SE443233B - Enligt ekoprincipen arbetande ultraljudsnivaomkopplare - Google Patents

Description

7810105-2 2 _ ras speciellt att mottagaranordningen är aktiv under utsänd- ningen av sändarpulsen.

Den på grund av ekopulsen av ultraljudomvandlaren avgivna och i förstärkaren förstärkta elektriska signalen omvandlas, förutsatt att den uppträder inom grindtiden och överskrider det förutbestämda tröskelvärdet, av tröskelvärdeskopplingen i en omkopplingssignal, som kan användas för indikering och/el- ler utlösning av kopplingsförlopp.

På grund av den alltid förekommande störningsnivån i be- hållaren kan det förekomma att ultraljudomvandlaren även avger en utgångssignal när fyllningsnivån ligger under det gräns- värde som skall konstateras. Om sådana störsignaler uppträder inom grindtiden får de ej leda till avgivning av en kopplings- signal, eftersom därigenom en falsk fyllningsnivå skulle indi- keras. Av denna anledning inställes antingen tröskelvärdet eller förstärkarens förstärkning vid tom behållare på sådant sätt, att ingen kopplingssignal alstras vid den aktuella stör- ningsnivån. Inställningen måste å andra sidan ske på sådant sätt att vid full behållare det svagaste förekommande nyttiga ekot ännu med säkerhet leder till avgivning av en kopplings- signal, eftersom i annat fall ävenledes en falsk fyllningsnivå skulle indikeras. Denna inställning måste företagas vid in- byggnadsorten, vilket kräver noggranna mätningar av en ut- bildad person. Om dock efter någon tid störningsnivån ochlel- ler ekoamplituden ändrar sig på grund av ändrade driftsförhål- landen är den företagna utjämningen ej längre riktig vilket kan leda till felfunktion av nivâomkopplaren.

Föreliggande uppfinning syftar till erbjudande av en ultraljudsnivåomkopplare av den inledningsvis nämnda typen, hos vilken felfunktion på grund av störsignaler eller icke re- gistrerade nyttiga ekoimpulser i stor utsträckning kan undvi- kas utan komplicerad balansering samt under växlande drifts- förhållanden.

Enligt uppfinningen löses detta syftemål genom en styran- ordning, som i varje sändningsperiod mellan sändningstidsin- tervallet för utsändningen avsändarpulsen och mottagnings- tidsintervallet för mottagning av ekopulsen friger förstärk- ningsregleringskretsen och under tidsintervallet för utsänd- 7810105-2 3 ning av sändarpulsen samt under förstärkningsregleringskret- sens frigivningstid blockerar tröskelvärdeskopplingen.

Genom blockeringen av förstärkningsregleringskretsen säkerställes att förstärkningsregleringen sker uteslutande på grund av störsignalnivån och att sändningspulsen och det mot- tagna nyttiga ekot ej ingår i regleringen. Lägger man börvär- det något under det för detektering av nyttiga ekon använda tröskelvärdet säkerställes att å ena sidan inga störsignaler tolkas såsom nyttiga ekon och å andra sidan att även svaga nyttiga ekon med säkerhet detekteras, förutsatt att de något överskrider störnivån. Detta optimala driftstillstånd instäl- les automatiskt vid inbyggnaden av apparaten och upprätthålles även automatiskt vid ändringar av störningsnivån.

Genom att styranordningen friger förstärkningsreglerings- kretsen i varje sändningsperiod mellan det för utsändning av sändningspulsen tillgodosedda tidsintervallet och det för mot- tagning av ekopulsen tillgodosedda tidsintervallet uppnås att den omedelbart före ekodetekteringen rådande störningsnivån blir normgivande för förstärkningsregleringen._ En föredragen utföringsform av ultraljudsnivåomkopplaren enligt uppfinningen består däri, att förstärkningsreglerings- kretsen innefattar en med utgången av förstärkaren förbunden inställbar tröskelvärdeskomparator, som avger en utgångssignal när förstärkarens utgångssignal överskrider ett förutbestämt tröskelvärde, samt en på utgångssignalen från tröskelvärdes- komparatorn reagerande monostabil vippkoppling och en till utgången av den monostabila vippkopplingen ansluten integra- tor, vars utgång påverkar en förstärkningsinställningslänk.

Ytterligare särdrag och fördelar hos uppfinningen framgår av följande beskrivning av ett utföringsexempel, vilket be- skrives under hänvisning till den bifogade ritningen. På rit- ningen visar fig. l ett blockschema av en ultraljudsnivåomkopplare enligt uppfinningen, och ' ' fig. 2 diagram för att belysa verkningssättet hos ultra- ljudsnivåomkopplaren enligt fig. 1.

Den i fig. l visade ultraljudsnivåomkopplaren innefattar en ultraljudomvandlare 1, som är anordnad i höjd med den 7810105-2 4 gränsnivå som skall övervakas i den behållare vars fyllnads- nivå skall övervakasf Ultraljudomvandlaren l är så utbildad, att den kan arbeta både såsom sändningsomvandlare för utsänd- ning av ultraljudpulser och såsom mottagningsomvandlare för mottagning av ultraljudekopulser. Ultraljudomvandlaren 1 är å ena sidan förbunden med utgången av en sändningspulsgenerator 2 och.å andra sidan förbunden med ingången av en förstärkare 3. I och för sig är det även möjligt att ansluta en separat sändningsomvandlare la till sändningspulsgeneratorns utgång, såsom visas med streckade linjer i fig. l. I detta fall skulle ultraljudomvandlaren 1 endast tjäna såsom mottagningsomvandla- re och förbindelsen mellan ultraljudomvandlaren 1 och sänd- ningspulsgeneratorn 2 skulle bortfalla.

Driften av ultraljudsnivåomkopplaren styres av en styr- anordning 4, som speciellt utlöser den periodiska avgivningen av korta högfrekventa sändningspulser genom sändningspulsgene- ratorn 2. Sändningspulsernas frekvens ligger exempelvis över l MHz.

De av sändningspulsgeneratorn 2 avgivna elektriska sänd- ningspulserna omvandlas av ultraljudomvandlaren l (eller även av den separata sändningsomvandlaren la) i ultraljudpulser med samma frekvens och utstrålas horisontellt i behållaren.

I pauserna mellan två på varandra följande sändningspul- ser kan ultraljudomvandlaren 1 mottaga ekopulser. Den omvand- lar ekopulserna i elektriska pulser, vilka tillföres förstär- karens 3 ingång, varvid förstärkarens förstärkning är inställ- bar genom anläggning av en styrsignal på en förstärkningsreg- leringsingång 3a. Förstärkarens 3 utgångssignal tillföres en ingång Sa av en tröskelvärdeskoppling 5, på vars andra ingång 5b ett tröskelvärde med förutbestämd spänning kan läggas.

Tröskelvärdeskopplingen 5 har vidare en styringång 5c, som är förbunden med en utgång av styranordningen 4. Genom pålägg- ning av en spärrsignal på styringången 5c kan tröskelvärdes- kopplingen 5 blockeras. ' " Tröskelvärdeskopplingen 5 är så utbildad, att den på ut- gången avger en líkspänningssignal när det under den frigivna tiden, under vilken kopplingen ej är blockerad genom en på styringången 5c anliggande spärrsignal, uppträder en signal på 7810105-2 5 ingången Sa som överskrider tröskelspänningen som anligger på ingången 5b.Likspänningssignalen kan tjäna till indikering eller till utlösning av omkopplingsförlopp, exempelvis genom aktivering av ett till utgången av tröskelvärdeskopplingen 5 anslutet relä 6.

Förstärkarens 4 utgång är vidare förbunden med ingången 7a av en tröskelvärdeskomparator 7, som har en tillkommande ingång 7b, på vilken en spänning som fastlägger tröskelvärdet anlägges. En styringång 7c på tröskelvärdeskomparatorn 7 är förbunden med styranordningen 4. Genom anläggning av en spärr- signal på styringången 7c kan tröskelvärdeskomparatorn*7 blockeras.

Tröskelvärdeskomparatorn 7 är så utbildad, att den på ut- gången avger en signal när det under komparatorns frigivnings- tid, under vilken den ej blockeras av en på styringången 70 anlagd spärrsignal, uppträder en signal på ingången 7a, som överskrider den på ingången 7b anliggande tröskelvärdesspän- ningen. Till tröskelvärdeskomparatorns 7 utgång är en monosta- bil vippkoppling 8 ansluten, vilken utlöses genom tröskelvär- deskomparatorns 7 utgångssignal. Den av den monostabila vippkopplingen 8 alstrade pulsen tillföres en integrator 9, vars utgång är förbunden med en inställningslänk 10 som bestämmer förstärkarens 3 förstärkning. Inställningslänken 10 kan exempelvis vara en fälteffekttransistor vars styrelektrod är förbunden med integratorn 9.

Tidsstyrningen av de olika beståndsdelarna i anordningen enligt fig. l genom styranordningen 4 framgår av tidsdiagram- men i fig.2. Diagram A visar sändningspulserna S, vilka ut- sändes av ultraljudomvandlaren l på sändningsperiodens T tids- avstånd. Dessa sändningspulser S har avklingat efter en tids- Përi0Ö ti. När en utbredning av det medium som medger ultraljudvågor förekommer i behållaren inkommer efter en eko- lÖPtiÖ tE, som beror av behållarens diameter och av ljud- hastigheten i mediet, en ekopuls E på ultraljudomvandlaren l, som reflekterats från den mitt emot liggande behållarväggen.

Diagram B visar den av styranordningen 4 på styringången 5c av tröskelvärdeskopplingen 5 anlagda spärrsignalen. Efter- som för ett givet användningsfall den tidpunkt, vid vilken en 7810105-2 6 ekopuls T kan uppträda endast varierar i förhållandevis ringa grad och noggrant kan bestämmas öppnas tröskelvärdeskopplingen S endast under en förhållandevis kort grindtid t3: SOM börjar först en tidsperiod tz efter slutet av sändningstidsinterval- let tl.Tröskelvärdeskopplingen 5 utvärderar sålunda endast ekosignaler, som mottages under grindtiden t3. Om det inom detta tidsintervall uppträder en ekopuls E, som överskrider det på ingången Sc inställda tröskelvärdet avger tröskelvär- deskopplingen 5 på utgången en likspänníngssignal som indike- rar att fyllnadsnivån i behållaren ligger över den genom anbringning av ultraljudomvandlaren 1 bestämda nivån. Om-det inom grindtiden t3 på ingången Sa av tröskelvärdeskopplingen ej uppträder någon signal som överskrider tröskelvärdet kommer detta att tolkas såsom en indikering på att fyllnadsnivån lig- ger under ultraljudomvandlarens 1 nivå. _ Såsom visas i diagram C kan grindtiden t'3 även förlängas till utsändningen av nästa sändningspuls S. Detta är möjligt eftersom multipelekon ej negativt påverkar funktionen av nivå- omkopplaren.

Diagram D visar den på styringången 7c av tröskelvärdes~ komparatorn 7 anlagda spärrsignalen. Såsom framgår av diagram- met frigives tröskelvärdeskomparatorn 7 endast under ett tids- intervall t4, som ligger inom tidsintervallet t2 mellan slutet av sändningspulsen och början av den för utvärdering av eko- signalen tillhandahållna grindtiden t3 resp. tf3 eller som är lika med tidsintervallet tz- I detta tidsintervall kan inga ekosignaler uppträda på förstärkarens 3 utgång. Detta utnytt- jas för detektering av störsignalnivån.

Om toppvärdet av den under tidsintervallet t4 på utgången av förstärkaren 3 uppträdande störsignalen överskrider det på ingången 7b av tröskelvärdeskomparatorn 7 anliggande tröskel- värdet avger tröskelvärdeskomparatorn 7 på utgången en signal, som triggar den efterkopplade monostabila vippkopplingen 8.

Den därpå av den monostabila vippkopplingen 8 avgivna puIséh integreras i integratorn 9. Den integrerade spänningen styr instänningslänken 1o på sådant sätt au; förstärkningar; sänks.

På grund av den av integratorn 9 betingade tidskonstanten i reglerkretsen blir den lägre förstärkningen verksam till nästa 7810105-zh sändningsperiod.

Om störsignalen på förstärkarens 3 utgång i nästa sänd- ningsperíod på nytt överskrider tröskelvärdeskomparatorns 7 tröskelvärde utlöses på nytt den monostabila vippkopplingen 8, så att integratorn 9 integrerar ytterligare en puls. Den inte- grerade spänningen stiger därigenom på nytt och förstärkningen minskas ytterligare.

Om däremot på grund av minskningen av förstärkningen vid nästa registrering av störsignalnivån under tiden t4 topp- värdet av störsignalen i den följande sändningsperioden ligger under det inställda börvärdet utlöses ej den monostabila vipp- kopplingen 8, så att den av integratorn 9 integrerade spännin- gen avtar. Därigenom ökas förstärkningen via inställninge- länken 10. Detta förlopp upprepas periodiskt, så att förstärk- ningen pendlar kring ett av börvärdet och störsignalnivån be- stämt medelvärde. Kopplingsbeståndsdelarna 7, 8, 9 och 10 verkar sålunda såsom en reglerkrets, som söker hålla de under tiåsintervallen t4 uppkommande toppvärdena av utgångssignalen från förstärkaren 3 på ett konstant värde. Avvikelserna från medelvärdet kan hållas små genom ett motsvarande val av inte- grationskonstanten.

Om störsignalnivån ändrar sig inställes automatiskt ett nytt medelvärde på förstärkningen, vid vilket störsignalen på förstärkarens 3 utgång åter har samma konstanta toppvärde.

För inställning av tröskelvärdet kan ingången 5b av trös- kelvärdeskopplingen 5 vara förbunden med spänningsuttaget på en potentiometer ll, som är ansluten till klämmorna av en re- ferensspänningskälla 12. Tröskelvärdeskomparatorns 7 ingång 7b är på motsvarande sätt förbunden med spänningsuttaget på en potentiometer 13, som anligger mot samma referensspännings- källa 12.

Potentiometern 13 inställes sålunda att under hänsynsta- gande till de största genom regleringen betingade avvikelserna av den på utgången av förstärkaren 3 under frigivningstidernå t4 uppträdande störsignalen aldrig uppnår det medelst potentio- metern ll på ingången Sb av tröskelvärdeskopplingen 5 inställ- da tröskelvärdet. Därigenom förhindras med större säkerhet att tröskelvärdeskopplingen S under sin frigivningstid t3 reagerar 7810105-2 på störsignaler.

Eftersom detta säkerhetsavstând genom den åstadkomna reg- leringen även upprätthålles vid ändringar av störsignalnivån har förstärkaren 3 hela tiden den optimala förstärkningen för utvärderingen av nyttiga ekon under hänsynstagande till stör- signalnivån. I Alstringen av de till ingångarna 5b och 7b tillförda tröskelvärdesspanningarna med hjälp av spänningsdelare, som är anslutna till samma referensspänningskälla, ger dessutom den tillkommande fördelen att svängningar i referensspänningen på samma sätt inverkar på de på tröskelvärdeskopplingen 5~och tröskelvärdeskomparatorn 7 inställda tröskelvärdesspänningar- na, så att förhållandet mellan dessa tröskelvärdesspänningar förblir oförändrat. Sålunda behöver inga stora krav ställas på referensspänningskällan 12 vad gäller dess avgivning av kon- stant spänning.

Claims (3)

7s1o1os-2 9 _ PATENTKRAV

1. Enligt ekoprincipen arbetande ultraljudsnivåomkopplare med åtminstone en på en behållare i höjd med den fyllnadsnivå som skall detekteras anordnad ultraljudomvandlare (1, laL vilken i på varandra följande sändningsperioder (T) utsänder en ultraljudpuls (S) under ett sändningstidsintervall (tl) Och mottager den från motstående behâllarvägg reflekterade ekopul- sen (E) under ett mottagningstidsintervall (t3) samt Qmvandlar denna i en elektrisk utgångssígnal, med en till ultraljudom- vandlaren (1, la) ansluten förstärkare (Q) för de elektriska utgångssignalerna från ultraljudomvandlaren (1, la), med en till utgången från förstärkaren (3) ansluten tröskelvärdes- koppling (5), som avger en utgångssignal när förstärkarens (3) utgångssignal överskrider ett förutbestämt tröskelvärde, samt med en från förstärkarens (3)utgång till en förstärknings- styringång (3a) återförd förstärkningsregleríngskrets (7, 8, 9, 10), som söker hålla de under mottagningstidsintervallen (t3) uppträdande toppvärdena av utgångssígnalerna från för- stärkaren (3) på ett inställbart, konstant börvärde, k ä n - n e t e c k n a d av en styranordníng (4), som i varje sändningsperiod (T) mellan sändningstídsintervallet(tl) för utsändníngen av sändarpulsen (S) och mottagningstidsinterval- let (t3) för mottagning av ekopulsen (E) friger förstärknings- regleringskretsen (7, 8, 9, 10) och under tidsintervallet (tl) för utsändning av sändarpulsen (S) samt under förstärknings- regleringskretsens (7, 8,9, 10) frigivningstid (t4) blocke- rar tröskelvärdeskopplingen (5).

2. Omkopplare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningsregleringskretsen (7, 8, 9, 10) innefattar en med förstärkarens (3) utgång förbunden, inställbar tröskelvär- deskomparator (7), vilken avger en utgångssignal när förstär- karens (3) utgångssignal överskrider ett förutbestämt tröskel- värde, samt en på tröskelvärdeskomparatorns utgångssignäl reagerande monostabil vippkoppling (8) och en till utgången av den monostabila vippkopplingen (8) ansluten integrator (9L vars utgång påverkar ett förstärkningsinställningselement (10). 7810105-2 10

3. Omkopplare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att tröskelvärdeskomparatorns (7) tröskelvärde är inställt på ett börvärde, som ligger något under tröskelvärdeskopplingens (5) tröskelvärde.