Цифровой оптический уровнемер Советский патент 1984 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к автомати ке и телемеханике, предназначено для автоматического измерения уровня прозрачных и полупрозрачных жидкостей в емкостях и может найти при менение для измерения уровня нефтепродуктов в стационарных емкостях, в баках и цистернах подвижных транс портных средств, а также для измере ния уровня сжиженных газов и уровня агрессивных и взрывоопасных жидкостей. Известен дискретный уровнемер, содержащий передающий и принимающий волоконные оптические кабели, торцы волокон которых образуют две линейки с одинаковым шагом дискретности, расположенные напротив друг друга вдоль измерительной штанги, и поплавки, расположенные в пространстве между линейками торцов волокон, Устройство обеспечивает измерение уровня прозрачной и полупрозрачной жидкости Л . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой прибор для измерения уровня непрозрачных жидкостей, содержащее измерительную трубку, выполненную в виде зеркального полого свето вода с прозрачным продольным окном. вдоль которого установлены входные торцы волокон принимающего оптического кабеля, источник светового изл чения, расположенный в верхней части полого световода, и электронную измерительную схему, включающую набор фотоприемников, соединенных по входу с выходами принимающего оптического кабеля, генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифраторы, ключи, регистр, собирательную схему, схему задержки, цифровые инд каторы 2 , Однако известный прибор не обес печивает измерения уровня прозрачны жидкостей и имеет сложную измерительную схему, обусловленную наличием фотоприемников, число которых равно числу шагов дискретности, уровнемера. Целью изобретения является упрощение электронной измерительной схемы устройства, обеспечивающего измерение уровней прозрачных и полу прозрачных жидкостей. Указанная цель достигается тем, что уровнемер снабжен непрозрачньвд поплавком и вторым принимающим волоконнь1м . оптическим кабэлем, входные торцы которого расположены в виде линейки с шагом дискретности, равным шагу линейки выходных торцов передающего волоконного оптического кабеля, размещенных в измерительной штанге таким образом, что входные торцы принимающего кабеля расположе ны напротив выходных торцов волокон . передающего кабеля с зазором, в который входит шторка поплавка, распределителем световых импульсов, делителем частоты, двумя триггерами управления и схемой И, причем выходной конец принимающего кабеля соединен с входом фотоприемника, выход которого через усилитель и ключ соединен со счетчиком импульсов и параллельно через первую схему задержки со стоповым входом первого триггера управления, входные концы волокон второго оптического кабеля связаны с выходами распределителя световых импульсов, синхронизирующий вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов непосредственно, а к пусковому входу - через делитель частоты, выход которого подключен также к пусковому входу второго триггера управления и к шине сброса счетчика, выход генератора импульсов подсоединен к импульсному входу второго ключа, выход которого соединен с пусковым входом первого триггера управления и параллельно через вторую схему задержки с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу первого триггера управления, а выход - к стоповому входу второго триггера управления, выход которого подсоединен к управляющим входам обоих ключей, На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового оптического устpoйcтвa на фиг, 2 - структурная схема распределителя световых импульсов . Цифровой оптический уровнемер со- держит измерительную штангу 1, волоконные оптические кабели 2 и 3, генератор 4 импульсов, делитель 5 частоты, распределитель 6 световых импульсов, фотоприемник 7, усилитель 8, схему И 9, схемы 10-12 задержки, ключи 13 и 14, триггеры 15 и 16 управления, счетчик 17 импульсов, дешифраторы 18, цифровые индикаторы 19, Измерительная штанга 1 представляет собой прямоугольную или другой формы трубку 20, в которой размещены линейка 21 из выходных торцов передающего волоконного оптического кабеля 3, линейка 22 из входных торцов принимающего волоконного оптического кабеля 2 и поплавок 23, несущий на себе шторку 24, Обе линейки 21 и 22 разделены узким зазором, в который входит шторка 24 поплавка 23. Торцы волокон в линейке 21 и в линейке 22 уложены с одинаковым интервалом напротив друг друга. Штанга имеет отверстие 25, на входе которого установлен фильтр 26, Выходной конец волоконного оптического кабеля 2 связан с входом фотоприемника 7, выход которого через усилитель 8 подсоединен к импульсному вхолу ключа 13, а выход последнего подключен к счетному входу счетчика 17 импульсов и через схему задержки 11 к стоповому входу триггера 15 управления. Выход генератора 4 импульсов подсоединен к синхронизирующему входу распределителя б световых импульсов, импульсному входу ключа 14, через делитель 5 частоты к шине сброса в нулевое положение счетчика 17 и далее через схему 10 задержки к пусковому входу распределителя 6 , к пусковому входу триггера 16 управления.

Входные . концы волокон кабеля 3 связаны с выходами распределителя 6 световых импульсов. Выход ключа 14 подсоединен непосредственно к пусковому входу триггера 15 и схему 12 задержки,к первому входу схемы И 9, к второму входу которой подсоединен выход триггера 15. Выход схемы И 9 подсоединен к стоповому входу триггера 16, выход кото рого подключен к управляющим входам ключей 13 и 14.

Распределитель световых импульсов может иметь различную конструкцию. На фиг. 2 изображен вариант структурной схемы электронного распределителя 6. Она состоит из сдвигового регистра, выполненного на триггерах 27, 27,..., 27, где п - количество шагов уровнемера, набора схем И 2U4 , 28,..., 28,,набора светодиодов 29 , 292 0 элемента 30 задержки. Синхронизирующий вход Си распределителя 6соединен с выходом генератора 4 импульсов, а вход Пуск - с выходом делителя 5.

Уровнемер работает следующим образом.

Генератор 4 выдает импульсы на синхронизирующий вход распределителя 6 световых импульсов и на вход делителя 5. С выхода делителя 5 следуют импульсы с периодом, который Превышает период импульсов генера тора 4 в число, в несколько раз превосходящее общее число шагов дискрет ности уровнемера. Импульс делителя 5 сбрасывает в нулевое положение счетчик 17, переключает триггер 16

в положение, при котором открываются ключи 13 и 14, и запускает распределитель 6 световых импульсов. В результате через ключ .14 проходит первый тактовый импульс, который переключает триггер 15 в положение, при котором с него; подается высокое напряжение на.схему И 9, и параллельно запускает схему 12 згщержки. Одновременно первый световой импульс распределителя засвечивает первый торец волокна кабеля 3. Этот импульс поступает по первому волокну кабеля 3 в линейку 21 измерительной штанги 1, проходит через зазор, иаполненный жидкостью, и попадает на входной торец волокла линейки 22 кабеля 2. В результате с выхода фотоприемника 7 электрический импульс поступает через усилитель 8 и через открытй ключ 13 на вход счетчика 17 и параллельно через схему 11 задержки на стоповый вход триггера 15 и опрокидывает его в положение, при котором снимается-высокое напряжение со входа схемы И 9. Поскольку время задержки схемы 12 превышает время задержки схемы , то появившийся импульс не пройдет через схему И 9, следовательно, ключ 13 останется в открытом положении. Такой процесс счета происходив: до тех пор, пока не дойдет очередь до той пары волокон в линейках 21 и 22, которые окажутся перекрытыми шторкой 24 поплавка 23. В зтом случае световой импульс в кабель 2 не поступит и, следовательно, триггер 15 останется в положении, при котором с него подается высокое напряжение на схему И 9 В результате при появлении импульса на выходе схемы 12 задержки схема И 9 переключает триггер 16 в положение Стоп, при котором ключи 13 и 14 закрываются и остаются в этом положении вплоть до появления следую щёго пускового импульса, выдаваемого делителем 5 частоты.

Технико-экономическая эффектив-,. ность предлагаемого устройства состоит в том, что упрощается электронная измерительная схема уровнемера, позволяющего измерять дискретно уровень прозрачных и полупрозрачных жидкостей.

,J J J

ai/TN 2A/

ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР, содержащий передающий и принимающий волоконные оптические кабели, измерительную штангу, в которой размещены с зазором друг против друга линейки из торцов оптических волокон, и помещенный между этими линейками непрозрачный поплавок, и электронную измерительную схему, состоящую из соединеного с выходом принимающего кабеля фотоприемника, генератора импульсов, счетчика импульсов с дeшифpaтopa ш и цифровых индикаторов, ключей и схемы задержки, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, он снабжен распределителем светотых импульсов, делителем частоты, двумя триггерами управления и схемой и, причем выход фотоприемника через усилитель и первый ключ соединен с входом счетчика импульсов и параллельно через первую схему задержки со стоповым входе первого триггера управления, входные концы волокон передаклцего оптического кабеля связаны с выходам распределителя световых импульсов, выход генератора импульсов соединен с входом делителя частоты, синхроннзирующим входом распределителя и с импульсным входом второго ключа, выход которого подсоединен через вторую схему задержки к первому с @ входу схемы И и непосредственно к пусковому входу первого триггера управления, выход которого соединен с вторым входом И, выход которой подсоединен к стоповому входу второго триггера управления, выход делителя частоты подсоединен к шине сброса счетчика в нулевое положение и через третью схему задержки к пусковым входг1М распределителя импульсов и второго триг гера управления, выход которого подключен к управляквдим входам D1 обоих ключей. О 00 4;;;