SU1624262A1 - Цифровой оптический уровнемер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи . Цифровой оптический уровнемер содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый демультиплек- сор 2. п излучателей 3.1, 3.2 .... m приемников света 5.1, 5 2 .... блок nxm датчиков 4 с передающими и приемными световодами, блок 7 задержки и регистр 6 пам ти, причем передающие световоды объединены в группы , объедин ющие световоды датчиков, наход щихс  в узлах сигнального графа пирамидальной структуры, а приемные обь1 5 1 Ј k U 43 о ь

Description

единены в соответствии с весом младшего значащего разр да в двоичном коде датчика . В уровнемер введены второй демуль- типлексор 9, m триггеров 12.1, 12.2 ... с установочными входами и m триггеров 14.1, 14.2 ... задержки, m логических элементов И 10.1, 10.2 .... (т-1) логических элементов

ИЛИ 11.1, 11.2 ... и кодопреобразователь 13 m-разр дного кода в (т-1)-разр дный. При измерении уровн  жидкости устройство проводит опрос датчиков по итеррацион- ной схеме. Цикл измерени  осуществл етс  за (N+1) такт, где 2N - число уровней дискретности. 2 ил.

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при создании средств и систем автоматики и контрол  дл  оперативного и коммерческого учета нефтепродуктов, а также в химической , металлургической и других отрасл х промышленности.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  устройства.

На фиг.1 приведена схема цифрового оптического уровнемера; на фиг.2 - схема объединени  передающих и приемных световодов в группы.

Цифровой оптический уровнемер включает генератор 1 импульсов, первый демуль- типлексор 2 на п выходов, излучатели 3.1, 3.2, ..., З.п, которые снабжены усилител ми тока возбуждени , блок датчиков 4 уровн , причем датчики, могут быть выполнены в виде крутого изгиба световода, работающего на эффекте полного внутреннего отражени , приемники 5.1, 5.2 5.гл света с

нормирующими усилител ми сигнала, регистр б пам ти, блок 7 задержки, имеющий m каналов, счетчик 8 импульсов, второй де мультиплексор 9 на (т+1) выходов, логические элементы И 10.1, 10.2 10.т,

логические элементы ИЛИ 11.1, 11.2

11.(т-1), триггеры 12.1, 12.212.m сустановочными входами, кодопреобразователь 13, имеющий m входов и (т-1) выходов, триггеры 14.1, 14.2, .,., 14.т задержки (D- триггеры).

Выход генератора 1 подключен к информационному входу первого демультип- лексора 2, подключены также излучатели

3.1, 3.2 З.п. Адресные входы второго

демультиплекс.орэ 9 подключены к соответствующим выходам счетчика 8 импульсов. Выходы триггеров 12.1, 12.212.m с установочными входами через кодопреобразователь 13 подключены к адресным входам первого демультиплексора 2. Установочные входы (в единичное состо ние) триггеров 12.1, 12.2 12.m объединены с соответствующими входами блока 7 задержки, который имеет m каналов, и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексора 9.

Выход логического элемента 10.1 соединен с входом сброса в нулевое состо ние триггера 12.1 непосредственно, а выходы оставшихс  логических элементов И 10.2,

10.3 10.гл соединены с входами сброса

соответствующих триггеров 12.1 , 12.2

12.т черв готические элементы ИЛИ 11.1, 11.2, ... 11 .(т 1). Вторые входы логических элементов ИЛИ 11.1, 11.2 11.(т-1) объединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора 9. Перзые входы логических элементов И 10.1 10.2 10.m подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора9 т.е. первый вход логического элемента И 1J.1 подключен к второму выходу д. упьтиплексора 9, первый вход элемен - И 10.2 - к третьему выходу, первый выход элемента И 10.m - к (т+ 1) ЕЫходу второго демультиплексора 9.

Информационные входы триггеров

14.1, 14.2 14.m задержки подключены к

выходам соответствующих приемников 5.1, 5.2, ..., 5.т света. Тактовые входы каждого

из триггеров 14.1, 14.2,..,, 14.гп подключены к соответствующим выходам блока 7 задержки , а выходы триггеров 14.1, 14.2 14.m - к

вторым выходам соответствующих логических элементов И 10.1,10.210.т. Информационные входы регистра 6 пам ти подключены v выходам соответствующих триггеров 12.1,12.2 12.тс установочными входами. Причем тактовый вход регистра 6 пам ти подключен к последнему (т+1) входу второго демультиплексора 9.

Передающие световоды блока датчиков 4 объединены в группы таким образом, что в одну группу вход т световоды, наход щиес  в узлах, св занных нисход щими (или

восход щими) ветв ми сигнального графа пирамидальной структуры. Как показано на фиг.2 в одну группу вход т световоды имеющие двоичные номера 1...0000, 0...1000, 0...0100. 0...0010 и 0...0001. другз  группа

образована передающими световодами с номерами 0...0101 и 0...0110, треть  состоит из световодов 0... 1001. 01...1010 и 0...1100 и т.д. Некоторые световоды составл ют группы , включающие только один элемент (например 0...0011, 0...0111). Это обусловлено тем, что в сигнальном графе пирамидальной структуры они св заны только с одним элементом нисход щей ветвью. При использовании восход щих ветвей сигнального графа пирамидальной структуры образуютс  группы из световодов с другими номерами датчиков. Применение дл  образовани  групп восход щих или нисход щих ветвей сигнального графа непринципиально, так как при этом измен етс  внутренн   структура только одного блока - второго демуль- типлексора 2.

Приемные световоды блока датчиков 4 объединены в группы так, что в одну руппу вход т световоды, имеющий одинаковый вес младшего значащею разр да в двоичном номере датчика (фиг 2). В первую группу приемных световодов входит {фиг 2) только один центральный световод, имеющий двоичный номер 1..0000 Во вторую группу попадают уже два приемных световода с номерами 01 000 11 .000 В предпоследней (гл-1) группе - световоды имеющие двоичные номера 1 1110, 1. .1010, 1. 0110, 1. 0010, 0 11100 1010, 0.. 0110 и 0 . 0010 Р последней гл-ной труп пе оказываютс  приемные световоды с нечетными номерам / При этом одновременно обеспечиваетс  некоторое упрощение on т и ческой части уровнемера, так как в переда ющей части требуетс  в два рача меньше излучателей, чем число контролируемых уровней дискретности, а число приемников света определ етс  только числом двоим ных разр дов в схеме уровнемера

Цифровой оптический уровнемер работает следующим образам

Электрические импупьг ,i, сформированные генератором 1, с периодом следова- ни  Т0 поступают на счетный вход двоичного счетчика 8, информационные входы первого демультиплексора 2 и второго демультиплексора 9 На выходах счетчика 8 формируетс  двоичный код значение которого измен етс  с периодом То в пределах от нул  до к. Второй демультиплексор 9 распредел ет импульсы , поступающие на его информационный вход, поочередно на (тН) выходов согласно двоичному коду, поступающему на его адресные входы. При этом нулевому состо нию счетчика 8 соответствует первый подключенный выход демультиплексора 9. Дал°е после поступлени  первого импульса в счетчик 8 будет подключен второй выход демультиплексора 9 и т.д.

При включении питани  счетчик 8 устанавливаетс  в исходное (нулевое) состо ние . В исходном состо нии в счетчике 8

записана нулева  комбинаци  и поэтому второй демультиплексор 9 подключен своим первым выходом. При этом первый импульс поступает на установочный вход триггера

12.1, перевод  его в единичное состо ние.

Оставшиес  триггеры 12.2, 12.3 12.m

этим же импульсом сбрасываютс  в нулевое состо ние. Таким образом, на выходах этих триггеров сформирована комбинаци 

0 10.. 0000, соответствующа  номеру цент рального (среднего) датчика из блока 5 дат- чиков. Этот m-разо дный код преобразуетс  в (т 1)-рэзр дный кодопреобразователем 13.

5Код с выхода кодопреобразовател  13

поступает на адресные входы первого де- мультиплексора 2, который подключает один из излучателей 3.1, 32, , 3 п В излучател х электрические импульсы преобра0 эуютс  в оптические, которые через датчики Ьлока 4 могут проходить на приемники 5 свега Датчики блока 4 пропускают оптические импульгы, если наход тс  в опорной среде (например, в воздухе), и не пропуска5 ют, если наход тс  в жидкости, уровень которой измен етс  В приемниках 5 света оптичоскго импульсы преобразуютс  в элрчтрмчогкие которые гпступ ют на триггеры 14 1, . 1 2 , 14 m задержки В данном

0 тэме импульс должен поступить на информационный пход триггера 14 1 издержки че- ррз приемник 5.1 СРРТЭ

Через пппмехуток времени г, равный времени за/юр ки, вносимой одним из ка5 налоо блока 7 задержки импульс с пеового выхода второго демультиплексора 9 поступает на тактопыи вход триггера 14.1 задержки Если уровень жидкости ниже уровн , на котором находитс  опрашиваемый дат0 чик, то триггер 14 1 устанавливаетс  в единичное состо ние Блок 7 задержки осуществл ет компенсацию времени задержки котора  обусловлена задержкой сигнала в аппаратуре и оптическом канале

5 уровнемера Рели же уровень выше уровн , на котором находитс  датчик, то триггер 14.1 находитс  в нулевом состо нии.

Отрицательным фронтом (спадом) первого импульса счетчик 8 переводитс  в сле0 дующее состо ние. При этом на его s ыходах формируетс  комбинаци  00...01, котора  поступает на адресные входы второго демультиплексора 9. При этом информационный вход демультиплексора 9 оказываетс 

5 подключенным к его второму выходу.

При поступлении второго импульса триггер 12.2 устанавливаетс  в единичное состо ние. Состо ние триггера 12.1 определ етс  потенциалом на выходе триггера 14.1. Если триггер 14.1 находитс  в единицном состо нии (уровень жидкости ниже уровни центрального датчика блока 4 датчиков ), то триггер 12.1 переходит в нулевое состо ние. Если же триггер 14.1 находитс  в нулевом состо нии, то состо ние триггера 12.1 не мен етс  и он остаетс  в единичном состо нии. При этом на выходах триггеров 12.1, 12.2 12.m будет сформирована комбинаци  01...000 (уровень жидкости ниже центрального датчика), либо 11...000 (уровень жидкости выше иг игрального датчика).

Кодова  комбинаци , сформированна  на выходе триггеров 12.1, 12.212.т, поступает на кодопреобразователь 13 и далее на адресные входы демультиплексора 2, который в соответствии с полученным кодом подключает соответствующий излучатель 3.1.3.23.п. Оптический импульс, сформированный излучателем, поступает через соответствующий датчик блока 4, имеющий двоичный номер 01...000 либо 11. ..000. и фиксируетс  триггером 14.2 по сигналу, поступающему на его тактовый вход от второго канала блока 7 задержки.

Такой процесс продолжаетс  m тактов. В такте m положительным фронтом импульса от генератора 1 через второй демультил- лексор 9 осуществл ютс  установка триггера 12.т в единичное состо ние и определение значени  последнего разр да, характеризующего уровень контролируемой жидкости. Через промежуток т триггер 14.m фиксирует наличие или отсутствие импульсе от последнего датчика блока 4 датчиков . Отрицательным фронтом этого же импудьса счетчик 8 переходит в состо ние, которое характеризуетс.  комбинацией 11...11. Второй демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к (т+1) выходу .

В последнем (т+1) такте цикла положительным фронтом импульса осуществл етс  правильность установки единичного состо ни  триггера 12.m и в случае необходимости триггер 12.т переводитс  в нулевое состо ние. Код, соответствующий уровню жидкости, теперь находитс  в триггерах 12.1,12.212.т.

Отрицательным фронтом (т+1) импульса осуществл етс  запись результата измерени  в регистр 6 пам ти, счетчик 8 переводитс  в нулевое состо ние, демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к первому выходу.

При поступлении очередного импульса от генератора начинаетс  новый цикл измерени  уровн  контролируемой жидкости,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой оптический уровнемер, содержащий генератор импульсов, выходом

   соединенный с информационным входом первого демультиплексора, к выходам которого подключены п излучателей света, а также содержащего m приемников света, блок датчиков уровн , выполненных в виде последовательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, причем передающие и приемные световоды объединены в группы и подключены к п излучател м и m приемникам света соответственно, блок задержки, регистр пам ти и счетчик импульсов, входом подключенный к генератору импульсов, о т- личающийс  тем, что. с целью повышени  быстродействи , передающие световоды объединены в группы, в каждую из которых вход т световоды датчиков, наход щихс  в узлах, св занных нисход щими или восход щими ветв ми сигнального графа пирамидальной структуры, приемные

   световоды датчиков объединены в группы, в каждую из которых вход т световоды датчиков , имеющих одинаковый вес младшего значащего разр да в двоичном номере датчика , а также введены второй демультиплексор , информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, адресные входы - к соответствующим выходам счетчика импульсов, m триггеров с установленными входами, выходы которых

   через кодопреобразователь подключены к адресным входам первого демультиплексора , установочные входы этих триггеров объединены с соответствующими входами блока задержки, который имеет m каналов.

   и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексора, m логических элементов И, причем выход первого из них соединен непосредственно, а остальных через логические элементы ИЛИ с входами

   сброса соответствующих триггеров с установочными входами, при этом вторые входы логических элементов ИЛИ объединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора, первые выходы логических элементов И подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора , m триггеров задержки, информационные , входы которых подключены к выходам соответствующих приемников

   света, тактовые входы каждого триггера задержки - к соответствующим выходам блока задержки, а выходы триггеров - к вторым входам соответствующих логических элементов И, а информационные входы регистра пам ти подключены к выходам соответствующих триггеров с установочными входами, а тактовый вход регистра-пам ти

   подключен к (т+1) выходу второго демуль- типлексора.