Цифровой оптический уровнемер

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение быстродействия. Цифровой оптический уровнемер содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый демультиплексор 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 памяти, причем передающие световоды объединены в группы , объединяющие световоды датчиков, находящихся в узлах сигнального графа пирамидальной структуры, а приемные обь1 5 1 Ј k U 43 о ь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 F 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг 1 (21) 4498155/10 (22) 25.10.88 (46) 30,01,91, Бюл. М 4 (71) Казахский политехнический институт им. В,И.Ленина (72) А.Д.Джангозин, С.Д.Джангозин и С.Б,Ермагамбетов (53) 681.128.65 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

f+ 587338, кл. G 01 F 23/22, 1977.

Азимов P,К., Шипули Ю.г., Оптоволоконные преобразователи больших перемсщений на основе полых световодов, M,:

Энергоатомиздат, 1987, с. 4-5, Авторское свидетельство СССР

М 1372189, кл. G 01 F 23/22, 1986.

Ы2ÄÄ 1624262 А1

54) ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕMEP (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение быстродействия. Цифровой оптический уровнемер содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый демультиплексор 2, и 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 памяти, причем передающие световоды объединены в группы, объединяющие световоды датчиков, находящихся в узлах сигнального графа пирамидальной структуры. а приемнь)е обь1624262

40

45 единены в соответствии с весом младшего значащего разряда в двоичном коде да гчика. В уровнемер введены второй демультиплексор 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 ..., (m — 1) логических элементов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании средств и систем автоматики и контроля для оперативного и коммерческого учета нефтепродуктов, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 приведена схема цифрового оптического уровнемера; нэ фиг.2 — схема объединения передающих и приемных световодов в группы.

Цифровой оптический уровнемер включает генератор 1 импульсов, первый демультиплексор 2 Hà и выходов, излучатели 3.1.

3.2, ..., З.п, которые снабжены усилителями тока возбуждения, блок датчиков 4 уровня, причем датчики, могут быть выполнены в виде крутого изгиба световода, работающего на эффекте полного внутреннего отражения, приемники 5.1, 5,2, ..., 5,m света с нормирующими усилителями сигнала, регистр 6 памяти, блок 7 задержки, имеющий

m каналов, счетчик 8 импульсов, второй де мультиплексор 9 на (m+1) выходов, логические элементы И 10.1, 10.2, ... 10.п, логические элементы ИЛИ 11.1, 11.2, ..., 11.(m — 1), триггеры 12.1, 12.2, „., 12 m с установочными входами, кодопреобразователь

13, имеющий m входов и (m 1) выходов, триггеры 14,1, 14.2, .„, 14.m задержки (0триггеры).

Выход генератора 1 подключен к информационному входу первого демультиплексора 2, подключены также излучатели

3.1, 3.2, ..., З.п. Адресные входы второго демультиплексора 9 подключены к соответствующим выходам счетчика 8 импульсов.

Выходы триггеров 12.1, 12,2, ..., 12.m с установочными входами через кодопреобраэователь 13 подключены к адресным входам первого демультиплексора 2. Установочные входы (в единичное состояние) 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.

ИЛИ 11.1, 11.2 ...и кодопреобразователь 13

m-разрядного кода a (m — 1)-разрядный. При измерении уровня жидкости устройство проводит опрос датчиков по итеррационной схеме, Цикл измерения осуществляется эа (N+1) такт, где 2 — число уровней

N дискретности. 2 ил.

Выход логического элемента 10.1 соединен с входом сброса в нулевое состояние триггера 12.1 непосредственно, э выходы оставшихся логических элементов И 10,2, 10,3, ..., 10.m соединены с входами сброса соответствующих триггеров 12,1, 12.2, 12. т чере:. с э гич вские элементы ИЛ И 11,1, 11.2, ... 11.(m 1). Вторые входы логических элементов VillVI 11.1, 11.2, .... 11.(m-1) объединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора 9.

Первые входы логических элементов И

10.1 10.2,,... 10.m подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора 9 т.е. первый вход логического элемента И 1Х1 подключен к второму выходу д ультиплексора 9, первый вход элемен 1*,< 10.2 — к третьему выходy, первый выход элемента И 10.m — к(m+ 1) выходу второго демультиплексора 9.

Информационные входы триггеров

14,1, 14.2, ..., 14,m задержки подключены к выходам соответствующих приемников 5.1.

5.2, .„, 5.m света. Тактовые входы каждого из триггеров 14.1, 14.2,. „14.m подкл,очены к соответствующим выходам блока 7 задержки, а выходы триггеров 14.1, 14.2, ..., 14,m — к вторым выходам соответствующих логических элементов И 10,1, 10.2, ..., 10.m. Информационные входы регистра 6 памяти подключены к выходам соответствующих триггеров 12,1, 12.2, ..., 12.m с установочными входами, Причем тактовь1й вход регистра

6 памяти подключен к последнему(я+1) входу второго демультиплексора 9, Передающие световоды блока датчиков

4 объединены в группы таким образом, что в одну группу входят световоды, находящиеся в узлах, связанных нисходящими (или восходящими) ветвями сигнального графа пирамидальной структуры, Как показано на фиг,2 в одну группу входят световоды имеющие двоичные номера 1...0000, 0...1000, 0...0100, 0...0010 и 0...0001, другая группа образована передающими световодами с номерами 0...0101 и 0...0110, третья состоит из световодов 0...1001, 01...1010 и 0...1100 и т,д. Некоторые световоды составляют группы, включающие только один элемент (нэ1624262 сы, поступающие на его информационный вход, поочередно на (гп1-1) выходов соглас- 50

55 пример 0...0011. 0...0111), Это обусловлено тем, что в сигнальном графе пирамидальной структуры они связаны только с одним элементом нисходящей ветвью. При использовании восходящих ветвей сигнального графа пирамидальной структуры образуются группы из световодов с другими номерами датчиков, Применение для образования групп восходящих или нисходящих ветвей сигнального графа непринципиально, так как пр11 этом изменяется внутренняя структура только одного блока — вгорого демультиплексора 2.

Приемные световоды блока датчиков 4 объединены в группы так, что в одну -.ðóïïó входят световоды, имеющий одинаковый вес младшего значаще1о разряда в двоичном номере датчика (фиг.2). В первую группу приемных световодов входит {фиг.2)

1олько один центральный светоиод, имеющий двоичный номер 1...0000. Ro вторую группу попадают уже два приемных све овода с номерами 01.. 000, 11 .000. В предпоследней (m — 1) группе — светоиоды, имеющие двоичные 1 омеря 1. 1110, 1...1010, 1...0110, 1...0010, О.. 1110, 0...1010, 0...0110 и 0...0010. Р последней m-ной rpyn пе оказываются приемные сиетоводы с нечетными номерами, При этом одновременно обеспечивается некоторо упрощение оптической части уровнемера, так кяк B переда ющей части требуется и двя разя ме11ьше излучателей, чем число контролируемых уровней дискретнос-и, а число приемников света определяется только числом диоичных разрядов в схеме уровнемеря

Цифровой оптический уровнемер работает следующим образ м.

Электрические импульс.:,l, сформированные генератором t, с периодол1 следовяния То поступают на счетный вход двоичного счетчика 8, информационные входы первого демультиплексора 2 и второго демультиплексора 9. На выходах счетчика 8 формируется двоичный код, значение которого изменяетoÿ с периодом То в пределах от нуля до k. Второй демультиплексор 9 распределяет импульно двоичному коду, поступающе лу на его адресные входы. При этом нулевому состоянию счетчика 8 соответствует первый подключенный выход демультиплексора 9.

Далее пооое поступления первого импульса в счетчик 8 будет подключен второй выход демультиплексоря 9 и т.д.

При включении питания счетчик 8 устанавлиьается в исходное (нулевое) состояние. В исходном состоянии в счетчике 8

2с

30 пг, 40 записана нулевая комбинация и поэтому второй демультиплексор 9 подключен своим первым выходом, При этом первый импульс поступает на установочный вход триггера

12.1, переводя его в единичное состояние.

Оставшиеся триггеры 12.2, 12,3, ..., 12,m этим же импульсом сбрасываются в нулевое состояние, Таким образом, на выходах этих триггеров сформироаа 1а комбинация

10...0000, соответствующая номеру центрального (среднего) датчика из блока 5 датчиков. Этот m-разрядный код преобразуется в (m -1)-разрядный кодопреобрэзователем 13.

Код с выхода кодапреобразовятеля 13 поступает на адресные входы первого демультиплексора 2, который подключает один из излучателей 3.1, 3.2,,, 3 и. В излучателях электрические импульсы преобразуются в оптические, которые через датчики блока 4 могут проходить ня приемники 5 света. Датчики блока 4 пропускают оптические импульсы, если находятся и опорной среде (например, в иозд,хе), и не пропускают, если находятся и жидкости, уровень которой измепяется В приемниках 5 света оптическгt импульсь1 преобразуются в злг ктр11ческие, которые и:;ступают на 1риггеры 14 1, 1 2, 14 m задержки. В данном тel le импульс дслже14 поступить на информяционнь1й вход три гера 14 1 задержки через приемник 5." света

Через промежуток г;ремени t, равный вре ле14и зялер.яки, вносимой одним из ка»аппо блока 7 задержки, импульс с пеового выходя второго демультиплекспра 9 поступает ня тактоиыи вход триггера 14.1 задержки. Если уровень жидкости ниже уровня, на ко1ором находится опрашиваемый датчик, то триггер 14.1 устанавливается в единичное состояние. Блок 7 задержки осушествляет компенсацию времени задержки, которая обусловлена задержкой сигнала в аппаратуре и оптическом канале уровнемера, Если же уровень выше уровня, на котором находится датчик, то триггер

14,1 находится в нулевом состоянии.

Отрицательным фронтом (спадом) перcorn импульса счетчик 8 переводится в следующее состояние. При этом на его 1 ыходах формируется комбинация 00...01, которая поступает на адресные входы второго демультиплексора 9. При этом информационный вход де1лультиплексора 9 оказывается подключенным к его второму выходу.

При поступлении второго импульса триггер 12.2 устанавливается в единичное состояние. Состояние триггера 12.1 определяется потенциалом на выходе триггера

14.1. Если триггер 14.1 находится в единич1624262 мом состоянии (уровень жидкости ниже уровнй центрального датчика блока 4 датчиков), то триггер 12.1 переходит в нулевое состояние. Если жв триггер 14.1 находится в нулевом состоянии, то состояние триггера 12.1 не меняется и он остается в единичном состоянии. При этом на выходах триггеров 12.1, 12.2, ..., 12.m будет сформирована комбинация 01...000 (уровень жидкости ниже центрального датчика). либо 11...000 (уровень жидкости выше центрального датчика).

1О

Кодовая комбинация, сформированная ма выхщ в триггеров 12.1, 12.2...,, 12.m, поступает на кодопреобрэзовэтель 13 и далее на адресные входы двмультиплексорэ 2, который в соответствии.c полученным кодом подключает соответствующий излучатель

3.1,3.2, ..., 3.п. Оптический импульс, сформированный излучателем, поступает через соответствующий датчик блока 4, имеющий двоичный номер 01...000 либо 1.1...000, и фиксируется триггером 14.2 по сигналу, поступающему на вго тактовый вход от второга канала блока 7 задержки.

20

30

40

50

Такой процесс продолжается m тактов.

8 такте m положительным фронтом импульса от генератора 1 через второй демультиплексор 9 осуществляются установка тригтвра 12.m в единичное состояние и определение значения последнего разряда, характвризующего уровень контролируемой жидкости. Через промежуток ю триггер

14ла фиксирует наличие или отсутствие импульса m последнего датчика блока 4 датчиков. Отрицательным фронтом этого же импульса счетчик 8 переходит в состояние, которое характеризуется комбинацией

11...11. Второй двмультиплексор 9 подключает свой информационный вход к (я+1) выходу.

8 последнем (m+1) такте цикла положительным фронтом импульса осуществляется правильность установки единичного состояния триггера 12.m и в случае необходимости триггер 12,в переводится в нулевое состояние. Код, соответствующий уровню жидкости, теперь находится в триггерах

12.1, 12.2, ..., 12.m.

Отрицательным фронтом (в+1) импульса осуществляется запись результата измерения в регистр б памяти, счетчик 8 переводится в нулевое состояние, демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к первому выходу.

При поступлении очередного импульса от генератора начинается новый цикл измерения уровня контролируемой жидкости, Формула изобретения

Цифровой оптический уровнемер, содержащий генератор импульсов, выходом соединенный с информационным входом первого демультиплексора, к выходам которого подключены и излучателей света, а также содержащего m приемников света, блок датчиков уровня, выполненных в виде floследовательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, причем передающие и приемные световоды обьединены в группы и подключены к и излучателям и т приемникам света соответственно, блок задержки, регистр памяти и счетчик импульсов, входом подключенный к генератору импульсов„о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, передающие световоды обьединемы в группы, в каждую иэ которых входят световоды датчиков, находящихся в узлах, связанных нисходящими или восходящими ветвями сигнального графа пирамидальной структуры. приемные световоды датчиков обьединены в группы. в каждую иэ которых входят световоды датчиков, имеющих одинаковый вес младшего значащего разряда в двоичном номере датчика, а также введены второйдемультиплексор, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, адресные входы — к соответствующим выходам счетчика импульсов, m триггеров с установленными входами, выходы которых через кодопреобраэовэтель подключены к адресным входам первого демультиплексора, установочные входы этих триггеров обьединены с соответствующими входами блока задержки. который имеет m каналов. и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексорэ, в логических элементов И, причем выхОд первого иэ них соединен непосредственно. а остальных через логические элементы ИЛИ с входами сброса соответствующих триггеров с установочными входами, при этом вторые входы логических элементов ИЛИ обьединены 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 памяти подключены к выходам со1624262

Составитель П. Карманов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М, Шароши

Редактор И, Касарда

Заказ 181 Тираж Подписное

BHViMflM Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ответствующих триггеров с установочными входами, а тактовый вход регистра-памяти подключен к (m+1) выходу второго демультиплексора.