СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных размеров, а также в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, например, при определении уровня хозяйственно-питьевой и технической воды в резервуарах систем водоснабжения.

Известен способ контроля расстояния до объекта, заключающийся в том, что вырабатывают последовательность стандартных импульсов, для автоматического регулирования частоты следования последовательности стандартных импульсов формируют строб длительностью, равной интервалу времени, необходимому для зондирования базового расстояния, организуют процесс автоциркуляции акустических импульсов, зондирующих расстояние до контролируемого объекта, из которых формируют последовательность информационных импульсов, а расстояние до объекта контролируют при считывании последовательности стандартных импульсов, вырабатываемых в течение интервала времени, необходимого для формирования заданного количества периодов последовательности информационных импульсов.

Известно устройство для реализации способа контроля расстояния до объекта, содержащее акустический датчик, состоящий из двух ультразвуковых преобразователей, один из лучей двухлучевой диаграммы направленности первого из которых ориентирован вдоль направления на контролируемый объект, а другой луч вдоль направления, встречного направлению пространственной ориентации одного из лучей двухлучевой диаграммы направленности второго преобразователя, установленного вдоль указанного направления на базовом расстоянии от первого преобразователя, а электронный блок формирования выходного сигнала, состоящий из схемы управления работой ультразвуковых преобразователей, схемы формирования последовательности информационных импульсов, счетчика периодов этой последовательности, схемы формирования последовательности стандартных импульсов и счетчика импульсов данной последовательности, вход сброса показаний которого подключен к выходу счетчика периодов последовательности информационных импульсов.

Известный способ характеризуется сложностью схемы электронного блока, входящего в состав устройства для реализации способа, что обусловлено совмещением функций излучения и регистрации акустических импульсов для первого преобразователя акустического датчика. Кроме того, при использовании известного способа для контроля уровня жидких сред возможны помехи, вызываемые переотражением поверхностью жидкой среды акустических импульсов, излучаемых акустическим датчиком устройства, что снижает достоверность контроля.

Задача изобретения упрощение реализации способа и повышение достоверности результатов контроля при определении уровня жидких сред.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля расстояния до объекта заключающемся в том, что вырабатывают последовательность стандартных импульсов, для автоматического регулирования частоты следования последовательности стандартных импульсов формируют строб длительностью, равной интервалу времени, необходимому для зондирования базового расстояния, организуют процесс автоциркуляции основных акустических импульсов, зондирующих расстояние до контролируемого объекта, из которых формируют первую последовательность информационных импульсов, а расстояние до объекта контролируют при считывании последовательности стандартных импульсов, вырабатываемых в течение интервала времени, необходимого для формирования заданного количества периодов первой последовательности информационных импульсов, первую последовательность информационных импульсов формируют, организуя процесс автоциркуляции основных акустических импульсов, последовательно зондирующих расстояния до контролируемого объекта и базовое, в процессе автоциркуляции основных акустических импульсов организуют процесс излучения дополнительных акустических импульсов, зондирующих базовое расстояние, из которых формируют вторую последовательность информационных импульсов, а считывание последовательности стандартных импульсов осуществляют при ее блокировании в интервалах времени, необходимого для зондирования базового расстояния дополнительными акустическими импульсами.

Относительно устройства для реализации способа контроля расстояния до объекта, содержащего акустический датчик, состоящий из двух ультразвуковых преобразователей, один из лучей двухлучевой диаграммы направленности первого из которых ориентирован вдоль направления на контролируемый объект, а другой луч вдоль направления, встречного направлению пространственной ориентации одного из лучей двухлучевой диаграммы направленности второго преобразователя, установленного вдоль указанного направления на базовом расстояния от первого преобразователя, и электронный блок формирования выходного сигнала, состоящий из схемы формирования первой последовательности информационных импульсов, счетчика периодов этой последовательности, схемы формирования последовательности стандартных импульсов и счетчика импульсов данной последовательности, вход сброса показаний которого подключен к входу счетчика периодов первой последовательности информационных импульсов, поставленная задача решается тем, что в электронный блок формирования выходного сигнала введены схема формирования второй последовательности информационных импульсов и схема блокировки последовательности стандартных импульсов, выполненные в виде соответственно первого и второго электронных ключей, при этом схема формирования первой последовательности информационных импульсов состоит из генератора зондирующих импульсов, усилителя-формирователя информационных импульсов и третьего электронного ключа, причем выход генератора и вход усилителя-формирователя подключены соответственно к первому и второму ультразвуковому преобразователя, вход генератора подключен к выходу усилителя-формирователя через третий электронный ключ, схема формирования последовательности стандартных импульсов состоит из триггера и ждущего мультивибратора, при этом первый вход триггера, соединенный со вторым входом ждущего мультивибратора, включен к выходу и запирающему входу первого электронного ключа, а также к отпирающему входу второго электронного ключа, соединенного с отпирающим входом третьего электронного ключа, второй вход триггера, соединенный с первым входом ждущего мультивибратора, подключен к выходу счетчика периодов первой последовательности информационных импульсов, вход которого соединен с отпирающим входом первого электронного ключа, с запирающим входом второго электронного ключа и с выходом третьего электронного ключа, соединенного со своим запирающим входом, вход первого электронного ключа соединен со входом третьего электронного ключа, а выход триггера подключен к управляющему входу ждущего мультивибратора, выход которого через второй электронный ключ подключен ко входу счетчика импульсов последовательности стандартных импульсов.

Кроме того, решение поставленной задачи заключается в том, что акустический датчик устройства для реализации способа контроля расстояния до объекта выполнен в виде состоящего из соединенных муфтами отрезков труб многосекционного измерительного трубопровода, вертикально подвешенного в резервуаре с контролируемой жидкостью, и снабженного поплавком, размещенным в полости трубопровода, соединенной через торец нижней секции трубопровода с резервуаром, при этом ультразвуковые преобразователи акустического датчика выполнены в форме цилиндров и установлены на стенках нижней секции измерительного трубопровода, выполненной в виде горизонтального участка, причем расстояние от точки пересечения осей вертикального и горизонтального участков измерительного трубопровода до оси ближайшего ультразвукового преобразователя равно расстоянию от этой точки пересечения до дна резервуара.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа, на фиг2 приведена конструкция акустического датчика, на фиг. 3 изображены временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит акустический датчик 1, состоящий из двух ультразвуковых преобразователей 2 и 3, и электронный блок 4 формирования выходного сигнала, состоящий из трех электронных ключей 5, 6 и 7, генератора 8 зондирующих импульсов, усилителя-формирователя 9, счетчика 10 периодов первой последовательности информационных импульсов, триггера 11, ждущего мультивибратора 12 и счетчика 13 последовательности стандартных импульсов (фиг. 1).

Один из лучей двухлучевой диаграммы направленности преобразователя 2 ориентирован вдоль расстояния до контролируемого объекта 14, а другой луч - вдоль направления, встречного направлению пространственной ориентации одного из лучей двухлучевой диаграммы направленности преобразователя 3, установленного вдоль указанного направления на базовом расстоянии от преобразователя 2.

Акустический датчик 1, подключенный к блоку 4 кабелем 5, выполнен в виде вертикально подвешенного в резервуаре 16 многосекционного измерительного трубопровода 17, составленного из отрезков труб, соединенных муфтами 18 и снабженного поплавком 19. При этом преобразователи 2 и 3 выполнены в форме цилиндров и установлены на стенках нижней секции 20 измерительного трубопровода 17, выполненной в виде горизонтального участка, причем расстояние l₁ От точки пересечения осей вертикального и горизонтального участков измерительного трубопровода 17 до оси преобразователя 2 равно расстоянию l₁ от этой точки до дна резервуара 16.

На фиг. 3 порядковыми номерами 21 28 обозначены акустические импульсы, номерами I^oCN и 29^oC32 соответственно первая и вторая последовательности информационных импульсов, порядковым номером 33 строб для регулировки частоты следования последовательности 34(35) стандартных импульсов.

В виде первого и второго электронных ключей 5 и 6 выполнены соответственно схема формирования второй последовательности информационных импульсов 29 32 и схема блокировки последовательности стандартных импульсов 34, при этом схема формирования первой последовательности информационных импульсов 1-N состоит из третьего электронного ключа 7, генератора 8 и усилителя-формирователя 9, причем выход генератора 8 и вход усилителя-формирователя 9 подключены соответственно к первому и второму преобразователю 2 и 3 акустического датчика 1, а вход генератора 8 подключен к выходу усилителя-формирователя 9 через третий электронный ключ 7.

Из триггера 11 и ждущего мультивибратора 12 состоит схема формирования последовательности стандартных импульсов 34, при этом первый вход триггера 11, соединенный со вторым входом мультивибратора 12, подключен к выходу и запирающему входу первого электронного ключа 5, а также к отпирающему входу второго электронного ключа 7. Второй вход триггера 11, соединенный с первым входом мультивибратора 12, подключен к выходу счетчика 10, вход которого соединен с отпирающим входом первого электронного ключа 5, с запирающим входом второго электронного ключа 6 и с выходом третьего электронного ключа 7, соединенного со своим запирающим входом. Вход первого электронного ключа 5 соединен со входом третьего электронного ключа 7, а вход триггера 11 подключен к управляющему входу ждущего мультивибратора 1, выход которого через второй электронный ключ 6 подключен ко входу счетчика 13.

Контроль расстояния l_x до объекта 14 (фиг. 1) (или до поверхности 14 жидкой среды в резервуаре 16 (фиг. 2) начинается в момент формирования счетчиком 10 импульса переполнения "N". Импульс "N", который является последним импульсом первой последовательности информационных импульсов I^oCN предыдущего цикла измерения, с выхода счетчика 10 поступает на вход сброса показаний счетчика 13, на первый вход триггера 11 и на второй вход ждущего мультивибратора 12. При этом мультивибратор 12 переводится в режим ожидания, а триггер 11 в состояние, при котором начинается формирование строба 33 (фиг. 3).

Одновременно генератором 8 возбуждается первый ультразвуковой преобразователь 2 акустического датчика 1. Один из лучей диаграммы направленности преобразователя ориентирован вдоль направления на контролируемый объект 14 (19), другой вдоль направления, встречного направлению пространственной ориентации одного из лучей диаграммы направленности второго преобразователя 3, установленного вдоль указанного направления на базовом расстоянии l_б от преобразователя 2. Поэтому акустический импульс 21, формируемый двухлучевым преобразователем 2, излучается в направлении объекта 14 (19) и в направлении преобразователя 3.

Спустя время T₀,необходимое для зондирования расстояния, преобразователь 3 регистрирует акустический импульс 25, на основе которого усилитель 9 формирует первый импульс 29 второй последовательности информационных импульсов 29 32. Импульс 29 через открытый в исходном состоянии первый электронный ключ 5 поступает от отпирающий вход второго электронного ключа 6 и на второй вход триггера 11, соединенный с первым входом ждущего мультивибратора 12. Кроме того, импульс 29 закрывает за собой ключ 5 и открывает третий электронный ключ 7.

В результате воздействия информационного импульса 29 триггер 11 возвратится в исходное состояние. Длительность T₀ сформированного триггером 11 строба 33 не зависит от значения расстояния l_x поэтому, поступая на управляющий вход ждущего мультивибратора 12, строб 33 приведет значение частоты следования последовательности стандартных импульсов 34, формируемой мультивибратором 12, в соответствие со значением скорости распространения акустических импульсов 21 26. Через второй электронный ключ 6 последовательность 34 стандартных импульсов начнет поступать на вход счетчика 13.

Акустический импульс 21, излученный преобразователем 2 в направлении контролируемого объекта 14, переотражается поверхностью последнего в обратном направлении и пройдя в общей сложности расстояние, равное суммарному значению удвоенного расстояния l_x и базового расстояния l_б, регистрируется преобразователем 3, а усилителем 9 на основе импульса 21 формируется импульс; первой последовательности информационных импульсов I-N. Импульс I через открытый информационным импульсом 29 третий электронный ключ 7 поступает на возбуждающий вход генератора 8, соединенный со входом счетчика 10 и с запирающим входом второго электронного ключа 6. Кроме тог, импульс I закрывает за собой третий электронный ключ 7 и открывает для импульса 30 второй последовательности информационных импульсов 29 32 первый электронный ключ 5.

С момента поступления информационного импульса I на вход генератора 8 начинается процесс автоциркуляции акустических и информационных импульсов 21
24 и I N по контуру: генератор 8 преобразователь 2 объект 14 - преобразователь 2 преобразователь 3 усилитель 9 электронный ключ 7 - генератор 8. При этом излучение основных акустических импульсов 21 24 сопровождается зондированием базового расстояния l_б дополнительными акустическими импульсами 25 28, которым соответствует вторая последовательность информационных импульсов 29 32, поступающая через первый электронный ключ 5 на отпирающий вход второго электронного ключа 6. Результатом воздействия информационных импульсов I-N и 29 32 на электронный ключ 6 является блокирование последовательности 34 стандартных импульсов мультивибратора 12 в интервалах времени, необходимого для зондирования базового расстояния l_б дополнительными акустическими импульсами 25 - 28.

Информационные импульсы I-N регистрируются счетчиком 10, который при заполнении его емкости вырабатывает импульс "N" переполнения, останавливающий работу мультивибратора 12. Первый цикл измерения заканчивается. При этом количество стандартных импульсов последовательности 35, регистрируемой счетчиком 13, будет соответствовать значению расстояния l_x до контролируемого объекта 14.

С целью обеспечения контроля рассмотренным способом уровня жидких сред, например, воды в резервуарах систем водоснабжения, акустический датчик 1 устройства для реализации способа предлагается выполнить в виде многосекционного измерительного трубопровода 17, составленного из соединенных муфтами18 отрезков труб (фиг. 2). В полость трубопровода 17 помещен поплавок 19, дублирующий своим пространственным положением вдоль оси "L" изменения уровня l_x жидкости. Жидкость в трубопровод 17 поступает через торец горизонтальной секции 20, на стенках которой установлены преобразователи 2 и 3 цилиндрической формы. Поплавок 19 позволяет снизить потери при переотражении акустических импульсов 21 24 от поверхности 14 контролируемой жидкости и, тем самым обеспечить контроль уровня жидких сред в резервуарах, достигающих в высоту десяти и более метров, или производить зондирование расстояния l_x менее мощными ультразвуковыми преобразователями.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет распределить функции излучения и регистрации акустических импульсов по отдельным преобразователем и, тем самым, упростить схему формирования выходного сигнала. Кроме того, благодаря отводу переотраженных акустических импульсов в резервуар исключается возможность появления помех, влияющих на достоверность контроля уровня жидких сред.

Использование: для определения уровня хозяйственно-питьевой и технической воды в резервуарах систем водоснабжения. Сущность изобретения: вырабатывают последовательность стандартных импульсов, формируют строб длительностью, равной интервалу времени для зондирования базового расстояния для автоматической регулировки частоты следования последовательности стандартных импульсов, организуют процесс автоциркуляции основных акустических импульсов, последовательно зондирующих контролируемое и базовое расстояние для формирования первой последовательности информационных импульсов. В процессе автоциркуляции основных акустических импульсов организуют процесс излучения дополнительных акустических импульсов, зондирующих базовое расстояние, из которых формируют вторую последовательность информационных импульсов, а расстояние до объекта контролируют при считывании последовательности стандартных импульсов, вырабатываемых в течение интервала времени, необходимого для формирования заданного количества периодов первой последовательности информационных импульсов, а процесс считывания осуществляют при блокировании упомянутой последовательности в интервалах времени, необходимого для зондирования базового расстояния дополнительными акустическими импульсами. Устройство содержит акустический датчик, состоящий из двух ультразвуковых преобразователей и электронного блока формирования выходного сигнала, включающего схему формирования первой последовательности информационных импульсов, счетчик периодов этой последовательности, схему формирования второй последовательности информационных импульсов, схему формирования и блокировки последовательности стандартных импульсов и счетчик импульсов данной последовательности с подключением его входа сброса показаний к выходу счетчика периодов первой последовательности информационных импульсов. Акустический датчик может быть выполнен в виде состоящего из соединенных муфтами отрезков труб многосекционного измерительного трубопровода, вертикально подвешенного в резервуаре с контролируемой жидкостью, и снабженного поплавком в полости трубопровода, соединенной через торец нижней секции трубопровода с резервуаром. Ультразвуковые преобразователи выполнены в форме цилиндров и установлены на стенках нижней секции измерительного трубопровода, выполненной в виде горизонтального участка. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля расстояния до объекта, заключающийся в том, что вырабатывают последовательность стандартных импульсов, для автоматического регулирования частоты следования последовательности стандартных импульсов формируют строб длительностью, равной интервалу времени, необходимому для зондирования базового расстояния, организуют процесс автоциркуляции основных акустических импульсов, зондирующих расстояние до контролируемого объекта, из которых формируют первую последовательность информационных импульсов, а расстояние до объекта контролируют при считывании последовательности стандартных импульсов, вырабатываемых в течение интервала времени, необходимого для формирования заданного количества периодов первой последовательности информационных импульсов, отличающийся тем, что первую последовательность информационных импульсов формируют, организуя процесс автоциркуляции основных акустических импульсов, последовательно зондирующих расстояния до контролируемого объекта и базовое, в процессе автоциркуляции основных акустических импульсов организуют процесс излучения дополнительных акустических импульсов, зондирующих базовое расстояние, из которых формируют вторую последовательность информационных импульсов, а считывание последовательности стандартных импульсов осуществляют при ее блокировании в интервалах времени, необходимого для зондирования базового расстояния дополнительными акустическими импульсами. 2. Устройство для контроля расстояния до объекта, содержащее акустический датчик, состоящий из двух ультразвуковых преобразователей, один из лучей двухлучевой диаграммы направленности первого из которых ориентирован вдоль направления на контролируемый объект, а другой луч вдоль направления, встречного направлению пространственной ориентации одного из лучей двухлучевой диаграммы направленности второго преобразователя, установленного вдоль указанного направления на базовом расстоянии от первого преобразователя, и электронный блок формирования выходного сигнала, состоящий из схемы формирования первой последовательности информационных импульсов, счетчика периодов этой последовательности, схемы формирования последовательности стандартных импульсов и счетчика импульсов данной последовательности, вход сброса показаний которого подключен к выходу счетчика периодов первой последовательности информационных импульсов, отличающееся тем, что в электронный блок формирования выходного сигнала введены схема формирования второй последовательности информационных импульсов и схема блокирования последовательности стандартных импульсов, выполненные в виде соответственно первого и второго электронных ключей, при этом схема формирования первой последовательности информационных импульсов состоит из генератора зондирующих импульсов, усилителя-формирователя информационных импульсов и третьего электронного ключа, причем выход генератора и вход усилителя-формирователя подключены соответственно к первому и второму ультразвуковому преобразователю, вход генератора подключен к выходу усилителя-формирователя через третий электронный ключ, схема формирования последовательности стандартных импульсов состоит из триггера и ждущего мультивибратора, при этом первый вход триггера, соединенный с вторым входом ждущего мультивибратора, подключен к выходу и запирающему входу первого электронного ключа, а также к отпирающему входу второго электронного ключа, соединенного с отпирающим входом третьего электронного ключа, второй вход триггера, соединенный с первым входом ждущего мультивибратора, подключен к выходу счетчика периодов первой последовательности информационных импульсов, вход которого соединен с отпирающим входом первого электронного ключа, с запирающим входом второго электронного ключа и с выходом третьего электронного ключа, соединенного со своим запирающим входом, вход первого электронного ключа соединен с входом третьего электронного ключа, а выход триггера подключен к управляющему входу ждущего мультивибратора, выход которого через второй электронный ключ подключен к входу счетчика импульсов последовательности стандартных импульсов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что акустический датчик выполнен в виде состоящего из соединенных муфтами отрезков труб многосекционного измерительного трубопровода, вертикально подвешенного в резервуаре с контролируемой жидкостью и снабженного поплавком, размещенным в полости трубопровода, соединенной через торец нижней секции трубопровода с резервуаром, при этом ультразвуковые преобразователи акустического датчика выполнены в форме цилиндров и установлены на стенках нижней секции измерительного трубопровода, выполненной в виде горизонтального участка, причем расстояние от точки пересечения осей вертикального и горизонтального участков измерительного трубопровода до оси ближайшего ультразвукового преобразователя равно расстоянию от этой точки пересечения до дна резервуара.