RU2060469C1 - Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs - Google Patents
Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060469C1 RU2060469C1 SU4881890A RU2060469C1 RU 2060469 C1 RU2060469 C1 RU 2060469C1 SU 4881890 A SU4881890 A SU 4881890A RU 2060469 C1 RU2060469 C1 RU 2060469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- coincidence
- pulse
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано в горнодобывающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности для автоматического контроля уровня кусковых материалов, например горной массы в подземных емкостях. The invention relates to instrumentation, can be used in mining, metallurgical, chemical and other industries for automatic control of the level of bulk materials, for example, rock mass in underground tanks.
Известное устройство [1] дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях содержит два датчика сейсмических колебаний, связанных механически через тело горного массива с емкостью и подключенных к измерительному блоку, причем датчики расположены на разном расстоянии от подземной емкости, а измерительный блок состоит из первого и второго формирователей импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчикам сейсмических колебаний, первого и второго одновибраторов, двухвходового инвертора, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, число которых на три больше числа дискретных контролируемых уровней, счетчиков, число которых равно числу дискретных контролируемых уровней, многовходовой схемы ИЛИ, решающего устройства и триггера, при этом выход первого формирователя подключен к информационному входу регистра сдвига и к входу запуска первого одновибратора, выход которого подключен к первому входу инвертора, выход второго формирователя подключен к входу запуска второго одновибратора, выход которого подключен через инвертор к первому входу многовходовой схемы ИЛИ, выход которой подключен к входу обнуления триггера, вход установки которого подключен к выходу первого элемента совпадения, неинверсный выход триггера подключен к первому входу второго элемента совпадения, инверсный выход триггера подключен к входу управления решающего устройства и к первому входу третьего элемента совпадения, второй вход которого подключен к сигнальному выходу решающего устройства, третий вход третьего элемента совпадения подключен к выходу первого одновибратора, выход второго формирователя подключен к второму входу второго элемента совпадения и к первому входу первого элемента совпадения, и при этом также выход генератора подключен к третьему входу второго элемента совпадения и через делитель частоты к тактовому входу регистра сдвига, выходы которого подключены к первым входам оставшихся элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента совпадения, а выходы подключены к счетным входам счетчиков, выходы переполнения которых подключены к различным входам многовходовой схемы ИЛИ, причем информационные выходы счетчиков подключены к информационным входам решающего устройства, а выход третьего элемента совпадения подключен к входам обнуления счетчиков и к второму входу первого элемента совпадения. The known device [1] for discrete level control of bulk materials in underground tanks contains two seismic vibration sensors mechanically connected through the body of the rock mass to the tank and connected to the measuring unit, the sensors being located at different distances from the underground capacity, and the measuring unit consists of the first and second pulse shapers, the inputs of which are connected through the first and second inputs of the measuring unit to the first and second sensors of seismic vibrations, of the first and second one-shot tori, two-input inverter, clock generator, frequency divider, shift register, coincidence elements, the number of which is three more than the number of discrete controlled levels, counters, the number of which is equal to the number of discrete controlled levels, a multi-input OR circuit, a solver and a trigger, with the output the first driver is connected to the information input of the shift register and to the start input of the first one-shot, the output of which is connected to the first input of the inverter, the output of the second driver is connected to the start input of the second one-shot, the output of which is connected through the inverter to the first input of the multi-input OR circuit, the output of which is connected to the zero input of the trigger, the installation input of which is connected to the output of the first match element, the non-inverse trigger output is connected to the first input of the second match element, the inverse trigger output is connected to the control input of the resolver and to the first input of the third matching element, the second input of which is connected to the signal output of the resolver, the third input is its coincidence element is connected to the output of the first one-shot, the output of the second driver is connected to the second input of the second coincidence element and to the first input of the first coincidence element, and the output of the generator is also connected to the third input of the second coincidence element and through the frequency divider to the clock input of the shift register, the outputs of which are connected to the first inputs of the remaining coincidence elements, the second inputs of which are connected to the output of the second coincidence element, and the outputs are connected to the counting inputs of the counters, Exit overflow are connected to different inputs of multiinput OR circuit, wherein the data outputs of counters connected to the data inputs of the decision unit and the output of the third matching element is connected to the reset inputs of the counters and to the second input of the first matching element.
Точность контроля в данном устройстве ограничена величиной дискретного интервала задержки сигнала, равной периоду Т повторения импульсов на тактовом входе регистра сдвига. В зависимости от фазы этих импульсов относительно входных сигналов, значение которой неизвестно, погрешность оценки сдвига сигналов достигает величины ±Т/2. Следовательно, повышение точности в прототипе невозможно без уменьшения длительности периода тактовых импульсов и соответствующего увеличения числа измерительных счетчиков. Другим недостатком устройства является то, что результат измерения может быть ошибочным, когда измерение прекращается не по сигналу переполнения одного из счетчиков, а по сигналу, поступающему с выхода инвертора при отсутствии входных сигналов. В таком усеченном цикле измерения, вследствие недостаточной продолжительности взаимодействия входных сигналов, значение результата может оказаться произвольным, особенно при наличии помех. The control accuracy in this device is limited by the value of the discrete interval of the signal delay equal to the pulse repetition period T at the clock input of the shift register. Depending on the phase of these pulses relative to the input signals, the value of which is unknown, the error in estimating the shift of the signals reaches ± T / 2. Therefore, improving the accuracy in the prototype is impossible without reducing the duration of the period of clock pulses and a corresponding increase in the number of measuring counters. Another disadvantage of the device is that the measurement result may be erroneous when the measurement is terminated not by the overflow signal of one of the counters, but by the signal from the inverter output in the absence of input signals. In such a truncated measurement cycle, due to the insufficient duration of the interaction of the input signals, the value of the result may turn out to be arbitrary, especially in the presence of interference.
Целью изобретения является повышение точности за счет определения фазы тактовых импульсов и продолжительности поступления сигналов. The aim of the invention is to increase accuracy by determining the phase of the clock pulses and the duration of the signal.
Цель достигается тем, что в устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, содержащее два датчика сейсмических колебаний, связанных механически через тело горного массива с емкостью, подключенных к измерительному блоку и расположенных на разном расстоянии от подземной емкости, измерительный блок, состоящий из первого и второго формирователей импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчикам сейсмических колебаний, первого и второго одновибратора, двухвходового инвертора, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, число которых на три больше числа дискретных контролируемых уровней, счетчиков, число которых равно числу дискретных контролируемых уровней, многовходовой схемы ИЛИ, решающего устройства и триггера, причем выходы первого и второго формирователей импульсов подключены к входам запуска первого и второго одновибраторов, выходы которых подключены к входам инвертора, выход многовходовой схемы ИЛИ подключен к входу обнуления триггера, вход установки которого подключен к выходу первого элемента совпадения, неинверсный выход триггера подключен к первому входу второго элемента совпадения, инверсный выход триггера подключен к входу управления решающего устройства, связанного сигнальным выходом с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого одновибратора, выход второго формирователя подключен к второму входу второго элемента совпадения и к первому входу первого элемента совпадения, и при этом также выход генератора подключен к третьему входу второго элемента совпадения и через делитель частоты к тактовому входу регистра сдвига, выходы которого подключены к первым входам оставшихся элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента совпадения, а выходы связаны со счетчиками импульсов, выходы переполнения которых подключены к различным входам многовходовой схемы ИЛИ, ин информационные выходы подключены к информационному входу решающего устройства, а выход третьего элемента совпадения подключен к входам обнуления счетчиков и к второму входу первого элемента совпадения, введены блок фазовой коррекции, переключатель режимов измерения, двухвходовые схемы ИЛИ, число которых равно числу счетчиков, и четвертый элемент совпадения, первый, второй и третий входы которого подключены к выходу инвертора, неинверсному выходу триггера и выходу генератора импульсов соответственно, выход четвертого элемента совпадения соединен с входами схем ИЛИ, выходы которых подключены к счетным входам счетчиков, сигнальный вход, первый и второй тактовые входы блока фазовой коррекции подключены соответственно к выходу первого формирователя импульсов, входу и выходу делителя частоты, выход блока фазовой коррекции соединен с информационным входом регистра сдвига через переключатель режимов измерения, который связан другим входом с выходом первого формирователя импульсов, второй информационный вход решающего устройства подключен к выходу второго элемента совпадения, а вход синхронизации соединен с выходом генератора импульсов. При этом блок фазовой коррекции выполнен в виде распределителя импульсов, схемы ИЛИ и элемента совпадения, первый и второй входы которого являются соответственно сигнальным и первым тактовым входами блока фазовой коррекции, выход элемента совпадения подключен к счетному входу распределителя импульсов, вход обнуления которого является вторым тактовым входом блока фазовой коррекции, выходы старших разрядов распределителя импульсов подключены к схеме ИЛИ, выход которой является выходом блока фазовой коррекции, причем число старших разрядов распределителя импульсов равно К/2+1, где К отношение частот импульсов на его тактовых входах. Кроме того, решающее устройство выполнено в виде блока запоминания и обработки результатов, счетчика импульсов, первого, второго и третьего элементов совпадения, первого и второго инверторов, первой и второй схем ИЛИ и распределителя импульсов, при этом информационный вход блока запоминания и обработки результатов, счетный вход счетчика импульсов и объединенные второй вход первого инвертора и второй вход третьего элемента совпадения являются соответственно первым и вторым информационными входами и входом управления решающего устройства, входом синхронизации которого является вход распределителя импульсов, который подключен через вторую схему ИЛИ к объединенным третьему входу третьего и второму входу первого элементов совпадения, первый выход распределителя импульсов подключен через первый инвертор к первому входу первого элемента совпадения, второй выход распределителя импульсов соединен через второй элемент совпадения с блоком запоминания и обработки результатов, второй информационный вход которого подключен к информационным выходам счетчика импульсов, третий выход распределителя импульсов соединен с входом обнуления счетчика импульсов, информационные выходы старших разрядов которого подключены через первую схему ИЛИ к второму входу второго элемента совпадения, четвертый выход распределителя импульсов является сигнальным выходом решающего устройства и соединен через второй инвертор и третий элемент совпадения с второй схемой ИЛИ. The goal is achieved by the fact that in the device for discrete level control of bulk materials in underground tanks containing two seismic vibration sensors mechanically connected through a rock mass body to a tank connected to a measuring unit and located at different distances from the underground capacity, a measuring unit consisting of the first and a second pulse shaper, the inputs of which are connected through the first and second inputs of the measuring unit to the first and second sensors of seismic vibrations, the first and second one a vibrator, two-input inverter, clock generator, frequency divider, shift register, coincidence elements, the number of which is three more than the number of discrete controlled levels, counters, the number of which is equal to the number of discrete controlled levels, a multi-input OR circuit, a solver and a trigger, with the outputs of the first and the second pulse shapers are connected to the start inputs of the first and second single vibrators, the outputs of which are connected to the inverter inputs, the output of the multi-input circuit OR is connected to the input of of the trigger, the installation input of which is connected to the output of the first match element, the non-inverse trigger output is connected to the first input of the second match element, the inverse trigger output is connected to the control input of the resolver connected to the signal output with the first input of the third match element, the second input of which is connected to the output the first one-shot, the output of the second driver is connected to the second input of the second match element and to the first input of the first match element, and also the output the generator is connected to the third input of the second coincidence element and through the frequency divider to the clock input of the shift register, the outputs of which are connected to the first inputs of the remaining coincidence elements, the second inputs of which are connected to the output of the second coincidence element, and the outputs are connected to pulse counters, the overflow outputs of which are connected to various inputs of the multi-input circuit OR, in the information outputs are connected to the information input of the solver, and the output of the third match element is connected to the inputs of zero counters and to the second input of the first coincidence element, a phase correction block, a switch of measurement modes, two-input OR circuits, the number of which is equal to the number of counters, and a fourth coincidence element, the first, second and third inputs of which are connected to the inverter output, non-inverse trigger output, and the output of the pulse generator, respectively, the output of the fourth matching element is connected to the inputs of the OR circuits, the outputs of which are connected to the counting inputs of the counters, the signal input, the first and second clock inputs of the block and phase corrections are connected respectively to the output of the first pulse shaper, the input and output of the frequency divider, the output of the phase correction block is connected to the information input of the shift register through a switch of measurement modes, which is connected by another input to the output of the first pulse shaper, the second information input of the resolver is connected to the output the second element of coincidence, and the synchronization input is connected to the output of the pulse generator. In this case, the phase correction block is made in the form of a pulse distributor, an OR circuit, and a coincidence element, the first and second inputs of which are the signal and first clock inputs of the phase correction block, the output of the coincidence element is connected to the counting input of the pulse distributor, the zeroing input of which is the second clock input phase correction unit, the outputs of the upper bits of the pulse distributor are connected to the OR circuit, the output of which is the output of the phase correction unit, the number of senior times poisons pulse distributor equal to K / 2 + 1, where K is the ratio of the frequency of clock pulses at its inputs. In addition, the decisive device is made in the form of a unit for storing and processing results, a pulse counter, first, second and third coincidence elements, the first and second inverters, the first and second OR circuits, and a pulse distributor, while the information input of the unit for storing and processing results is countable the pulse counter input and the combined second input of the first inverter and the second input of the third matching element are respectively the first and second information inputs and the control input of the solver two, the synchronization input of which is the input of the pulse distributor, which is connected through the second circuit OR to the combined third input of the third and second input of the first coincidence elements, the first output of the pulse distributor is connected through the first inverter to the first input of the first coincidence element, the second output of the pulse distributor is connected through the second an element of coincidence with the unit for storing and processing the results, the second information input of which is connected to the information outputs of the pulse counter, This output of the pulse distributor is connected to the zeroing input of the pulse counter, the high-order information outputs of which are connected through the first OR circuit to the second input of the second coincidence element, the fourth output of the pulse distributor is the signal output of the resolver and connected through the second inverter and the third element of coincidence with the second OR circuit .
На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 иллюстрация преобразования входного сигнала; на фиг. 3, 4 примеры распределения импульсов при измерении с коррекцией и без коррекции фазы сигнала; на фиг. 5 зависимость погрешности, обусловленной дискретизацией задержки, и разности чисел импульсов, накопленных решающим устройством и одним из счетчиков, от фазы тактовых импульсов. In FIG. 1 shows a diagram of a device; in FIG. 2 illustration of input signal conversion; in FIG. 3, 4 examples of the distribution of pulses during measurement with correction and without correction of the phase of the signal; in FIG. 5 the dependence of the error due to the discretization of the delay, and the difference between the numbers of pulses accumulated by the solver and one of the counters, on the phase of the clock pulses.
Устройство контроля уровня содержит датчики 1 и 2 сейсмических колебаний, подключенные к ним формирователи 3 и 4 импульсов, выполненные, например, в виде соединенных последовательно усилителей и триггеров Шмитта, одновибраторы 5 и 6, подключенные входами к формирователям 3 и 4, а выходами к входам двухвходового инвертора 7, генератор 8 импульсов, связанные с генератором 8 блок 9 фазовой коррекции, делитель 10 частоты, элементы 11 и 12 совпадения, переключатель 13 режимов измерения, подключенный входами к выходам формирователя 3 и блока 9, состоящего из элемента 14 совпадения, который соединен входами через сигнальный вход блока 9 с выходом формирователя 3 и через первый тактовый вход с генератором 8, распределителя 15 импульсов и схемы ИЛИ 16, причем распределитель 15 соединен счетным входом с элементом 14 совпадения, входом обнуления через второй тактовый вход блока 9 с выходом делителя 10, а выходами старших разрядов через схему ИЛИ 16 с выходом блока 9, регистр 17 сдвига, подключенный информационным входом к переключателю 13, тактовым входом к делителю 10 частоты, а выходами к первым входам элементов 18 совпадения, схемы ИЛИ 19, связанные первыми и вторыми входами с выходами элементов совпадения 18 и 11 соответственно, счетчики 20 импульсов, элементы 21 и 22 совпадения, решающее устройство 23, подключенное первым и вторым информационными входами к информационным выходам счетчиков 20 и выходу элемента 12 совпадения, а входом синхронизации к генератору 8, схему ИЛИ 24, связанную входами с выходами переполнения счетчиков 20, подключенных счетными входами и входами обнуления соответственно к выходам схем ИЛИ 19 и элемента совпадения 21, и триггер 25, выход установки которого соединен через элемент 22 совпадения с выходом элемента 21 совпадения, вход обнуления с выходом схемы ИЛИ 24, неинверсный выход с входами элементов 11 и 12 совпадения, инверсный выход с входом управления решающего устройства 23, подключенного сигнальным выходом к входу элемента 21 совпадения, который связан другим входом с выходом одновибратора 5, выход формирователя 4 соединен с входами элементов 12 и 22 совпадения, а выход инвертора 7 с входом элемента 11 совпадения. Решающее устройство 23 содержит счетчик 26, подключенный счетным входом к второму информационному входу устройства 23, схему ИЛИ 27, элемент 28 совпадения, блок 29 запоминания и обработки результатов, первый информационный вход которого является первым информационным входом устройства 23, а второй связан с информационными выходами счетчика 26, из которых выходы старших разрядов подключены через схему ИЛИ 27 и элемент 28 совпадения к входу управления блока 29, распределитель 30 импульсов, четвертый выход которого является сигнальным выходом устройства 23 и подключен через инвертор 31 к входу элемента 32 совпадения, третий выход подключен к входу обнуления счетчика 26, второй выход к входу элемента 28 совпадения, первый выход через двухвходовый инвертор 33 к входу элемента 34 совпадения, входом управления устройства 23 являются объединенные вторые входы элемента 32 совпадения и инвертора 33, а вход синхронизации соединен через элементы 32, 34 совпадения и схему ИЛИ 35 с входом распределителя 30. The level control device contains
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При загрузке материала в подземную емкость возникают удары его отдельных кусков и порций о поверхность накопленного материала. Эти удары вызывают сейсмические колебания, которые распространяются в горном массиве, окружающем емкость, и возбуждают в датчиках 1 и 2 электрические сигналы. В приближенном к емкости датчике 1 сигналы появляются раньше, чем в отдаленном датчике 2. Величина взаимного сдвига сигналов во времени, определяемая разностью хода сейсмических лучей через тело горного массива от точки падения (удара) материала до датчиков 1 и 2, функционально связана с высотой контролируемого уровня материала. When loading material into an underground tank, shocks of its individual pieces and portions occur on the surface of the accumulated material. These shocks cause seismic vibrations that propagate in the mountain range surrounding the tank and excite electrical signals in
Поскольку источник сейсмических колебаний является общим для обоих датчиков, то возникающие в них сигналы по своей структуре идентичны, хотя и могут искажаться помехами от разных источников. Полезные сигналы и помехи между собой не связаны, тогда как полезные сигналы физически взаимосвязаны между собой величиной запаздывания θ сигнала отдаленного датчика 2 относительно сигнала ближнего датчика 1. Благодаря этой взаимосвязи устройством измеряется величина временного сдвига θ сигналов путем совместной обработки сигналов, поступающих от датчиков 1 и 2 в виде смеси с помехами. Однако при преобразовании и цифровой обработке сигналов возникают погрешности, зависящие от длительности периода и фазы тактовых импульсов. Первая из них это начальное смещение опережающего сдвига, определяемое средней разностью фаз между тактовыми и информационными импульсами, а вторая это разность между дискретной оценкой и действительным значением измеряемого сдвига, зависящая от фазы тактовых импульсов относительно запаздывающего сигнала. Since the source of seismic vibrations is common to both sensors, the signals arising in them are identical in structure, although they can be distorted by interference from different sources. Useful signals and interference are not related to each other, while useful signals are physically interconnected by the delay θ of the signal of the
Сигналы от датчиков 1 и 2 поступают на формирователи 3 и 4, где усиливаются и преобразуются с помощью триггера Шмитта в последовательности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, соответствующей уровню логической единицы. С выхода формирователи 3 сигналы поступают на вход одновибратора 5, переключатель 13 и через сигнальный вход блока 9 фазовой коррекции на первый вход элемента 14 совпадения, на второй вход которого от генератора 8 через первый тактовый вход блока 9 подаются импульсы дополнительной дискретизации сигнала по времени. Если сигнал на первом входе элемента 14 совпадения имеет единичное значение, то импульсы поступают через него на счетный вход распределителя 15. Одновременно с этим импульсы с периодом То от генератора 8 подаются на делитель 10 частоты, формирующий тактовые импульсы с периодом Т КТо, длительность которых примерно в полтора раза больше, чем на входе делителя (К коэффициент деления частоты). С выхода делителя 10 импульсы поступают на тактовый вход регистра 17, где обеспечивают сдвиг сигнала своим положительным перепадом, и через второй тактовый вход блока 9 на вход обнуления распределителя 15, устанавливая его в исходное состояние своим отрицательным перепадом. В результате максимальное число импульсов, которое может поступать на распределитель 15 за период Т, не превышает значения коэффициента К. С выходов распределителя 15 сигналы поступают через схему ИЛИ 16, выход блока 9 и переключатель 13 на информационный вход регистра 17. Поскольку на схеме ИЛИ 16 объединены выходы только старших разрядов распределителя 15, число которых равно K/2+1, единичный сигнал на выходе этой схемы появится только в том случае, когда число импульсов, поступивших на счетный вход распределителя 15 за период Т, будет не меньше половины числа импульсов, поступивших за это же время на вход делителя 10.The signals from
В зависимости от установленного посредством переключателя 13 режима измерения сигнал на информационный вход регистра 17 поступает с выхода формирователя 3 либо непосредственно, либо через блок 9 фазовой коррекции. На регистре 17 осуществляется преобразование сигнала в цифровой код и его задержка на дискретные интервалы времени, равные периоду Т. По мере продвижения по регистру 17 элементы кода в виде сигналов с уровнями логических нулей и единиц последовательно появляются на время Т на выходах регистра, откуда поступают на первые входы элементов совпадения 18. На их вторые входы одновременно подаются сигналы от формирователя 4 через элемент 12 совпадения, на котором осуществляется их дополнительная дискретизация по времени с периодом Топри наличии на третьем входе единичного сигнала, поступающего с неинверсного выхода триггера 25. В результате на выходах элементов 18 совпадения появляются серии импульсов, которые поступают через схемы ИЛИ 19 на счетные входы счетчика 20. Число импульсов в сериях пропорционально времени совместного присутствия на элементах 18 совпадения сигнала, поступающего от датчика 2 в виде импульсной последовательности, которая формируется на элементе 12 совпадения, и сигнала от датчика 1, задержанного регистром 17. Наиболее интенсивно импульсы поступают на тот счетчик, номер которого совпадает с числом интервалов задержки на регистре 17 опережающего сигнала от датчика 1 до момента его совпадения с сигналом от датчика 2. Этот счетчик накопит за время измерения наибольшее число импульсов и переполнится раньше остальных счетчиков 20. Суммарное число импульсов, характеризующее продолжительность взаимодействия на элементах 18 совпадения обоих сигналов, подсчитывается счетчиком 26.Depending on the measurement mode set by the switch 13, the signal at the information input of the
Подготовка цикла измерения начинается с момента появления на выходе формирователя 3 единичного сигнала, поступающего на вход одновибратора 5. Одновибраторы 5 и 6 при их запуске сигналами от формирователей 3 и 4 вырабатывают единичные выходные сигналы (импульсы), длительность которых задается не менее, чем удвоенная величина максимального времени свободного падения материала в подземную емкость. С выхода одновибратора 5 сигнал подается на второй вход элемента 21 совпадения. Если при этом и на первом входе имеется единичный сигнал, поступающий с сигнального выхода решающего устройства 23, то на выходе элемента 21 совпадения появляется единичный сигнал, который поступает на вход обнуления счетчиков 20, устанавливая их в исходное состояние, и на вход элемента 22 совпадения. Запаздывающий единичный сигнал с выхода формирователя 4 подается на вход элемента 12 совпадения и через открытый элемент 22 совпадения на вход установки триггера 25. Последний переключается в состояние, при котором на его неинверсионном выходе появляется единичный сигнал, поступающий на входы элементов 11 и 12 совпадения, а на инверсном выходе нулевой сигнал. С этого момента начинается процесс измерения, который продолжается до момента переполнения одного из счетчиков 20. The preparation of the measurement cycle starts from the moment a single signal appears at the output of the
При наличии единичного сигнала на выходе хотя бы одного из одновибраторов 5 и 6 сигнал на выходе инвертора 7 имеет нулевое значение. По прекращении поступления на входы инвертора 7 единичных сигналов от обоих одновибраторов на его выходе появляется единичный сигнал, поступающий на первый вход элемента 11 совпадения. Если при этом сигнал на его втором входе от триггера 25 также имеет единичное значение, то на все счетчики 20 до момента переполнения одного из них одновременно поступит серия импульсов от генератора 8 через открытый элемент совпадения 11 и схемы ИЛИ 19. Число этих импульсов учитывается вспомогательным счетчиком, подключенным к выходу элемента совпадения 11 (на чертеже не показано). In the presence of a single signal at the output of at least one of the one-
Сигналом переполнения одного из счетчиков 20, поступающим через схему ИЛИ 24, триггер 25 переключается в состояние, при котором единичный сигнал на его неинверсном выходе сменяется нулевым, а на инверсном наоборот. В результате поступление импульсов на счетчики через элементы 11, 12 совпадения прекращается. Единичный сигнал с инверсного выхода триггера 25 подается на вход управления решающего устройства 23, где осуществляются накопление и обработка результатов измерения. The overflow signal of one of the
В исходном состоянии решающего устройства 23 на первом выходе распределителя 30 импульсов присутствует единичный сигнал, а на его остальных выходах нулевые. На первый вход элемента 32 совпадения поступает единичный сигнал с выхода инвертора 31. Когда на его втором входе появляется единичный сигнал, поступающий с входа управления устройства 23, через элемент 32 и схему ИЛИ 35 на вход распределителя 30 начинают поступать импульсы с входа синхронизации. С поступлением первого импульса единичный сигнал возникает на втором входе распределителя 30. При этом, если число импульсов, поступивших на счетчик 26 за время данного цикла измерения, больше заданного порога, то сигнал на выходе схемы или 27 имеет единичное значение. В этом случае единичный сигнал с второго выхода распределителя 30 поступает через открытый элемент 28 совпадения на вход управления блока 29 запоминания и обработки, в котором записываются данные, поступающие через первый информационный вход устройства 23 от счетчиков 20 и с информационных выходов счетчика 26. Если число импульсов, зафиксированных счетчиком 26, не превышает порогового значения, то со схемы ИЛИ 27 на вход элемента 28 совпадения поступает нулевой сигнал и результат данного цикла измерения в блоке 29 не записывается. In the initial state of the
Вторым импульсом распределитель 30 переключается в состояние, при котором единичный сигнал возникает только на третьем выходе, откуда он поступает на вход обнуления счетчика 26, устанавливая его в исходное состояние. Третий импульс вызывает появление единичного сигнала только на четвертом выходе распределителя 30, с которого он подается через сигнальный выход устройства 23 на первый вход элемента 2 совпадения и через инвертор 31 на первый вход элемента 32 совпадения, благодаря чему прохождение через этот элемент импульсов синхронизации прекращается. При наличии на входах элементов 21 и 22 совпадения единичных сигналов с выхода одновибратора 5 и формирователя 4, или по мере поступления этих сигналов выходной сигнал устройства 23 через элемент 21 совпадения устанавливает счетчики 20 в исходное состояние и, кроме того, через элемент совпадения 22 переключает триггер 25 в состояние, при котором единичный сигнал на его инверсном выходе сменяется нулевым. При наличии нулевых сигналов на обоих входах инвертора 33 на его выходе появляется единичный сигнал, открывающий элемент 34 совпадения. Через открытый элемент 34 совпадения и схему ИЛИ 35 с входа синхронизации устройства 23 проходит четвертый импульс, возвращающий распределитель 30 в исходное состояние, при котором единичный сигнал на сигнальном выходе устройства 23 исчезает и появляется на первом выходе распределителя 30, закрывая элемент 34 совпадения через инвертор 33. На этом заканчиваются считывание со счетчиков 20 и 26 результата измерения и подготовка устройства к очередному циклу. With a second pulse, the
Если через переключатель 13 на вход регистра 17 сигнал подается с выхода блока 9 фазовой коррекции, то значение результата будет практически несмещенным. Это обеспечивается благодаря симметрии (относительно нулевого значения) разности фаз между информационными импульсами, поступающими в случайные моменты времени с выхода формирователя 3, и тактовыми импульсами, поступающими с периодом Т на вход синхронизации регистра 17. При подаче сигнала на вход регистра 17 через переключатель 13 непосредственно с выхода формирователя 3 значение результата измерения смещено на величину -Т/2. Использование несмещенного и смещенного значений результата при одном и том же действительном значении высоты контролируемого уровня вдвое сокращает пределы систематической составляющей погрешности, обусловленной дискретностью интервалов задержки. If through the switch 13 to the input of the
Процесс преобразования входного сигнала от датчика 1 в цифровой код, элементы которого запоминаются и задерживаются в регистре 17 на интервалы времени, равные периоду Т, иллюстрируется примером на фиг. 2, где представлены: а) фрагмент сигнала на входе формирователя 3; б) то же, но на выходе формирователя 3; в) импульсы с периодом То, поступающие от генератора 8; г) импульсы с периодом Т КТо 8То, поступающие с выхода делителя 10, а также импульсы, которые поступают за период Т на счетный вход распределителя 15; д) код сигнала, формируемый регистром 17 в режиме измерения с фазовой коррекцией сигнала (в режиме 1); е) то же, но в режиме измерения без фазовой коррекции (в режиме 2).The process of converting the input signal from the
Из примера видно, что при режиме 1 значения погрешности ΔТ преобразования сигнала в код (ΔТ1 и ΔТ2 на фиг. 2д) находятся в пределах от -T/2 до +T/2, а при режиме 2 (ΔТ3 и ΔТ4 на фиг. 2е) в пределах от нуля до Т. Смещение пределов величины ΔТ приводит к дополнительной задержке сигнала, что, в свою очередь, уменьшает значение результата θ*, т.е. смещает его на величину систематической погрешности Δθс. Математическое ожидание величины Δθс в режиме 1 равно нулю, а в режиме 2 -T/2 (фиг. 5) при среднем квадратическом отклонении, равном в обоих режимах T/2. В результате при одном и том же значении высоты Z контролируемого уровня материала наибольшее число импульсов накапливает в процессе измерения либо j-й счетчик при обоих режимах измерения, либо j-й счетчик при режиме 1 и (j-1)-й счетчик при режиме 2.It can be seen from the example that, in
Результат θ* измерения величины взаимного сдвига сигналов, выраженный через число j дискpетных интервалов Т задержки сигнала регистром 17 (одновременно j это номер счетчика 20 с наибольшим числом накопленных импульсов), а также пределы, в которых находятся действительное значение θо сдвига сигналов и погрешность Δθ= θ* -θо, составляют:
а) при режиме измерения 1
θ* (1) jT, (j 1/2)T <θo < (j + 1/2)T,
1/2T < Δθ< + 1/2T; (1)
б) при режиме 2 (с учетом поправки на Δθс Т/2)
θ* (2) (j + 1/2)T, jT <θo < (j + 1)T,
-1/2T < Δθ< + 1/2T; (2)
в) при использовании результатов, полученных при режимах измерения 1 и 2;
если наибольшее число импульсов набирает j-й счетчик в обоих режимах, то
θ* (3) 1/2 [θ*(1) + θ*(2)] (j + 1/4)T, jT <θo < (j + 1/2)T,
1/4T <Δθ<+ 1/4T; (3)
если наибольшее число импульсов накапливает j-й счетчик в режиме 1 и (j-1)-й счетчик в режиме 2, то
θ*(4) 1/2 [θ*(1) + θ*(2)] (j 1/4)T, (j 1/2)T <θo < jT,
1/4T <Δθ<+ 1/4T. (4)
Изложенное поясняется примерами распределения импульсов по счетчикам 20 в режимах измерения 1 и 2 при периоде Т 1 мс, действительных значениях временного сдвига θо 8,20 мс для высоты уровня Zo 34,5 м (фиг. 3), θо 8,65 мс для Zo 31,4 м (фиг. 4). В первом примере (фиг. 3) наибольшее число импульсов за время измерения накапливает счетчик ≈8 при обоих режимах, а во втором (фиг. 4) счетчик N 9 при режиме 1 и счетчик N 8 при режиме 2. Полученные из выражений (1) (4) оценки θ* сдвига сигналов, Z* высоты контролируемого уровня, а также значения Δθд θ* -θo и Zд Z* Zo действительной погрешности приведены в табл. 1 и 2.The result θ * of measuring the magnitude of the mutual shift of the signals, expressed in terms of the number j of discrete intervals T of the signal delay by the register 17 (at the same time j is the number of the
a) in
θ * (1) jT, (
1 / 2T <Δθ <+ 1 / 2T; (one)
b) in mode 2 (subject to correction for Δθ with T / 2)
θ * (2) (j + 1/2) T, jT <θ o <(j + 1) T,
-1 / 2T <Δθ <+ 1 / 2T; (2)
c) when using the results obtained with
if the jth counter in both modes dials the largest number of pulses, then
θ * (3) 1/2 [θ * (1) + θ * (2) ] (j + 1/4) T, jT <θ o <(j + 1/2) T,
1 / 4T <Δθ <+ 1 / 4T; (3)
if the largest number of pulses accumulates the j-th counter in
θ * (4) 1/2 [θ * (1) + θ * (2) ] (
1 / 4T <Δθ <+ 1 / 4T. (4)
The foregoing is illustrated by examples of the distribution of pulses on the
Подсчитываемое счетчиком 26 общее число no импульсов, поступающих с элемента 12 совпадения, характеризует продолжительность взаимодействия сигналов от датчиков 1 и 2, а разность Δn no nм дает информацию о фазе тактовых импульсов и значении погрешности результата данного цикла измерения (nм максимальное число импульсов, накопленное одним из счетчиков 20). При недостаточной продолжительности поступления входных сигналов результат измерения автоматически бракуется как недостоверный. По значению разности Δn определяется поправка, вводимая в полученный результат с целью исключения погрешности, зависящей от фазы тактовых импульсов на входе синхронизации регистра 17 относительно момента совпадения сигнала второго датчика с одноименным сигналом первого датчика, задержанным в регистре сдвига. Наибольшее число nм импульсов из общего числа no, при прочих равных условиях, j-й счетчик 20 набирает в тех случаях, когда _→ 0 т.е. когда момент совпадения входных сигналов расположен симметрично по отношению к ближайшим моментам прихода тактовых импульсов (при этом из-за фазовых погрешностей ΔТ всегда nм < no с учетом исключения числа импульсов, поступающих на счетчики 20 через элемент 11 совпадения и схемы ИЛИ 19). В итоге разность Δn стремится к своему нижнему пределу Δnмин. Наименьшее число nм импульсов поступает на j-й счетчик и, соответственно, Δn стремится к своему верхнему пределу Δnмакс в случаях, когда _→ T/2, т.е. когда совпадение входных сигналов наступает в момент прихода очередного тактового импульса. Значения пределов Δnмин и Δnмакс зависят от длительности периода Т и коэффициента К деления частоты.Counted by the
Определение числа импульсов no, nм и разности Δn позволяет оценить значение погрешности дискретизации Δθ=θ* -θo и исправить результат измерения путем введения в него соответствующей поправки. Значение Δθ оценивается либо на основе функциональной зависимости Δθ=Φ(no, nм), либо путем сравнения фактической разности Δn с ее предельными Δnмин, Δnмакс и промежуточными Δnп значениями, например, исходя из условий:
если (5)
когда о (6)
Взаимосвязь величин Δθ/Т и Δn поясняется графиками, приведенными на фиг. 5, где они показаны на двух интервалах задержки Т в пределах сдвига θ= 7,8 10,2 мс при изменении действительного значения сдвига θо через 0,1 Т, периоде тактовых импульсов Т 1 мс, коэффициенте деления К Т/То 8, режимах измерения 1 (фиг. 5а) и 2 (фиг. 5б). Величина Δθ/Т для режима 2 (фиг. 5б) показана как в исходных пределах от 0 до -1, так и с учетом исправленных значений результата на величину Δθс/Т, т.е. в пределах от -0,5 до +0,5. При обоих режимах минимум значений Δn находится в той части периода Т, где погрешностьΔθ| меньше некоторого промежуточного (между 0 и Т/2) значенияΔθп| а максимум Δn в области, гдеΔθп|≲|Δθ|≲T/2. Величине Δθп соответствует определенное промежуточное значение Δnп разности Δn. В приведенном примере значение величины Δnп принято приблизительно равным Δnп≈1/2 (Δnмин +Δnмакс). Для режима 1 Δnп1≈35, для режима 2Δnп2≈45. Эти значения Δnп в примере соответствуют промежуточному значению погрешности Δθп≈0,3 Т. Участки задержки θ, где 0≅|Δθ|<<|Δθп|≈0,3 Т, на фиг. 5 заштрихованы.The determination of the number of pulses n o , n m and the difference Δn allows us to estimate the value of the sampling error Δθ = θ * -θ o and to correct the measurement result by introducing an appropriate correction into it. The value of Δθ is estimated either on the basis of the functional dependence Δθ = Φ (n o , n m ), or by comparing the actual difference Δn with its limiting Δn min , Δn max and intermediate Δn p values, for example, based on the conditions:
if a (5)
when about (6)
The relationship between Δθ / T and Δn is illustrated by the graphs shown in FIG. 5, where they are shown at two delay intervals T within the shift θ = 7.8 10.2 ms when the actual value of the shift θ о changes after 0.1 T, the
В условиях приведенного выше примера (фиг. 3) при действительном сдвиге сигналов θо 8,20 мс значения разностей Δn1 33≈Δnп1, Δn2 36 <Δnп2. Это значит, что при режиме 1 значение погрешности результата θ*(1) 8,0 мс по условиям (5) составляетΔθ|≈Δθп≈0,3 мс, а при режиме 2 значение погрешности результата θ*(2) 8,5 мс по условиям (6) находится в пределах 0 <|Δθ|<<Δθ≈0,3 мс. Кроме того, учитывая, что согласно (3) jT <θo < (j + 1/2)T, т.е. 8,0 <θо < 8,5 мс, оценка θ*(3) 1/2[(8,0 + +0,3) + (8,5-0,3)]8,25±0,05 мс, а оценка Z* 34,2±0,3 м. При действительном сдвиге сигналов θо 8,65 мс (фиг. 4) значения разностей Δn1 36≈Δnп1, Δn2 33≈Δnмин. Следовательно, при режимах 1 и 2 значения погрешностей Δθ результатов θ *(1) 9,0 мс и θ *(2) 8,5 мс по условиям (5) приблизительно равны Δθ≈0,3 мс и нулю соответственно. Учитывая, что согласно выражению (4) (j 1/2)T < <θo < jT, т.е. 8,5 < θо < 9,0 мс, оценка θ*(4) 1/2[(9,0 0,3) + (8,5 + 0)] 8,6±0,1 мс, Δθд -0,05 мс, а оценка Z* 31,75±0,67 м, ΔZд 0,35 м. Пределы погрешности результата в обоих примерах сократились более чем в два раза по сравнению с указанными в табл. 1 и 2.In the context of the above example (FIG. 3) when the actual shift signals θ about 8.20 ms difference values Δn 1 33≈Δn n1, Δn 2 36 <2 Δnp. This means that in
При некоторых условиях погрешностьΔθ| может превысить величину Т/2, т.е. значение результата может иметь грубую погрешность измерения. ЕслиΔθ|> T/2, то значение разности Δn будет больше своего верхнего предела Δnмакс, характерного для данного режима и условий применения устройства. Признак Δn > Δnмакс может быть использован для браковки результата измерения при его обработке в блоке 29.Under some conditions, the error Δθ | may exceed T / 2, i.e. the value of the result may have a gross measurement error. EsliΔθ |> T / 2, the Δn value of the difference is more than its upper limit of Δn max, characteristic for this mode and conditions of application of the device. The sign Δn> Δn max can be used to reject the measurement result during its processing in
В случаях, когда вследствие недостаточной продолжительности входных сигналов общее число no импульсов меньше установленного порога, результат измерения блоком 29 не запоминается (как недостоверный), поскольку элемент 28 совпадения окажется закрытым нулевым сигналом с выхода схема или 27. Указанный порог устанавливается путем соответствующего подключения входов схемы ИЛИ 27 к информационным выходам счетчика 26.In cases where, due to the insufficient duration of the input signals, the total number n o of pulses is less than the set threshold, the measurement result by
Повышение точности обеспечивается благодаря измерениям при разном начальном смещении задерживаемого сигнала и оценке погрешности результата по величине разности чисел импульсов, накапливаемых за цикл измерения решающим устройством и одним из основных счетчиков. В итоге максимальное значение погрешности дискретности в четыре и более раза меньше по сравнению с прототипом при одном и том же количестве основных измерительных счетчиков. Improving accuracy is ensured through measurements at different initial biases of the delayed signal and the estimation of the result error by the difference in the number of pulses accumulated during the measurement cycle by the decider and one of the main counters. As a result, the maximum value of the discreteness error is four or more times lower compared to the prototype with the same number of main measuring counters.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4881890 RU2060469C1 (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4881890 RU2060469C1 (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2060469C1 true RU2060469C1 (en) | 1996-05-20 |
Family
ID=21544899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4881890 RU2060469C1 (en) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060469C1 (en) |
-
1990
- 1990-11-14 RU SU4881890 patent/RU2060469C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1619056, кл. G 01F 23/28, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4875201A (en) | Electronic pulse time measurement apparatus | |
US20070274434A1 (en) | Period-to-Digital Converter | |
US3218553A (en) | Time interval measuring system employing vernier digital means and coarse count ambiguity resolver | |
RU2060469C1 (en) | Device for discrete check of level of lump materials in underground reservoirs | |
CA2133837C (en) | Full and partial cycle counting apparatus and method | |
US4598375A (en) | Time measuring circuit | |
EP0122984B1 (en) | Time measuring circuit | |
RU2028579C1 (en) | Method and device for discrete inspection of distances to oscillation source | |
SU1098015A2 (en) | Device for reading and measuring geometric parameters of lengthy objects | |
RU2008626C1 (en) | Device for discrete control of level of lump material in underground vessel | |
SU1425834A1 (en) | Device for measuring ratio of time intervals | |
SU421009A1 (en) | DEVICE FOR ADMISSION CONTROL OF THE AMOUNT (DIFFERENCE) OF TEMPORARY INTERVALS | |
SU1485149A1 (en) | Digital phasometer | |
RU2127445C1 (en) | Very-fast vernier meter of time intervals | |
SU711535A1 (en) | Time interval meter with automatic stabilization of the threshold and transformation coefficient | |
SU1479913A2 (en) | Device for measuring time intervals | |
RU2010243C1 (en) | Meter of speed of linear change of frequency inside pulse | |
SU1040490A1 (en) | Frequency-pulse computer device | |
SU1649476A2 (en) | Calibration device for measuring comparators | |
SU1675658A1 (en) | Self-excited meter | |
SU1160239A1 (en) | X-ray method of measuring thickness of coatings | |
SU1656331A1 (en) | Acoustic distance meter | |
SU924657A2 (en) | Short time interval meter | |
SU530263A1 (en) | Digital frequency meter | |
SU1458835A1 (en) | Apparatus for tolerance frequency monitoring |