата, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точности измерений, формируют эталонный интервал времени путем синхронной локации фиксированной отражающей поверхности, квантуют его пропор.ционально глубине транспортных средств, суммируют в каждом перио;де посылок импульсы квантования раздельно для раэностного и эталонного интервалов времени и по разрешающему сигналу, соответствующему промежутку времени между соседними разностными интервалами, вырабатывают цифровой код текущего значения степени заполнения транспортного средства, а затем, используя управляющие сигналы, аналогично последовательно усредняют результат.2, Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее блок управления, соединенный с вычислительным устройством и со входомуправления измерительного блока,соединенного с измерительными акустическими датчиками и входом синхронизации блока формирования эта 5 лонного интервала времени, ко входукоторогоподключен эталонный акустический датчик, узел сравнения,входы которого подключены к выходамизмерительного блока и блока формир рования эталонных интервалов времени, а выход - к блоку квантованияи к вычислительному устройству, выход которого подключен к блоку цифровой индикации, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияего надежности, блок квантованиявыполнен в виде генератора импульсов, пересчетного триггера и двухсхем совпадений, первые входы которых соединены с выходами узла сравнения и блока формирования эталонного интервала времени, их вторыевходы соответственно подключенык генератору импульсов и выходупересчетного триггера, счетный входкоторого соединен с генераторомимпульсов, а их выходы подключенык информационным входам вычислительного устройства,30 Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1. Патент ФРГ Р 1074281,кл. 42 с 18, 1967.2. Толстихин Г.И. Ультразвуко 35 вой прибор для измерения коэффициента наполнения черпаков драги,Колыма, 1973, Р .12, с. 21.к АСУО661244 м г.2 ирогов Редактор О.филиппова о С.Шекмар К каэ 3 оеСССР лиал ППП Патентф, г.ужгород, ул.Проек оставитель Вехоед С,Мигай Тираж В 65 ЦНИИПИ Государствен по делам изобрет 13035 Москва, Ж РПодпис ого комитета ний и открыт Ушская наб.еавеваиЛА